专利名称：信号编码的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号编码，更详细地说，尽管不是必要的，涉及语音信号的数字编码。
在现代蜂窝式无线电电话系统中，被采样和数字化的语音信号在经由无线接口传输之前被编码，以便减小发送信号占有的信道带宽。例如考虑欧洲电信标准委员会(ETSI)制定的全球移动通信系统(GSM)第一阶段标准，语音信号被分为20ms的时间帧而且利用规则脉冲激励-长期预测(RPE-LTP)算法来对每一个帧进行编码，以便从该信号去除长期和短期冗余。该编码处理的结果是一组代表每个20ms帧的260位。
还希望容许接收机识别并且尽可能纠正传输期间引入到编码信号中的错误。例如这可以通过纠错编码来进行。可是纠错编码在发送的信号中引入冗余信息，由此增加了信号带宽。为了避免信号带宽过分增大，GSM第一阶段系统仅对编码帧中182个主观上最重要的位提供纠错编码，剩下的其余78位未被保护。更详细地说，除用于182个最高有效位(包括通过循环冗余检验(CRC)保护的50位)的1／2速率卷积编码外，GSM将一种3位循环冗余检验(CRC)用于50个最重要的位。CRC和卷积编码将每帧的位数从260增加到456(该456位单元通常称为“信道编码帧”或仅称为“码字”)。
在GSM中，通过一系列无线电二进制位组，结合移动与前置二进制位组载波频率和后继二进制位组的载波频率有关的二进制位组载波频率的“跳频”来发送码字。使用跳频有助于减少在给定的载波频率下破坏数据的所谓“突发错误”的影响。由于交错无线电二进制位组中码字的各位，突发错误的影响还会更均匀地散布到整个码字。这有助于增加卷积码纠正突发错误的能力。交错的一般概念示于
图1中，其中，码字的456位被交错在四个连续的无线电二进制位组，每一个二进制位组包括114个信息位(二进制位组通常包括其它数据位，但为了清楚起见它们在图1中省略)。
GSM交错码字位而不管该位是保护的还是非保护的，例如考虑一个包括25个保护位流A0到A24后随15个非保护位流的40位码字的简单例子，非保护位包括三组多位编码参数X0到X4、Y0到Y6以及Z0到Z2。象图2中所示的那样，40个位被交错到四个10位的无线电二进制位组。象已经讨论过的那样，通过不同的载波频率发送连续的二进制位组。
考虑图2中无线电二进制位组中的一个被突发错误完全破坏而剩下其它三个无差错二进制位组的情况。不管哪一个二进制位组被破坏，X和Y参数中的一个将会被破坏(1．0错误可能性)，而Z参数将被破坏的可能性是0．75。在GSM第二阶段(它使用增强全速率语音编码／解码器GSM 06．60)，参数X、Y和Z通常确定激励向量中相应脉冲的位置。这样，即使只有一个参数位出错，由参数传送的信息也被丢失。由此存在以下的很大的可能性单个二进制位组差错将导致激励向量的实际丢失。
如上所述，图2仅说明简化的交错例子。Mouly和Pautet在“用于移动通信的GSM系统”一书(1992，ISBN2-9507190-0-7)中更详细地描述了用于GSM的信道编码和交错处理。ETSI建议的GSM 05．03(1997．11)提供了建议用于GSM第2+阶段的信道编码和交错处理的细节。应当特别指出，在该GSM建议(3．1．3章；表1)中各码字位被对角地插入到二进制位组结构而不是图1和图2中的所示垂直列。
本发明的目的是克服或者至少减轻前面段落中说明的传统的交错处理的缺点。具体地说，本发明的目的是以这样的方式提供各码字位的交错，即，使得非保护多位参数更坚强地抵抗突发差错。
可以通过以参数形式而不是位形式交错非保护位来达到这些和其它目的。
按照本发明的第一方面，提供一种使用多个无线电二进制位组经传输信道发送码字的方法，所述码字包括第一有序序列保护位和第二有序序列非保护位，而所述各无线电二进制位组合起来形成一组时序位单元，该方法包括在无线电二进制位组中确定第一和第二组位单元，以相对于无线电二进制位组的循环方式把所述第一序列的连续位分配给所述第一组位单元，使得相邻的保护位被分配到不同的无线电二进制位组，按照那些位单元的时序把所述第二序列的连续位分配给所述第二组位单元，以及发送包括分配的位的无线电二进制位组。
