CN102017758B - Tdd通信系统中多个帧上的资源聚合 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的实施例,上行链路信道上的多个帧或子帧可聚合成供解调和解码的一个逻辑单元,以便允许一个数据分组跨越多个帧。多帧聚合通过修改传送给用户终端的上行链路资源分配消息来实现。多帧资源分配消息包括:BEGIN FLAG字段,指示对应帧是否为多帧分配中的第一帧;以及REMAINING RESOURCES字段,指示多帧分配中剩余的单元(例如时隙或帧)的数量。

Description

TDD通信系统中多个帧上的资源聚合
相关申请
本申请要求2008年4月29日提交的美国临时专利申请61/048833的优先权益,通过引用将其结合到本文中。
技术领域
一般来说,本发明涉及移动通信系统中上行链路共享信道上的用户终端调度,更具体来说,涉及实现多个帧上的符号能量聚合以获得更大效率的多帧分配方法。
背景技术
WiMax标准支持时分双工(TDD)和频分双工(FDD)操作。在TDD情况下,上行链路和下行链路传输在不同时间发生,并且通常共享相同频率。时间分为连续帧序列。各帧具有固定时长(duration),并且包含一个下行链路子帧和一个上行链路子帧。帧分为整数数量的OFDM符号。分配给下行链路子帧和上行链路子帧的符号的数量可变。
WiMax的媒体接入控制(MAC)协议当前要求单个MAC协议数据单元(PDU)必须在一帧中传送。这种要求可引起某些低效率。由于用户终端受到功率限制,所以一般希望在单个用户终端正工作在小区边缘附近时减少分配给该用户终端的子信道的数量。减少子信道的数量使用户终端能够将更大功率分配给各子信道,由此增加信息位信噪比。因子信道的减少(更大的子信道化)而引起的信息位信噪比的增加称作子信道化增益。但是,子信道数量的减少限制了用户终端的可用带宽。带宽限制可防止用户终端使用最鲁棒(robust)调制和编码方案。此外,带宽限制可增加上行链路和下行链路上的开销。当上行链路突发(burst)的大小因子信道化而受到限制时,MAC PDU有效载荷的大小减小,而开销比率、即开销位与全部位之比增加。因此,上行链路上的有效数据速率(rate)减小。
发明内容
根据本发明的实施例,上行链路信道上的多个帧或子帧可聚合成供解调和解码的一个逻辑单元,以便允许一个数据分组跨越(span)多个帧。帧聚合避免由于子信道化的分组大小限制,使基站能够选择最鲁棒调制和编码、通过允许多个帧上的符号能量来扩展小区范围、增加用户终端的小区范围以及保持预期UL对DL比率。
多帧聚合通过修改传送给用户终端的上行链路资源分配消息来实现。多帧资源分配消息包括:BEGIN FLAG字段,指示对应帧是否为多帧分配中的第一帧;以及REMAINING RESOURCES字段,指示多帧分配中剩余的单元(例如时隙或帧)的数量。多帧资源分配消息使单个数据分组能够在多个帧中传送。
附图说明
图1示出示范移动通信系统。
图2示出WiMax系统的组帧。
图3示出WiMax系统中单个帧的帧结构。
图4示出WiMax系统中单个MAC PDU的多帧分配。
图5示出其中没有由用户终端对多帧分配消息进行解码的情况。
图6示出其中用户终端缺失桥接两个不同多帧分配的多个多帧分配消息的情况。
图7示出由基站实现的示范多帧分配过程。
图8示出在多帧分配期间由用户终端实现的示范传输过程。
图9示出在多帧分配期间由基站实现的示范接收过程。
图10示出能够进行多帧分配的示范基站。
具体实施方式
现在参照附图,图1示出移动通信网络10中的用户终端100。用户终端100可包括例如蜂窝电话、个人数字助理、智能电话、膝上型计算机、手持计算机或者具有无线通信能力的其它装置。用户终端100与移动通信网络10的服务小区或扇区12中的基站20进行通信。用户终端100在一个或多个下行链路(DL)信道上接收信号,并且在一个或多个上行链路(UL)信道上向基站20传送信号。
为了便于说明,将在WiMax(IEEE 802.16)系统的上下文中描述本发明的示范实施例。但是,本领域技术人员将领会,本发明更一般地可适用于其它无线通信系统,包括宽带码分多址(WCDMA)和长期演进(LTE)系统。
