專利名稱：基于分組的通信系統(tǒng)的前向糾錯系統(tǒng)與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)中的錯誤處理，更具體地講，本發(fā)明涉及在支持多FEC編碼方案的數(shù)字通信系統(tǒng)中使用自動重新傳輸請求(ARQ)處理糾錯的方法與系統(tǒng)。
在一個典型的分組交換網(wǎng)絡中，把報文劃分成多個固定或可變長度的數(shù)據(jù)分組或塊。通過多個位置在網(wǎng)絡上逐一發(fā)送這些分組，然后，在把它們提交于一個預定用戶之前，于接收端對它們重新加以裝配。為了確保在接收端對塊的適當?shù)膫鬏?，通常，以一個分組標頭的形式把各種控制數(shù)據(jù)，包括序列、驗證、糾錯信息，附加于每一分組。
IEEE 802.11標準規(guī)定了針對無線局域網(wǎng)絡的媒體存取控制(MAC)和物理(PHY)特性。1999年版的國際標準ISO/IEC 8802-111“Information Techology--Telecommunications and Informationexchange area networks”中定義了IEEE 802.11標準?，F(xiàn)將其全部并入此處，以作參考。IEEE 802.11e MAC協(xié)議定義了針對數(shù)據(jù)幀的更可靠傳輸?shù)囊粋€可選的MAC前向糾錯(FEC)。可以把MAC FEC協(xié)議與一個延遲確認(DlyAck)方案結合在一起使用，這一協(xié)議與IEEE 802.11標準MAC規(guī)范中所定義傳統(tǒng)的確認(ACK)方案不同。在成功接收了一個幀之后，傳統(tǒng)的ACK方案使一個幀的接收機能夠發(fā)送一個ACK幀。然而，提供了一個延遲的ACK方案，以至于接收機可以在成功的幀接收之后的某一時刻發(fā)送一個ACK幀。由于對MAC FEC譯碼的大量的計算需求，特別對延遲的ACK方案加以定義。當前，IEEE 802.11標準MAC不具有FEC方案。因此，本發(fā)明提出了一種能夠在IEEE 802.11環(huán)境中實現(xiàn)的新的FEC機制。
本發(fā)明針對一種用于在源系統(tǒng)和目標系統(tǒng)之間提供一個FEC機制的方法與系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種能夠恢復丟失的有效載荷塊的方法包括把一個分組序列從一個源節(jié)點傳輸?shù)揭粋€目標節(jié)點，該序列中的每一個分組具有多個有效載荷塊；判斷一個具體分組中的多個有效載荷塊中是否至少一個有效載荷塊在傳輸期間失丟；把一個具體分組中被成功接收的其它有效載荷塊存儲在一個存儲媒體中，用于相繼的檢索；接下來，傳輸一個要求重新傳輸一個包含丟失的有效載荷塊的具體分組的請求，并按序列次序把被存儲的有效載荷塊與從相繼傳輸所檢索的丟失的有效載荷塊加以組合。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種能夠恢復分組交換網(wǎng)絡中丟失的有效載荷塊的系統(tǒng)包括一個所配置的解調器，用于接收和解調一個被調制的信號，以生成一個被解調的分組的序列，該序列中的每一分組擁有預確定數(shù)量的有效載荷塊；一個譯碼器，可操作地耦合于解調器，用于把被解調的分組譯碼為多個被譯碼的幀；一個處理器，可操作地耦合于譯碼器，并對其加以配置，以接收和檢查該多個被譯碼的幀，以標識一個具體被譯碼的幀中的多個被錯誤接收的有效載荷塊；一個存儲裝置，用于把一個具體幀中的被成功接收的其它有效載荷塊存儲在存儲媒體中，用于相繼的檢索；一個發(fā)射機，用于相繼地傳輸一個要求對具有被錯誤接收的塊的具體幀重新傳輸?shù)恼埱螅灰约耙粋€組合器，用于按序列次序把被存儲的有效載荷塊與從相繼傳輸所檢索的被錯誤接收的有效載荷塊加以組合。