本发明的各实施例提供码字的各保护位在无线电二进制位组中的交错，使得用以保护这些位的编码处理可以坚强地抵抗传输差错，例如突发差错。这些实施例还完成参数位近似分组，构成非保护参数，形成单个或有限数目的无线电二进制位组，由此把将受单个突发差错影响的参数的数目最小化。
码字可以包括附加的非保护位，后者以所述循环方式与所述第一序列的保护位一道分配给无线电二进制位组。这对于如下例子是合适的编码参数是包括大量码字位，而其中只有一个是非保护的，以致于把该非保护位包含在所述第二序列中得不到好处。
所述多个无线电二进制位组最好被顺序地并且在不同的频带中发送。除了从码字分配的那些位之外，无线电二进制位组可以另外包括数据位。
码字最好包括对应于音频信号时间帧的编码数据。所述音频信号是语音信号则更好。本发明的方法特别适用于蜂窝式无线电话系统，其中移动通信装置与蜂窝式系统的基地收发机站之间的传输信道是无线接口。
所述第二有序序列最好包括多个多位编码参数并且给定参数的各位占据所述序列的相邻位置。
最好通过卷积编码来保护所述第一有序序列位。还可以通过循环冗余检测码来保护该第一序列。
本发明的各实施例被安排成利用所述多个无线电二进制位组发送至少两个码字，所述方法包括把所述码字的各位交错在无线电二进制位组的位单元中。例如对于第一码字，可以由所述无线电二进制位组的偶数位单元来形成所述第一和第二组位单元；而对于第二码字，可以由奇数位单元来形成所述第一和第二位单元。无线电二进制位组可以包括附加的数据位，例如构成用于接收机的训练或同步序列的数据位。
按照本发明的第二方面，提供经传输信道使用多个无线电二进制位组发送码字的装置。所述码字包括第一有序序列保护位和第二有序序列保护位，并且所述各无线电二进制位组合起来形成一组时序位单元，该装置包括输入端，用于接收码字，存储器，用于在无线电二进制位组中限定第一和第二组位单元，信号处理装置，用于以关于各无线电二进制位组的循环方式把所述第一序列的各连续位分配到所述第一组位单元，使得相邻的保护位被分配给不同的无线电二进制位组；并且用于按照所述各位单元的时序把所述第二序列的各连续位分配到所述第二组位单元，并且发射器，用于发送包括分配的位的无线电二进制位组。
本发明的装置最好包括用于将音频信号的时间帧编码成相应的码字并且用于所述码字提供给所述输入端的语音编码器。
按照本发明的第三方面，提供包括按照本发明上述第二方面的装置的移动通信装置。
按照本发明的第五方面，提供蜂窝式无线电电话网的基站控制器，基站控制器包括按照本发明上述第二方面的装置。
为了更好地理解本发明以及为了说明怎样实现它们，现在将以举例说明的方式涉及附图，附图中图1示出用于蜂窝式无线电电话系统的位交错处理；图2示出用于说明码字的保护和非保护位分配的简化例子的位交错处理；图3示意地示出语音编码系统，图4示出用于图2中简化例子的修改的位分配处理；图5示意地示出语音解码系统；以及图6示出对应于编码语音信号的两个连续帧的两个码字的各个位的交错。
图1和图2示出用于蜂窝式无线电话编码／解码器的并且前面已经描述过的传统的位交错处理。图3示意地示出诸如可能用于实现这种处理的语音编码／解码器。被采样和数字化的语音信号提供给语音编码器1的输入端。在目前的GSM第一阶段系统中，该编码器应用规则脉冲激励-长期预测(RPE-LTP)算法，它在编码器1的输出端产生对应语音信号每20ms帧的一组260位。