WiMax系统采用正交频分复用(OFDM)。WiMax系统将可用带宽分为多个频率副载波。可将副载波组织成子信道供分配给单独用户。包括单个子信道的副载波可以是连续的,或者可散布在可用带宽上。
WiMax标准支持时分双工(TDD)和频分双工(FDD)操作。在TDD情况下,上行链路和下行链路传输在相同频率或载波发生,并且在时间上复用。例如,在WiMAX系统中,时间被分为连续帧序列,如图2所示。各帧具有固定时长,并且包含一个下行链路子帧和一个上行链路子帧。帧分为整数数量的OFDM符号。分配给下行链路子帧和上行链路子帧的符号的数量可变。上行链路和下行链路之间的划分(split)是系统参数,并且在系统中在较高层进行控制。
图3示出WiMax系统中的单个TDD帧。如图3所示,下行链路子帧的第一符号包括用于同步的前同步码。帧控制报头(FCH)和分别命名为DL-MAP和UL-MAP的下行链路和上行链路的资源分配紧接前同步码。FCH提供与例如可用子信道、编码方案和MAP消息长度的帧配置有关的信息。DL-MAP和UL-MAP分别指示在下行链路子帧和上行链路子帧中下行链路资源和上行链路资源的分配。DL-MAP包括至接收下行链路时隙分配的用户终端100的一系列资源分配消息。类似地,UL-MAP包括至接收上行链路时隙分配的用户终端的一系列上行链路资源消息。图3示出对四个不同用户终端的下行链路时隙分配以及对三个不同用户终端的上行链路时隙分配。
WiMax的媒体接入控制(MAC)协议当前要求单个MAC协议数据单元(PDU)必须在一帧中传送。这种要求可引起某些低效率。由于用户终端100受到功率限制,所以一般希望在单个用户终端100正工作在小区边缘附近时减少分配给该用户终端100的子信道的数量。传输功率在频率的所指配子信道之间进行划分。在成比例地增加传输时长的同时减少子信道的数量能够增加每传输位能量的量,由此增加信噪比。但是,子信道数量的减少限制了用户终端100的可用带宽。带宽限制可防止用户终端100使用最鲁棒调制和编码方案,而无需将数据分组分成更小MAC PDU。当上行链路突发的大小因子信道化而受到限制时,MAC PDU有效载荷的大小减小,而开销比率、即开销位与全部位之比增加。因此,上行链路上的有效数据速率减小。
根据本发明的实施例,多个UL子帧可聚合成供解调和解码的一个逻辑单元,以便允许一个MAC PDU跨越多个帧。因此,可积聚更大的符号能量来提供增加的覆盖和更大的有效载荷以获得更好的效率。上行链路子帧聚合通过修改UL-MAP消息中传送的上行链路资源分配消息来实现。
图4示出三个上行链路子帧聚合成供解调和解码的单个逻辑单元。在图4所示的示例中,在三个分离帧中将上行链路时隙分配给用户终端100。虽然聚合的上行链路子帧在图3中示为在三个连续帧中,但是并不要求在连续帧中分配上行链路时隙。也就是说,本发明允许在非连续帧中分配上行链路时隙。在该示例中,总共分配13个时隙,其中5个时隙在第一帧中,5个时隙在中间帧中以及3个时隙在最后一帧中。来自所有三个帧的所分配时隙在接收器作为单个MAC PDU进行组合和处理。在MAC级,数据被分为等于所分配时隙的数量的多个块(chunk),并且被映射到所分配时隙。
图4还示出可用于实现上行链路子帧聚合的示范信令协议。如前面所述,包含用户终端100的数据的各帧包括指示后续帧的上行链路资源分配的UL-MAP消息。UL-MAP消息包含UL-MAP信息元素(IE:information element),UL-MAP信息元素可嵌入具有多种格式的资源分配消息或IE。一种这样的格式是扩展2UIUC IE,它在本文中称作扩展2格式。当UL-MAP IE中的UIUC字段被设置成11时使用扩展2格式。具有扩展2格式的UL-MAP消息可封装一个或多个在标准中称作UL-MAP信息元素(IE)的上行链路资源分配消息。如前面所述,当前标准要求单个MAC PDU必须在单个帧中传送。在本发明中,UL-MAP IE的修改版本用于指示多帧分配。经修改的UL-MAP IE在本文中称作聚合UL-MAP IE,或者更一般地称作多帧资源分配消息。聚合UL-MAP IE的使用可通过定义新类型代码(例如,对于聚合UL-MAP IE,UIUC=0D)来指示。
