专利名称：通信系统的速率及质量检测装置和方法
技术领域：
本发明涉及通信系统，尤其涉及CDMA(码分多址)通讯系统中的速率及质量检测。
背景技术：
CDMA系统是一种自干扰系统，即每个用户的信号对其它用户来说都是干扰，而对于一个用户来说，来自其它用户的干扰在总的干扰中占很大的比例。因此，这种用户间的相互干扰必然限制CDMA系统的容量。
为了增加系统容量，CDMA系统在保证通信质量的同时，应用多种技术，降低用户的发射功率。在CDMA系统中部分信道所采用的变速率通信方式，就是根据每帧所要传输的信息量的不同以不同的速率进行传输，从而使发射功率降低。比如，两种典型的CDMA系统IS-95系统和CDMA2000系统，其协议规定基本业务以两种速率集各四种可变的速率发送，这四种速率称为全速率、半速率、1/4速率和1/8速率，其中，速率集1的四种速率分别是9600bps(全速率)、4800bps(半速率)、2400bps(1/4速率)和1200bps(1/8速率)，速率集2的四种速率14400bps(全速率)、7200bps(半速率)、3600bps(1/4速率)和1800bps(1/8速率)。在话音通信中，通常用全速率和半速率帧传送话音信号，以1/4速率和1/8速率传送背景声音信号，这样既保证了通信的质量，又降低了发射功率，减少了用户间的相互干扰。
由于接收机接收到的是可变速率的数据帧，而每次发生帧速率的变化时，接收机并不会得到相应的通知，因此，为了保证正确解码，必须对帧速率有正确的判断。另外，由于噪声的干扰以及信号的衰落等原因，接收机收到的信号与发射机发射的信号会有一定的偏差，同样，解码器的输入信号与发射端的编码器的输出信号也会有偏差，当这种偏差大到一定程度时，就不能通过解码器正确恢复信源信号，也就是解码数据中存在误比特。对于一般的通信系统，一个数据帧是由信息比特和一定的冗余数据比特组成，如果解码得到的信息比特中存在误比特，这样的帧就称为误帧。为了使解码器输出正确的结果，不仅要对帧速率进行判断，还要对帧质量进行判断(是否为误帧)。
帧质量的检测准确与否对通信质量有明显的影响。用带有误比特的数据帧去恢复语音信号，会使通信质量严重下降，而采用一些技术对这种帧进行处理，如将带有误比特的帧删除，利用该帧附近其它帧的信息代替该帧的信息等方法，可以使这种误帧对通信质量的影响大大降低。但是如果将解码正确的帧判断成误帧，不但浪费了有用信息，降低了通信质量，而且会提高误帧率，CDMA系统的外环功率控制是根据误帧率来调整的，误帧率的提高可能导致发射机提高发射功率，这样便会给其它用户带来不必要的干扰。
接收机需要采取一定的措施，以保证对帧速率和帧质量的正确检测。一般来说，速率检测算法都是找到一些可以反映速率变化的量度，通过这些量度值的大小来判断当前速率。而实际上，这些量度往往既能反映帧速率，也能反映帧质量，因此帧速率和帧质量的检测一般是结合在一起进行的，对于变速率通信系统，通常所说的帧速率检测也包括了帧质量的检测。对于固定速率通信系统，则只需要判断帧质量。
一个数据帧中除了信息比特外，为了进行纠错或错误检测往往还包括一些冗余的数据比特，CRC(Cyclic Redundancy Code，循环冗余校验码)比特就是其中一种。通过CRC校验可以得到比较准确的帧质量信息，同时，如果按照错误的帧速率进行解码所得数据一般也无法通过CRC校验，因而CRC指示也可以反映帧速率。由于CRC校验的准确性较高，目前各种速率检测方法都将CRC指示作为一个重要的检测量度。但是CRC校验并不是完全准确的，既会出现信息比特解码错误却通过CRC校验，也会发生信息比特解码正确却无法通过CRC校验的情况(校验比特部分解码出现错误)。对于前一种情况，一般的速率检测算法都通过加入其它的量度来识别出这种误帧；但对于后一种情况，由于目前所用的量度都很难正确识别出这种没通过CRC校验的好帧，因此大多数的速率检测算法都将其当作误帧直接删除掉。
例如，高通公司的专利US6,175,590，“METHOD AND APPARATUSFOR DETERMINING THE RATE OF RECEIVED DATA IN A VARIABLE RATECOMMUNICATION SYSTEM”，提出了将接收的数据帧按照四种速率分别解码，对每一种解码之后的数据用该速率对应的卷积编码器重新编码得到序列Xi(i取0-3分别代表四种速率)，通过将解码器的输入进行延迟得到解码前的序列Yi，按照公式(1)求得LiLi=Σj=1N/Ri(Xi,j*Yi,j)---(1)]]>
