CN101873208B - 多输出多输入系统的适应性自动重传请求装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种多输出多输入系统的适应性自动重传请求装置与方法。此多输出多输入系统包括传送端与接收端。自动传输装置包含适应性重传元件。适应性重传元件置放于传送端，并采用具有特殊结构的帧，此特殊结构根据多根不同天线的数目将此帧中的传送数据切分成多个区块，于每一区块中加入个别的错误检测码并且分别通过此多根不同天线来传送数据至接收端。而接收端针对每一天线所传送的数据回传回应确认/否定回应确认信号给适应性重传元件，并将检测到的多根不同天线上传送数据的接收信号强度信息反馈至适应性的重传元件，适应性重传元件接收此反馈的信号强度信息并决定错误数据的重传。

Description

多输出多输入系统的适应性自动重传请求装置与方法

技术领域

本发明关于一种多输出多输入(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系统的适应性自动重传请求(Adaptive Automatic Repeat-reQuest)装置与方法。

背景技术

如何提高系统传输效能及吞吐量是通信系统的重要课题。结合各种无线宽频接入技术以提升通信系统传输效能及吞吐量，此传输机制例如正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统、多输入多输出架构与混合式(Hybrid)的自动重传请求机制等，其中正交频分复用系统能对抗频率选择性衰落信道状况，而多输入多输出架构能有效增加系统效能与吞吐量，混合式的自动重传请求机制技术则能有效改善网路拥塞的状况，故利用此三种系统的优点来改善现今通信系统的品质是各种无线通信标准的趋势。

传统混合式的自动重传请求机制，例如图1的帧类型(Frame Type)的范例所示，没有区分个别天线所传送的数据，只在一定长度L的帧(Frame)110中，在数据110b后方加入一段循环冗余码(Cyclic Redundancy Check，CRC)110a，当应用于多根天线传送的系统时，接收端发现有部分错误就重传此帧中所有的数据，而非只重传错误区段，如此，没有提高吞吐量也没有减少错误数据的错误率。

美国专利公开号2007/0255993揭露一种OFDM-MIMO通信系统中自动重传请求(Automatic Repeat-reQuest，ARQ)控制系统。如图2所示，此控制系统提出回应信息的四种重传模式(Retransmission Mode)，并通过传送端210的重传模式选取区(Retransmission Mode Selecting Section)210a选取一种重传模式来传送数据，其中有两种重传模式都加入新的数据一并重传，其余两种重传模式是利用空时块编码(Space-Time Block Coding，STBC)，通过两根天线和四根天线传送此空时块编码(Space-Time Block Coding)后的数据，因此，在接收端220需用相对应的两种空间的解码技术，如解码器220a。

当数据传送中发生错误就需要重传，在传送端数据重传的方法主要有两种，一种为排列与交错重传(Permutation And Interleaving Retransmission，PIR)法，也就是说，数据重传时会改变原先数据传送的天线排列顺序并且会在时域(Time Domain)里交错；另一种为共轭转换重传(Conjugating TransformationRetransmission，CTR)法，也就是说，数据重传时不只经过天线重新排列顺序，而是将信号做共轭转换后再重新排列。

以N＝4为例，传送端与接收端都有四根天线，每一天线传送的数据例如以OFDM码元(Symbol)为单位，四根天线传送的相对应码元记为S1至S4，图3是排列与交错式重传法的一个范例示意图，说明传送端的四根天线的排列，每一次数据重传时，四根天线传送的码元向量(Symbol Vector)会改变原先码元传送的天线排列顺序，并且每一向量的码元也会以同样顺序交错。图4是共轭转换式重传的一个范例示意图，其中，每一次数据重传时，四根天线传送的码元向量不只经过天线重新排列顺序，是将信号做共轭转换后再重新排列。码元向量中，S1^*、S2^*、S3^*与S4^*分别是码元S1、S2、S3与S4的共轭转换。

除了图1所示的帧类型外，另一种帧类型的范例如图5所示。图5的范例中，是在一定长度L的帧中，有N个传输数据区块，每一传输数据区块I的后方加入个别的错误检测码I，1≤I≤N，N为大于1的整数。