聚合UL-MAPIE包含DURATION字段,该字段指示在对应帧中分配的上行链路时隙的数量。另外,聚合UL-MAP IE包含常规UL-MAP IE中不存在的两个字段。具体来说,聚合UL-MAP IE包含BEGIN FLAG字段和REMAINING RESOURCES字段。BEGIN FLAG字段包含指示多帧分配中的当前帧是否为多帧分配的第一帧的标志。REMAINING RESOURCES字段包含指示多帧分配中剩余资源的数量的整数值。在一些实施例中,REMAINING RESOURCES字段可包括指示多帧分配中剩余时隙的数量的REMAINING SLOTS字段。在其它实施例中,REMAINING RESOURCES字段可包括指示多帧分配中剩余帧的数量的REMAINING FRAMES字段。
在本发明的一些实施例中,聚合UL-MAP IE还可包括使协议更鲁棒的TRANSMISSION TOGGLE字段。如下面更详细地说明,TRANSMISSION TOGGLE字段包含对每一个新多帧分配进行切换(toggle)的标志。本领域技术人员将领会,聚合UL-MAP IE可包括标准所要求的附加元素。这些其它元素在本领域中众所周知,而对于上行链路子帧聚合并不重要。因此,为了简洁起见而省略这类不重要的细节。在IEEE 802-16-2004标准中描述了与UL-MAP IE所需的附加字段有关的信息。
在多帧分配的第一帧中,开始标志(begin flag)被设置成1以指示当前帧是多帧分配的第一帧,并且REMAINING RESOURCES字段被设置成指示多帧分配中时隙或帧的总数。在多帧分配的后续帧中,开始标志被设置成0,并且使REMAINING RESOURCES字段的值递减先前在多帧分配的所有先前帧中分配给用户终端100的时隙的数量。各聚合UL-MAP IE中的DURATION字段指示在对应帧中分配的时隙的数量。
在图4所示的示例中,在三个帧上向用户终端100分配13个时隙:前两帧中5个时隙,以及最后一帧中3个时隙。因此,REMAININGRESOURCES字段在第一帧中等于13,在第二帧中等于8,而在最后一帧中等于3。如前面所述,备选地,REMAINING RESOURCES字段可指示多帧分配中剩余帧的数量。
BEGIN FLAG字段和REMAINING RESOURCES字段实现多帧分配,并且允许基站20在非连续帧中分配上行链路时隙。用户终端100仅在它已接收到分配的帧中进行传送。在分配上行链路时隙的各帧中,用户终端100传送MAC PDU的对应部分。上文给出的在三个帧上分配13个时隙的示例中,将MAC PDU分成三个片段,并且将各片段映射到对应帧的时隙。
由基站20所传送的UL-MAP消息可包含聚合UL-MAP IE以及WiMax标准中所定义的常规UL-MAP IE。使用聚合UL-MAP IE来进行上述多帧分配。使用常规UL-MAP IE来在单个帧中分配时隙。在WiMax中,分配是累计的,并且开始于由UL-MAP消息的分配开始时间字段所定义的第一非分配OFDM符号上的最低编号子信道。每个UL-MAP IE(聚合的以及常规的)指示所分配时隙的数量。第一个之后的各UL-MAP IE分配紧接前一分配的时隙。时隙以时间优先(time-first)方式进行分配。如果到达上行链路子帧的结束,则分配将在由下一子信道中的分配开始时间字段所定义的第一OFDM符号继续。
为了确定已经分配了哪些资源,用户终端100需要解析(parse)前面的UL-MAP IE,以便确定先前分配的时隙的数量,从而确定其自身分配中的开始点。由于先前存在或传统的(legacy)用户终端将无法解释用于多帧分配的聚合UL-MAP IE,所以常规UL-MAP IE可放置在UL-MAP消息中聚合UL-MAP IE之前。也就是说,将聚合UL-MAPIE定位在UL-MAP消息的结尾将允许传统移动终端在进行任何多帧分配之前解析常规UL-MAP IE并且确定其相应分配。备选地,聚合UL-MAP IE之后的任何常规UL-MAP IE可包括偏移字段,偏移字段设置成跳过前面的任何多帧分配。