这些260位的确切特性在此将不详细描述，这样说就足够了利用这些位可以近似地重构相应的语音信号帧(读者可参考GSM标准和建议获得细节)。与此有关的是，一些多位编码参数由相应的260位子集确定。与此有关的是该260位按照预定的主观听觉试验的重要性顺序排列。因此给对重构帧影响小的位一个高指数，而给对重构帧有很大影响的位一个低指数。分类器2从编码器1的输出信号中选择主观最重要182位(类1)并且将这些信号提供给循环冗余检测(CRC)单元3。该单元3从主观最重要的50个位中产生3位CRC码。然后各个类1位与3位CRC码一起提供给卷积编码器4，后者为各个类1位中的每一位、四个卷积编码尾部位中的每一位以及三个CRC位中的每一位产生两个位。对语音信号的每一个帧来说，卷积编码器4的输出信号因此由378个位组成，这些位然后在多路复用器5与余下由分类器2输出的78个主观最不重要的位(类2)结合用来提供输入语音信号每20ms帧的456位码字，该码字提供给无线电频率发射器5b。
多路复用器5被安排用来把每一个码字的各个位交错成为四个无线电二进制位组。传统的交错模式在图1中示出(用图2举例说明)。可是这种传统的模式趋向于把编码参数的非保护位分散到几个无线电二进制位组，增加了某参数受突发差错影响的可能性。正如已经解释了的那样，情况通常是这样即使参数的单个位丢失也足以使得参数无用。
因此，代之以使用图4中示出的交错模式。象图2那样，图4使用25个保护位A0到A24和包三个编码参数X0到X4、Y0到Y6以及Z0到Z2的15个非保护位的简化的例子。该25个保护位以传统的方式循环地分配给四个10位的无线电二进制位组。可是当该分配完成时，非保护位以参数形式被分配在无线电二进制位组剩余的位单元的时序中。也就是说，第一参数Z的各个位被依次分配给无线电二进制位组1的位单元7、8和9，然后参数X的各个位被依次分配给无线电二进制位组2的位单元6到9以及二进制位组3的位单元6，最后，参数Y的各个位被依次分配给无线电二进制位组3的位单元8和9以及二进制位组4的位单元6到9。多路复用器5在处理器／存储器5a的控制下执行保护和非保护位到无线电二进制位组位单元的映射，其中处理器／存储器5a限定相应的两组无线电二进制位组位单元。
这种分配处理将给定的参数的各个位集中在一个或最多两个无线电二进制位组。考虑单个突发差错破坏四个无线电二进制位组中的一个的情况，差错在参数Z中出现的可能性是0．25，差错在参数X中出现的可能性是0．5，以及差错在参数Y中出现的可能性是0．5。这表示优于图2中的位分配导致的差错可能性的重大改进。
回到更复杂的456位码字的例子，图5示意地示出一种解码器，它适合于对图3中的编码器编码的信号进行解码并且使用图4中举例说明的位分配处理。多路分解器6接收四个包括交错码字位的无线电二进制位组。多路分解器6把该交错序列重新安排成为包含保护类1的各个位的第一序列7和包含非保护类2的各个位的第二序列8。类1位序列被提供给卷积解码器9，然后再提供给使用三个CRC位检测50个最重要的位中的差错的CRC单元10。然后多路复用器11被用来将(纠错后的)类1位和类2位结合以便产生关于每帧的260位编码帧，该编码帧由语音解码器12解码。如果CRC单元10检测到接收到的码字的50个最重要的位中的差错，则单元10使接收到的帧被拒绝。例如，可以根据一个或多个先前的帧而引入由帧替代单元13产生的替代帧。
在GSM中，交错处理比上面给出的简化例子更复杂。具体地说，不是通过四个连续的无线电二进制位组发送单个码字，而是同时发送交错在八个连续的无线电二进制位组上的两个连续的码字。例如，可以将一个码字分配到八个无线电二进制位组的奇位，另外的码字分配到偶位。对于两个码字B和C，这示于图6中。对于各奇位单元，第一组单元被确定用来携带码字B的保护位而第二组单元被确定用来携带码字B的非保护位。然后保护位以位方式对角地分配整个二进制位组结构上(见GSM 05．03，3．1．3章，表1)，而非保护位以上面描述的参数方式被分配。类似的处理用于码字C和无线电二进制位组的偶位单元。
下面的表1第一列给出了GSM第一阶段全速率编码／解码器的非保护(类2)位。表1第二列示出GSM标准05．03中定义的这些位的传统二进制位组映射(0到7)。第三列示出按照上面描述的参数方式位分配处理的修改的二进制位组映射，其中变换到05．03映射的地方标示下划线。高亮度灰度的参数位是属于具有两个或更多个非保护位的参数的位，并且对于这些位的参数方式分配可以获得对突发差错性能的改进。
