以移动站为中心的用于管理易错系统中的带宽和服务质量
的方法
发明领域
[0001] 本发明一般涉及多媒体传输。技术背景
[0002] 诸如视频和音频之类的多媒体可以通过多种路径进行传输，包括线缆、互联网、蜂窝和广播。例如，卫星或地面广播站或蜂窝系统可用来将多媒体传输给诸如
移动电话之类的移动计算设备。可以根据运动图像专家组(MPEG)标准，如MPEG-1、MPEG-2(也用于DVD格式)、MPEG-4和其它基于
块的变换编译码器，对多媒体数据进行格式化。事实上，对于各
帧而言，这些多媒体标准使用联合图像专家组(JPEG)压缩。在JPEG中，通常将单帧的
图像分割为多个小的
像素块(通常为8×8和/或16×16像素块)，并使用离散余弦变换(DCT)函数对这些小像素块进行编码，从而将这些像素所表示的空间强度值转换为在块中从最低
频率到最高频率大致排列的空间频率值。然后，对DCT值进行量化，即，通过对信息进行分组使信息得以减少，例如，通过将每个值除以10并将其取值为最接近的整数。因为DCT函数包括的渐进加权(progressive weighting)将较大数字置于块的左上
角，而将较小数字置于右下角，所以，可以运用特定的Z字形数值排序，这有利于通过行程编码(事实上，存储例如连续出现的零值的数字的计数，而不是存储所有的零值)的进一步压缩。如果需要的话，所得的数字可以用于从使用霍夫曼编码而生成的表中查找字符，以便为最普遍数字生成较短符号，该操作通常被称为“变长编码”。也可以使用其它的变长编码方案，包括算术编码。运动图像将时间维度添加到单个图像的空间维度。MPEG事实上是一种使用
运动估计来进一步压缩
视频流的压缩技术。也可以使用其它的非基于块的编码方案，例如小波和匹配搜寻等。其它形式的多媒体包括音频和图像等。
[0003] 基于网际协议(IP)的原理，例如IP数据分组的点到点协议(PPP)成帧，可用于传送多媒体数据，包括MPEG数据。PPP不但可以用于通过互联网的有线部分传送IP数据分组，而且可以采用无线通信原理，例如、但不限于码分多址(CDM)技术、GSM、宽带CDMA(WCDMA或UMTS)、OFDM和其它的无线技术，通过无线传输路径将数据传送给的用户计算机。
[0004] 通常，多媒体数据是海量的，这意味着必须使用较大的传输路径带宽，但是，资源是有限的。对于高保真多媒体，例如，高清晰度视频，尤其如此。也就是说，服务质量(QoS)越高，所必须使用的带宽就越多。
[0005] 正如本发明所认识到的那样，在单个信道中可以将多个多
媒体流汇聚在一起。就比特率而言，信道可能具有不变的总带宽，即，信道中每单位时间内传输的比特数不能超过该信道的“带宽”。通常，为信道中的每个流分配固定量的带宽。因此，每个多媒体流的比特率是固定的。
[0006] “基本层”是一个与MPEG相关的术语，可以将其定义为多媒体比特流的最重要的部分，如果将多媒体比特流成功地接收、解码并呈现给用户，则将生成用户可接受的基本等级的视频、音频或其它多媒体流。另一方面，与单独的基本层相比，当“增强层”与基本层结合起来呈现给用户时，将会增强和提高多媒体流的质量、
分辨率、频率和
信噪比等。
[0007] 通过上述讨论，应当理解的是：在将多媒体无线传输到由
电池供电的移动设备的过程中，三个目标一有效带宽的使用、移动设备的功耗和最高服务质量，是相互竞争的。当人们认为无线信道比有线信道更“有损”(它们经历了更多的数据丢失)时，尤其如此。为了保证较高等级的服务质量，可能需要额外的带宽来传输丢失的数据。另一种可选择的方案是，接受丢失的数据帧，从而接受降低的服务质量。在信道使用率高的情况下，接收机离基站越远这些问题就越严重。除了重发之外，遭受服务质量下降的接收机中的