式中N为一帧中的符号数，Ri数据编码率。将代表两序列相关性的Li作为一个速率检测量度，同时，每种速率还有自己的CRC指示、山本质量指示等量度，这些量度一起用于帧速率和质量的检测，这样可以提高对上文中的第一种情况检测的准确性。但是，由于这种相关性量度对第二种情况的检测并没有帮助，因此，该专利也将不通过CRC校验当作删除帧的充分条件，也就是如果一帧无法通过CRC校验就将之当作误帧删除。其实未通过CRC校验只是说明这一帧中存在误比特，但并不是一帧的解码结果中存在误比特这一帧就是没有用处的误帧，一帧中除了信息比特外，还存在校验比特等冗余的数据比特，通信的目的是传递信息比特，因此如果误比特处于冗余数据中，这一帧显然不该当作误帧处理。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的速率检测方法中，由于缺乏有效的检测量度，无法正确识别没通过CRC校验的帧中的好帧(信息比特部分解码正确)和误帧，从而导致的对帧速率和帧质量检测不够准确的问题。
为实现上述发明目的，本发明构造了通信系统的速率及质量检测装置，包括解重复器、解码器、延迟单元、相关器、速率检测器和帧数据缓存器，其特征在于还包括编码及校验单元。其中，所述解重复器按照各种可能的速率对输入数据解重复，解重复的结果分别送入所述解码器和所述延迟单元；所述解码器完成对输入数据的解码，并将解码结果分别送入编码及校验单元和所述帧数据缓存器中；所述编码及校验单元包括CRC编码及校验单元和编码器，所述CRC编码及校验单元根据输入数据重新生成CRC比特，将解码得到的信息比特和新的CRC比特输出到所述编码器，该单元还对输入数据进行CRC校验，将校验结果送入所述速率检测器中，所述编码器是与所述解码器相对应的，将输入数据重新编码，其结果送入所述相关器；所述延迟单元将输入数据进行一定时间的延迟后送入所述相关器；所述相关器对输入的两路数据进行相关运算得到相关性指示值，该值送入所述速率检测器；所述速率检测器根据输入指示进行速率检测，检测结果送入所述帧数据缓存器；所述帧数据缓存器根据检测结果输入相应数据。
为实现上述发明目的，本发明还提出了通信系统的速率及质量检测方法第一步，解重复器和解码器对输入数据进行解重复和解码(如果是可变速率帧，按照各种可能速率分别进行解重复和解码；如果是固定速率帧，按照该速率解重复和解码)。
第二步，将解码所得的数据送入编码和校验单元中的CRC编码和校验单元，根据解码数据中的信息比特重新生成CRC比特，将新生成的CRC比特与本单元输入序列中的信息比特组成新的数据序列，将该序列送入编码器重新编码得到新的符号序列Yi’，i的每种取值代表一种速率；对解码数据进行CRC校验，并将校验结果Ci送入速率检测器。
第三步，将解码前的数据序列通过延迟单元进行延迟后，与第二步所生成的序列Yi’一起被送入相关器进行相关运算，并将结果进行归一化处理，归一化后相关性指示Li作为帧速率和质量检测的量度被送入速率检测器。
第四步，进行帧速率及帧质量判断。
一、对于变速率通信系统，速率检测器按如下原则判断帧速率和帧质量1.确定按照哪几种速率进行解码的数据通过CRC校验，并记录通过校验的速率的个数(即值为1的Ci的个数)。
2.如果有解码数据可以通过CRC校验，对于通过CRC校验的速率，从中选取相关性指示Li最大的作为最可能速率(如果只有一种速率通过CRC校验，直接将该速率作为最可能速率)，若该相关性指示值大于一个预先设定的常数，则将该帧速率判为帧速率；否则，将该帧速率判为删除帧。
3.如果各种速率的解码数据都没有通过CRC校验，将各速率的Li与一个预先设定的常数Ti(每个Li对应一个Ti)比较，如果发现一种速率的Li大于Ti即停止比较，并将该速率判为帧速率；如果没有一种速率的Li大于Ti，则将该帧判为删除帧。
二、对于固定速率通信系统，速率检测器按如下原则判断帧质量如果解码数据通过CRC校验，或者相关性量度L大于一个预先设定的常数，则判断该帧解码正确，否则判为误帧。
应该注意的是，由于本发明主要是通过改变相关序列中的校验比特部分来改进相关性量度，因而改进的效果会随校验比特在一帧中所占比例的不同而不同。具体来说，就是校验比特在一帧中所占比例越大，改进的效果越明显。