當結合附圖閱讀以下的詳細描述時，對于這一領域的熟練技術人員來說，這些及其它優(yōu)點將變得十分明顯。


圖1所表示的是一種用于交換信息的MAC幀格式，如IEEE802.11e標準所提出的；圖2是可以使用根據(jù)本發(fā)明的糾錯控制方案的接收機的一個簡化了的結構圖；圖3說明根據(jù)本發(fā)明的操作步驟；以及圖4是一個流程圖，說明了根據(jù)本發(fā)明的操作步驟。
為了解釋而不是為了加以限制，在以下的描述中，給出了具體的細節(jié)，例如具體的體系結構、接口、技術等，以便提供對本發(fā)明的一個全面的理解。另外，為了更加清晰和更為簡潔，省略了對人們十分熟悉的設備、電路以及方法的詳細描述，以防因不必要的細節(jié)影響對本發(fā)明涉及一種糾錯機制，該糾錯機制能夠在特定的限制內(nèi)恢復丟失的數(shù)據(jù)分組，同時最小化與傳統(tǒng)FEC方案相關的開銷。本發(fā)明特別適用于符合IEEE 802.11標準的數(shù)字通信系統(tǒng)。IEEE 802.11e標準定義了一種可選的MAC FEC方案，其中，使用公知的Reed-Solomon(RS)類代碼對數(shù)據(jù)分組進行編碼。這一服務向實體提供了利用底層的PHY級服務交換MAC服務數(shù)據(jù)單元(MS)的能力。
當前，在IEEE 802.11e標準之下的傳統(tǒng)的錯誤恢復方案提供了這樣的功能在解調和FEC譯碼之后，使用塊檢查序列以及公知的循環(huán)冗余檢查技術，針對錯誤對每一塊進行估價。如果在FEC譯碼之后存在錯誤，則向傳輸實體發(fā)送回一個要求重新傳輸?shù)恼埱?。為此，進行傳輸和進行接收的實體均需要知道正在把FEC編碼與/或調制方案的何種組合用于重新傳輸。然而，在該優(yōu)選實施方案中，通過重新使用將與同一幀的重新傳輸版本中其它被正確接收的RS代碼塊相組合的被正確接收的RS代碼塊，而不是使用一個請求和重新傳輸系統(tǒng)，可更有效地進行分組丟失糾正。
除了FEC和調制方案，根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字通信系統(tǒng)還使用了自動重新傳輸請求(ARQ)技術，這一技術能夠把被錯誤接收的信息重新傳輸?shù)浇邮諜C。ARQ技術涉及針對錯誤分析被接收的數(shù)據(jù)塊，以及請求對包含任何錯誤的塊的重新傳輸。例如，F(xiàn)EC技術包括調制之前數(shù)據(jù)的卷積或塊編碼。這通常涉及根據(jù)它們的代碼率(即1/2和1/3)卷積代碼，其中，對于一個給定的信道比特率，較低的代碼率提供了較好的錯誤保護，但提供了較低的用戶比特率。因此，F(xiàn)EC編碼涉及使用一定數(shù)量的代碼比特表示一定數(shù)量的數(shù)據(jù)比特。應該加以注意的是，F(xiàn)EC技術是這一領域的熟練技術人員十分熟悉的。
圖1說明了IEEE 802.11e標準中已建議的RS編碼的MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)幀格式。如圖1中所示，把RS編碼譯碼器用于MAC FEC方案。因為一個MPDU可以遠遠大于208個字節(jié)，所以可以把MSDU最多劃分為10個塊，其中RS編碼器對每一個塊獨立地進行編碼。為了這一例子的目的，本發(fā)明所使用的編碼器是一種擁有(224，228)的(n，k)值的RS塊編碼器。因此，對于進入序列中的每一MSDU有效載荷塊，編碼器得到一個FEC代碼或冗余塊。然后，根據(jù)本發(fā)明，編碼器把這些冗余塊分別附接于每一有效載荷塊。為了有利于該優(yōu)選實施方案中的譯碼，最好是令一個根據(jù)本發(fā)明所傳輸?shù)姆纸M包括指示序列號或分組號(n，k)值的指示信息。應該加以注意的是MAC標頭字段中的有效載荷/數(shù)據(jù)長度、有效載荷/數(shù)據(jù)塊信息。本領域技術人員顯然可意識到可以成功使用與所示數(shù)據(jù)結構不同的其它數(shù)據(jù)結構，包括但不局限于不同大小的字段(按不同序列次序排列這些字段)以及圖1中未出現(xiàn)的其它字段。