软件应用程序可以试图执行高级的纠错方案，但是，由于这会消耗接收机的电池，因此它需要RF接收机开机时间更长并且需要更复杂的解码，并且可能仍然会导致无法接受的低服务质量。认识到这些问题之后，这里提供的下面描述的方案用于解决以上的一个或多个问题。
发明内容
[0008] 一种用于多层多媒体信息的无线传输系统，包括一个移动站(MS)，该移动站基于信道状况和/或移动站
位置和/或移动站限制和/或用户优先级和/或内容优先级和/或计费计划和/或用于特定层的前向纠错(FEC)，选择将哪些层发送到所述移动站或从所述移动站发送哪些层。所述MS也可以仅在需要接收所述多媒体的预选部分时，才基于接收数据中的实际差错率和/或功率电平和/或前向纠错(FEC)率，接通与所述MS相关的无线电设备。
[0009] 在优选的非限制性
实施例中，如果实际差错率至少等于特定层的
阀值，则可以仅在包含与多层、而非所述特定层相关的信息的期间，所述MS才接通它的无线电设备，以便使多个移动站接通它们的无线电设备，以仅捕获它们可以使用的层，从而节约移动站的电池寿命和解码处理功率。可以仅在所采用的FEC足以使其被接收、解调和解码的层存在以供接收的期间，所述MS才接通它的无线电设备移动站。
[0010] 根据另一方面，一种用于将特征在于至少一个基本层和至少一个增强层的多媒体数据进行传输的方法，该方法包括：从至少一个基站(BTS)接收表示与所述多媒体数据相关的至少一个实际操作参数的信息。该方法还包括：在移动站(MS)处，至少部分地基于表示至少一个实际操作参数的信息，动态地确定所述多媒体数据的至少一层的纠错速率和/或功率电平。
[0011] 根据另一方面，一种移动站(MS)，用于将具有至少N层的数字多媒体无线发送到至少一个基站(BTS)，包括发送模块，用于基于FEC速率、功率电平、信道状况、移动站位置、移动站限制、用户优先级、内容优先级和计费计划中至少之一，仅发送N-1层或更少层，以使所述BTS足以成功地对所述层进行接收、解调和解码。
[0012] 根据另一方面，一种移动站(MS)，用于从至少一个基站(BTS)无线接收至少具有N层的数字多媒体，包括所述MS上的指示模块，用于基于FEC速率、功率电平、信道状况、移动站位置、移动站限制、用户优先级、内容优先级和计费计划中至少之一，指示所述BTS仅发送N-1层或更少层，以使所述MS足以成功地对所述层进行接收、解调和解码。应当理解的是，移动站用户可以选择只将所述多媒体流的一部分从BTS传输到MS(例如，只希望收听电视节目的音频部分而不观看它的用户)。
[0014] 参照附图，可以最好地理解本发明的结构和操作细节，在所有的附图中，相同的标号表示相同的部件。其中：
[0016] 图2为示例性的非限定性的发送系统的框图；以及
具体实施方式
[0018] 首先参照图1中所示的非限定性优选实施例，系统10包括至少一个移动站12和至少一个基站(BTS)16，基站12具有至少一个处理器14，基站16用于发送数字多媒体流，且具有处理器18。在某些实现方式中，基站16可以为BTS和基站
控制器(BSC)的组合。
[0019] 优选的非限定性的BTS 16使用无线手段，更具体地讲，使用码分多址(CDMA)原理。根据需要，可以将多媒体流广播或多播到多个移动站12，或者使用点到点无线传输原理进行传输，或者多播到多个用户组。应当理解的是，本发明原理可以应用到无线通信的其它形式中，例如GSM、TDMA、宽带CDMA、OFDM等，以及可应用于通过有线系统和互联网等的多媒体传输。正如这里用单数形式所表示的那样，“多媒体流”指的是表示单个节目的单个流，例如，单个音乐片断或潜在地伴随有文字、图像等的单个电视节目或电影。
[0020] 在一个非限定性的优选实现方案中，系统10为码分多址(CDMA)系统，例如使用cdma2000、cdma20003x或cdma2000高数据率(HDR)原理，或其它CDMA原理。在一个非限定性的实施例中，移动基站12是京瓷(Kyocera)、三星或其它制造商制造的移动电话，其采用码分多址(CDMA)原理和CDMA空中下载(OTA)通信的空中
