СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Российский патент 2005 года по МПК H04B17/00 

Изобретение относится к способу и устройству определения скорости передачи данных в сотовой системе радиосвязи с кодовым разделением каналов и может быть использовано в системах связи, использующих вокодер с несколькими скоростями и кодирование каждой из скоростей, например, при помощи сверточных кодеров, блочных кодеров или турбокодеров, в частности, по стандарту IS-95-B.

Стандартом IS-95-B (TIA/EIA IS-95-B "Mobile station - base station compatibility standard for dual-mode wideband spread spectrum cellular system." 17 July 1998) [1] предусмотрена возможность использования двух наборов скоростей (первый набор скоростей - Rate Set 1 и второй набор скоростей - Rate Set 2) для передачи данных в прямом и обратном каналах связи. Под данными (согласно терминологии стандарта IS-95-B) следует понимать информацию, представляющую собой сигнал в цифровой форме. Каждый из наборов состоит из четырех скоростей (т.к. используется четырех скоростной вокодер при передаче голосовых данных), различающихся количеством передаваемых за один фрейм (пакет) данных:

Rate Set 1: 9600 бит/с (скорость 1), 4800 бит/с (скорость ¹/₂), 2400 бит/с (скорость ¹/₄), 1200 бит/с (скорость 1/8),

Rate Set 2: 14400 бит/с (скорость 1), 7200 бит/с (скорость ¹/₂), 3600 бит/с (скорость ¹/₄), 1800 бит/с (скорость 1/8).

При формировании передаваемого сигнала для каждого фрейма данных выполняют кодирование передаваемых символов данных при помощи кодера (например, кодера Витерби), параметры которого соответствуют используемой скорости передачи данных, в результате чего формируются кодированные символы данных. Отметим, что в передаваемом фрейме может содержаться необходимая дополнительная информация, предусмотренная используемым стандартом системы связи, например сформированный по передаваемым символам данных циклический избыточный код (например, стандарт IS-95-B предусматривает передачу циклического избыточного кода для скоростей 1 и 1/2 набора скоростей Rate Set 1 и для всех четырех скоростей набора скоростей Rate Set 2).

После кодирования выполняют предусмотренные используемым стандартом для передаваемой скорости алгоритмы преобразования фрейма, например, такие как алгоритмы повторения и/или выкалывания лишних символов (при необходимости), а также алгоритмы перестановки (перемежения) символов во фрейме. Далее выполняется модуляция передаваемого фрейма и наложение расширяющих кодовых последовательностей на передаваемый сигнал.

При приеме сигнала для каждого принимаемого фрейма данных выполняется снятие расширяющих кодовых последовательностей и демодуляция принятого сигнала, в результате чего формируются демодулированные символы принимаемого сигнала, представляющие собой q разрядные величины (мягкие решения о принятых символах).

После этого необходимо сформировать фрейм демодулированных символов для используемой скорости передачи данных, для чего необходимо выполнить обратные операции преобразования фрейма относительно использованных при формировании передаваемого сигнала (например, такие как обратные перестановки символов во фрейме, объединение повторяющихся символов и/или подстановка вместо непередававшихся (выколотых) символов нулей). Далее следует выполнить декодирование сформированного фрейма демодулированных символов для данной скорости передачи данных, например, при помощи декодера Витерби с параметрами, соответствующими использованной скорости передачи данных, для получения декодированных символов данных фрейма (переданных данных фрейма).

Скорость может изменяться от фрейма к фрейму и на приемном конце априорно неизвестна. Кроме того, при возникновении ошибок в принятых символах данных фрейма, дальнейшее использование такого фрейма считается недопустимым (обычно в этом случае принятые данные фрейма стираются). Поэтому при приеме фрейма необходимо решить две взаимосвязанные задачи: во-первых, определить, на какой из возможных четырех скоростей велась передача данных, и, во-вторых, проверить данные фрейма на наличие ошибок.

Наиболее распространенный подход к решению этой задачи, позволяющий достичь наилучших результатов, предполагает выдвижение нескольких гипотез о скорости передачи данных в принимаемом фрейме (обычно количество гипотез равно количеству скоростей в используемом наборе скоростей). Далее для каждой из гипотез: формируют фрейм демодулированных символов (в соответствии с необходимой при приеме данной скорости последовательностью операций), выполняют декодирование фрейма демодулированных символов и формируют метрики (показатели) качества данных. По сформированным метрикам качества осуществляется выбор истинной гипотезы (скорости передачи данных) и проверка качества принятых данных фрейма (качества декодированных символов данных).

Известно изобретение, описанное в US 5566206 “Method and apparatus for determining data rate of transmitted variable rate data in a communications receiver”. Int. Cl⁶ H 04 B 17/00 [2]. Данное техническое решение оптимизировано под прием первого из двух наборов скоростей (Rate Set 1), предусмотренных стандартом IS-95-B, и представляет собой последовательность логических проверок (алгоритм), каждая из которых может быть либо истинной, либо ложной. В зависимости от результата проверки каждого условия осуществляется ветвление алгоритма и, в конечном итоге, выносится решение о скорости передачи данных в принятом фрейме и качестве данных фрейма.

Исходными данными для работы алгоритма являются следующие метрики качества принимаемых данных:

- оценки качества демодулированных символов фрейма для всех четырех гипотез о принимаемой скорости; в качестве таких оценок в [2] используют оценки вероятности ошибки символа на входе декодера Витерби (symbol error rate - SER);

- результаты проверки циклического избыточного кода (cyclic redundancy check - CRC), передаваемого в сигнале для скоростей 1 и ¹/₂; CRC является индикатором качества фрейма согласно стандарту и при использовании набора скоростей Rate Set 1 передается только для данных двух скоростей;

- результаты проверки метрики качества Ямамото для скоростей 1/4 и 1/8 (Yamamoto quality metric - YQM) (Hirosuke Yamamoto et al., "Viterbi decoding algorithm for convolutional codes with repeat request." IEEE Transactions on Information Theory, Vol. IT-26, No 5, Sep. 1980 pp.540-547) [3]; YQM формируется в процессе декодирования фрейма.