本领域的技术人员可意识到不离开本发明范围，可以对上面描述的实施例作出各种修改。具体地说，本发明可以方便地用于目前GSM第一阶段标准的版本。例如，GSM第2+阶段使用增强型全速率(EFR)语音编码／解码器(GSM 06．60)，其中语音帧码字(可变长度)包括以代数方式定义的激励向量。在这种情况下，非保护位(参数方式分配的)往往包括限定激励向量中各脉冲的位置的位。在一系列无线电二进制位组中的非保护码字位的参数式分配除用于GSM系统外，也可用于无线电话系统，包括象通用移动通信系统(UMTS)的第三代系统。
表权利要求
1．一种使用多个无线电二进制位组经传输信道发送码字的方法，所述码字包括第一有序序列保护位和第二有序序列非保护位，并且所述各无线电二进制位组合起来提供一组时序位单元，所述方法包括确定所述各无线电二进制位组中的第一和第二组位单元，以关于所述各无线电二进制位组的循环方式把所述第一序列的连续的个位分配给所述第一组位单元，使得相邻的保护位被分配给不同的无线电二进制位组，按照所述位单元的时序把所述第二序列的连续的各个位分配给所述第二组位单元，以及发送包括所述分配的位的所述无线电二进制位组。
2．按照权利要求1的方法，其特征在于所述多个无线电二进制位组被顺序地并且通过不同的频带发送。
3．按照前面权利要求中任何一项权利要求的方法，其特征在于所述码字包括对应于音频信号时间帧的编码数据。
4．按照权利要求3的方法，其特征在于所述第二有序序列包括多个多位编码参数，并且给定参数的各个位占据所述序列中相邻的单元，因此所述各个位趋向于被分配给相同的无线电二进制位组。
5．按照权利要求3或者4的方法，其特征在于通过卷积编码保护所述第一有序序列的各个位。
6．按照前面的权利要求中的任何一项权利要求并且包括利用所述多个无线电二进制位组发送至少两个码字的方法，其特征在于所述方法包括交错无线电二进制位组的位单元中码字的各个位。
7．按照权利要求6的方法，其特征在于对第一码字来说，所述第一和第二组位单元由无线电二进制位组的偶数位单元提供，而对第二码字来说，所述第一和第二组位单元由奇数位单元提供。
8．一种用以用多个无线电二进制位组经传输信道发送码字的装置，所述码字包括第一有序序列保护位和第二有序序列非保护位，并且所述各无线电二进制位组合起来提供一组时序位单元，所述装置包括用于接收所述码字的输入端；存储器(5a)，用于确定所述无线电二进制位组中第一和第二组位单元；信号处理装置(5)，用于以关于无线电二进制位组的循环方式把所述第一序列连续的各个位分配到所述第一组位单元，使得相邻的保护位被分配到不同的无线电二进制位组；并且用于按照所述位单元的时序把所述第二序列的连续的各个位分配到所述第二组位单元，以及发射器(5b)，用于发送包括所述分配的各个位的所述无线电二进制位组。
9．按照权利要求8并且包括语音编码器(1)的装置，其特征在于所述语音编码器用于将音频信号的时间帧编码成相应的码字，并且用于把所述码字提供给所述输入端。
10．包括按照权利要求8或9的装置的移动通信装置。
11．蜂窝式无线电话网的基站控制器，其特征在于所述基站控制器包括按照权利要求6或7的装置。
全文摘要
一种经传输信道使用多个无线电二进制位组发送码字的方法。码字包括第一序列时序保护位和第二序列时序非保护位,并且所述无线电二进制位组合起来提供一组时序位单元。第一序列的连续的位以循环方式分配给各无线电二进制位组,使得相邻的保护位被分配给不同的无线电二进制位组,而第二序列连续的位按照剩余的位单元的时序分配给无线电二进制位组的剩余的位单元,然后通过不同频带顺序地发送无线电二进制位组。
文档编号H04L5/06GK1291378SQ99803189
公开日2001年4月11日 申请日期1999年2月19日 优先权日1998年2月25日
发明者H·米科拉, J·维尼奥 申请人:诺基亚移动电话有限公司