接口。但是，本发明也可应用于其它移动站，例如：膝上电脑、无线手机或电话、数据收发机或寻呼和位置确定接收机。移动站12可以根据需要以手持或便携的方式用于车载中(包括：小
汽车、
卡车、船只、飞机和火车)。尽管无线通信设备通常被认为是移动的，但应该理解的是，在一些实现方案中，本发明也适用于“固定”单元。本发明还可应用在用于传送语音和/或包括数字视频信息的数据信息的数据模块或
调制解调器中，利用有线或无线链路，与其他设备进行通信。此外，可以使用命令，让调制解调器或模块以预定的协作或关联方式工作，从而在多个通信信道上传送信息。在一个例子中，可以通过包括不同通信系统的不同物理层的不同信道，传输不同的层，本发明受让人所拥有的、共同待决的美国
专利申请(020726，020727)对此做出了描述，该专利申请以引入的方式并入此处。在一些通信系统中，无线通信设备有时也被称为用户终端、移动站、移动单元、用户单元、移动电台或无线电话、无线单元，或被简称为“用户”和“手机”。应当理解的是，本发明同样适用于其它类型的无线设备，包括但不限于GSM设备、时分多址(TDMA)系统、OFDM(802.11)等。
[0021] 现在参照图2，其示出了可由MS12或BTS16使用的发送系统，输入比特20包含表示分层多媒体流的信息。每个多媒体流可以包括一个提供最低服务质量(QoS)的基本层和一个或多个提供增强QoS的增强层。各层也可以包含组合的多媒体节目的相应部分，如视频、音频、图形、文字等。
[0022] 比特20被发送到
编码器22。编码器22可以是前向纠错(FEC)编码器，其使用
现有技术中已知的卷积编码技术在比特20中引入冗余。为此，优选的编码器22在BTS处理器18的控制下，可以确定纠错速率，该纠错速率事实上为较大鲁棒性而生成更多的冗余，代价是需要增加带宽以支持更多的比特数，或者生成较少冗余以保持带宽不变，代价是冒着在接收机处有更多不可纠正错误的
风险。因此，编码器22引入的冗余使移动站12能够纠正一些检测错误，而无需增加发射功率。
[0023] 编码器22的输出通常被称为“代码符号”。一般而言，输入到编码器22的单个消息数据比特20对应于一个或多个从编码器22输出的代码符号。在一种可选择的方案中，编码器22在前面所述的冗余编码之前执行“信源编码”功能。信源编码包括在引入冗余之前执行
数据压缩以便有效地表示输入数据比特20以及生成代码符号。
[0024] 调制交织器24从编码器22接收代码符号，并在
调制器26进行处理之前对代码符号进行“交织”。在所示出的示例性系统中，交织器24可以是块交织器或卷积交织器。
[0025] 经过交织的代码符号被传送到调制器26。在无线数字通信中，可以在调制器26中使用多个不同、但却相关的调制方案。例如，二进制
相移键控(BPSK)、差分相移键控(DPSK)、
正交相移键控(QPSK)(包括OQPSK和n/4QPSK)和正交幅度调制(QAM)为数字调制技术，可以用在调制器26中来对调制交织器24生成的代码符号进行调制。但是，调制器26不限于任何一种特定类型的调制器，而可以是任何用在无线通信中的数字调制器。本发明也可适用于有线系统。
[0026] 根据需要，来自交织器28的经过信道交织的符号可以被传递到符号插入部件30，符号插入部件30可以在数据中插入诸如功率控制信息之类的控制信息，用于对发射机和接收机之间的通信进行适当地处理。插入到消息符号中的控制符号可以被时分复用到消息符号中，正如本发明受让人的共同待决的美国专利申请(030237)中所披露的那样，该专利申请以应用的方式并入此处。
[0027] 根据进一步的需要，可以将符号插入部件30输出的符号流可以发送到解复用器(DEMUX)32，DEMUX 32可用于将输入的符号流解复用为多个并行的输出符号流。在图2中所示的示例性BTS 16中，DEMUX 32可以为1路-16路解复用器。
