Устройство и способ для передачи данных с прокалыванием или с повторением

 

Устройство для передачи данных, обеспечивающее передачу кадров данных, содержит средство для преобразования кадров данных в блоки данных для передачи, причем блоки данных имеют размер, который отличается от размера кадров данных. Средство для преобразования включает в себя средство (ПР) для прокалывания или повторения битов или символов в позициях в пределах кадра данных, определяемых в соответствии со стратегией выбора, причем стратегия выбора определена таким образом, чтобы обеспечивать равномерное распределение упомянутых позиций в кадре данных. Стратегия выбора в соответствии с одним из вариантов осуществления реализуется в виде алгоритма типа цифрового дифференциального анализатора. Техническим результатом является создание способа для прокалывания битов данных из кадра данных в однократной итерации, при которой позиции проколотых или повторенных битов по существу эквидистантны на протяжении кадра. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение относится к устройству передачи данных и к способу передачи данных. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройству передачи данных и к способу передачи данных, в которых осуществляется прокалывание или повторение данных.

Цифровые системы связи конфигурируются для передачи данных путем представления данных в форме, которая облегчает передачу данных через среду передачи, в которой осуществляется связь. Например, в случае радиосвязи данные представляются в виде радиосигналов и передаются между передатчиками и приемниками системы связи по эфиру. В случае широкополосных телекоммуникационных сетей передача данных может обеспечиваться с помощью света с использованием, например, оптиковолоконной сети, соединяющей передатчики и приемники системы.

При передаче данных биты или символы передаваемых данных могут искажаться до такой степени, что эти биты и символы невозможно будет корректным образом определить в приемнике. По этой причине системы передачи данных часто включают в себя средства для уменьшения искажений данных, происходящих в процессе передачи. Одно из этих средств состоит в том, чтобы предусмотреть в передатчиках системы кодеры, которые кодируют данные перед передачей в соответствии с кодом исправления ошибок. Код исправления ошибок предназначен для введения избыточности в данные контролируемым образом. В приемнике ошибки, возникающие при передаче, могут быть скорректированы путем декодирования кода контроля ошибок, с восстановлением при этом исходных данных. Декодирование осуществляется с использованием алгоритма декодирования ошибок, соответствующего коду контроля ошибок, который известен в приемнике.

После того как данные закодированы, часто возникает потребность в "прокалывании" (удалении) битов данных или символов из блока кодированных данных перед передачей этих данных. Термин "прокалывание", в том виде, как он используется в данном описании, относится к процессу удаления или исключения битов из блока кодированных данных, в результате чего "проколотые" биты не передаются вместе с этим блоком данных. Прокалывание может потребоваться, например, потому, что схема множественного доступа, служащая для передачи данных в среде передачи, требует форматирования данных в блоки, имеющие предварительно определенный размер, который не соответствует размеру кадра кодированных данных. Поэтому, чтобы согласовать кадр кодированных данных с транспортным блоком данных предварительно определенного размера, биты данных из кадра кодированных данных либо прокалываются для уменьшения размера блока кодированных данных в случае, когда кадр кодированных данных больше, чем размер транспортного блока, либо биты кадра кодированных данных повторяются в случае, когда кадр кодированных данных меньше, чем предварительно определенный размер транспортного блока.

Очевидно, что кадры данных могут передаваться в транспортном блоке данных без использования кодирования. В этом случае прокалывание данных не является соответствующим решением для согласования кадра данных с транспортным блоком данных; множество транспортных блоков данных должны использоваться для передачи кадра данных. В случае, когда кадр данных меньше, чем транспортный блок данных, биты или символы данных повторяются в степени, необходимой для заполнения оставшейся части транспортного блока данных.

Как известно специалистам в данной области техники, влияние прокалывания кадра кодированных данных состоит в том, что вероятность корректного восстановления исходных данных снижается. Более того, рабочие характеристики известных кодов исправления ошибок и декодеров для таких кодов исправления ошибок являются наилучшими, когда ошибки, возникающие при передаче данных, вызваны гауссовым шумом, следствием чего является то, что ошибки независимо распределяются в пределах транспортного блока данных. Поэтому, если кадр кодированных данных должен быть проколот, то позиции в кадре кодированных данных, где биты проколоты, должны быть максимальным образом удалены одна от другой. Как таковые, позиции прокалывания должны быть равномерно распределены в кадре. Аналогичным образом, поскольку ошибки при передаче часто возникают в пакетах, в особенности в случае систем радиосвязи, не использующих перемежение, позиции в пределах кадра кодированных или некодированных данных, в которых должны повторяться биты данных, должны быть равномерным образом распределены в кадре.