Для получения оценок SER каждой из гипотез выполняют следующую последовательность операций: декодируют демодулированные символы фрейма, образуя декодированные символы данных фрейма (декодированные данные фрейма), выполняют кодирование декодированных данных и вычисляют отношение количества ошибок, возникающих в случае несовпадения жесткого решения о демодулированном символе с соответствующим символом, полученным кодированием декодированных данных (обратным кодированием), к общему количеству символов во фрейме.

Две последние метрики качества (CRC и YQM) представляют собой однобитовые величины, сигнализирующие (в предположении об истинности данной гипотезы) о приеме фрейма без ошибок (положительный результат проверки, обозначаемый "1") или о приеме фрейма с ошибками (отрицательный результат проверки, обозначаемый "0").

Решение формируют, последовательно проверяя гипотезы в порядке убывания достоверности соответствующих им CRC или YQM и отбрасывая по результатам проверки ложные гипотезы. Формирование решения о приеме той или иной скорости возможно только в том случае, если для данной гипотезы о принимаемой скорости получен положительный результат проверки соответствующей CRC или YQM и соответствующая ей оценка SER меньше заданного для данной гипотезы порогового значения. Если таких гипотез не существует, выносят решение о приеме фрейма с ошибками.

При использовании CRC и YQM возможно возникновение ситуаций, когда для нескольких гипотез одновременно будет получен положительный результат проверки данных метрик качества. В этом случае для определения истинной гипотезы используют полученные для них оценки SER, считая истинной гипотезу с меньшей оценкой. Если производится выбор одной из двух гипотез, для которых получены положительные результаты проверки YQM и равные значения оценок SER, считают, что такая ситуация логически не разрешима и выносят решение о приеме фрейма с ошибками (стирании фрейма).

Недостатком этого изобретения является его низкая эффективность при приеме второго набора скоростей по стандарту IS-95-В. Второй набор скоростей предполагает передачу CRC для всех четырех скоростей. Данное решение не использует проверку CRC для скоростей 1/4 и 1/8, в то время как использование YQM для данных двух скоростей не позволяет достичь потенциально возможных характеристик.

Другим известным техническим решением в данной области техники является изобретение по патенту US 5751725 “Method and apparatus for determining the rate of received data in a variable rate communications system”. Int. C1. G 06 F 11/00 [4]. Данное изобретение, в отличие от рассмотренного выше технического решения, оптимизировано под прием второго набора скоростей (Rate Set 2), предусмотренного стандартом IS-95-B. Исходными данными для работы алгоритма являются следующие метрики качества принимаемых данных: оценки SER и результаты проверки CRC для всех четырех гипотез, а также результат проверки YQM для скорости 1/8.

В данном решении первоначально проводится проверка CRC для всех четырех скоростей и по результатам проверки выбирается один из возможных вариантов дальнейшего анализа фрейма.

При положительном результате проверки только одной из четырех CRC выполняется анализ качества данных фрейма, соответствующих данной гипотезе, путем сравнения сформированных оценок SER (всех гипотез или только данной гипотезы) с пороговыми значениями, причем при проверке данных для скорости 1/8 величину порогов устанавливают в зависимости от результата проверки YQM для данной гипотезы. Если пороговые условия не выполняются, выносится решение о приеме фрейма с ошибками (фрейма, содержащего ошибки в декодированных символах данных).

При положительном результате проверки двух из четырех CRC для определения истинной гипотезы используют полученные для них оценки SER, считая истинной гипотезу с меньшей оценкой. Далее для истинной гипотезы выполняется оценка качества данных, аналогичная случаю положительного результата проверки только одной CRC.

Предлагаемый подход неработоспособен при приеме первого набора скоростей, поскольку предполагает передачу CRC для всех четырех скоростей, в то время как для Rate Set 1 не передаются CRC для скоростей 1/4 и 1/8.

Еще одним известным техническим решением в этой области техники является изобретение по патенту ЕР 0884852 "Quality calculator for viterbi-decoded data using zerostate metrics". Int. C1⁶ H 03 M 13/00 [5]. Предложенный подход использует следующую особенность формирования сигналов по стандарту IS-95-B. Для истинной гипотезы декодирование предаваемых в сигнале последних 8-ми нулевых бит (tail bits) приводит к тому, что все ветви на решетчатой диаграмме сходятся в одну вершину, соответствующую нулевому состоянию декодера Витерби. Сравнивая для всех четырех скоростей оценки качества демодулированных символов фрейма, представляющие собой в данном случае метрики нулевого состояния (метрики выживших путей, соответствующих нулевому состоянию декодера), выбирают наименьшее значение метрики нулевого состояния и определяют скорость передачи данных.

Недостатком этого технического решения является низкое качество используемых метрик, не позволяющее достаточно точно определять скорость передачи данных и фреймов данных, принятых с ошибками (несмотря на универсальность способа, он работает не достаточно эффективно при приеме любого из наборов скоростей).

Известны другие технические решения по определению скорости передачи данных, например, US 5878098 "Method and apparatus for rate determination in a communication system". Int. C1⁶. H 04 L 27/00 [6] и US 5796757 "Method and apparatus for performing rate determination with a variable rate viterbi decoder". Int. C1.⁶ H 03 M 13/12 [7]. Эти технические решения основаны на последовательной проверке гипотез, начиная со скорости 1 и заканчивая скоростью 1/8, до обнаружения гипотезы, метрики качества данных которой удовлетворяют заданным пороговым условиям.

В патенте [6] в качестве решающих величин используют: оценки CRC для скоростей 1 и 1/2 и оценки качества демодулированных символов фрейма для каждой из гипотез, представляющие собой, в данном случае, оценки лучших выживших путей в конечном состоянии декодера Витерби, формируемые по соответствующим метрикам выживших путей, и оценку ser для скорости 1/8.

В патенте [7] решающими величинами являются: оценки CRC для скоростей 1 и 1/2, оценки YQM для скоростей 1/2, 1/4 и 1/8, а также шесть классифицирующих функций, формируемых в виде взвешенных разностей метрик выживших путей для всех четырех гипотез (оценок качества демодулированных символов фрейма).

