无线通信系统、无线通信方法、发送器和接收器的制作方法

专利名称：无线通信系统、无线通信方法、发送器和接收器的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统、无线通信方法、发送器和接收器，更具体而言涉及能够 实现自适应差错恢复的无线通信系统、无线通信方法、发送器和接收器。
背景技术：
无线介质的独特属性使得协议的设计与有线网络中相比很不相同，而且更富有挑 战性。无线系统及其介质的独特特征包括时变信道和易出错性。无线电信号根据三种机制 来传播反射、衍射和散射。节点所接收的信号是发送方发送的信号的时移且衰减后的版 本的叠加。因此，接收信号功率随时间而变。该现象被称为多径传播。信道的变化率由信 道的相干时间决定。当接收信号强度下降到某个阈值以下时，就认为节点处于衰退中(in fade)。由于信道时变、信号强度变化以及诸如自然背景噪声、干扰和运动之类的破坏，在无 线传输中更可能发生差错。在有线网络中，误比特率通常小于10_6，因此数据包出错的概率 较低。与之不同，无线信道可能具有高达10_3或更高的误比特率，从而数据包出错的概率 也更高。在有线网络中，这些差错通常是由随机噪声引起的。与之不同，当节点处于衰退中 时，无线链路中的差错以长突发的形式出现。通过使用更小的数据包、前向差错校正码或者 重发(retransmission)方法，可使得由于突发差错而导致的数据包损失达到最低限度。链 路层差错恢复方案的设计影响网络容量、台站的位置确定、以及上层协议的设计。在诸如无线局域网(WLAN) (802. 11)、无线城域网(WMAN) (802. 16)和无线广域网 (WffAN) (3G、LTE、IMT-advanCed)之类的大多数无线通信网络中都存在差错恢复问题。设计 良好的差错控制方案对于下一代无线网络非常重要。在无线通信中，当干扰或噪声压倒了经过编码和调制的传输数据时，就会发生比 特差错。可靠的通信协议要求一条消息的所有预期接收者都完好无损地接收到该条消息。 一般认为有两类差错控制技术来应对发生差错的无线传输前向差错校正(Forward Error Correction, FEC)禾口 自动重复请求(Automatic R印eat—reQuest, ARQ)。FEC是用于数据传输的一种差错控制方案，是信道编码的一种方式，其中，发送器 将冗余信息包括在要发送的数据中，使得在目的地处能够恢复传输过程中损失的数据。FEC 码在所发送的数据流中引入了冗余，其中该冗余的量是受到控制的，从而使得接收器能够 得出关于所发送序列的更准确判决。虽然FEC在带宽充足时是有帮助的，但是在带宽不足时它的益处就不那么容易确 定了。换言之，使用FEC码的问题在于与码率相关联的固定带宽这一不利之处。具体而言， 如果损失的数据包的总数大于冗余数据包的数目，则恢复不了数据。另外，仅利用FEC码， 无法保证无差错传输，这是因为信道差错统计特性是不稳定的。
ARQ是用于数据传输的另一种差错控制方案，其使用确认和超时来实现可靠的数 据传输。ARQ要求在差错被检测到时发送器应来自接收器的请求而重新发送数据块。每当 数据包到达时，接收器可以选择不接受该数据包，而是通过反馈信道来请求重发。为了判定 是否应当请求重发，接收器检查接收到的数据包的质量或可靠性。通常这是利用比如循环冗余校验码(CRC)之类的差错检测码来实现的。ARQ方案较为简单，并且提供了很高的系统 可靠性。但是解码器的吞吐量或者最终输出是不恒定的，并且随着信道差错率的增大而迅 速下降。ARQ通常用于需要数据可靠性的场合，例如TCP、无线MAC等等。另一方面，FEC可 以容忍一定量的损失。因此，利用FEC码，可以使接收器方的数据包损失达到任意地小，其 代价在于发送冗余数据。如果损失太多以致利用FEC无法成功纠错，则使用通常的ARQ技 术，这就成为了混合ARQ (HARQ)方案。HARQ在现有的差错检测比特中还添加了 FEC比特。 当FEC未能校正数据包中的所有比特差错时，则请求重发。很明显，FEC和ARQ都有其优点和缺点。选择FEC还是ARQ还取决于数据包/帧 的长度。在给定无线信道的差错属性的情况下，数据包越长，该数据包出错的可能性越高。 太频繁的重发对于大多数情况来说都不是一个好的选择。因此关于哪种方案最佳的问题是 应该基于无线网络环境、数据包大小等等来讨论的。可见，传统的FEC、ARQ和HARQ或者校正少量的比特差错，或者重发整个数据包，而 不管实际上可能大多数接收数据都是正确的。FEC、ARQ和HARQ从而都具有很高的开销和 非常有限的灵活性，这会浪费网络容量。关于如何设计部分数据包恢复(Partial Packet Recovery)方案，已经进行过一些工作。