圖2說明了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案工作的一個譯碼器10。為了便于說明，以下的描述將假設已經(jīng)把一個音頻或視頻信號轉換成一個數(shù)字數(shù)據(jù)流，并準備將其在一個網(wǎng)絡中從一個源節(jié)點傳輸?shù)揭粋€目標節(jié)點。通過舉例，該描述還將假設已經(jīng)把數(shù)字數(shù)據(jù)流或有效載荷劃分成一個幀或有效載荷分組序列。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，譯碼器10包括一個解調器(或分組拆卸器)12、一個譯碼器14、一個分組緩沖器16、一個標頭和FEC去除處理器18、一個FEC處理器20、一個控制器24、一個緩沖器22、一個組合器模塊26、以及一個發(fā)射機28。
在運行過程中，一個分組流，如圖1中所示，到達目標節(jié)點。根據(jù)所用的分組交換協(xié)議，這些分組可以按序列次序或不按次序到達。譯碼器14從解調器12接收被解調的數(shù)據(jù)塊，并重新構造數(shù)據(jù)塊序列，然后，按單獨的數(shù)據(jù)塊，把數(shù)據(jù)塊序列提供于分組緩沖器16。此后，標頭和FEC去除處理器18開始工作，以去除MAC標頭信息，并檢查標頭信息，以判斷是否應該處理數(shù)據(jù)塊，以及存儲在分組緩沖器16中的數(shù)據(jù)塊可以使用何種類型的糾錯譯碼。在控制器24的控制下，F(xiàn)EC處理器20執(zhí)行糾錯操作。如果檢測到一個錯誤，控制器24導致發(fā)射機28請求把錯誤分組重新傳輸于源最終系統(tǒng)。與此同時，最好是把那些成功到達的有效載荷塊直接轉發(fā)到緩沖器22，用于相繼的檢索，這可用于把有效載荷塊按適當序列放置，以由最終用戶加以接收。此處，存儲在緩沖器22中的塊的數(shù)目，可以取決于最初用于編碼的塊編碼器的(n，k)值。在接收了數(shù)據(jù)的重新傳輸之后，控制器24執(zhí)行解調和FEC操作，如在以上幾段中所描述的，然后，判斷被重新傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否可幫助恢復丟失的信息。例如，如圖3中所示，如果一個源節(jié)點把一個具有10個RS塊(從塊1到塊10)的幀傳輸?shù)揭粋€目標節(jié)點，那么目標節(jié)點可以發(fā)現(xiàn)1和2是不可糾正的。目標節(jié)點把一個DlyAck傳輸?shù)皆垂?jié)點，以重新傳輸，并高速緩存被成功接收的塊3～10，而不是丟棄它們。接下來，源再次傳輸被請求的幀。現(xiàn)在，目標節(jié)點確定塊9和10中否存在錯誤，它們是不可糾正的。當目標節(jié)點根據(jù)最初的接收已經(jīng)存儲了塊9和10的正確的版本時，那么不需要把不正確的幀接收(塊9和10)通知源節(jié)點。通過把來自最初的接收的塊3和10與來自新接收的塊1和2相組合，可以正確地重新構造整個幀。一旦譯碼器10恢復了丟失的有效載荷塊1和2，并把它們按序列次序與存儲在緩沖器22中的其余的塊相組合，則控制器24把被排序的有效載荷轉發(fā)于最終用戶。因此，根據(jù)本發(fā)明，通過減少潛在的重新傳輸?shù)臄?shù)量，根據(jù)信道情況，重新傳輸組合可以明顯地改善系統(tǒng)性能。另外，還增加了滿足邊際信道條件中等待時間要求的可能性，因為為了成功地傳輸一個幀，它將要求一個較小數(shù)量的重新傳輸。