Известные способы выбора положений битов или символов для прокалывания или повторения в кадре кодированных данных включают деление количества битов или символов в кадре на количество битов или символов, которые должны быть проколоты, и выбор позиций соответственно целочисленным значениям результатов деления. Однако в случае, когда количество битов для прокалывания не позволяет реализовать целочисленное деление кадра, невозможно получить эквидистантное разнесение позиций прокалывания или повторения, следствием чего является недостаток, состоящий в том, что некоторые позиции могут оказаться ближе, чем могло быть определено соответствующим целым числом, а в некоторых случаях даже рядом друг с другом.

В патенте США 4908827 описан способ и устройство для прокалывания избыточных битов сверточных данных. Например, удаляется каждый третий бит. Первое и второе прокалывание выполняется для получения надлежащего форматирования потока данных.

В публикации заявки РСТ WO 97/16899 описан способ и устройство для объединения кадров с целью облегчения передачи данных. Объединение включает в себя прокалывание избыточных битов данных. Способ выбора позиций не рассматривается и, вероятно, должен быть понятен специалистам в данной области техники.

В публикации заявки РСТ WO 96/24993 описана "сглаженная" вставка нулевых данных в поток данных. В этой заявке не рассматриваются вопросы удаления или прокалывания каких-либо битов данных. Вместо этого предложенное в заявке решение предусматривает "сглаженное" заполнение пустых промежутков вокруг позиций, занятых байтами, так что байты, несущие данные, могут быть успешно переданы в постоянных кадрах. В заявке используется алгоритм Брезенхэма (Bresenham) при выборе позиций для сглаживающего заполнения нулевыми байтами. Такое размещение направлено на экономию затрат, связанных с буферизацией и периодами ожидания.

Задачей настоящего изобретения является создание способа для прокалывания битов данных из кадра данных в однократной итерации, при которой позиции проколотых или повторенных битов по существу эквидистантны на протяжении кадра.

Настоящее изобретение в основном может использоваться в устройстве передачи данных, в котором кадры данных преобразуются в блоки для передачи путем прокалывания или повторения битов или символов из кадра в позициях, определяемых в соответствии с алгоритмом выбора, причем позиции равномерно распределены по кадру данных.

В соответствии с настоящим изобретением заявлено устройство для передачи данных, которое обеспечивает передачу кадров данных, причем устройство содержит средство для преобразования кадров данных в блоки данных для передачи, при этом блоки данных имеют размер, который отличается от размера кадров данных, средство для преобразования кадров данных, включающее в себя средство для прокалывания или повторения битов или символов в позициях в кадре данных, которые определены в соответствии с выбранной стратегией, причем стратегия выбора обеспечивает по существу равномерное распределение позиций в пределах кадра данных.

Средство преобразователя служит для преобразования кадров данных в транспортные блоки данных, имеющие размер, отличающийся от размера кадров данных, и включает в себя средство для прокалывания или повторения кадра данных в позициях в пределах кадра данных, определенных в соответствии с определенной стратегией выбора. За счет того, что стратегия выбора обеспечивает равномерное распределение позиций для повторения или для прокалывания в кадре данных, в противоположность попыткам обеспечения эквидистантности позиций относительно друг друга, выбранные позиции будут обеспечивать оптимальное среднее разнесение позиций в кадре данных.

Стратегия выбора может быть реализована алгоритмом выбора, который реализуется в соответствии с размером кадра данных в комбинации с количеством битов или символов для прокалывания или повторения. Алгоритм выбора может быть алгоритмом типа цифрового дифференциального анализатора или иного подобного типа.

Алгоритм цифрового дифференциального анализатора известен сам по себе в области компьютерной графики для графического представления линий в двух измерениях для использования в генерируемых компьютером изображениях. Цифровой дифференциальный анализатор раскрыт в публикации: Jürgen Plate, "Computergrafik: Einführung - Algorithmen - Programmentwicklung", pp.55-65, ISBN 3-7723-5006-2, а также дополнительно описан в связи с графическим представлением линий в работе: "Bresenham's Line Algorithm", Sunir Shah, 15 January 1997, "WASTE - Warfare by Artificial Strategic and Tactical Engines", опубликованной в Интернете по адресу: http: //intranet. on. ca./-sshah/waste/art7.html.

