专利名称：基于分组的通信系统的前向纠错系统与方法
技术领域：
本发明涉及通信系统中的错误处理，更具体地讲，本发明涉及在支持多FEC编码方案的数字通信系统中使用自动重新传输请求(ARQ)处理纠错的方法与系统。
在一个典型的分组交换网络中，把报文划分成多个固定或可变长度的数据分组或块。通过多个位置在网络上逐一发送这些分组，然后，在把它们提交于一个预定用户之前，于接收端对它们重新加以装配。为了确保在接收端对块的适当的传输，通常，以一个分组标头的形式把各种控制数据，包括序列、验证、纠错信息，附加于每一分组。
IEEE 802.11标准规定了针对无线局域网络的媒体存取控制(MAC)和物理(PHY)特性。1999年版的国际标准ISO/IEC 8802-111“Information Techology--Telecommunications and Informationexchange area networks”中定义了IEEE 802.11标准。现将其全部并入此处，以作参考。IEEE 802.11e MAC协议定义了针对数据帧的更可靠传输的一个可选的MAC前向纠错(FEC)。可以把MAC FEC协议与一个延迟确认(DlyAck)方案结合在一起使用，这一协议与IEEE 802.11标准MAC规范中所定义传统的确认(ACK)方案不同。在成功接收了一个帧之后，传统的ACK方案使一个帧的接收机能够发送一个ACK帧。然而，提供了一个延迟的ACK方案，以至于接收机可以在成功的帧接收之后的某一时刻发送一个ACK帧。由于对MAC FEC译码的大量的计算需求，特别对延迟的ACK方案加以定义。当前，IEEE 802.11标准MAC不具有FEC方案。因此，本发明提出了一种能够在IEEE 802.11环境中实现的新的FEC机制。
本发明针对一种用于在源系统和目标系统之间提供一个FEC机制的方法与系统。
根据本发明的一个方面，一种能够恢复丢失的有效载荷块的方法包括把一个分组序列从一个源节点传输到一个目标节点，该序列中的每一个分组具有多个有效载荷块；判断一个具体分组中的多个有效载荷块中是否至少一个有效载荷块在传输期间失丢；把一个具体分组中被成功接收的其它有效载荷块存储在一个存储媒体中，用于相继的检索；接下来，传输一个要求重新传输一个包含丢失的有效载荷块的具体分组的请求，并按序列次序把被存储的有效载荷块与从相继传输所检索的丢失的有效载荷块加以组合。
根据本发明的另一个方面，一种能够恢复分组交换网络中丢失的有效载荷块的系统包括一个所配置的解调器，用于接收和解调一个被调制的信号，以生成一个被解调的分组的序列，该序列中的每一分组拥有预确定数量的有效载荷块；一个译码器，可操作地耦合于解调器，用于把被解调的分组译码为多个被译码的帧；一个处理器，可操作地耦合于译码器，并对其加以配置，以接收和检查该多个被译码的帧，以标识一个具体被译码的帧中的多个被错误接收的有效载荷块；一个存储装置，用于把一个具体帧中的被成功接收的其它有效载荷块存储在存储媒体中，用于相继的检索；一个发射机，用于相继地传输一个要求对具有被错误接收的块的具体帧重新传输的请求；以及一个组合器，用于按序列次序把被存储的有效载荷块与从相继传输所检索的被错误接收的有效载荷块加以组合。
当结合附图阅读以下的详细描述时，对于这一领域的熟练技术人员来说，这些及其它优点将变得十分明显。
图1所表示的是一种用于交换信息的MAC帧格式，如IEEE802.11e标准所提出的；图2是可以使用根据本发明的纠错控制方案的接收机的一个简化了的结构图；图3说明根据本发明的操作步骤；以及图4是一个流程图，说明了根据本发明的操作步骤。
为了解释而不是为了加以限制，在以下的描述中，给出了具体的细节，例如具体的体系结构、接口、技术等，以便提供对本发明的一个全面的理解。另外，为了更加清晰和更为简洁，省略了对人们十分熟悉的设备、电路以及方法的详细描述，以防因不必要的细节影响对本发明涉及一种纠错机制，该纠错机制能够在特定的限制内恢复丢失的数据分组，同时最小化与传统FEC方案相关的开销。本发明特别适用于符合IEEE 802.11标准的数字通信系统。IEEE 802.11e标准定义了一种可选的MAC FEC方案，其中，使用公知的Reed-Solomon(RS)类代码对数据分组进行编码。这一服务向实体提供了利用底层的PHY级服务交换MAC服务数据单元(MS)的能力。