Так же, как и изобретение [2], технические решения [6] и [7] не используют проверку CRC для скоростей 1/4 и 1/8, что существенно снижает точность определения скорости передачи данных и фреймов данных, принятых с ошибками при приеме второго набора скоростей.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является решение, описанное в WO 99/08425 “Method and apparatus for determining the rate of received data in a variable rate communications system”. Int. Cl.⁶ H 04 L 25/02 [8]. Данное изобретение оптимизировано под прием второго набора скоростей. Исходными данными для работы способа и устройства (соответствующего им алгоритма) являются следующие метрики качества принимаемых данных: результаты проверки CRC и YQM для всех четырех гипотез, а также оценки качества демодулированных символов фрейма каждой из гипотез, представляющие собой, в данном изобретении, нормированные корреляционные метрики.

Формирование нормированных корреляционных метрик осуществляется с использованием демодулированных символов фрейма принимаемого сигнала и символов, получаемых путем кодирования декодированных данных каждой из гипотез. В описании к патенту [8] приведены различные варианты формирования нормированных корреляционных метрик. Например, один из вариантов предполагает определение демодулированных символов, для которых жесткое решение о демодулированном символе не совпадает с соответствующим символом, полученным кодированием декодированных данных, и вычисление отношения разности модулей мягких решений таких символов к общему количеству символов во фрейме (данная величина представляет собой величину, инверсную по знаку так называемой мягкой оценке SER).

Устройство-прототип (фиг.2 описания к патенту) содержит блоки 220, 230, 240, 236, 248, 232 и 234, которые осуществляют декодирование и формирование метрик качества для гипотез о принимаемом сигнале, и блок 250 (назван “Rate Selector” - блок выбора скорости), осуществляющий выбор скорости передачи данных.

Алгоритм предусматривает циклически повторяющуюся последовательность действий. В начале выбирается наибольшая из четырех нормированная корреляционная метрика и определяется, какой из гипотез о принимаемой скорости она принадлежит. После этого проверяется CRC для данной гипотезы и, если проверка дает положительный результат, то работа устройства останавливается и данную гипотезу считают истинной. В противном случае данная гипотеза считается ложной и далее не рассматривается. После этого алгоритм повторяют снова для следующей наибольшей нормированной корреляционной метрики. Устройство работает до тех пор, пока не будет обнаружена гипотеза, имеющая положительный результат проверки CRC, или не будут проверены все возможные гипотезы.

Еще один вариант определения скорости в соответствии с патентом [8] включает в себя, в дополнение к описанным выше операциям, проверку YQM после выполнения проверки CRC для подтверждения качества принятых данных фрейма в соответствии с данной гипотезой. Вместо YQM также может быть использовано сравнение с порогом разницы между метрикой лучшего выжившего пути по окончании декодирования Витерби и метрикой ближайшего к нему пути.

Так же, как и изобретение [4], данное техническое решение предполагает передачу CRC для всех четырех скоростей, что делает его неработоспособным при приеме Rate Set 1, где не передаются CRC для скоростей 1/4 и 1/8.

Задача, на решение которой направлены заявляемые изобретения, - это создание унифицированного способа определения скорости передачи данных для всех используемых наборов скоростей и устройства для его реализации, позволяющих точно определять скорость передачи данных, в прямом и обратном каналах связи и фреймы данных, принятые с ошибками.

Поставленная задача решена путем создания группы изобретений - способа и устройства определения скорости передачи данных, которые выполнены в едином изобретательском замысле и позволяют при реализации получить эквивалентный технический эффект.

Согласно заявляемому изобретению способ определения скорости передачи данных, при котором для каждого принимаемого фрейма данных выдвигают m гипотез о скорости передачи данных и формируют для каждой из гипотез фрейм демодулированных символов, заключается в том, что:

для каждой из m гипотез, где m≥1, выполняют декодирование фрейма демодулированных символов, образуя декодированные символы данных фрейма, формируют k метрик качества данных, где k≥1, задают зависимость значения оценки истинности гипотезы от значений соответствующих ей метрик качества данных,

формируют оценку истинности гипотезы, используя данную зависимость и сформированные метрики качества данных,

формируют решение о скорости передачи данных и качестве декодированных символов данных фрейма, для чего по сформированным оценкам истинности всех гипотез в соответствии с установленным критерием выбирают истинную гипотезу и выполняют для нее проверку качества данных фрейма.

Причем в заявляемом способе, например:

в качестве одной из k метрик качества данных используют оценку вероятности ошибки символа,

в качестве одной из k метрик качества данных используют нормированную корреляционную метрику,

в качестве одной из k метрик качества данных используют результат проверки передаваемого в сигнале циклического избыточного кода,

в качестве одной из k метрик качества данных используют метрику качества Ямамото,

в качестве одной из k метрик качества данных используют оценку, формируемую по метрикам выживших по окончании декодирования путей,

в качестве метрик качества данных каждой из гипотез используют оценку вероятности ошибки символа, метрику качества Ямамото и передаваемый в сигнале циклический избыточный код,

зависимость значения оценки истинности гипотезы от значений соответствующих ей метрик качества данных задают как сумму трех слагаемых, при этом первое слагаемое представляет собой гиперболическую зависимость от оценки вероятности ошибки символа, второе слагаемое представляет собой число не нулевое, если результат проверки циклического избыточного кода указывает на прием фрейма без ошибок, и нулевое в противоположном случае, третье слагаемое представляет собой число не нулевое, если результат проверки метрики качества Ямамото указывает на прием фрейма без ошибок, и нулевое в противоположном случае,

зависимость значения оценки истинности гипотезы от значений соответствующих ей метрик качества данных задают как полиномиальную или криволинейную функцию от значений формируемых метрик качества,

оценку истинности гипотезы формируют как величину, равную значению зависимости значения оценки истинности гипотезы от значений соответствующих ей метрик качества данных при сформированных значениях метрик качества данных,