发明内容

依本发明所揭露的实施范例中，可提供一种多输出多输入系统的适应性自动重传请求装置与方法。

在一个实施范例中，所揭露者是关于一种多输出多输入系统的自动传输装置，此多输出多输入系统包括传送器与接收器。此适应性自动重传请求装置包含适应性重传元件(Adaptive Retransmission Component)。此适应性重传元件置放于此传送器。此适应性重传元件采用的传送数据的帧具有特殊结构，此特殊结构根据多根不同天线的数目将此帧中传送数据切分成多个区块，在每一区块中加入个别的错误检测码(Error Detecting Code)并且分别通过此多根不同天线来传送数据至此接收器。而此接收端针对每一天线所传送的数据回传回应确认(Acknowledgement)信号或是否定回应确认(NegativeAcknowledgement)信号给此适应性重传元件，并将检测到的多根不同天线上传送数据的接收信号强度信息反馈至适应性的重传元件，适应性重传元件接收此反馈的信号强度信息并决定错误数据的重传。

在另一实施范例中，所揭露者是关于一种多输出多输入系统的自动传输方法，此多输出多输入系统包括传送器与接收器。此适应性自动重传请求方法包含：通过此传送器的适应性重传元件，接收此接收器的回传的回应确认或是否定回应确认信号，知道是哪根天线所传送的数据是否发生错误；若收到该回应确认信号，则正确的数据不再传送；以及若收到该否定回应确认信号，则将错误数据重传，并且在其中选择一个或多个错误数据在另外的天线重复传送，然后回至该接收此接收器的回传的回应确认/否定回应确认信号的步骤。

现在配合下列图示、实施范例的详细说明及权利要求，将上述及本发明的其他目的与优点详述于后。

附图说明

图1是传统混合式的自动重传请求机制的帧类型的一个范例示意图。

图2是一种传统的多输入多输出系统中自动重传请求控制系统的一个范例示意图。

图3是在传送端的重传数据时，排列与交错式重传方法的一个范例示意图。

图4是在传送端的重传数据时，共轭转换式重传方法的一个范例示意图。

图5是另一种传统多输入多输出系统中的帧类型的一个范例示意图。

图6是适应性的重传方式的一个范例示意图，与本发明所揭露的某些实施范例一致。

图7是使用四根天线来传送与接收数据，当发生传送1至3个错误码元时，其第一次重传的码元的摆放方法的范例，与本发明所揭露的某些实施范例一致。

图8是多输出多输入系统的适应性自动重传请求装置的一个范例示意图，与本发明所揭露的某些实施范例一致。

图9A是多输出多输入系统的传送端的一个范例示意图，与本发明所揭露的某些实施范例一致。

图9B是多输出多输入系统的接收端的一个范例示意图，与本发明所揭露的某些实施范例一致。

图10是一个范例流程图，说明多输出多输入系统的适应性自动重传请求方法，与本发明所揭露的某些实施范例一致。

主要元件符号说明：

110帧                        110a循环冗余码

110b数据                     L长度

210传送端                    210a重传模式选取元件

220接收端                    220a解码器

CRC_I至CRC_N循环冗余码

S1至S4根天线传送的相对应码元

S1^*、S2^*、S3^*与S4^*           S1、S2、S3与S4的共轭转换

801适应性重传元件            ACK/NACK回应确认/否定回应确认信号

801a空间信号强度分布次序     801b错误数据的重传

810传送器                    820接收器

888多根不同天线              OSIC阶次依序式干扰消除

910a数据处理元件             920a空间信号检测元件

910b错误检测编码器           920b解调器

910c信道编码器               920c信道解码器

910d调制器                   920d错误检测解码器

910e串并转换器               920e错误检测码检查元件

1010接收自接收器回传的ACK/NACK信号

1015收到ACK信号              1020正确的数据不再传送

1025收到NACK信号

1030将错误数据重传

1040在其中选择一个或多个错误数据于另外天线重复传送

具体实施方式

本发明的实施范例中，揭露一种自动重传请求技术，可应用于多输入多输出系统上。此重传技术系根据天线数目将数据切分成多个区块，并且于每一区块中加入个别的错误检测码，分别通过不同天线来传送数据。如此，接收端可依各个错误检测码检查出哪根天线传送的区块数据发生错误，只需将此天线传送的数据重传，并且在重传时利用其他天线重复传送该区块的数据。