在 “K. Jamieson and H. Balakrishnan, "PPR :Partial Packet Recovery forffireless Networks, "ACM SIGCOMM，07，Kyoto, Japan, August 2007”(文献 1)中， 已经观察到，当前的无线网格网络协议重发大量数据包，而这些重发中的大部分结果都只 是发送了已经接收过多次的比特，从而浪费了网络容量。在文献1中，使用了扩展物理 层接口(SoftPHY)，该接口向更高层提供物理层(PHY)对它所解码的每个比特的置信度 (confidence)。文献1中还给出了一种链路层ARQ协议来进行部分数据包恢复。文献1所 提出的链路层ARQ协议被称为PP-ARQ，其使得接收器能够紧凑地编码一个请求，该请求只 要求重发数据包中有可能出差错的那些比特。文献1中的PP-ARQ协议是基于传统的经常使用FEC的通信系统来建立的。其 中，数据包传输的花销较高，从而吞吐量降低。当由于冲突引起的数据包丢失非常严重时， PP-ARQ协议可能会良好地工作。但在其他情况下，性能改善则非常小。

发明内容
为解决上述和其他问题，本发明提供了一种无线通信系统、无线通信方法、发送器 和接收器，它们实现了自适应性的差错恢复方案。根据本发明的一个方面，提供了一种无线通信系统，包括发送器，该发送器包括 发送器物理层装置，该发送器物理层装置在不进行信道编码的情况下发送通信数据；以及 接收器，该接收器包括接收器物理层装置，该接收器物理层装置接收与所述发送器物理层 装置发送的通信数据相对应的接收数据并给出关于所述接收数据中的每个比特正确与否 的提示，位于接收器物理层装置和接收器介质接入控制层装置之间的接口，其从所述接收 器物理层装置中提取所述提示，并将所述提示和所述接收数据传递到接收器介质接入控制 层装置，以及接收器介质接入控制层装置，该接收器介质接入控制层装置参考从所述接口 传递来的所述提示来分析所述接收数据。
所述接收器介质接入控制层装置可基于所述分析的结果，针对所述接收数据构造 反馈，并且基于所述接收数据和解码后的重发数据来重建所述通信数据。所述接收器物理 层装置可对所述反馈进行编码并发送经编码的反馈，并且接收经编码的重发数据并对其进 行解码；所述发送器物理层装置可接收经编码的反馈并对其进行解码，并且对重发数据进 行编码并发送经编码的重发数据；并且所述发送器还可包括发送器介质接入控制层装置， 该发送器介质接入控制层装置基于解码后的反馈来确定重发数据。所述发送器介质接入控制层装置可基于信道状态信息来指示所述发送器物理层 装置是否在不进行信道编码的情况下发送通信数据。所述信道状态信息可包括信噪比，并且所述发送器介质接入控制层装置可在所述 信噪声比高于阈值时指示所述发送器物理层装置在不进行信道编码的情况下发送通信数 据。
所述接收器介质接入控制层装置可基于所述提示将所述接收数据标记为由一个 或多个正确比特串和一个或多个错误比特串构成的序列，并构造指示出所述一个或多个错 误比特串中每一个的位置以及所述一个或多个正确比特串中每一个的校验和的反馈。所述 发送器介质接入控制层装置可基于所述反馈所指示的所述一个或多个错误比特串中每一 个的位置以及所述一个或多个正确比特串中每一个的校验和，确定包括所述通信数据中与 所述一个或多个错误比特串相对应的部分和与被误报的正确比特串相对应的部分在内的 重发数据。所述接收器介质接入控制层装置可将两个错误比特串和其间的长度小于阈值的 正确比特串一起标记为单个错误比特串。所述阈值可是按下式计算
G = riog5] + riog5l + /Lc其中，G为所述阈值，「"I表示上取整函数，S为任何正确比特串或错误比特串的可 能起始位置的最大值，B为任何正确比特串或错误比特串的可能长度的最大值，λ。为所述 校验和的长度。S和B可等于所述接收数据中包括的比特的总数。根据本发明的另一个方面，提供了一种无线通信方法，包括在不进行信道编码的 情况下发送通信数据；接收与所述通信数据相对应的接收数据；给出关于所述接收数据中 的每个比特正确与否的物理层提示；以及参考所述物理层提示来分析所述接收数据。根据本发明的另一个方面，提供了一种发送器，包括物理层装置，该物理层装置 在不进行信道编码的情况下发送通信数据，接收来自接收器的经编码的反馈并对其进行解 码，并且对重发数据进行编码并发送经编码的重发数据；以及介质接入控制层装置，该介质 接入控制层装置基于由解码后的反馈来确定所述重发数据。