盡管根據(jù)本發(fā)明工作的譯碼器可以采用各種形式(例如硬件、軟件、或固件)中的任何一種形式，但最好是令編碼和譯碼功能均由一個操作一組存儲在一個存儲器中的機器語言指令的計算機處理器或微處理器加以執(zhí)行。在執(zhí)行時，該計算機程序，使計算機系統(tǒng)能夠執(zhí)行本發(fā)明的功能，如此處所討論的。圖4是一個流程圖，說明了本發(fā)明所執(zhí)行的處理，這一流程可供用戶建議。矩形元素表示計算機軟件指令，而菱形元素代表影響由矩形框所表示的計算機軟件指令的執(zhí)行的計算機軟件指令。
參照圖4，在步驟100中的目標節(jié)點處接收一個數(shù)據(jù)流。譯碼器10檢查被接收的數(shù)據(jù)分組，并判斷在步驟110中是否檢測到了不可糾正的分組，如果檢測到了不可糾正的分組，則譯碼器10把在未被正確接收的分組中的被正確接收的塊保留在緩沖器22中，用于在步驟120中的相繼的檢索。與此同時，在步驟130中，譯碼器10請求再次對數(shù)據(jù)分組的重新傳輸。如果在步驟110中所發(fā)現(xiàn)錯誤塊在步驟140仍包含錯誤，則再次發(fā)送對同一數(shù)據(jù)分組的重新傳輸請求，如果情況并非如此，則從被重新傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組中檢索在步驟110中所發(fā)現(xiàn)的錯誤數(shù)據(jù)分組，并把它們與在步驟150中存儲于緩沖器22中的被正確接收的塊的其余部分加以組合。最后，在步驟160，按序列次序把被重新組合的數(shù)據(jù)分組傳輸給最終用戶。
從以上的描述中可以明顯地看出，本發(fā)明的優(yōu)點在于譯碼器10能夠最小化對丟失分組的重新傳輸?shù)姆磸驼埱?。因而，最小化了與潛在重新傳輸請求的個數(shù)相關的整個開銷。應該加以注意的是，提供對優(yōu)選實施方案的先前的描述，旨在使這一領域中的熟練技術人員能夠實踐和利用本發(fā)明。這一領域中的熟練技術人員將會明顯意識到在不使用本發(fā)明的能力的情況下，對于這些實施方案的各種修改以及采用其它實施方案將是可能的。因此，本發(fā)明將不局限于此處所描述的實施方案，而是符合與此處所公開的原理與新特性相一致的最廣泛的范圍。
權利要求
1.一種能夠恢復丟失的有效載荷塊的方法，該方法包括下列步驟(a)把一個分組序列從源節(jié)點傳輸?shù)侥繕斯?jié)點，該序列中的每一個分組具有多個有效載荷塊；(b)判斷一個具體分組中的多個所述有效載荷塊中是否至少一個有效載荷塊在所述傳輸中失丟；(c)把所述具體分組中被成功接收的其它有效載荷塊存儲在存儲媒體中，用于相繼的檢索；(d)接下來，向所述源節(jié)點傳輸一個要求重新傳輸所述含丟失的有效載荷塊的具體分組的請求；以及(e)按序列次序把被存儲的有效載荷塊與從所述相繼傳輸被檢索的丟失的有效載荷塊加以組合。
2.權利要求1的方法，還包括監(jiān)視與多個所述有效載荷塊中的至少一個有效載荷塊相關的鏈接質量的步驟。
3.權利要求1的方法，還包括在所述傳輸期間統(tǒng)計被錯誤接收的有效載荷塊的數(shù)目的步驟。
4.權利要求1的方法，其中，步驟(b)還包括執(zhí)行糾錯以恢復所述丟失的有效載荷塊的步驟。
5.權利要求4的方法，其中，如果所述糾錯失敗，則執(zhí)行所述步驟(c)-(e)。
6.權利要求1的方法，其中，步驟(d)還包括從所述相繼傳輸檢索所述丟失的有效載荷塊的步驟。
7.權利要求1的方法，其中，所述步驟(d)還包括判斷是否從所述相繼傳輸成功地接收了相應于丟失的有效載荷的有效載荷塊；如果情況如此，則執(zhí)行所述步驟(e)；以及如果情況并非如此，則再次請求對包含所述丟失的有效載荷塊的所述具體分組的重新傳輸。
8.一種能夠恢復丟失的有效載荷塊的方法，該方法包括下列步驟(a)一個目標節(jié)點從一個源節(jié)點接收一個被編碼的信號序列；(b)根據(jù)一個具體的譯碼格式，對每一被接收的信號進行譯碼，以生成多個被譯碼的幀，每一個被譯碼的幀擁有多個有效載荷塊；(c)檢查這多個被譯碼幀，以識別一個具體被譯碼的幀中多個被錯誤接收的有效載荷塊；(d)把所述具體幀中被成功接收的其它有效載荷塊存儲在一個存儲媒體中，用于相繼的檢索；(e)接下來，傳輸一個要求重新傳輸具有被錯誤接收的塊的所述具體幀的請求；以及(f)按序列次序把被存儲的有效載荷塊與從所述相繼傳輸被檢索的所述被錯誤接收的有效載荷塊加以組合。