当前，在IEEE 802.11e标准之下的传统的错误恢复方案提供了这样的功能在解调和FEC译码之后，使用块检查序列以及公知的循环冗余检查技术，针对错误对每一块进行估价。如果在FEC译码之后存在错误，则向传输实体发送回一个要求重新传输的请求。为此，进行传输和进行接收的实体均需要知道正在把FEC编码与/或调制方案的何种组合用于重新传输。然而，在该优选实施方案中，通过重新使用将与同一帧的重新传输版本中其它被正确接收的RS代码块相组合的被正确接收的RS代码块，而不是使用一个请求和重新传输系统，可更有效地进行分组丢失纠正。
除了FEC和调制方案，根据本发明的数字通信系统还使用了自动重新传输请求(ARQ)技术，这一技术能够把被错误接收的信息重新传输到接收机。ARQ技术涉及针对错误分析被接收的数据块，以及请求对包含任何错误的块的重新传输。例如，FEC技术包括调制之前数据的卷积或块编码。这通常涉及根据它们的代码率(即1/2和1/3)卷积代码，其中，对于一个给定的信道比特率，较低的代码率提供了较好的错误保护，但提供了较低的用户比特率。因此，FEC编码涉及使用一定数量的代码比特表示一定数量的数据比特。应该加以注意的是，FEC技术是这一领域的熟练技术人员十分熟悉的。
图1说明了IEEE 802.11e标准中已建议的RS编码的MAC协议数据单元(MPDU)帧格式。如图1中所示，把RS编码译码器用于MAC FEC方案。因为一个MPDU可以远远大于208个字节，所以可以把MSDU最多划分为10个块，其中RS编码器对每一个块独立地进行编码。为了这一例子的目的，本发明所使用的编码器是一种拥有(224，228)的(n，k)值的RS块编码器。因此，对于进入序列中的每一MSDU有效载荷块，编码器得到一个FEC代码或冗余块。然后，根据本发明，编码器把这些冗余块分别附接于每一有效载荷块。为了有利于该优选实施方案中的译码，最好是令一个根据本发明所传输的分组包括指示序列号或分组号(n，k)值的指示信息。应该加以注意的是MAC标头字段中的有效载荷/数据长度、有效载荷/数据块信息。本领域技术人员显然可意识到可以成功使用与所示数据结构不同的其它数据结构，包括但不局限于不同大小的字段(按不同序列次序排列这些字段)以及图1中未出现的其它字段。
图2说明了根据本发明的一个优选实施方案工作的一个译码器10。为了便于说明，以下的描述将假设已经把一个音频或视频信号转换成一个数字数据流，并准备将其在一个网络中从一个源节点传输到一个目标节点。通过举例，该描述还将假设已经把数字数据流或有效载荷划分成一个帧或有效载荷分组序列。根据本发明的实施方案，译码器10包括一个解调器(或分组拆卸器)12、一个译码器14、一个分组缓冲器16、一个标头和FEC去除处理器18、一个FEC处理器20、一个控制器24、一个缓冲器22、一个组合器模块26、以及一个发射机28。
在运行过程中，一个分组流，如图1中所示，到达目标节点。根据所用的分组交换协议，这些分组可以按序列次序或不按次序到达。译码器14从解调器12接收被解调的数据块，并重新构造数据块序列，然后，按单独的数据块，把数据块序列提供于分组缓冲器16。此后，标头和FEC去除处理器18开始工作，以去除MAC标头信息，并检查标头信息，以判断是否应该处理数据块，以及存储在分组缓冲器16中的数据块可以使用何种类型的纠错译码。在控制器24的控制下，FEC处理器20执行纠错操作。如果检测到一个错误，控制器24导致发射机28请求把错误分组重新传输于源最终系统。与此同时，最好是把那些成功到达的有效载荷块直接转发到缓冲器22，用于相继的检索，这可用于把有效载荷块按适当序列放置，以由最终用户加以接收。此处，存储在缓冲器22中的块的数目，可以取决于最初用于编码的块编码器的(n，k)值。在接收了数据的重新传输之后，控制器24执行解调和FEC操作，如在以上几段中所描述的，然后，判断被重新传输的数据是否可帮助恢复丢失的信息。