Использование адаптированной версии алгоритма типа цифрового дифференциального анализатора обеспечивает особые преимущества. Например, можно избежать прокалывания соседних битов, проколотые биты равномерно распределены по передаваемому кадру данных, только один проход требуется для прокалывания с любой желательной частотой следования, и тот же самый алгоритм выбора относительно низкой сложности может быть использован для прокалывания и повторения. Кроме того, алгоритм облегчает адаптацию к дополнительным ограничениям для позиций выбранных битов, таким как требуемые "потенциальной сеткой прокалывания", как описано в документе "Special Mobile Group 2" UMTS-11 Tdoc 229/98, "Service Multiplexing".

Устройство для передачи данных может также включать в себя кодер, который обеспечивает кодирование кадра данных в соответствии с алгоритмом кодирования. Например, алгоритм кодирования может работать в соответствии с блочным кодом, таким как В-С-Н, Рида-Соломона или Хэмминга. Кроме того, алгоритм кодирования может представлять собой сверточный код, турбокод или композиционный код.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предусмотрен способ передачи кадров данных, содержащий этап преобразования кадров данных в блоки данных для передачи, причем блоки данных имеют размер, отличающийся от размера кадров данных, этап преобразования кадров данных, включающий прокалывание или повторение битов или символов в позициях в пределах кадра, определяемых в соответствии со стратегией выбора, причем стратегия выбора конфигурирована так, чтобы обеспечивать равномерное распределение позиций в пределах кадра данных.

Возможный вариант осуществления настоящего изобретения описан ниже в качестве примера со ссылками на иллюстрирующие чертежи, на которых представлено следующее: фиг.1 - схематичное представление мобильной системы радиосвязи, фиг. 2 - блок-схема устройства передачи данных, образующего канал связи между мобильной станцией и базовой станцией сети связи, показанной на фиг.1, фиг. 3 - блок-схема преобразователя скорости передачи, показанного на фиг.2, фиг.4 - диаграмма, иллюстрирующая результат прокалывания битов в соответствии со стратегией выбора согласно предшествующему уровню техники, фиг.5 - диаграмма, иллюстрирующая результат прокалывания битов в соответствии со стратегией выбора согласно настоящему изобретению.

Возможный вариант осуществления настоящего изобретения описан ниже со ссылками на мобильную систему радиосвязи. Мобильные системы радиосвязи снабжены системами множественного доступа, которые работают, например, в режиме множественного доступа с временным разделением каналов (МДВР), как это используется в Глобальной системе мобильной связи (GSM) в соответствии со стандартом для мобильной радиотелефонной связи, принятым Европейским институтом по стандартам в области телекоммуникаций (ETSI). Мобильная система радиосвязи, как вариант, может быть снабжена системой множественного доступа, работающей в режиме множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР), как предложено для Универсальной Мобильной системы связи (UMTS) третьего поколения. Однако следует иметь в виду, что любая система связи может быть использована для иллюстрации возможного варианта реализации настоящего изобретения, например, локальная сеть, широкополосная сеть связи, работающая в соответствии с асинхронным режимом передачи. Эти приведенные для примера системы передачи данных характеризуются, в частности, тем, что данные передаются в виде пачек, пакетов или блоков. В случае мобильной системы радиосвязи данные транспортируются в пакетах данных, несущих радиосигналы, имеющих предварительно определенный размер данных. Пример такой мобильной системы радиосвязи показан на фиг.1.

На фиг.1 показаны три базовые станции БС, которые передают радиосигналы к мобильным станциям МС в пределах зоны покрытия радиосвязью, образованной ячейками 1, определенными пунктирными линиями 2. Базовые станции БС связаны между собой с использованием блока межсетевого взаимодействия МСВ. Мобильные станции МС и базовые станции БС передают данные путем передачи радиосигналов, обозначенных ссылочной позицией 4, между антеннами 6, связанными с мобильными станциями МС и с базовыми станциями БС. Данные передаются между мобильными станциями МС и базовыми станциями БС с использованием устройства передачи данных, в котором данные преобразуются в радиосигналы 4, которые передаются к приемной антенне, которая обнаруживает радиосигналы. В приемнике из принятых радиосигналов восстанавливаются данные.

Пример устройства передачи данных, формирующего канал радиосвязи между одной из мобильных станций МС и одной из базовых станций БС, показан на фиг. 2, где элементы, также показанные на фиг.1, обозначены теми же ссылочными позициями. Согласно фиг. 2 источник 10 данных генерирует кадры 8 данных со скоростью, определяемой типом данных, которые генерирует источник данных. Кадры 8 данных, формируемые источником 10, подаются в преобразователь 12 скорости, который обеспечивает преобразование кадров 8 данных в транспортные блоки 14 данных. Транспортные блоки 14 данных конфигурированы так, чтобы они были по существу равны по размерам предварительно определенной величине объема данных, который может быть передан в пакетах данных, несущих радиосигналы, посредством которых данные передаются через радиоинтерфейс, образованный передатчиком 18 и приемником 22.