9.權利要求8的方法，還包括根據(jù)特定的解調格式解調被編碼的信號，以生成多個所述被譯碼的幀。
10.權利要求8的方法，其中，IEEE 802.11標準規(guī)定了解調格式。
11.權利要求8的方法，其中，被編碼的信號包括使用一個Reed-Solomon塊編碼器。
12.權利要求8的方法，還包括執(zhí)行糾錯以恢復所述被錯誤接收的有效載荷塊的步驟。
13.權利要求8的方法，其中，如果所述糾錯失敗，則執(zhí)行所述步驟(d)-(f)。
14.權利要求8的方法，其中，所述步驟(e)還包括下列步驟判斷是否從所述相繼傳輸成功地接收了相應于丟失的有效載荷塊的有效載荷塊；如果情況如此，則執(zhí)行所述步驟(f)；以及如果情況并非如此，則再次請求對包含所述丟失的有效載荷塊的所述具體分組的重新傳輸。
15.一種能夠恢復分組交換網(wǎng)絡中丟失的有效載荷塊的裝置，其中，把一個分組序列從源節(jié)點傳輸?shù)侥繕斯?jié)點，該序列中的每一個分組具有多個有效載荷塊，該裝置包括一個存儲器；一個處理器；一組存儲在所述存儲器中的機器語言指令，這些機器語言指令由所述處理器加以執(zhí)行，所述處理器被配置為能夠判斷一個具體分組中的多個有效載荷塊中是否至少一個有效載荷塊在所述傳輸中失丟；把所述具體分組中被成功接收的其它有效載荷塊存儲在一個存儲媒體中，用于相繼的檢索；接下來，向所述源節(jié)點傳輸要求重新傳輸包含所述丟失的有效載荷塊的所述具體分組的請求；并按序列次序把所述被存儲的有效載荷塊與從所述相繼傳輸被檢索的所述丟失的有效載荷塊加以組合。
16.權利要求15的裝置，其中，把該裝置包括在無線網(wǎng)絡的電信接收機中。
17.一種能夠恢復分組交換網(wǎng)絡中丟失的有效載荷塊的系統(tǒng)，包括一個解調器(12)，將其配置成接收和解調一個被調制的信號，以產(chǎn)生一個被解調的分組的序列，該序列中的每一分組擁有預定數(shù)量的有效載荷塊；一個譯碼器(14)，可操作地耦合于所述解調器(12)，用于把被解調的分組譯碼為多個被譯碼的幀；一個處理器(24)，耦合于所述譯碼器，用于檢查該多個被譯碼的幀，以識別具體被譯碼幀中的多個被錯誤接收的有效載荷塊；一個存儲設備(22)，用于存儲一個具體幀中被成功接收的其它有效載荷塊以進行相繼的檢索；設備(28)，用于相繼地傳輸一個要求對具有所述被錯誤接收的塊的所述具體幀重新傳輸?shù)恼埱?；以及設備(26)，用于按序列次序把所述被存儲的有效載荷塊與從所述相繼傳輸檢索的被錯誤接收的有效載荷塊加以組合。
18.權利要求17的系統(tǒng)，還包括一個用于執(zhí)行糾錯以恢復所述被錯誤接收的有效載荷塊的糾錯設備(20)。
19.權利要求17的方法，其中，IEEE 802.11標準規(guī)定了所述解調格式。
全文摘要
公開了一種用于對分組交換網(wǎng)絡中丟失的有效載荷塊提供恢復的系統(tǒng)和方法，其中把擁有多個有效載荷塊的分組序列從源節(jié)點傳輸?shù)侥繕斯?jié)點(100)?；謴瓦^程判斷一個具體分組中的多個有效載荷塊中是否至少一個有效載荷塊在傳輸期間失丟(110)；把具體分組中成功接收的其它有效載荷塊存儲在存儲媒體中，用于相繼的檢索(120)；向源節(jié)點傳輸一個要求重新傳輸包含所述丟失的有效載荷塊的具體分組的請求(130)，并按序列次序把被存儲的有效載荷塊與從相繼傳輸所檢索的丟失的有效載荷(一或多個)塊加以組合(150)。
文檔編號H04L1/18GK1476699SQ02803069
公開日2004年2月18日 申請日期2002年7月2日 優(yōu)先權日2001年7月30日
發(fā)明者S·蔡, S 蔡 申請人:皇家菲利浦電子有限公司