因此，本发明的实施范例中，天线传送数据的帧可采用如图5的帧类型。假设多输入多输出系统在每一根天线分别传送不同的区块数据，并记为传输数据区块1至传输数据区块N，其中N为传送及接收的天线数目。依此，在一帧中，在每一传输数据区块数据I的后方加入个别的错误检测码I，1≤I≤N。错误检测码I例如是个别的循环冗余码CRC_I或是采用个别的其他数据错误检测编码。

除了每一区块中有个别的错误检测码外，本发明的实施范例中也增加天线选择(Antenna Selection)和重传数据处理(Retransmission Data Processing)，称之为适应性的重传区(Adaptive Retransmission Section)。为易于了解起见，天线传送的数据以OFDM码元为单位来说明。此天线选择是针对重传时，能够利用已传送正确码元所空下来的天线重复传送错误码元。

例如，当错误码元的个数为常数整数值时，全部的天线都重复传送某一个错误码元；此常数整数值例如是1或2或其它常数等，图6的范例中，此常数整数值为1。当该错误数据中错误码元的个数与天线个数的比值小于等于门限值时，可平均使用所有天线，重复数次重新传送错误码元；此门限值例如是1/2或2/3或其它比值等，图6的范例中，此门限值为1/2，也就是说，错误码元的个数小于等于天线个数的一半(即N/2)。当该错误数据中错误码元的个数与天线个数的比值大于此门限值时，一根天线传送一个错误码元，而由于无法在其他根天线上重复传送每一错误码元，所以需要在其中选择数个错误码元来重复重传，图6的范例中，当错误码元的个数超过天线个数的一半，且选择方式例如选择信号强度弱的错误码元于其他的天线重复传送。

而接收端也会回传每一根天线传送的数据的接收强度消息给传送端，让传送端得知在每一根天线传送数据的信号强度。

承接上述图6的重传方式，图7的范例是以共轭转换式重传法为例来分析，并假设传送端使用四根天线来传送与接收数据，则当发生传送1至3个错误码元时，其第一次重传的码元的摆放方法，与本发明所揭露的某些实施范例一致。其中重传时，正确码元不再传送，其空出来的位置重复摆入发生错误的码元，也就是在重传时，错误码元将在其他天线上重复传送。

图7的范例中，当错误码元的数目为1时，假设此错误码元为S1，则四根天线以共轭转换重传法为例来重传S1，因此四根天线分别重传-S1^*、S1^*、-S1^*、S1^*。当错误码元的数目为2时，假设错误码元为S1和S2，则平均使用四根天线以共轭转换重传法来重传S1和S2，因此四根天线有两种重传码元的摆放方法，一种为四根天线分别重传-S2^*、S1^*、-S2^*、S1^*，另一种为四根天线分别重传-S1^*、S2^*、-S2^*、S1^*。当错误码元的数目为3时，在其他天线重复传送的码元就需要从3个错误码元中选择1个错误码元，而选择的方式可参考接收端回传每一根天线的信号强度分布次序或是其他能代表天线传送与接收的信号强度的方式，来决定哪些错误码元需要重复被传送。

当错误码元的数目为3时，假设错误码元为S2、S3和S4，四根天线有三种重传码元的摆放方法，第一种为四根天线分别重传-S4^*、S3^*、-S2^*、S3^*，第二种为四根天线分别重传-S4^*、S3^*、-S2^*、S2^*。第三种为四根天线分别重传-S4^*、S3^*、-S2^*、S4^*。

依此，图8揭露的多输出多输入系统的适应性自动重传请求装置的实施范例可以实现上述本发明的适应性自动重传请求机制。图8的范例中，适应性自动重传请求装置包含适应性重传元件801。适应性自动重传请求装置可应用在多输出多输入系统中，此多输出多输入系统包括传送器810与接收器820。适应性重传元件801置放于传送器810。适应性重传元件801采用的帧具有如图5的帧类型的结构，并且分别通过多根不同天线888来传送数据至接收器820。而接收器820针对每一根天线所传送的数据，回传回应确认(Acknowledgement)信号ACK或是否定回应确认(Negative Acknowledgement)信号NACK给适应性重传元件801，并将检测到的多根不同天线888的传送数据反馈至适应性重传元件801。适应性重传元件801接收此反馈的传送数据的信号强度信息，例如空间信号强度分布次序801a，并决定错误数据的重传801b。

图8的范例中，适应性重传元件可参考错误数据的估测的信号噪声比、信道衰落状况、以及接收的该多根不同天线的传送数据的空间信号强度分布次序的前述三种信息的任一组合来决定错误数据的重传。