критерий выбора истинной гипотезы устанавливают как критерий максимума оценки истинности гипотезы при использовании возрастающих с увеличением правдоподобия гипотезы зависимостей значения оценки истинности гипотезы от значений соответствующих ей метрик качества данных и как критерий минимума оценки истинности гипотезы при использовании убывающих с увеличением правдоподобия гипотезы зависимостей значения оценки истинности гипотезы от значений соответствующих ей метрик качества данных,

проверку качества данных фрейма выполняют путем проверки передаваемого в сигнале циклического избыточного кода для истинной гипотезы, при этом, если результат проверки циклического избыточного кода указывает на прием фрейма с ошибками, то формируют решение о стирании фрейма, в противоположном случае выносят решение о приеме скорости, соответствующей истинной гипотезе,

проверку качества данных фрейма выполняют путем проверки метрики качества Ямамото, при этом, если результат проверки метрики качества Ямамото указывает на прием фрейма с ошибками, то формируют решение о стирании фрейма, в противоположном случае выносят решение о приеме скорости, соответствующей истинной гипотезе.

Согласно заявляемому изобретению устройство определения скорости передачи данных для реализации заявляемого способа содержит блок декодирования и формирования метрик качества данных для гипотез о принимаемом сигнале, блок управления, блок формирования оценки истинности для каждой из гипотез, блок выбора истинной гипотезы, блок проверки качества данных, а также блок формирования решения, при этом первый вход блока декодирования и формирования метрик качества данных для гипотез о принимаемом сигнале является информационным входом устройства, второй вход блока декодирования и формирования метрик качества данных объединен с первым входом блока управления, первым входом блока формирования оценки истинности для каждой из гипотез, первым входом блока проверки качества данных и является управляющим входом устройства, первый выход блока декодирования и формирования метрик качества данных для гипотез о принимаемом сигнале является первым выходом устройства, а второй выход его соединен со вторым входом блока формирования оценки истинности для каждой из гипотез, со вторым входом блока управления и со вторым входом блока проверки качества данных, третий вход блока формирования оценки истинности для каждой из гипотез соединен с первым выходом блока управления, выход блока формирования оценки истинности для каждой из гипотез соединен с первым входом блока выбора истинной гипотезы, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, а выход блока выбора истинной гипотезы соединен с третьим входом блока проверки качества данных, четвертый вход которого соединен с третьим выходом блока управления, выход блока проверки качества данных соединен со входом блока формирования решения, выход которого является вторым выходом устройства.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что заявляемый способ существенно отличается от прототипа.

Общие признаки заявляемого способа и прототипа:

- для каждого принимаемого фрейма демодулированных символов выдвигают m гипотез о скорости передачи данных,

- для каждой из гипотез выполняют декодирование демодулированных символов, образуя декодированные символы данных фрейма, и формируют метрики качества данных,

- формируют решение о скорости передачи данных и качестве декодированных символов данных фрейма, для чего выбирают гипотезу и выполняют проверку качества декодированных символов данных для выбранной гипотезы.

Отличительные признаки заявляемого способа от прототипа:

- формируют k≥1 метрик качества данных для каждой из m гипотез, где m≥1, причем количество и тип формируемых для каждой из гипотез метрик качества может отличаться от используемых для других гипотез,

- выбор гипотезы осуществляют по оценкам истинности всех гипотез, которые считают абсолютными решающими величинами при определении истинной гипотезы, в соответствии с установленным критерием,

- для формирования оценки истинности каждой из гипотез задают зависимость значения оценки истинности гипотезы от совокупности значений соответствующих ей метрик качества данных,

- формирование оценки истинности каждой из гипотез выполняют путем определения значения заданной для гипотезы зависимости при значениях метрик качества данных этой гипотезы, полученных для принимаемого фрейма.

Сравнение заявляемого способа с другими известными техническими решениями в данной области техники [2-7] не позволило выявить признаки, перечисленные как отличительные. Следовательно, заявляемое изобретение обладает новизной и отвечает критериям изобретения “существенные отличия” и “изобретательский уровень”.

Сравнение заявляемого устройства определения скорости передачи данных с прототипом показывает, что заявляемое устройство (см.чертеж) существенно отличается от прототипа.

Общие признаки заявляемого устройства и прототипа: оба устройства содержат блок, осуществляющий декодирование и формирование метрик качества для гипотез о принимаемом сигнале, и блок, осуществляющий выбор скорости передачи данных. В прототипе совокупность блоков, которые определяют скорость передачи данных, обобщенно названа “Rate Selector” (блок выбора скорости), блок показан на фиг.2 описания к патенту [8]. В связи с этим можно выделить и общие связи - информационный вход блока декодирования и формирования метрик качества данных для гипотез о принимаемом сигнале является первым входом устройства, выход блока декодирования и формирования метрик качества данных для гипотез о принимаемом сигнале является первым выходом устройства, выход блока выбора скорости является вторым выходом устройства.

Однако функционально блок декодирования и формирования метрик качества данных для гипотез о принимаемом сигнале, используемый в заявляемом устройстве, отличается от аналогичного блока, описанного в прототипе, тем, что в заявляемом устройстве этот блок для m гипотез, где m≥1, о скорости передачи данных для каждого принимаемого фрейма демодулированных символов, формирует k метрик качества данных, где k≥1, причем количество и тип формируемых для каждой из гипотез метрик качества может отличаться от используемых для других гипотез.

Кроме того, блоки 2-5 (см.чертеж) реализации заявляемого устройства, осуществляющие выбор скорости передачи данных, выполнены принципиально по-другому и алгоритм их работы существенно отличается от прототипа.