[0028] 特别地对于BTS应用而言，来自解复用器32的流被发送到沃尔什(Walsh)函数调制器34(其可以包括例如16阶的Walsh函数矩阵)。在其它的实施例中，也可以使用其它阶的Walsh函数阵列，例如64阶或128阶。需要注意的是，在示例性的系统10中，解复用器32的并行输出可以对应于单个用户或多媒体或程序，或多个不同的用户/流/层。在任何情况下，对来自解复用器32的每个平行输入符号执行Walsh调制，这用于将每个输入符号转换为相应的输出
信号序列，其中，每个
输出信号序列与其它输出信号序列正交。
[0029] 如图2中所示，可以提供伪随机噪声(PN)扩频器36，以根据现有技术中已知的原理对信号进行“扩频”。CDMA通信系统的一般原理，特别是用于生成在通信信道上传输的扩频信号的一般原理，在题为“Spread Spectrum Multiple Access Communication System UsingSatellite or Terrestrial Repeaters”并转让给本发明受让人的美国专利4,901,307中进行了描述。该专利，即US 4,901,307中的披露内容全文以引用的方式并入此处。另外，题为“System and Method forGenerating Signal Waveforms in a CDMA Cellular Telephone System”并且已经转让给本发明受让人的美国专利5,103,459披露了关于PN扩频、Walsh
覆盖的原理以及生成CDMA扩频通信信号的技术。该专利，即US
5,103,459中的披露内容全文以引用的方式并入本申请。另外，本发明采用数据时间复用和各种关于“高数据率”通信系统的原理，并且本发明可以用在“高数据率”通信系统中，正如在1997年11月3日提交的、题为“Method and Apparatus for High Rate PacketData Transmission”的美国专利申请08/963,386所披露的那样，该美国专利申请已经转让给了本发明的受让人。该专利申请中的披露内容也全文并入本申请。
[0030] 来自PN扩频器36的信号被发送到有限冲激响应(FIR)
滤波器38，后者可以是用于在通信信道上进行传输之前对信号进行脉冲整形的FIR滤波器。然后，发射FIR滤波器38的输出经过天线40通过通信信道被发送到接收机。通信信道通常是指用于将信号从发射机发送到接收机的物理介质。
[0031] 现在参照图3，其示出了本逻辑的示例性非限定的实施方式，应当理解的是，该逻辑也可以用其它方式描述。实际上，该逻辑由处理器14和18中的一个或两个执行，以根据信道状况、和/或移动站位置、和/或用于特定层的前向纠错(FEC)、和/或移动站限制、用户偏好、用户优先级、内容优先级和计费计划，选择对多媒体流的哪些层进行发送和接收。同样，在多播应用中，可以根据多播组中的用户的位置和数量来确定。根据以引用方式并入此处的本发明受让人的共同待决美国专利020293和030072，在多媒体信号的发送和接收期间，移动站12的接收机状态为打开的时间因此可以被最小化，以减小蜂窝系统中的功耗和控制带宽消耗。根据以引用方式并入此处的本发明受让人的共同待决美国专利申请
020590和020591，当接收到来自移动站的
请求时，BTS 16根据可用的带宽和当前的信道使用及优先级，可以针对各层采用不同的FEC速率和/或不同的功率电平。
[0032] 通过对本发明逻辑的上述描述，从图3中的步骤42开始，BTS 16同时发送多媒体层和用于标识每一层的分组插入到流中的位置的信息。此外，根据需要，每个层可以以其相应的FEC速率和/或功率电平进行发送，并且，这些速率也可以在发送流中进行标识。