例如，如图3中所示，如果一个源节点把一个具有10个RS块(从块1到块10)的帧传输到一个目标节点，那么目标节点可以发现1和2是不可纠正的。目标节点把一个DlyAck传输到源节点，以重新传输，并高速缓存被成功接收的块3～10，而不是丢弃它们。接下来，源再次传输被请求的帧。现在，目标节点确定块9和10中否存在错误，它们是不可纠正的。当目标节点根据最初的接收已经存储了块9和10的正确的版本时，那么不需要把不正确的帧接收(块9和10)通知源节点。通过把来自最初的接收的块3和10与来自新接收的块1和2相组合，可以正确地重新构造整个帧。一旦译码器10恢复了丢失的有效载荷块1和2，并把它们按序列次序与存储在缓冲器22中的其余的块相组合，则控制器24把被排序的有效载荷转发于最终用户。因此，根据本发明，通过减少潜在的重新传输的数量，根据信道情况，重新传输组合可以明显地改善系统性能。另外，还增加了满足边际信道条件中等待时间要求的可能性，因为为了成功地传输一个帧，它将要求一个较小数量的重新传输。
尽管根据本发明工作的译码器可以采用各种形式(例如硬件、软件、或固件)中的任何一种形式，但最好是令编码和译码功能均由一个操作一组存储在一个存储器中的机器语言指令的计算机处理器或微处理器加以执行。在执行时，该计算机程序，使计算机系统能够执行本发明的功能，如此处所讨论的。图4是一个流程图，说明了本发明所执行的处理，这一流程可供用户建议。矩形元素表示计算机软件指令，而菱形元素代表影响由矩形框所表示的计算机软件指令的执行的计算机软件指令。
参照图4，在步骤100中的目标节点处接收一个数据流。译码器10检查被接收的数据分组，并判断在步骤110中是否检测到了不可纠正的分组，如果检测到了不可纠正的分组，则译码器10把在未被正确接收的分组中的被正确接收的块保留在缓冲器22中，用于在步骤120中的相继的检索。与此同时，在步骤130中，译码器10请求再次对数据分组的重新传输。如果在步骤110中所发现错误块在步骤140仍包含错误，则再次发送对同一数据分组的重新传输请求，如果情况并非如此，则从被重新传输的数据分组中检索在步骤110中所发现的错误数据分组，并把它们与在步骤150中存储于缓冲器22中的被正确接收的块的其余部分加以组合。最后，在步骤160，按序列次序把被重新组合的数据分组传输给最终用户。
从以上的描述中可以明显地看出，本发明的优点在于译码器10能够最小化对丢失分组的重新传输的反复请求。因而，最小化了与潜在重新传输请求的个数相关的整个开销。应该加以注意的是，提供对优选实施方案的先前的描述，旨在使这一领域中的熟练技术人员能够实践和利用本发明。这一领域中的熟练技术人员将会明显意识到在不使用本发明的能力的情况下，对于这些实施方案的各种修改以及采用其它实施方案将是可能的。因此，本发明将不局限于此处所描述的实施方案，而是符合与此处所公开的原理与新特性相一致的最广泛的范围。
权利要求
1.一种能够恢复丢失的有效载荷块的方法，该方法包括下列步骤(a)把一个分组序列从源节点传输到目标节点，该序列中的每一个分组具有多个有效载荷块；(b)判断一个具体分组中的多个所述有效载荷块中是否至少一个有效载荷块在所述传输中失丢；(c)把所述具体分组中被成功接收的其它有效载荷块存储在存储媒体中，用于相继的检索；(d)接下来，向所述源节点传输一个要求重新传输所述含丢失的有效载荷块的具体分组的请求；以及(e)按序列次序把被存储的有效载荷块与从所述相继传输被检索的丢失的有效载荷块加以组合。
2.权利要求1的方法，还包括监视与多个所述有效载荷块中的至少一个有效载荷块相关的链接质量的步骤。
3.权利要求1的方法，还包括在所述传输期间统计被错误接收的有效载荷块的数目的步骤。
4.权利要求1的方法，其中，步骤(b)还包括执行纠错以恢复所述丢失的有效载荷块的步骤。
5.权利要求4的方法，其中，如果所述纠错失败，则执行所述步骤(c)-(e)。
6.权利要求1的方法，其中，步骤(d)还包括从所述相继传输检索所述丢失的有效载荷块的步骤。
7.权利要求1的方法，其中，所述步骤(d)还包括判断是否从所述相继传输成功地接收了相应于丢失的有效载荷的有效载荷块；如果情况如此，则执行所述步骤(e)；以及如果情况并非如此，则再次请求对包含所述丢失的有效载荷块的所述具体分组的重新传输。