Эти отличия заключаются в следующем. Устройство согласно заявляемому изобретению содержит:

блок управления - блок 2, который формирует управляющие сигналы для блоков 3, 4 и 5 (в прототипе такой функциональный блок отсутствует);

блок формирования оценки истинности для каждой из гипотез - блок 3, который формирует по совокупности значений метрик качества данных каждых из гипотез решающие величины, используемые для определения истинной гипотезы и именуемые оценками истинности каждой из гипотез (в прототипе такой функциональный блок отсутствует);

блок выбора истинной гипотезы - блок 4, этот блок выбирает истинную гипотезу в соответствии с устанавливаемым по сигналу из блока управления 2 критерием выбора истинной гипотезы; в частном случае при использовании для выбора истиной гипотезы критерия максимума оценок истинности гипотез этот признак можно отнести к общему признаку с прототипом за исключением того, что данный критерий применяется к абсолютным решающим величинам (согласно заявляемому способу), а не к нормированной корреляционной метрике, являющейся одной из используемых метрик качества данных (такой функциональный блок в сочетании с упомянутыми связями в прототипе отсутствует);

блок проверки качества данных для выбранной гипотезы - блок 5, этот блок выполняет проверку качества декодированных символов данных для выбранной истинной гипотезы, причем количество и тип выполняемых для определения качества данных проверок могут различаться в зависимости от того, какая гипотеза была выбрана, а также от используемого набора скоростей (такой функциональный блок в прототипе отсутствует).

Сравнение заявляемого устройства с прототипом позволило установить соответствие критерию “новизна”, сравнение с другими известными техническими решениями в данной области техники [2-7] не позволило выявить совокупность заявляемых признаков и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критериям “существенные отличия” и “изобретательский уровень”.

Использование перечисленной совокупности признаков (определенных как отличительные признаки) заявляемых способа и устройства по сравнению с известными техническими решениями позволяет решить поставленную задачу, т.е. созданы унифицированные способ и устройство определения скорости передачи данных для всех используемых наборов скоростей, позволяющие точно определять скорость передачи данных в прямом и обратном каналах связи и фреймы данных, принятые с ошибками.

Описание заявляемого изобретения поясняется графическими материалами.

На чертеже показана блок-схема устройства определения скорости передачи данных (заявляемое устройство для реализации заявляемого способа).

Устройство определения скорости передачи данных для реализации заявляемого способа содержит блок 1 декодирования и формирования метрик качества данных для гипотез о принимаемом сигнале, блок 2 управления, блок 3 формирования оценки истинности для каждой из гипотез, блок 4 выбора истинной гипотезы, блок 5 проверки качества данных, а также блок 6 формирования решения, при этом первый вход блока 1 декодирования и формирования метрик качества данных для гипотез о принимаемом сигнале является информационным входом устройства, второй вход блока 1 декодирования и формирования метрик качества данных объединен с первым входом блока 2 управления, первым входом блока 3 формирования оценки истинности для каждой из гипотез, первым входом блока 5 проверки качества данных и является управляющим входом устройства, первый выход блока 1 декодирования и формирования метрик качества данных для гипотез о принимаемом сигнале является первым выходом устройства, а второй выход его соединен со вторым входом блока 3 формирования оценки истинности для каждой из гипотез, со вторым входом блока 2 управления и со вторым входом блока 5 проверки качества данных, третий вход блока 3 формирования оценки истинности для каждой из гипотез соединен с первым выходом блока 2 управления, выход блока 3 формирования оценки истинности для каждой из гипотез соединен с первым входом блока 4 выбора истинной гипотезы, второй вход которого соединен со вторым выходом блока 2 управления, а выход блока 4 выбора истинной гипотезы соединен с третьим входом блока 5 проверки качества данных, четвертый вход которого соединен с третьим выходом блока 2 управления, выход блока 5 проверки качества данных соединен со входом блока 6 формирования решения, выход которого является вторым выходом устройства.

Для работы заявляемых способа и устройства определения скорости передачи данных используется внешний управляющий сигнал, поступающий из тракта обработки сигнала канала синхронизации (согласно стандарту IS-95-B). Этот управляющий сигнал указывает, какой из наборов скоростей использовался для передачи данных (например, значение "0" информирует о приеме набора скоростей Rate Set 1, a значение "1" информирует о приеме набора скоростей Rate Set 2). Данный внешний управляющий - сигнал является управляющим сигналом, необходимым для работы блоков 1, 2, 3 и 5, которые непосредственно используют информацию о принимаемом наборе скоростей и выполняют необходимые при приеме данного набора скоростей операции.

При работе заявляемых способа и устройства определения скорости передачи данных предполагается, что к моменту начала определения скорости передачи данных в принимаемом фрейме выполнены все операции, выполняемые до декодирования принимаемого сигнала, включая операцию выдвижения m гипотез о скорости передачи данных и операцию формирования фрейма демодулированных символов для каждой из гипотез (в соответствии с необходимой при приеме данной скорости последовательностью операций). Количество гипотез m определяется разработчиком применительно к конкретной реализации способа и устройства и является предопределенным постоянным значением при приеме каждого из наборов скоростей (например, можно всегда считать количество гипотез m равным количеству скоростей в принимаемом наборе скоростей). При этом следует отметить, что устройство сохраняет работоспособность при любом целом значении m≥1 (т.е., если необходимо, например, рассматривать не четыре гипотезы о принимаемой скорости при приеме набора скоростей Rate Set 1, а только определенную часть из них, эту задачу можно решить путем введения условного набора скоростей Rate Set 1’, т.е. задают для него значение внешнего управляющего сигнала и определяют последовательности операций, выполняемых блоками 1, 2, 3 и 5 при таком значении внешнего управляющего сигнала).

Заявляемый способ определения скорости передачи данных реализуют на устройстве, блок-схема которого показана на фиг.1.

Блок 1 предназначен для формирования декодированных символов данных принимаемого фрейма для каждой из гипотез и формирования необходимых для определения скорости передачи данных метрик качества данных каждой из гипотез.

Поступающий на второй вход блока 1 внешний управляющий сигнал указывает, какой из наборов скоростей использовался для передачи данных. В зависимости от значения внешнего управляющего сигнала в блоке 1 выполняют декодирование поступивших на информационный вход (первый вход блока) фреймов демодулированных символов для каждой из гипотез, например, при помощи m декодеров Витерби, параметры каждого из которых соответствуют одной из гипотез о скорости передачи данных для используемого набора скоростей. В результате декодирования формируют выдаваемые с первого выхода блока 1 декодированные символы данных каждой из гипотез.