根据本发明的另一个方面，提供了一种接收器，包括物理层装置，该物理层装置 接收与发送器发送的通信数据相对应的接收数据并给出关于所述接收数据中的每个比特 正确与否的提示，对反馈进行编码并发送经编码的反馈，并且接收经编码的重发数据并对 其进行解码；位于所述物理层装置和介质接入控制层装置之间的接口，其从所述物理层装 置中提取所述提示，并将所述提示和所述接收数据传递到介质接入控制层装置；以及介质接入控制层装置，该介质接入控制层装置参考从所述接口传递来的所述提示来分析所述接 收数据，基于所述分析的结果针对所述接收数据构造所述反馈，并且基于所述接收数据和 由所述物理层装置解码后的重发数据来重建所述通信数据。如上所述，根据本发明，在发送器的MAC/链路层，基于例如接收器所报告的SNR 值之类的信道状态信息来适应性地使用改进的部分数据包恢复_自动重复请求(Modified Partial Packet Recovery-Automatic RepeatreQuest,艮口 Modified PP-ARQ)方案或传统 的FEC或HARQ方案。根据改进的PP-ARQ方案，在物理层中，除了针对反馈和重发数据之外， 不进行信道编码和解码。同时，在MAC层使用了一种基于阈值规则的策略来确定反馈，以降 低计算复杂度。因此，利用本发明，极大地降低了开销，减少了所传输数据的量，而同时仍保持相 同的差错恢复质量，从而也提高了系统吞吐量。


通过结合附图阅读以下详细描述可以更好地理解本发明的以上和其他特征和优 点。附图中，相同或相似的标号指示相同或相似的要素，其中图1是根据本发明第一实施例的无线通信系统的框图。图2是接收方MAC层根据物理层提示构造反馈的示意图。图3示出了图1所示的无线通信系统中进行的无线通信方法的过程。图4是根据本发明第二实施例的无线通信系统的框图。图5示出了图4所示的无线通信系统中进行的无线通信方法的过程。图6是根据本发明第三实施例的无线通信系统的框图。图7是接收方在标记比特串时使用的阈值规则的示意图。图8示出了图6所示的无线通信系统中进行的无线通信方法的过程。图9示出了对本发明的自适应差错恢复方案的仿真结果。
具体实施例方式下面参考附图来详细描述本发明的实施例。图1示出了根据本发明第一实施例的无线通信系统1的框图。如图1所示，无线通信系统1包括发送器10和接收器20。 无线通信系统1中使用的差错恢复方案是链路级差错控制方案，其涉及发送器10 和接收器20的介质接入控制(MAC)层和物理层。发送器10包括物理层装置11和MAC层装置12。物理层装置11包括编解码部111 和收发部112。接收器20包括物理层装置21、MAC层装置22、以及位于物理层装置21和MAC层 装置22之间的软物理层(SoftPHY)接口 23。物理层装置21包括编解码部211和收发部 212。物理层装置11和21分别是发送器10和接收器20中用于实现物理层功能的装置， 它们确保了数据可在各种物理介质上传输。物理层装置11和21可提供诸如信道编码/解 码、调制/解调等等服务。在图1中，只示出了用于实现信道编解码的编解码部111和211以及用于在对数据进行某些物理层处理(例如调制)之后将其发送或者接收数据并对其进行某种物理层处理(例如解调)的收发部112和212。本领域的技术人员应当明了，物理层 装置11和21可提供其他服务并包含相应的功能部件，但为了简洁起见这些部件在图中没 有示出。MAC层装置12和22分别是发送器10和接收器20中用于实现MAC层功能的装置。 正如本领域的技术人员所公知的，MAC层提供了寻址和信道接入控制机制，使得若干个终端 或网络节点能够在多点网络(通常是LAN或MAN)内通信。在本发明中，对于首次发送的通信数据，发送器10的物理层装置11在不进行信道 编码的情况下进行发送。具体而言，当发送器10的更上层决定要将特定的通信数据传达给 接收方时，MAC层装置12从更上层接收要发送的通信数据，并将其传递给物理层装置11以 通过物理传输介质发送。与现有技术的FEC或HARQ方案不同，在首次发送时，该通信数据 不经过由用于执行信道编码和/或解码的编解码部111进行的诸如添加FEC码之类的信道 编码，而是直接由收发部112进行发送。注意，除非另有指明，本文中所说的“数据”可以以比特、符号、数据包、帧、ARQ块 (ARQ block)等等为单位。例如，正如本领域的技术人员所公知的，物理层所处理的数据的 单位通常为比特，而MAC层所处理的数据的单位通常为数据包或者帧。本文中有时用“数 据”来统称它们，本领域的技术人员在具体实现时可以采用适当的数据单位。另外，在本发 明中，“数据包”和“帧”可互换使用。接收器20的收发部212接收到与发送器10所发送的通信数据相对应的接收数 据。如上所述，由于通信过程中的噪声、干扰等因素，接收器20所接收到的接收数据可能与 发送器10想要传达给接收器20的通信数据不同，即，包含差错。在接收器20的物理层装置21中，由于发送器10在发送通信数据时未对其进行信 道编码，所以收发部212接收到的接收数据也无需经过由编解码部211进行的解码处理，而 是被软物理层SoftPHY接口 23直接传递给MAC层装置22。