Транспортный блок 14 данных вводится в процессор 16 радиодоступа, который обеспечивает планирование передачи транспортного блока 14 данных через интерфейс радиодоступа. В соответствующее время транспортный блок 14 данных подается процессором 16 радиодоступа в передатчик 18, который обеспечивает преобразование транспортного блока данных в пакет данных, несущий радиосигналы, которые передаются в период времени, назначенный для передатчика, чтобы осуществлять передачу радиосигналов. В приемнике 22 принятые антенной 6" радиосигналы преобразуются с понижением частоты. Из преобразованных сигналов восстанавливаются данные, подаваемые в обратный планировщик 24 радиодоступа, который вводит принятый транспортный блок данных в обратный преобразователь 25 скорости передачи при управлении от обратного планировщика 24, обеспечивающего множественный доступ, по линии 28. Обратный преобразователь 26 скорости передачи затем выводит представление кадра 8 восстановленных данных конечному адресату или приемнику кадра 8 данных, который представлен блоком 30.

Преобразователь 12 и обратный преобразователь 26 скорости передачи выполнены для обеспечения, насколько это возможно, оптимального использования ресурса передачи данных, представленного транспортным блоком 14 данных. Это обеспечивается в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения преобразователем 12 согласования скорости передачи, который обеспечивает кодирование кадра данных и затем прокалывание или повторение битов данных или символов, выбранных из кадра кодированных данных, чтобы сформировать транспортный блок данных, размер которого совпадает с размером блоков 14 данных. Блок-схема преобразователя 12 скорости передачи показана на фиг.3, где элементы, также представленные на фиг.2, обозначены теми же ссылочными позициями. Согласно фиг.3 преобразователь 12 скорости передачи содержит кодер КД и блок прокалывания ПР. Кадр 8 данных, поступающий в кодер КД, кодируется для получения кодированного кадра КК данных, который подается в блок прокалывания ПР. Кадр кодированных данных затем прокалывается блоком прокалывания ПР для формирования транспортного блока 14 данных.

Ниже описана работа преобразователя 12 согласования скорости передачи. Для пояснения преимуществ приведенного для примера варианта осуществления настоящего изобретения сначала рассмотрен процесс, при котором биты или символы выбираются для прокалывания или для повторения в соответствии со стратегией выбора, известной из уровня техники. Результат прокалывания кадра данных в соответствии со стратегией выбора согласно уровню техники представлен на фиг.4.

На фиг. 4 кадр кодированных данных, обозначенный как КД, представлен в битовой позиции БП1, выбранной для прокалывания. Выбор битовых позиций для прокалывания, иллюстрируемый на фиг.4, осуществлен в соответствии с известной стратегией выбора, описанной в разделе 6.2.3.3 "Универсальная дуплексная система наземного радиодоступа с частотным разделением, мультиплексированием, канальным кодированием и перемежением" (хх.04) документа Special Mobile Group 2" UMTS-L1 Tdoc 396/98, до даты подачи настоящей заявки на выдачу патента. Этот алгоритм выбора, известный из предшествующего уровня техники, направлен на выбор позиций для прокалывания или повторения таким образом, что позиции являются эквидистантными относительно друг друга. К сожалению, невозможно отыскать целочисленное значение для частоты прокалывания в общем случае. По этой причине алгоритм, известный из уровня техники, должен работать с использованием нескольких итераций, с независимым прокалыванием на равных расстояниях в каждой итерации. Ввиду того, что итерации реализуются независимо, невозможно исключить случаи прокалывания соседних битов. Это показано на фиг.3, иллюстрирующей алгоритм выбора, в котором должны быть выбраны шестнадцать битов для прокалывания из общего числа 98. Для достижения этого необходимы две итерации. На первой итерации каждый 7-й бит (наименьшее целое отношения (98/16) = наименьшее целое число (6,125)=7) выбирается в позициях БП1 (обозначены светло-серым цветом), а на второй итерации два бита из оставшихся 84 битов должны быть проколоты. Таким образом, каждый (84/2)= 42-й бит удаляется, как показано вторыми позициями прокалывания БП2 (зачернены). В результате соседние битовые позиции с номерами 47 и 48 удаляются из исходных данных.