在本发明的一个示范实施例中,基站20可指示聚合UL-MAP IE中剩余帧的数量而不是如图4所示的剩余时隙的数量。在这个实施例中,基站20将多帧分配的第一帧中的开始标志设置成1,并且将REMAINING RESOURCES字段设置成等于多帧分配中帧的总数。在无需是连续的后续帧中,基站20将开始标志设置成0,并且使剩余帧的数量递减。在各帧中分配的时隙的数量由DURATION字段指示。如同前一实施例中那样,用户终端100仅在它接收到分配的帧中进行传送。
在另一示范实施例中,可将基站20限制到在每一帧中分配相等数量的时隙。在这个实施例中,基站20在第一帧中将开始标志设置成1,并且在多帧分配的各后续帧中将开始标志设置成0。第一帧中的REMAINING RESOURCES字段指示多帧分配中帧的总数。分配的大小等于帧的总数乘以在各帧中分配的时隙的数量。在后续帧中,开始标志被设置成0,并且使REMAINING RESOURCES字段递减。由于在第一帧中指示所分配时隙的数量,所以没必要在后续帧中包含DURATION字段。因此,减小了UL-MAP消息的大小。
由于无线通信信道的性质,可以预期,用户终端100将偶尔缺失由基站20所传送的资源分配消息(例如UL-MAP IE)。本文所述的MAC协议甚至在缺失资源分配消息时也提高鲁棒性并且实现解码。图5示出其中用户终端100缺失多帧分配中资源分配消息的示范情况。在这个示例中,多帧分配跨越四个帧。为了方便起见,这些帧被从0-3进行编号。用户终端100对多帧分配的第一帧的聚合UL-MAPIE成功地进行解码。BEGIN FLAG字段被设置成1,并且剩余帧(remaining frame)字段被设置成3。在这个示例中,可通过将1与多帧分配的第一帧所指示的剩余帧相加来确定所分配帧的总数。用户终端100无法对为多帧分配的第二帧所传送的聚合UL-MAP IE进行解码,但接收到第三和第四帧的聚合UL-MAP IE。第三帧的聚合UL-MAPIE中的剩余帧字段被设置成1。因此,当用户终端100对第三帧的聚合UL-MAP IE进行解码时,它可根据REMAINING RESOURCES字段的值来确定缺失了第二帧的聚合UL-MAP IE。在这种情况下,用户终端100可丢弃MAC PDU中映射到多帧分配的第二帧中的时隙的部分。这样,基站20接收到MAC PDU中对应于帧0、2和3的部分。在基站20的接收器声明与帧1中时隙对应的位的删除(erasure),并且继续对MAC PDU进行解码。由于整个传输经过信道编码和交织,所以缺失位散布在整个码字上,从而允许基站20潜在地根据传输的信号损伤比对MAC PDU进行解码。
图6示出另一种情况,其中用户终端100缺失两个连续多帧分配中的一些资源分配消息。在这个示例中,基站20对用户终端100进行两个连续多帧分配。各多帧分配跨越四个帧。为了方便起见,各分配中的帧编号为0-3。用户终端100接收第一多帧分配中帧0和1以及第二多帧分配中帧2和3的聚合UL-MAP IE。缺失了第一多帧分配的帧2和3以及第二多帧分配的帧0和1的聚合UL-MAP IE。在这种情况下,用户终端100可能错误地推断第二分配中帧2的聚合UL-MAP IE是前一多帧分配的一部分。
上述问题可通过将TRANSMISSION TOGGLE字段包含在聚合UL-MAP IE中来消除。TRANSMISSION TOGGLE字段包含在每个多帧分配之后进行切换的二进制标志。在图6所示的示例中,TRANSMISSION TOGGLE字段在第一多帧分配期间被设置成“0”或“1”,而在第二多帧分配期间被设置成“1”或“0”。这样,用户终端100会识别第二多帧分配中的帧2不是前一多帧分配的延续。
图7示出由基站20实现的用于调度上行链路信道上从用户终端100到基站20的传输的示范过程200。基站20为单个MAC PDU在多个帧中分配上行链路时隙(框202)。在进行分配之后,基站20为多帧分配的各帧生成多帧分配并且将其发送给用户终端100(框204)。所分配的帧连续是没有必要的。各帧的多帧分配消息包括BEGINFLAG字段和REMAINING RESOURCES字段。如前面所述,BEGINFLAG字段在多帧分配的第一帧中被设置成1,而在各后续帧中被设置成0。REMAINING RESOURCES字段设置成指示所分配单元(时隙或帧)的总数,并且在多帧分配的每个后续帧中递减。如前面所述,多帧分配消息还可包括DURATION字段以及TRANSMISSIONTOGGLE字段,DURATION字段指示多帧分配的各帧中分配的时隙的数量。