SoftPHY接口 23使得接收器20无需来自发送器10的额外反馈或信息，就能够利 用来自其物理层的提示(hint)判定接收数据中的哪些比特可能是正确的。SoftPHY接口 23向上传递关于每个接收到的符号与物理层所确定的符号之间的接近程度的信息，即物理 层提示。由于接收器20无需对接收数据进行信道解码，所以SoftPHY接口 23可紧随收发 部212之后。例如，在收发部212包括解调模块的情况下，SoftPHY接口 23可以直接接收 该解调模块所解调出的数据。在这种情况下，上述提示可以是最初接收的信号的星座点和 解调后映射的符号的星座点之间的信号空间距离。该距离越长，对解调的确定度越低；反之 亦然。这样，物理层提示可以充当一个置信度，表明接收数据中的每个符号/比特出错的可 能性。SoftPHY接口 23将经过收发部212处理(例如，解调)的接收数据和它从例如收 发部212中的解调器中提取的物理层提示一起传递给MAC层装置22。在一个实施例中， SoftPHY接口 23可将接收数据以数据包为单位传递给MAC层装置22。MAC层装置22参考从SoftPHY接口 23传递来的物理层提示，对其获取的接收数 据进行分析。具体而言，MAC层装置22利用从SoftPHY接口 23传递来的物理层提示，将接 收数据-例如，每个数据包-标记为一系列比特串(rim of bits，或bit run)，这些比特串中包括一个或多个正确比特串和/或一个或多个错误比特串。每个正确比特串包括一连串 的基于物理层提示而被预期为正确的比特，每个错误比特串包括一连串的基于物理层提示 而被预期为错误的比特。可以看出，这里的“正确比特串”和“错误比特串”分别指的是MAC 层装置基于物理层提示而认为正确或错误的一连串比特，而不一定是确实正确或确实错误 的比特串。另外，按照正确比特串和错误比特串的定义，很明显，正确比特串和错误比特串 是交替出现的。然后，MAC层装置22根据所标记出的一系列比特串来构造反馈。例如，反馈可包括 错误比特串的位置信息，例如每个错误比特串的起始位置和长度，并且如下所述，反馈还可 包括每个正确比特串的校验和。注意，虽然在图中没有示出，但在一个实施例中，当MAC层 装置22通过检查整个接收数据(例如，整个数据包)的检错码(例如循环冗余校验码CRC， 通常由发送方物理层在发送前添加)发现接收数据全部正确时，则忽略对比特串所做的标 记，而只是向发送器10反馈一个确认消息(ACK)表明正确收到了当前接收数据。参考图2，如该图所示，有时，MAC层装置22基于物理层提示而作出的判断可能导 致误报和漏报。为了避免由于误报的正确比特串-即，MAC层装置22基于物理层提示认为 是正确、但实际存在差错的比特串-而导致重发的比特不足，每个正确比特串的校验和(例 如CRC)需要被发送到发送器10，以便发送器10检查它们是否确实是正确的。注意，图2中 的“物理层提示”一行示出的是接收信号的星座点和解调后的符号的星座点之间的信号空 间距离被作为物理层提示的示例性情形。因此，如上所述，该距离越小，则表明置信度越高， 反之亦然。MAC层装置22将构造出的反馈数据传递给物理层装置21中的编解码部211。然 后，编解码部211对要发送的反馈数据进行信道编码，并将经过信道编码的反馈传递给收 发部212。收发部212对经过编码的反馈进行特定的处理(例如调制)，并将其发送给发送 器10。然后，发送器10的收发部112接收到从接收器20发送来的反馈，在对其进行例如 解调之类的处理之后，将其传递给编解码部111以便解码。编解码部111将经过解码的反 馈向上传递给MAC层装置12。MAC层装置12检查解码后的反馈中包括的每个正确比特串的校验和，并计算通信 数据中与各正确比特串相对应的部分的校验和，并对这两组校验和进行一一比较。如果反 馈中包括的每个正确比特串的校验和均与通信数据中与该正确比特串相对应的部分的校 验和相匹配，则表明接收器20所认为的这些正确比特串确实正确。否则，如果反馈中包括 的某个正确比特串的校验和与通信数据中与该正确比特串相对应的部分的校验和不匹配， 则接收器20所认为的这个正确比特串中包含差错，即存在误报的正确比特串。然后，MAC层装置12构造重发数据。该重发数据中包括原通信数据中与接收器20 所报告来的错误比特串相对应的部分，以及与上述检查出的误报的正确比特串相对应的部 分。当然，为使接收器20识别出其所反馈的正确 比特串中的哪个或哪些是误报的，例 如，接收器20在反馈数据中可为每个正确比特串分配一个序列号，相应地，发送器10所构 造的重发数据中除了上述错误比特串和误报的正确比特串外，还包括误报的正确比特串的 序列号。