本发明通过将解码结果中的信息比特重新进行CRC编码，并用解码的数据部分和新生成的CRC校验码组成一个新的序列送入编码器，用该序列与延迟单元中的解码前的数据作相关运算得到了一个新的相关性帧速率检测量度，与现有的速率检测量度相比，该量度可以更有效的反映出未通过CRC校验的帧数据的质量。通过用该量度替代传统的相关性量度，可以在不提高系统复杂度的情况下，提高帧速率检测的准确性。
图1是CDMA2000系统R2(Radio Configuration 2，无线配置2)接收结构图。
图2是本发明所述的通信系统的速率及质量检测装置结构图。
图3是本发明所述的编码及校验单元结构图。
图4是本发明所述的通信系统的速率及质量检测方法流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。在本实施例中，移动台具有一个速率可变的声码器，它可以以全速率、1/2速率、1/4速率或1/8速率工作。图1是CDMA2000系统RC2接收结构图，解调器102接收的无线信号在穿越无线信道时经历了各种损耗，如路径损耗，多径衰落等，解调器102对接收数据的处理包括多径合并，解调，解长码扰码和解正交调制等过程。解交织器104的作用是对解调器102的输出数据解交织，速率检测与解码器106根据解交织器104的输出数据确定当前帧的最可能的速率，并确定该帧的质量，如果确定该帧不是误帧，把该速率对应的解码结果送入声码器108作最后的声码变换处理，否则将通知系统删除该帧。
本发明所述通信系统的速率及质量检测装置结构如图2所示。速率检测与解码器106由解重复器202、解码器204，编码及校验单元206，延迟单元208，相关器210，速率检测器212和帧数据缓存器214组成。输入数据由解重复器202按照各种可能的速率解重复，解重复后的数据送入解码器204解码，同时该数据也被送入延迟单元208；解码器204对各路解重复数据同时进行解码，其解码结果保存在帧数据缓存器214中；同时，解码结果也被送入编码及校验单元206，该单元根据解码数据中的信息比特重新产生校验比特，一方面对解码数据进行CRC校验，并将校验结果Ci(i取值0、1、2、3分别代表四种速率)送入速率检测器212，另一方面，用新产生的校验比特代替解码数据中的校验比特，从而形成一个新的数据序列，并将该序列重新进行卷积编码，编码器304与解码器204相对应，其中的四种编码器分别对应于四种速率，其编码结果送入相关器210；此时，该帧的解重复数据序列经过延迟单元208也送入相关器210，相关器210对两个序列进行相关运算，并得到各速率的相关性指示Li，该指示值被送入速率检测器212；速率检测器212根据Li和Ci对帧速率和帧质量进行判断，并将判断结果送入帧数据缓存器214中；帧数据缓存器214根据速率检测器212的检测结果将相应速率的解码数据送给声码器(或通知系统删除该帧)。
本发明所述通信系统的速率及质量检测方法流程如图4所示。检测流程从步骤402开始，步骤404中，速率检测器212接收CRC校验指示Ci和来自相关器210的输出Li；在步骤406中，找出通过CRC校验的速率，即选出值为1的Ci，并记录其个数k；步骤408判断k是否为0，如果k不为0，即至少有一种速率通过CRC校验，则从中选出最大的相关性指示Li，如果Li大于预先设定的常数，则输出该帧的速率Ri，否则通知系统该帧应删除；如果k为0，则由步骤418判断是否有Li大于对应的Ti，只要发现有一个Li大于Ti，则判断帧速率为Ri，否则，仍判断该帧应删除。
前面给出的是一个具体的实施例说明并描述了本发明。由于对帧质量的检测广泛存在于各种通讯系统中，本发明中关于帧质量检测的部分，既可以应用于变速率通信的帧速率和帧质量检测，也可以用于固定速率通信的帧质量检测。本发明中经过改进的相关性量度，并不仅限于本发明的算法和装置，其它的速率检测方法或装置也可以采用本发明中的相关性量度来提高帧速率和质量检测的准确率。
本发明可以应用于CDMA系统中各种无线配置的帧速率和质量检测，包括前向链路和反向链路，同时并不仅仅局限于CDMA系统。
权利要求