如图9A的范例所示，适应性重传元件801接收从接收器820回传的信号ACK/NACK，或是空间信号强度分布次序，例如排序连续干扰消除(Ordering Successive Interference Cancellation，OSIC)阶次指标(Order Index)值。传送器810还包括例如既有的数据处理元件(Data ProcessingComponent)910a、错误检测编码器(Error Detecting Encoder)910b、信道编码器(Channel Encoder)910c、调制器(Modulator)910d、以及串并转换器(SerialParallel Converter)910e等。适应性重传元件801可置于数据处理元件910a与错误检测编码器910b之间。图8的自动传输装置还可以包括此数据处理元件910a，将收到的数据分组(Data Packet)991进行处理后，传送至该适应性重传元件。错误检测编码器910b例如可以是循环冗余编码器(CRC Encoder)或是采用其他数据错误检测的编码器。

本发明的适应性自动重传请求装置的实施范例也可以包括适应性重传元件801以及错误检测编码器。适应性重传元件801将决定重传的错误数据传送给此错误检测码编码器，以进行编码。

如图9B的范例所示，接收器820可通过例如既有的多输入多输出的空间信号检测元件(Spatial Detection Component)920a、解调器(Demodulator)920b和信道解码器(Channel Decoder)920c、错误检测解码器(Error DetectingDecoder)920d、以及每一传送数据区块的错误检测码检查元件920e等，来产生出收到的分组(Received Packet)992。空间信号检测元件920a将检测到的多根不同天线888的传送数据，传送至传送器810，再馈入适应性重传元件801，例如馈入的空间信号强度分布次序801a是OSIC阶次指标(Order Index)值。错误检测解码器920d例如可以是循环冗余解码器(CRC Decoder)或是采用其他数据错误检测的解码器。

每一根天线所传送的数据若以OFDM码元为单位，则传送器810的调制器(Modulator)910d和接收器820的解调器920b可分别以OFDM调制器和OFDM解调器来实施。

根据本发明，接收器820可依各个错误检测码检查出哪根天线上传送的区块数据发生错误。所以，适应性重传元件801除了会收到接收器820的空间信号检测元件920a反馈的信息，如空间信号强度分布次序801a，也会收到接收器820的错误检测码检查元件920e回传的回应确认信号ACK或是否定回应确认信号NACK。适应性重传元件801若收到错误检测码检查元件920e对某一传送数据区块的回应确认(Acknowledgement)信号ACK时，则此正确的数据不再重传；若收到的是否定回应确认信号NACK时，则知道是哪根天线所传送的数据发生错误，并可根据图6的适应性重传方式来重传数据，不再重述。

承接上述，图10进一步说明多输出多输入系统的适应性自动重传请求方法，与本发明所揭露的某些实施范例一致。图10的范例流程图中，通过传送器的适应性重传元件，接收自接收器回传的ACK/NACK信号(步骤1010)，知道是哪根天线所传送的数据是否发生错误。若收到ACK信号(如标号1015)，则正确的数据不再传送(步骤1020)。若收到NACK信号(如标号1025)，则会将错误数据重传(步骤1030)，并且在其中选择一个或多个错误数据在另外的天线重复传送(步骤1040)，然后回至步骤1010。

在重传的过程中，若信道状况维持不变的话，如何选择错误数据来重传可参考错误数据的估测信号强度来决定，也可参考如错误数据的估测的信号噪声比(Signal To Noise Ratio，SNR)、信道衰落状况(Channel Fading)或接收的OSIC阶次指标值等前述信息的任一组合来决定。前述图6的范例中，三个错误码元中系选择信号强度最弱的错误码元来重复传送。

由于本发明的适应性自动重传请求装置或方法中，其重传机制只是单纯重传错误数据，因此接收端可以维持原本的结构，也不需要使用两种空间解码技术。所以，本发明可让MIMO系统具有额外空间的分集增益(DiversityGain)，例如时间与空间维度的分集增益，也可以降低重传次数而提升MIMO系统的接收效能。

但是，以上所述者仅为本发明的实施范例，当不能依此限定本发明实施的范围。即大凡本发明权利要求所作的均等变化与修饰，都应仍属本发明专利涵盖的范围。

Claims (18)