MAC层装置12将所构造的重发数据传递给编解码部111。编解码部111对重发数 据进行编码，并将编码后的重发数据传递给收发部112。收发部112对经过编码的重发数据 进行特定的处理(例如调制)，并将其发送给接收器20。然后，接收器20的收发部212接收到从发送器发送来的重发数据，在对其进行例 如解调之类的处理之后，将其传递给编解码部211以便解码。编解码部211将经过解码的 重发数据向上传递给MAC层装置22。
MAC层装置22基于经过解码的重发数据以及原来接收到的接收数据，来重建出通 信数据，即不含差错的、发送器10想要发送给接收器20的通信数据。无线通信系统1所执行的上述无线通信中所采用的差错恢复方案可被称为改进 型部分数据包恢复式自动重复请求(PP-ARQ)。如前所述，在大多数现有的系统中，为了对抗比特差错，信道编码是必需的。由于 冗余而增加的开销是信道编码的主要缺陷。即使利用自适应调制和编码，也不能将冗余控 制到任意地小。与传统上不同，根据本发明的改进型PP-ARQ方案，在首次发送通信数据时， 不进行信道编码。同时，在接收器方，在利用物理层本身给出的提示判断可能存在出错的比 特的情况下，向发送器提供反馈，该反馈被进行信道编码。发送器根据反馈构造重发数据， 并将经过信道编码的重发数据发送到接收器。接收器从而可根据重发数据和原本接收到的 数据来构造正确的通信数据。可见，在物理层中，由于对首次发送的数据不进行信道编码，例如无需添加冗余的 FEC信息，从而大大降低了开销，减少了所传输数据的量。通过只重发有可能出错的比特，来 维持差错恢复性能。而由于反馈和重发数据的数据量一般较小，因此为这些数据保留信道 编码，以减少多次重发的情况。可见，根据本发明，降低了开销，同时仍保持相同的差错恢复质量，从而也提高了 系统吞吐量。下面参考图3来描述图1所示的无线通信系统1所执行的无线通信方法的过程。如图3所示，在步骤S 101中，发送器10的物理层装置11在不进行信道编码的情 况下发送通信数据。然后，在步骤S 102中，接收器20的收发部212接收到与发送器10所发送的通信 数据相对应的接收数据。然后，在步骤S103中，SoftPHY接口 23将经过收发部212处理(例如，解调)的 接收数据(例如以数据包为单位)和它从物理层装置21中提取的物理层提示一起传递给 MAC层装置22。然后，在步骤S 104中，MAC层装置22参考从SoftPHY接口 23传递来的物理层提 示，分析接收数据。具体而言，MAC层装置22利用物理层提示，将其获取的接收数据标记为 包括一个或多个正确比特串和/或一个或多个错误比特串的一系列比特串。接下来，在步骤S105中，MAC层装置22根据所标记出的一系列比特串来构造反馈。然后，在步骤S 106中，编解码部211对从MAC层装置22传递来的反馈数据进行 信道编码，并将经过信道编码的反馈传递给收发部212。收发部212对经过编码的反馈进行 特定的处理(例如调制)，并将其发送给发送器10。之后，在步骤S107中，发送器10的收发部112接收到从接收器20发送来的反馈，在对其进行例如解调之类的处理之后，将其传递给编解码部111以便解码。编解码部111将经过解码的反馈向上传递给MAC层装置12。接下来，在步骤S108中，MAC层装置12对反馈进行分析。具体而言，MAC层装置 12根据解码后的反馈来检查是否存在误报的正确比特串。然后，在步骤S109中，MAC层装置12构造重发数据。如上所述，该重发数据中包 括原通信数据中与接收器20所报告来的错误比特串相对应的部分，以及与上述检查出的 误报的正确比特串相对应的部分。重发数据中还可以包括误报的正确比特串的索引，例如 序列号。然后，在步骤SllO中，MAC层装置12将所构造的重发数据传递给编解码部111。 编解码部111对重发数据进行编码，并将编码后的重发数据传递给收发部112。收发部112 对经过编码的重发数据进行特定的处理(例如调制)，并将其发送给接收器20。在步骤Slll中，接收器20的收发部212随后接收到从发送器发送来的重发数据， 在对其进行例如解调之类的处理之后，将其传递给编解码部211以便解码。编解码部211 将经过解码的重发数据向上传递给MAC层装置22。在步骤S112中，MAC层装置22基于经过解码的重发数据以及原来接收到的接收 数据，来重建出通信数据。该过程随后结束。下面参考图4来描述根据本发明第二实施例的无线通信系统Ia的框图。无线通 信系统Ia中与图1所示的无线通信系统1相同的组件用相同的标号来表示。根据第二实施例的无线通信系统Ia与根据第一实施例的无线通信系统1的不同 之处在于，无线通信系统Ia的发送器IOa包括不同于MAC层装置12的MAC层装置12a。该MAC层装置12a与MAC层装置12的不同之处在于，它还包括自适应判定的功能。 