Кроме того, в зависимости от значения данного внешнего управляющего сигнала в блоке 1 для каждой из гипотез формируют k ≥ l метрик качества данных, необходимых для определения скорости передачи данных. Например, если управляющий сигнал принимает значение, указывающее на прием Rate Set 1, то формируют результаты проверки YQM и оценки SER для всех четырех гипотез, а также результаты проверки CRC для гипотез о приеме скоростей 1 и ¹/₂ в том случае, если управляющий сигнал принимает значение, указывающее на прием Rate Set 2, то для всех четырех гипотез формируют оценки SER и результаты проверки YQM и CRC.

Отметим, что при реализации заявляемых способа и устройства могут быть использованы различные другие показатели качества данных, например такие, как описанные в патентах [5], [6] и [8]. Количество и состав формируемых для каждой из гипотез метрик качества определяется разработчиком в процессе проектирования конкретной реализации заявляемого способа и устройства. Сформированные метрики качества данных всех гипотез (сигнал со второго выхода блока) передаются в шину данных.

Блок управления 2 предназначен для формирования управляющих сигналов для блоков 3, 4 и 5 (соответственно сигналы первого, второго и третьего выходов блока). Блок 2 по внешнему управляющему сигналу, поступающему на его первый вход, и метрикам качества данных всех гипотез, поступающим по шине данных на второй его вход, формирует для каждого из блоков управляющий сигнал, который указывает, как получить необходимые для работы этого блока метрики качества из шины данных. Например, при параллельной передаче всех метрик качества по шине данных этот управляющий сигнал будет указывать номера позиций, нужных данному блоку метрик качества данных в групповом сигнале шины данных.

В блоке 3 формируют для каждой из гипотез оценку истинности V_i, где i - номер гипотезы о принимаемой скорости, с использованием соответствующих данной гипотезе сформированных метрик качества, передаваемых по шине данных. Формирование осуществляют с использованием задаваемых разработчиком для всех гипотез зависимостей значения оценки истинности гипотезы от значений сформированных для нее метрик качества данных (например, считают оценку истинности каждой из гипотез равной значению заданной для нее зависимости при сформированных для принимаемого фрейма значениях метрик качества данных). Сформированные оценки истинности всех гипотез (сигнал с выхода блока 3) передаются на вход блока 4.

Поскольку способ формирования и количество метрик качества данных, используемых для формирования оценки истинности V_i каждой гипотезы могут различаться в зависимости от используемого набора скоростей, при работе блока 3 используют два управляющих сигнала. Внешний управляющий сигнал, поступающий на первый вход блока 3, указывает, какой из наборов скоростей используется для передачи данных. В зависимости от значения этого управляющего сигнала выполняется тот или иной способ формирования оценки истинности каждой из гипотез. На третий вход блока 3 поступает управляющий сигнал из блока управления 2, который указывает, как получить необходимые для работы блока 3 метрики качества из шины данных (второй вход блока).

Пусть, например, положительному результату проверки CRC и YQM, указывающему на отсутствие ошибок в декодированных символах данных, соответствует значение "1", а отрицательному результату проверки, указывающему на наличие ошибок в декодированных символах данных, соответствует значение - "0". В этом случае наиболее простым вариантом формирования метрики V_i для всех гипотез является следующая зависимость значения оценки истинности от значений сформированных для нее метрик качества данных (выражение):

где SER_i - полученная для i-ой гипотезы оценка SER;

CRC_i - результат проверки CRC для i-ой гипотезы (при приеме Rate Set 1 для скоростей 1/4 и 1/8 всегда считается равным нулю);

YQM_i - результат проверки YQM для i-ой гипотезы;

- весовой коэффициент для оценки SER i-ой гипотезы (константа);

(SER_i) - весовой коэффициент для CRC i-ой гипотезы;

(ser_i) - весовой коэффициент для YQM i-ой гипотезы.

Данное выражение при использовании неотрицательных весовых коэффициентов, максимизирует значение оценки истинности V_i с увеличением достоверности (правдоподобия) гипотезы i.

Весовые коэффициенты (SER_i) и (SER_i) в наиболее общем случае являются монотонно убывающими функциями от оценки SER_i для данной гипотезы и зависят от вероятности случайного совпадения соответствующих метрик качества (т.е. вероятности ошибочного положительного результата проверки CRC или YQM для скорости i в тех случаях, когда передавалась скорость j или когда передавалась скорость i, но фрейм принят с ошибками в данных). При приеме набора скоростей Rate Set 2 влияние данных зависимостей столь незначительно по сравнению с влиянием первого члена суммы в выражении (1), что практически без потерь можно считать веса всех (SER_i) и (SER_i) константами. При приеме набора скоростей Rate Set 1 коэффициенты (SER_i) и (SER_i) достаточно точно представляются в виде линейных зависимостей от соответствующих оценок SER_i. Величины и вид зависимостей (SER_i) и (SER_i) всех гипотез определяются разработчиком исходя из требований к характеристикам конкретной реализации способа. В наиболее общем виде выражение для формирования оценки истинности каждой из гипотез описывается как:

где через θ_ab, a={1,...,k}, b={1,...,m] обозначена а-тая метрика качества b-той гипотезы, выбранная разработчиком при данной реализации способа. Количество k и состав формируемых для каждой из гипотез метрик качества, как уже отмечалось выше, может быть различным.

Несмотря на то, что выражение (2) предусматривает зависимость оценки истинности каждой из гипотез от совокупности всех метрик качества всех гипотез, в подавляющем большинстве практических приложений заявляемого способа достаточно использовать для вычисления оценки истинности i-той гипотезы V_i, только метрики качества данных, соответствующие этой гипотезе. При этом в качестве выражения (функции) для вычисления оценки истинности гипотезы f_i(.) может быть использована полиномиальная или криволинейная функция, у которой аргументом функции является некоторая "количественная" оценка качества принимаемых данных для i-той гипотезы, обладающая большим ансамблем возможных значений (в качестве нее может быть использована оценка качества демодулированных символов фрейма, например такая, как оценка SER или нормированная корреляционная метрика), а величины коэффициентов функции устанавливаются в зависимости от значений "качественных" показателей качества данных, принимающих ограниченное количество значений (например, только два значения, как в случае использования метрик CRC и YQM).