В других случаях могут быть проколоты даже три соседних бита. Это может произойти, например, при прокалывании 462 битов из 2380 битов источника (частота прокалывания равна 0,19).

Алгоритм выбора, известный из предшествующего уровня техники, имеет ряд недостатков. В известном алгоритме выбора два или более соседних бита могут быть выбраны для прокалывания. Кроме того, для большинства коэффициентов прокалывания проколотые биты распределяются неравномерно, и требуется неизвестное количество итераций прокалывания в течение длительности кадра данных, что усложняет реализацию с помощью аппаратных средств.

Алгоритм выбора, соответствующий рассматриваемому варианту осуществления изобретения, работает в соответствии с адаптированной версией алгоритма Цифрового дифференциального анализатора, как описано выше. Результат выбора битовых позиций для прокалывания с использованием этого алгоритма выбора показан на фиг.5, где вновь 16 битовых позиций для прокалывания выбираются из 198 битов. Как следует из фиг.5, расстояние между позициями прокалывания БП' всегда составляет 6 или 7 битов. Выбранные позиции БП' для прокалывания равномерно распределены по всему кадру данных, и это осуществляется за один этап процедуры выбора в соответствии с этим алгоритмом.

Математическое описание алгоритма выбора согласно приведенному для примера варианту осуществления представлено ниже.

Входные данные: X_i - количество входных битов N_p/r - количество битов, которые должны быть проколоты/повторены Правило прокалывания/повторения устанавливается следующим образом: е= 2•N_p/r-X_i - первоначальная ошибка между текущим и требуемым коэффициентом прокалывания
х=0 - указатель текущего бита
вычислять, пока х<X
если е>0, то - проверить, должен ли номер бита х быть проколот или повторен
проколоть или повторить бит х
е=е+(2•N_p/r-2•Х_i) - обновить данные ошибки
и
е=е+2•N_p/r - обновить данные ошибки
и если
х=х+1 - следующий бит
конец
Как должно быть ясно специалистам в данной области техники, различные модификации могут быть осуществлены для описанного варианта осуществления изобретения в пределах объема изобретения. В частности, кадр данных может быть кодированным или некодированным, а биты или символы, выбранные в соответствии с алгоритмом выбора, могут подвергаться прокалыванию или повторению, или комбинации прокалывания и повторения.

Формула изобретения

1. Устройство для передачи данных, обеспечивающее передачу кадров данных (8), содержащее средство (12) для преобразования кадров данных в блоки данных (14) для передачи, причем блоки данных имеют размер, который отличается от размера кадров данных, причем средство для преобразования включает в себя средство (ПР) для прокалывания или повторения битов или символов в позициях в пределах кадра данных, определяемых в соответствии с алгоритмом выбора, отличающееся тем, что упомянутый алгоритм выбора представляет собой алгоритм типа цифрового дифференциального анализатора.

2. Устройство для передачи данных по п. 1, отличающееся тем, что алгоритм выбора используется для прокалывания битов или символов.

3. Устройство для передачи данных по п. 1 или 2, отличающееся тем, что алгоритм выбора представляет собой алгоритм Брезенхэма.

4. Устройство для передачи данных по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что дополнительно содержит кодер, который обеспечивает кодирование кадра данных в соответствии с алгоритмом кодирования.

5. Устройство для передачи данных по п. 4, отличающееся тем, что алгоритм кодирования представляет собой алгоритм кодирования с исправлением ошибок.

6. Способ передачи кадров данных, включающий этапы преобразования кадров данных в блоки данных для передачи, причем блоки данных имеют размер, который отличается от размера кадров данных, причем этап преобразования кадров данных включает в себя прокалывание или повторение битов или символов в позициях в пределах кадра данных, определяемых в соответствии с алгоритмом выбора, отличающийся тем, что упомянутый алгоритм выбора представляет собой алгоритм типа цифрового дифференциального анализатора.

7. Способ передачи кадров данных по п. 6, отличающийся тем, что алгоритм выбора используется для прокалывания битов или символов.

8. Способ передачи кадров данных по п. 6 или 7, отличающийся тем, что алгоритм выбора представляет собой алгоритм Брезенхэма.

9. Способ передачи кадров данных по п. 8, отличающийся тем, что дополнительно включает этап кодирования кадра данных в соответствии с алгоритмом кодирования, осуществляемый перед этапом преобразования или после него.

10. Способ передачи кадров данных по п. 9, отличающийся тем, что алгоритм кодирования представляет собой алгоритм кодирования с исправлением ошибок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5