艮口，MAC层装置12a基于当前信道状态信息来判定物理层装置11是否要在不进行信道编码 的情况下发送通信数据，从而是否实现根据本发明的改进型PP-ARQ。具体而言，例如，上述当前信道状态信息可以是接收器所报告的信道信噪比(SNR) 值。例如，在WiMAX中，SNR是移动站经由反馈信道在信道质量指示(CQI)中报告的。当然， 本领域的技术人员应当了解，当前信道状态信息并不限于以上述特定方式获得的SNR值。在SNR值高于某个阈值的情况下，MAC层装置12a指示物理层装置11在不进行信 道编码的情况下发送通信数据，从而实现根据本发明的改进型PP-ARQ方案。相反，如果SNR值低于该阈值，则MAC层装置12a例如可以判定进行传统的FEC，即 在进行信道编码的情况下发送通信数据，或者FEC与ARQ的混合，即HARQ。上述SNR的阈值可以基于仿真或现场实验结果来确定。在根据第二实施例的无线通信系统Ia中，发送器IOa的MAC层装置12a根据信 道状态来进行自适应判定，在信道状态较优越的情况下，判定使用根据本发明的改进型 PP-ARQ方案，而在信道状态恶劣的情况下，判定使用传统的FEC或HARQ方案。这种自适应 差错恢复方案可称为智能ARQ方案，它使得无线通信系统Ia在各种信道状态下都能找到降 低开销和保证差错恢复质量之间的最佳平衡点。下面参考图5来描述图4所示的无线通信系统Ia所执行的无线通信方法的过程。如图5所示，在步骤S201中，MAC层装置12a判定当前信道状态。在使用SNR作 为信道状态指标的情况下，如果SNR高于某个预定的阈值，MAC层装置12a则判定采取改进型PP-ARQ方案，从而指示物理层装置11在不进行信道编码的情况下发送通信数据。其后 的步骤S202至S213与图3所示的步骤SlOl至Sl 12基本相同，这里不再重复描述。另一方面，如果SNR低于该预定阈值，MAC层装置12a则判定采取传统的FEC或 HARQ方案。图5中示出了采用HARQ方案的情形。如图5所示，在系统采取传统方案的情况下，在步骤S214中，物理层装置11对要 发送的通信数据进行信道编码及其他必要处理，并将其发送到接收器20。
在步骤S215中，接收器20的物理层装置21对接收到的数据进行信道解码及其他 必要处理，并将其传递到MAC层装置22。在步骤S216中，MAC层装置22根据接收到的数据中包括的检错码(CRC)和纠错 码(FEC)等等对接收数据进行检错和纠错。如果纠错失败，则系统进行传统的HARQ过程。 此过程的具体步骤未在图中详细示出，本领域的技术人员应当明了其实现方式。下面参考图6来描述根据本发明第三实施例的无线通信系统Ib的框图。无线通 信系统Ib中与图4所示的无线通信系统Ia相同的组件用相同的标号来表示。根据第三实施例的无线通信系统Ib与根据第二实施例的无线通信系统Ia的不同 之处在于，无线通信系统Ib的接收器20b包括不同于MAC层装置22的MAC层装置22b。MAC层装置22b在将接收数据标记为正确比特串和错误比特串的序列时使用了阈 值规则。具体而言，如果两个错误比特串之间的正确比特串长度足够地小，即小于阈值G，则 将该正确比特串视为错误比特串会使反馈和重传更为高效。换言之，MAC层装置22b将两 个错误比特串和其间的长度小于某一阈值的正确比特串一起标记为单个错误比特串，如图 7所示。阈值G的确定方法如下。希望 + TlogBj + min(Ag,Ac) > Ag(1)于是λ 8的阈值G为
G = |"log 5]+[log 5]+ Ac(2)其中「1表示上取整函数；S表示任何正确比特串或错误比特串的可能起始位置的最大值B表示任何正确比特串或错误比特串的可能长度的最大值λ g表示当前正确比特串的长度λ。表示反馈中包括的每个正确比特串的校验和的长度其中，S和B通常是接收器MAC层此次处理的接收数据的总长度，S卩，S对应于正 确比特串或错误比特串位于接收数据最末端的情况，B对应于正确比特串或错误比特串位 于从接收数据第一比特开始一直持续到最后一比特的情况。例如，如果SoftPHY接口 23把 物理层装置21提供来的接收数据比特以各包括N比特的数据包为单位提供给MAC层，从而 MAC层处理以数据包为单位的接收数据，对每个N比特数据包中包括的正确比特串和错误 比特串进行标记，那么上述S和B均可以等于该数据包的长度值，即N。
该算法的复杂度是0(L)，其中L是应用该阈值规则之前的错误比特串的数目。这 样，无需复杂的计算，采用简单的方法确定了正确比特串的长度阈值G，使得接收器物理层 构造反馈的效率更高。如上所述，在根据第三实施例的无线通信系统Ib中，接收器20b的MAC层装置22b 使用阈值规则来标记正确比特串和错误比特串，从而降低了计算复杂度，使构造反馈的效