Отметим, что для каждой из гипотез может использоваться своя, отличная от других функция f_i(.). Пусть, например, результат проверки CRC для одной из гипотез обладает большой достоверностью и эту гипотезу следует считать истинной. В качестве функции для формирования оценки истинности данной гипотезы может быть использовано умножение результата проверки CRC данной гипотезы на константу (аналогично второму члену выражения (1)), значение которой автоматически (согласно принципу действия способа в соответствии с установленным критерием максимума или минимума) приводило бы к выбору данной гипотезы среди всех остальных. Другим вариантом решения этой же ситуации можно считать вариант, при котором в выражение для формирования оценок истинности ложных гипотез будет введен операнд, зависящий от результата проверки данной CRC и приводящий к автоматическому невыбору ложных гипотез. Применительно к выражению (1) такой подход может быть реализован, например, следующим образом:

В этом случае оценки истинности всех гипотез, кроме j-той, будут обнуляться при получении положительного результата проверки CRC j-той гипотезы.

Сформированные оценки истинности всех гипотез передаются из блока 3 на первый вход блока 4, осуществляющего выбор истинной гипотезы в соответствии с установленным критерием. Отметим, что в заявляемом способе может быть использовано как возрастающее, так и убывающее с увеличением достоверности гипотезы i выражение для вычисления оценки истинности V_i. В зависимости от этого в блоке 4 будет выполняться выбор гипотезы, обладающей максимальной или минимальной оценкой истинности. Поскольку при приеме каждого из наборов скоростей критерий может быть различным, управляющий сигнал из блока управления 2 (второй вход блока 4) указывает, какой из критериев должен быть использован. Номер выбранной гипотезы n передается на вход блока 5 (сигнал с выхода блока 4).

В блоке 5 выполняется проверка качества данных для выбранной гипотезы n, номер которой поступил на третий вход блока. Количество и тип выполняемых для определения качества данных проверок могут различаться в зависимости от используемого набора скоростей и от номера выбранной в блоке 4 гипотезы n. В связи с этим при работе блока 5 используют два управляющих сигнала. Внешний управляющий сигнал, поступающий на первый вход блока 5, указывает, какой из наборов скоростей используется для передачи данных. Поступающий из блока управления 2 на четвертый вход блока 5 управляющий сигнал указывает, как получить необходимые для работы блока метрики качества из шины данных (второй вход блока).

При приеме наборов скоростей Rate Set 1 и Rate Set 2, например, может выполняться проверка CRC или YQM для выбранной гипотезы n. Для этого из поступивших по шине данных метрик качества выбирается необходимая метрика качества данных (соответствующая гипотезе n) и проверяется ее значение. Если результат проверки метрики качества указывает на отсутствие ошибок в декодированных символах данных, то на выходе блока 5 устанавливается значение, указывающее на положительный результат проверки качества данных для гипотезы n (например, на выход блока передается номер гипотезы n). В противоположном случае на выходе блока 5 устанавливается значение, указывающее на отрицательный результат проверки качества данных для гипотезы n (например, значение, инверсное по знаку номеру гипотезы n).

Возможны и другие варианты проверки качества декодированных данных для выбранной истинной гипотезы. В процессе выполнения таких проверок может, например, проверяться, не превышает ли значение оценки SER для гипотезы n заданного для данной гипотезы значения порога, причем при превышении заданного значения порога считают, что декодированные символы данных содержат ошибки. Другие варианты проверок могут включать в себя, например, поиск альтернативных гипотез, для которых получено значение оценок SER ниже заданного порогового значения, причем пороговые значения для альтернативных гипотез могут изменяться в зависимости от номера выбранной в блоке 4 гипотезы n.

Блок 6 формирует решение о скорости передачи и качестве декодированных символов данных фрейма по сигналу, поступившему на его вход. Это решение является выходным сигналом устройства (сигнал с выхода блока 6) и сообщает, что принята одна из m скоростей без ошибок или что данные фрейма приняты с ошибками и должны быть стерты.

Если сигнал с выхода блока 5, поступающий на вход блока 6, указывает на положительный результат проверки качества данных, то в блоке 6 формируется решение о приеме скорости, соответствующей гипотезе с номером n, без ошибок в декодированных символах данных. В противоположном случае формируется решение о приеме декодированных символов данных фрейма с ошибками, не пригодных для дальнейшего использования.

Таким образом, заявляемые способ и устройство осуществляют определение скорости передачи данных и качества принятых данных фрейма путем выполнения заданной последовательности операций. При этом последовательность выполнения операций и способ вычисления оценок истинности гипотез, являющихся решающими величинами, позволяет сформировать решение о скорости передачи и качестве принятых данных за один этап (в отличие от прототипа, требующего в большинстве случаев циклического повторения итераций для решения поставленной задачи), т.е. с использованием минимального количества операций.

Положенный в основу заявляемого способа подход позволяет рассматривать все формируемые метрики качества данных как взаимосвязанную совокупность показателей качества и формировать меру истинности каждой гипотезы, не требующую рассмотрения всех возможных комбинаций значений формируемых метрик качества данных и взаимоисключающих условий.

Заявляемые изобретения реализуются доступными средствами и известными в области радиотехники устройствами (в аппаратурной реализации). Они также реализуются на современных процессорах, например таких, как TMS 320C XX, Motorola 56 XXX, Intel и т.п.

Компьютерное моделирование заявляемой группы изобретений показало, что в большинстве тестовых ситуаций данные технические решения превосходят по своим характеристикам известные аналоги и эффективно работают при приеме наборов скоростей Rate Set 1 и Rate Set 2, причем как в прямом, так и в обратном каналах связи, что является преимуществом заявляемого изобретения.

Практические примеры реализации заявляемых способа и устройства определения скорости передачи данных приведены применительно к условиям системы радиосвязи, организуемой по стандарту IS-95-B. Однако это только частный вариант использования изобретения. Заявляемое техническое решение может быть эффективно использовано также и в других системах радиосвязи, например в современных сотовых системах радиосвязи (таких как UMTS, ARIB, 3GPP и т.п.), а также может быть использовано в любых других системах связи, использующих вокодер с несколькими скоростями и кодирование каждой из скоростей при помощи сверточных кодеров, блочных кодеров, турбокодеров или каких-либо других кодеров.