1.一种多输出多输入系统的适应性自动重传请求装置，该多输出多输入系统包括传送器与接收器，该装置包含：

置放于该传送器的适应性重传元件，该适应性重传元件采用的传送数据的帧具有特殊结构，该特殊结构根据多根不同天线的数目将该帧中传送数据切分成多个区块，在每一区块中加入个别的错误检测码并且分别通过该多条不同天线来传送数据至该接收器；

其中该接收器针对每一根天线所传送的数据回传回应确认信号或是否定回应确认信号给该适应性重传元件，并将检测到该多根不同天线上传送数据的信号强度信息反馈给该适应性的重传元件，该适应性重传元件接收反馈的信号强度信息并决定错误数据的重传，

其中该适应性重传元件参考错误数据的估测的信号噪声比、信道衰落状况、以及接收的该多根不同天线的传送数据的空间信号强度分布次序的前述三种信息的任一组合来决定错误数据的重传。

2.如权利要求1所述的适应性自动重传请求装置，其中该适应性重传元件从该接收器的回传的回应确认信号或是否定回应确认信号，知道是哪些天线所传送的数据是正确或是发生错误。

3.如权利要求1所述的适应性自动重传请求装置，其中该适应性重传元件还根据适应性重传方式来决定错误数据的重传。

4.如权利要求第1项所述的适应性自动重传请求装置，其中该多根不同天线传送的数据以正交频分复用码元为单位。

5.如权利要求1所述的适应性自动重传请求装置，其中该适应性重传元件置于该传送器中的数据处理元件与错误检测编码器之间。

6.如权利要求1所述的适应性自动重传请求装置，该装置还包括数据处理元件，将收到的数据分组进行处理后，传送至该适应性重传元件。

7.如权利要求1所述的适应性自动重传请求装置，该装置还包括错误检测编码器，该适应性重传元件将决定重传的错误数据传送给该错误检测编码器，以进行编码。

8.如权利要求1所述的适应性自动重传请求装置，其中该错误检测码为循环冗余码。

9.如权利要求5所述的适应性自动重传请求装置，其中该错误检测编码器为循环冗余编码器。

10.如权利要求1所述的适应性自动重传请求装置，其中该传送数据的空间信号强度分布次序为阶次依序式干扰消除阶次指标值。

11.一种多输出多输入系统的适应性自动重传请求方法，该多输出多输入系统包括传送器与接收器，该方法包含：

通过该传送器的适应性重传元件，接收该接收器的回传的回应确认或是否定回应确认信号，知道是多根不同天线的哪根天线所传送的数据是否发生错误；

若收到该回应确认信号，则正确的数据不再传送；以及

若收到该否定回应确认信号，则将错误数据重传，并且在其中选择一个或多个错误数据在另外天线重复传送，然后回至该接收该接收器的回传的回应确认/否定回应确认信号的步骤，

其中该适应性重传元件参考错误数据的估测的信号噪声比、信道衰落状况、以及接收的该多根不同天线的传送数据的空间信号强度分布次序的前述三种信息的任一组合来决定错误数据的重传。

12.如权利要求11所述的适应性自动重传请求方法，其中该适应性重传元件采用具有特殊结构的传送数据的帧，该特殊结构根据该多根不同天线的数目将该帧中的传送数据切分成多个区块，于每一区块中加入个别的错误检测码并且分别通过该多根不同天线来传送数据至该接收器。

13.如权利要求11所述的适应性自动重传请求方法，其中该错误数据重传还包括：

当该错误数据中错误码元的个数为常数整数值时，全部的天线都重复传送某一个错误码元；

当该错误数据中错误码元的个数与天线个数的比值小于等于门限值时，平均使用所有天线，重复数次重新传送错误码元；以及

当该错误数据中错误码元的个数与天线个数的比值大于门限值，一根天线传送一个错误码元，并且根据选择方式来选择错误码元在其他的天线重复传送。

14.如权利要求12所述的适应性自动重传请求方法，其中该错误检测码为循环冗余码。

15.如权利要求11所述的适应性自动重传请求方法，其中该选择方式选择信号强度最弱的错误码元来重复传送。

16.如权利要求11所述的适应性自动重传请求方法，其中该传送数据的空间信号强度分布次序为阶次依序式干扰消除阶次指标值。

17.如权利要求13所述的适应性自动重传请求方法，其中该常数整数值为1。

18.如权利要求13所述的适应性自动重传请求方法，其中该门限值为1/2。

Images