率更高。下面参考图8来描述图6所示的无线通信系统Ib所执行的无线通信方法的过程。图8所示的步骤S301-S304、S306-S313以及S314-S316均与图5中所示的基本相 同，这里不再重复描述。在步骤S305中，接收器20b的MAC层装置22b在将接收数据标记为正确比特串和 错误比特串的序列时，使用阈值规则来将两个错误比特串和其间的长度小于阈值G的正确 比特串一起标记为单个错误比特串。以上已经描述了本发明的一些实施例。虽然本发明的差错恢复方案是独立于系统 的，但图9示出了针对一组链路级WiMAX设置对本发明的智能ARQ方案(S卩，自适应差错恢 复方案)进行仿真的结果，其中示出了在不同码率的FEC方案下，本发明的无线通信系统 的吞吐量。可以看出，本发明的方案的性能优于WiMAX标准中使用的方案。仿真中使用的 OFDM参数如下表1所示。表1 虽然已经描述了本发明的一些具体实施例，但是本领域的技术人员将会明白，可 以对本发明进行多种修改、组合和替换，并且本发明包含落在所附权利要求书的范围内的 这种修改、组合和替换。
权利要求
一种无线通信系统，包括发送器，该发送器包括发送器物理层装置，该发送器物理层装置在不进行信道编码的情况下发送通信数据；以及接收器，该接收器包括接收器物理层装置，该接收器物理层装置接收与所述发送器物理层装置发送的通信数据相对应的接收数据并给出关于所述接收数据中的每个比特正确与否的提示，位于接收器物理层装置和接收器介质接入控制层装置之间的接口，其从所述接收器物理层装置中提取所述提示，并将所述提示和所述接收数据传递到接收器介质接入控制层装置，以及接收器介质接入控制层装置，该接收器介质接入控制层装置参考从所述接口传递来的所述提示来分析所述接收数据。
2.如权利要求1所述的无线通信系统，其中所述接收器介质接入控制层装置基于所述分析的结果，针对所述接收数据构造反馈， 并且基于所述接收数据和解码后的重发数据来重建所述通信数据；所述接收器物理层装置对所述反馈进行编码并发送经编码的反馈，并且接收经编码的 重发数据并对其进行解码；所述发送器物理层装置接收经编码的反馈并对其进行解码，并且对重发数据进行编码 并发送经编码的重发数据；并且所述发送器还包括发送器介质接入控制层装置，该发送器介质接入控制层装置基于解 码后的反馈来确定重发数据。
3.如权利要求2所述的无线通信系统，其中，所述发送器介质接入控制层装置基于信 道状态信息来指示所述发送器物理层装置是否在不进行信道编码的情况下发送通信数据。
4.如权利要求3所述的无线通信系统，其中所述信道状态信息包括信噪比，并且所述 发送器介质接入控制层装置在所述信噪声比高于阈值时指示所述发送器物理层装置在不 进行信道编码的情况下发送通信数据。
5.如权利要求2所述的无线通信系统，其中，所述接收器介质接入控制层装置基于所述提示将所述接收数据标记为由一个或多个 正确比特串和一个或多个错误比特串构成的序列，并构造指示出所述一个或多个错误比特 串中每一个的位置以及所述一个或多个正确比特串中每一个的校验和的反馈；并且所述发送器介质接入控制层装置基于所述反馈所指示的所述一个或多个错误比特串 中每一个的位置以及所述一个或多个正确比特串中每一个的校验和，确定包括所述通信数 据中与所述一个或多个错误比特串相对应的部分和与被误报的正确比特串相对应的部分 在内的重发数据。
6.如权利要求5所述的无线通信系统，其中，所述接收器介质接入控制层装置将两个 错误比特串和其间的长度小于阈值的正确比特串一起标记为单个错误比特串。
7.如权利要求6所述的无线通信系统，其中所述阈值是按下式计算的G = Tlog + flog + Ac其中，G为所述阈值，「1表示上取整函数，S为任何正确比特串或错误比特串的可能起 始位置的最大值，B为任何正确比特串或错误比特串的可能长度的最大值，λ。为所述校验 和的长度。
8.如权利要求7所述的无线通信系统，其中，S和B等于所述接收数据中包括的比特的 总数。
9.一种无线通信方法，包括在不进行信道编码的情况下发送通信数据； 接收与所述通信数据相对应的接收数据；给出关于所述接收数据中的每个比特正确与否的物理层提示；以及 参考所述物理层提示来分析所述接收数据。
10.如权利要求9所述的无线通信方法，还包括 根据所述分析的结果，针对所述接收数据构造反馈； 对所述反馈进行编码并发送经编码的反馈； 接收经编码的反馈并对其进行解码；基于解码后的反馈来确定重发数据；对重发数据进行编码并发送经编码的重发数据；接收经编码的重发数据并对其进行解码；并且基于所述接收数据和解码后的重发数据来重建所述通信数据。
11.如权利要求9或10所述的无线通信方法，还包括基于信道状态信息来判定是否在 不进行信道编码的情况下发送通信数据。
12.如权利要求11所述的无线通信方法，其中所述信道状态信息包括信噪比，并且判 定步骤包括在所述信噪声比高于阈值时判定在不进行信道编码的情况下发送通信数据。