[0033] MS可以发送信号到BTS，以通知它MS可以使用哪些层和/或发送哪些层。如果该连接为点到点的连接，则BTS可以以所请求的FEC速率，仅发送所请求的层(例如，以很低的FEC速率仅发送音频或仅发送文本)。如果MS为多播组的一部分，则BTS可以使用来自所有MS的数据，以决定以哪些FEC速率发送哪些层，例如，仅发送基本层。
[0034] 在步骤44中，使用关于每一层的各部分在流中何时出现的临时位置信息，MS 12可以仅在需要接收可用数据时才接通它的无线电设备。例如，MS 12可能发现增强层包含太多错误而无法使用，因此仅在发送基本层部分时才接通其无线电设备。MS也可以通过对不需要/不想要的层不进行解调或不进行信道解码或不进行信源解码，来节省功率。或者，MS 12可能确定某一个层所具有的FEC速率和/或功率电平不足以实现MS 12应用目的，或确定使用该层需要过度的解码。在任何情况下，通过搜寻具有足够FEC速率的流的部分，MS12仅对容易解码和重建的流的部分进行取样，以保证可靠的数据流。
[0035] 在步骤46中，通过存取信道、寻呼信道、开销信道或其它信道，也可以将反馈从BTS 16发送到MS 12。该反馈表示与多媒体数据相关的一个或多个实际操作参数，例如可能由诸如干扰、经历的实际数据差错率、多径干扰、功率电平等表示的信道状况。该反馈也可以表示接收数据中实际或期望的FEC速率和/或功率，以及与移动站12的位置相关的信息。
[0036] 在步骤48中，基于该反馈，MS 12可以确定将哪些多媒体层发回到BTS 12和/或每一层的最合适的FEC速率和/或功率。更具体地讲，MS 12通过仅发送所采用的FEC速率/功率电平足以使其被BTS16接收、解调及解码的多媒体的层，可以减少多媒体发送所需的时间量，并且可以节约带宽。因此，MS 12可以有选择性地仅将可进行发送的层的一部分发回给BTS 16。
[0037] 在步骤50中，BTS 16可以使用从MS 12接收的数据的FEC速率信息来改变或动态地确定其正在发送的层的FEC速率和/或功率电平。在这里应当理解的是，这进一步减少了MS的功耗和带宽消耗。该逻辑可以周期性地循环回到步骤42。
[0038] 如上所述，这里提出的原理可以用于为发送的每一层确定功率，而不是逐层地确定FEC速率。本发明可以节省移动设备的功率，降低空中下载(OTA)RF无线功耗，减少OTA接收机的解调器功率、OTS接收机的解码功率和节省多媒体应用程序解码。另外，本发明提供对用户和多播组的带宽分配以及系统带宽和/或系统
频谱的总体节省的增强控制。
[0039] 尽管这里示出和详细描述的具体的“以移动站为中心的用于管理易错系统中的带宽和服务质量(QoS)的方法”能够充分实现本发明的上述目的，但是应当理解的是，这只是本发明目前的优选实施例，因此，只是本发明广泛考虑的主题的一个代表，本发明的保护范围完全包括其它可能对本领域技术人员而言显而易见的其它实施例，因此，本发明的保护范围只由所附的
权利要求进行限定，其中，除非明确进行
声明，否则，涉及到的单数元件并不意味着“一个且仅一个”，而是表示“一个或多个”。与对于本领域普通技术人员来说都是已知的或者以后将成为已知的上述优选实施例的元件相等同的所有结构和功能等价物，在此特别引入以作参考，并将包括在本发明权利要求覆盖范围之内。此外，对于落入本权利要求覆盖范围之内的一种设备或一种方法，不必提出本发明所解决的各个问题和全部问题。此外，不管在权利要求中是否明确说明了该元件、部件或方法步骤，在本发明公开内容中，没有元件、部件或方法步骤是欲专用于公众的。此外，没有权利要求的组成部分是按照美国专利法第1112条第6款进行构造的，除非该组成部分明确采用了“means for(功能性限定的模块)”表达方式进行记载，或者在方法权利中，该组成部分被描述为“步骤”而不是“动作”。