Изобретение относится к способу и устройству определения скорости передачи данных в сотовой системе радиосвязи с кодовым разделением каналов и может быть использовано в системах связи, использующих вокодер с несколькими скоростями. Сущность заявленного способа определения скорости передачи данных заключается в том, что для каждого принимаемого фрейма данных выдвигают m гипотез о скорости передачи данных и формируют для каждой из них k метрик качества данных. Для формирования оценки истинности каждой гипотезы задают зависимость значения оценки истинности этой гипотезы от совокупности значений соответствующих ей метрик качества данных и определяют значение данной зависимости при значениях метрик качества данных, полученных для принимаемого фрейма. Для выбранной истинной гипотезы выполняют проверку качества данных и формируют решение о принимаемой скорости и качестве декодированных данных принятого фрейма. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в повышении точности определения скорости передачи данных в прямом и обратном каналах связи и фреймов данных, принятых с ошибками. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения скорости передачи данных, при котором для каждого принимаемого фрейма данных выдвигают m гипотез о скорости передачи данных и формируют для каждой из гипотез фрейм демодулированных символов, заключающийся в том, что для каждой из m гипотез, где m≥1, выполняют декодирование фрейма демодулированных символов, образуя декодированные символы данных фрейма, формируют k метрик качества данных, где k≥1, задают зависимость значения оценки истинности гипотезы от значений соответствующих ей метрик качества данных, формируют оценку истинности гипотезы, используя данную зависимость и сформированные метрики качества данных, формируют решение о скорости передачи данных и качестве декодированных символов данных фрейма, для чего по сформированным оценкам истинности всех гипотез в соответствии с установленным критерием выбирают истинную гипотезу и выполняют для нее проверку качества данных фрейма.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве одной из k метрик качества данных используют оценку вероятности ошибки символа.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве одной из k метрик качества данных используют нормированную корреляционную метрику.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве одной из k метрик качества данных используют результат проверки передаваемого в сигнале циклического избыточного кода.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве одной из k метрик качества данных используют метрику качества Ямамото.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве одной из k метрик качества данных используют оценку, формируемую по метрикам выживших по окончании декодирования путей.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве метрик качества данных каждой из гипотез используют оценку вероятности ошибки символа, метрику качества Ямамото и передаваемый в сигнале циклический избыточный код.8. Способ по п.7, отличающийся тем, что зависимость значения оценки истинности гипотезы от значений соответствующих ей метрик качества данных задают как сумму трех слагаемых, при этом первое слагаемое представляет собой гиперболическую зависимость от оценки вероятности ошибки символа, второе слагаемое представляет собой число ненулевое, если результат проверки циклического избыточного кода указывает на прием фрейма без ошибок, и нулевое в противоположном случае, третье слагаемое представляет собой число ненулевое, если результат проверки метрики качества Ямамото указывает на прием фрейма без ошибок, и нулевое в противоположном случае.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что зависимость значения оценки истинности гипотезы от значений соответствующих ей метрик качества данных задают как полиномиальную или криволинейную функцию от значений формируемых метрик качества.10. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценку истинности гипотезы формируют как величину, равную значению зависимости значения оценки истинности гипотезы от значений соответствующих ей метрик качества данных при сформированных значениях метрик качества данных.11. Способ по п.1, отличающийся тем, что критерий выбора истинной гипотезы устанавливают как критерий максимума оценки истинности гипотезы при использовании возрастающих с увеличением правдоподобия гипотезы зависимостей значения оценки истинности гипотезы от значений соответствующих ей метрик качества данных, и как критерий минимума оценки истинности гипотезы при использовании убывающих с увеличением правдоподобия гипотезы зависимостей значения оценки истинности гипотезы от значений соответствующих ей метрик качества данных.12. Способ по п.1, отличающийся тем, что проверку качества данных фрейма выполняют путем проверки передаваемого в сигнале циклического избыточного кода для истинной гипотезы, при этом если результат проверки циклического избыточного кода указывает на прием фрейма с ошибками, то формируют решение о стирании фрейма, в противоположном случае выносят решение о приеме скорости, соответствующей истинной гипотезе.13. Способ по п.1, отличающийся тем, что проверку качества данных фрейма выполняют путем проверки метрики качества Ямамото, при этом если результат проверки метрики качества Ямамото указывает на прием фрейма с ошибками, то формируют решение о стирании фрейма, в противоположном случае выносят решение о приеме скорости, соответствующей истинной гипотезе.14. Устройство определения скорости передачи данных, содержащее блок декодирования и формирования метрик качества данных для гипотез о принимаемом сигнале, блок управления, блок формирования оценки истинности для каждой из гипотез, блок выбора истинной гипотезы, блок проверки качества данных, а также блок формирования решения, при этом первый вход блока декодирования и формирования метрик качества данных для гипотез о принимаемом сигнале является информационным входом устройства, второй вход блока декодирования и формирования метрик качества данных объединен с первым входом блока управления, первым входом блока формирования оценки истинности для каждой из гипотез, первым входом блока проверки качества данных и является управляющим входом устройства, первый выход блока декодирования и формирования метрик качества данных для гипотез о принимаемом сигнале является первым выходом устройства, а второй выход его соединен со вторым входом блока формирования оценки истинности для каждой из гипотез, со вторым входом блока управления и со вторым входом блока проверки качества данных, третий вход блока формирования оценки истинности для каждой из гипотез соединен с первым выходом блока управления, выход блока формирования оценки истинности для каждой из гипотез соединен с первым входом блока выбора истинной гипотезы, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, а выход блока выбора истинной гипотезы соединен с третьим входом блока проверки качества данных, четвертый вход которого соединен с третьим выходом блока управления, выход блока проверки качества данных соединен со входом блока формирования решения, выход которого является вторым выходом устройства.