13.如权利要求10所述的无线通信方法，其中，分析步骤包括基于所述物理层提示将所述接收数据标记为由一个或多个正确比特串 和一个或多个错误比特串构成的序列；构造步骤包括构造指示出所述一个或多个错误比特串中每一个的位置以及所述一个 或多个正确比特串中每一个的校验和的反馈；并且确定步骤包括基于所述反馈所指示的所述一个或多个错误比特串中每一个的位置以 及所述一个或多个正确比特串中每一个的校验和，确定包括所述通信数据中与所述一个或 多个错误比特串相对应的部分和与被误报的正确比特串相对应的部分在内的重发数据。
14.如权利要求13所述的无线通信方法，其中，标记步骤包括将两个错误比特串和其 间的长度小于阈值的正确比特串一起标记为单个错误比特串。
15.如权利要求14所述的无线通信方法，其中所述阈值是按下式计算的G =「log S+「logB] + λC其中，G为所述阈值，「]表示上取整函数，S为任何正确比特串或错误比特串的可能起 始位置的最大值，B为任何正确比特串或错误比特串的可能长度的最大值，λ。为所述校验 和的长度。
16.如权利要求15所述的无线通信方法，其中，S和B等于所述接收数据中包括的比特 的总数。
17.—种发送器，包括物理层装置，该物理层装置在不进行信道编码的情况下发送通信数据，接收来自接收 器的经编码的反馈并对其进行解码，并且对重发数据进行编码并发送经编码的重发数据； 以及介质接入控制层装置，该介质接入控制层装置基于由解码后的反馈来确定所述重发数据。
18.如权利要求17所述的发送器，其中，所述介质接入控制层装置基于信道状态信息 来指示所述物理层装置是否在不进行信道编码的情况下发送通信数据。
19.如权利要求18所述的发送器，其中，所述信道状态信息包括信噪比，并且所述介质 接入控制层装置在所述信噪声比高于阈值时指示所述物理层装置在不进行信道编码的情 况下发送通信数据。
20.如权利要求17所述的发送器，其中，所述介质接入控制层装置基于解码后的反馈 中所指示的一个或多个错误比特串中每一个的位置以及一个或多个正确比特串中每一个 的校验和，确定包括所述通信数据中与所述一个或多个错误比特串相对应的部分和与被误 报的正确比特串相对应的部分在内的重发数据。
21.一种接收器，包括物理层装置，该物理层装置接收与发送器发送的通信数据相对应的接收数据并给出关 于所述接收数据中的每个比特正确与否的提示，对反馈进行编码并发送经编码的反馈，并 且接收经编码的重发数据并对其进行解码；位于所述物理层装置和介质接入控制层装置之间的接口，其从所述物理层装置中提取 所述提示，并将所述提示和所述接收数据传递到介质接入控制层装置；以及介质接入控制层装置，该介质接入控制层装置参考从所述接口传递来的所述提示来分 析所述接收数据，基于所述分析的结果针对所述接收数据构造所述反馈，并且基于所述接 收数据和由所述物理层装置解码后的重发数据来重建所述通信数据。
22.如权利要求21所述的接收器，其中，所述介质接入控制层装置基于所述提示将所述接收数据标记为由一个或多个正确比 特串和一个或多个错误比特串构成的序列，并构造指示出所述一个或多个错误比特串中每 一个的位置以及所述一个或多个正确比特串中每一个的校验和的反馈。
23.如权利要求22所述的接收器，其中，所述介质接入控制层装置将两个错误比特串 和其间的长度小于阈值的正确比特串一起标记为单个错误比特串。
24.如权利要求23所述的接收器，其中所述阈值是按下式计算的G = [log + [log + Ac其中，G为所述阈值，「"1表示上取整函数，S为任何正确比特串或错误比特串的可能起 始位置的最大值，B为任何正确比特串或错误比特串的可能长度的最大值，λ。为所述校验 和的长度。
25.如权利要求24所述的接收器，其中，S和B等于所述接收数据中包括的比特的总数。
全文摘要
本发明提供了无线通信系统、无线通信方法、发送器和接收器。无线通信系统，包括发送器，该发送器包括发送器物理层装置，该发送器物理层装置在不进行信道编码的情况下发送通信数据；以及接收器，该接收器包括接收器物理层装置，该接收器物理层装置接收与发送器物理层装置发送的通信数据相对应的接收数据并给出关于接收数据中的每个比特正确与否的提示，位于接收器物理层装置和接收器介质接入控制层装置之间的接口，其从接收器物理层装置中提取提示，并将提示和接收数据传递到接收器介质接入控制层装置，以及接收器介质接入控制层装置，该接收器介质接入控制层装置参考从接口传递来的提示来分析接收数据。
文档编号H04L1/00GK101841405SQ20091012716
公开日2010年9月22日 申请日期2009年3月16日 优先权日2009年3月16日
发明者夏勇, 易粟, 王刚, 罗彦林 申请人:日电(中国)有限公司