1.一种通信系统的速率及质量检测装置包括解重复器(202)，解码器(204)，延迟单元(208)，相关器(210)，速率检测器(212)，帧数据缓存器(214)，其特征在于，还包括编码及校验单元(206)；所述解重复器(202)，用于按照各种可能的速率对输入数据解重复，解重复的结果分别送入所述解码器(204)和所述延迟单元(208)；所述解码器(204)，用于完成对输入数据的解码，并将解码结果分别送入所述编码及校验单元(206)和所述帧数据缓存器中(214)；所述延迟单元(208)，用于将输入数据进行一定时间的延迟后送入所述相关器(210)；所述相关器(210)，用于对输入的两路数据进行相关运算得到相关性指示值，该值送入所述速率检测器(212)；所述速率检测器(212)，用于根据输入指示进行速率检测，检测结果送入所述帧数据缓存器；所述帧数据缓存器(214)，用于根据检测结果输入相应数据；所述编码及校验单元(206)，用于将数据比特进行重新编码，将结果送入所述相关器(210)；对输入数据进行CRC校验，将检验结果送入所述速率检测器(212)。
2.如权利要求1所述的通信系统的速率及质量检测装置，其特征在于，所述编码及校验单元(206)包括(1)CRC编码及校验单元(302)，用于根据输入数据重新生成CRC比特，将解码得到的信息比特和新的CRC比特输出到所述编码器(304)，对输入数据进行CRC校验，将校验结果送入所述速率检测器(212)；(2)编码器(304)，用于将输入数据重新编码，其结果送入所述相关器(210)。
3.一种通信系统的速率及质量检测方法包括以下步骤(1)解重复器(202)和解码器(204)对输入数据进行解重复和解码。如果是可变速率帧，按照各种可能速率分别进行解重复和解码；如果是固定速率帧，按照该速率解重复和解码；(2)将解码所得的数据送入CRC编码和校验单元(302)，将处理后的数据序列送入编码器(304)重新编码得到新的符号序列Yi’，i的每种取值代表一种速率；并对解码数据进行CRC校验，并将校验结果Ci送入速率检测器(212)；(3)将解码前的数据序列通过延迟单元(208)进行延迟后，与步骤(2)生成的序列Yi’一起被送入相关器(210)进行相关运算，并将结果进行归一化处理，归一化后相关性指示Li作为帧速率和质量检测的量度被送入速率检测器(212)；(4)进行帧速率及帧质量判断。
4.如权利要求3所述的通信系统的速率及质量检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中处理后的数据序列为CRC编码和校验单元(302)根据解码数据中的信息比特重新生成CRC比特，将新生成的CRC比特与本单元输入序列中的信息比特组成的新数据序列。
5.如权利要求3所述的通讯系统的速率及质量检测方法，其特征在于，所述步骤(4)包括以下两种方法(1)对于变速率通信系统，速率检测器(212)对帧速率进行判断；(2)对于固定速率通信系统，速率检测器(212)对帧质量进行判断。
6.如权利要求5所述的通信系统的速率及质量检测方法，其特征在于，所述方法(1)包括(1)确定按照哪几种速率进行解码的数据通过CRC校验，并记录通过校验的速率的个数；(2)如果有解码数据可以通过CRC校验，对于通过CRC校验的速率，从中选取相关性指示Li最大的作为最可能速率，只有一种速率通过CRC校验时，直接将该速率作为最可能速率，若该相关性指示值大于预先设定的常数，则将该速率判为帧速率；若该指示值小于或等于预先设定的常数，则判为删除帧；(3)如果各种速率的解码数据都没有通过CRC校验，将各速率的Li与相对应的常数Ti比较，每个Li对应一个Ti，如果发现一种速率的Li大于Ti即停止比较，并将该速率判为帧速率；如果没有一种速率的Li大于Ti，则将该帧判为删除帧。
7.如权利要求5所述的通信系统的速率及质量检测方法，其特征在于，所述方法(2)包括(1)如果解码数据通过CRC校验，或者相关性量度L大于预先设定的常数，则判断该帧解码正确；(2)解码数据未通过CRC校验，且相关性量度L小于或等于预先设定的常数，则判断为误帧。
全文摘要
本发明公开了一种通信系统的速率及质量检测装置和方法，本发明装置包括解重复器(202)、解码器(204)、延迟单元(208)、相关器(210)、速率检测器(212)和帧数据缓存器(214)和编码及校验单元(206)。编码及校验单元(206)又包括CRC编码及校验单元(302)和编码器(304)。本发明更有效的反映了帧解码结果的正确与否，在不提高系统复杂度的情况下，提高了帧速率检测的准确性。
文档编号H04B17/00GK1540902SQ20031011199
公开日2004年10月27日 申请日期2003年10月30日 优先权日2003年10月30日
发明者张海卓 申请人:中兴通讯股份有限公司