8.一种能够恢复丢失的有效载荷块的方法，该方法包括下列步骤(a)一个目标节点从一个源节点接收一个被编码的信号序列；(b)根据一个具体的译码格式，对每一被接收的信号进行译码，以生成多个被译码的帧，每一个被译码的帧拥有多个有效载荷块；(c)检查这多个被译码帧，以识别一个具体被译码的帧中多个被错误接收的有效载荷块；(d)把所述具体帧中被成功接收的其它有效载荷块存储在一个存储媒体中，用于相继的检索；(e)接下来，传输一个要求重新传输具有被错误接收的块的所述具体帧的请求；以及(f)按序列次序把被存储的有效载荷块与从所述相继传输被检索的所述被错误接收的有效载荷块加以组合。
9.权利要求8的方法，还包括根据特定的解调格式解调被编码的信号，以生成多个所述被译码的帧。
10.权利要求8的方法，其中，IEEE 802.11标准规定了解调格式。
11.权利要求8的方法，其中，被编码的信号包括使用一个Reed-Solomon块编码器。
12.权利要求8的方法，还包括执行纠错以恢复所述被错误接收的有效载荷块的步骤。
13.权利要求8的方法，其中，如果所述纠错失败，则执行所述步骤(d)-(f)。
14.权利要求8的方法，其中，所述步骤(e)还包括下列步骤判断是否从所述相继传输成功地接收了相应于丢失的有效载荷块的有效载荷块；如果情况如此，则执行所述步骤(f)；以及如果情况并非如此，则再次请求对包含所述丢失的有效载荷块的所述具体分组的重新传输。
15.一种能够恢复分组交换网络中丢失的有效载荷块的装置，其中，把一个分组序列从源节点传输到目标节点，该序列中的每一个分组具有多个有效载荷块，该装置包括一个存储器；一个处理器；一组存储在所述存储器中的机器语言指令，这些机器语言指令由所述处理器加以执行，所述处理器被配置为能够判断一个具体分组中的多个有效载荷块中是否至少一个有效载荷块在所述传输中失丢；把所述具体分组中被成功接收的其它有效载荷块存储在一个存储媒体中，用于相继的检索；接下来，向所述源节点传输要求重新传输包含所述丢失的有效载荷块的所述具体分组的请求；并按序列次序把所述被存储的有效载荷块与从所述相继传输被检索的所述丢失的有效载荷块加以组合。
16.权利要求15的装置，其中，把该装置包括在无线网络的电信接收机中。
17.一种能够恢复分组交换网络中丢失的有效载荷块的系统，包括一个解调器(12)，将其配置成接收和解调一个被调制的信号，以产生一个被解调的分组的序列，该序列中的每一分组拥有预定数量的有效载荷块；一个译码器(14)，可操作地耦合于所述解调器(12)，用于把被解调的分组译码为多个被译码的帧；一个处理器(24)，耦合于所述译码器，用于检查该多个被译码的帧，以识别具体被译码帧中的多个被错误接收的有效载荷块；一个存储设备(22)，用于存储一个具体帧中被成功接收的其它有效载荷块以进行相继的检索；设备(28)，用于相继地传输一个要求对具有所述被错误接收的块的所述具体帧重新传输的请求；以及设备(26)，用于按序列次序把所述被存储的有效载荷块与从所述相继传输检索的被错误接收的有效载荷块加以组合。
18.权利要求17的系统，还包括一个用于执行纠错以恢复所述被错误接收的有效载荷块的纠错设备(20)。
19.权利要求17的方法，其中，IEEE 802.11标准规定了所述解调格式。
全文摘要
公开了一种用于对分组交换网络中丢失的有效载荷块提供恢复的系统和方法，其中把拥有多个有效载荷块的分组序列从源节点传输到目标节点(100)。恢复过程判断一个具体分组中的多个有效载荷块中是否至少一个有效载荷块在传输期间失丢(110)；把具体分组中成功接收的其它有效载荷块存储在存储媒体中，用于相继的检索(120)；向源节点传输一个要求重新传输包含所述丢失的有效载荷块的具体分组的请求(130)，并按序列次序把被存储的有效载荷块与从相继传输所检索的丢失的有效载荷(一或多个)块加以组合(150)。
文档编号H04L1/18GK1476699SQ02803069
公开日2004年2月18日 申请日期2002年7月2日 优先权日2001年7月30日
发明者S·蔡, S 蔡 申请人:皇家菲利浦电子有限公司