当进行多帧分配时,在基站20的调度器首先确定多帧分配中时隙的总数、编码和调制方案以及多帧分配中帧的数量。此后,逐帧进行分配。在各帧中,调度器确定时隙在用户终端100的功率限制之内在当前帧中是否可用(框206)。如果否,则调度器等待下一帧(框208)。如果时隙在用户终端100的功率限制之内可用,则调度器在当前帧中分配时隙(框210),生成具有BEGIN FLAG字段和REMAININGRESOURCES字段的多帧分配消息(框212),以及将资源分配消息传送给用户终端100(框214)。然后,调度器确定是否到达多帧分配中的最后一帧(框216)。如果否,则重复该过程,直至到达最后一帧,此后调度器等待下一多帧分配(框218)。
图8示出由用户终端100响应于接收到多帧分配消息而实现的示范过程300。该过程在用户终端100接收到多帧分配消息时开始(框302)。用户终端100确定该多帧分配消息是新多帧分配还是前一多帧分配的延续(框304)。在新多帧分配的情况下,用户终端100根据REMAINING RESOURCES字段确定所分配时隙的数量(框306),并且构造MAC PDU以适合所分配时隙的数量(框308)。如果多帧分配消息是前一多帧分配的延续,则用户终端100从存储器检索MACPDU的未传送部分(框310)。在两种情况下,用户终端100选择与当前帧对应的MAC PDU的部分(框312),并且将所选部分传送给基站20(框314)。然后,用户终端100等待多帧分配的下一帧(框316)。
图9示出由基站20所实现的聚合在多个帧上传送的数据的示范过程400。过程400在基站20将多帧分配消息发送给用户终端100时开始(框402)。基站20在分配给用户终端100的时隙中接收上行链路传输(框404),并且处理所接收信号以确定用户终端100是否已经传送了MAC PDU的片段(框406)。如果用户终端100没有传送MACPDU片段,则基站20声明对应当已被传送的缺失段的删除(框408),并且将该删除附加到先前所接收片段(若有的话)(框410)。如果接收到MAC PDU的片段,则将该片段附加到该MAC PDU的先前所接收数据(若有的话)(框410)。然后,基站20确定是否已经接收到MAC PDU的最后一个片段(框412)。如果是,则基站20对所接收MAC PDU进行解码,并且将其传递给较高协议层(框414)。如果不是,则基站20存储部分接收的MAC PDU(框416),并且等待MAC PDU的下一片段(框418)。
图10示出根据本发明的一个示范实施例的示范基站20。基站20包括耦合到天线25的收发器22、基带处理器24和控制单元26。收发器22包括按照任何已知标准工作的标准蜂窝收发器。在示范实施例中,收发器22包括WiMax收发器。基带处理器24包括用于处理由基站20传送和接收的信号的一个或多个处理器、微控制器、硬件电路或者其组合。例如,基带处理器24可对在所分配上行链路时隙中从用户终端所接收的信号进行解调和解码。如果在所述所分配上行链路时隙之一中没有接收到数据,则基带处理器24可声明删除;并且对没有被删除数据的数据分组进行解码。可包括一个或多个处理器的控制单元26控制基站20的整体操作。控制单元26包括工作在MAC协议层中的调度器28。调度器28在上行链路上调度用户终端100,并且将资源分配给用户终端100,如前面所述。
当然,本发明可在不背离本发明本质特性的情况下通过不同于本文具体提出的其它方式来实现。本发明在所有方面被认为是说明性的而不是限制性的,并且在所附权利要求书的含意和等效范围之内的所有变更均旨在被包含在其中。

Claims (18)

1.一种对在上行链路信道上从用户终端到基站的传送进行调度的方法,所述方法包括:
将多个帧中的上行链路时隙分配给所述用户终端,用于将单个数据分组从所述用户终端传送到所述基站;以及
对所述多帧分配的每个帧将多帧分配消息发送给所述用户终端,所述多帧分配消息包括:
BEGIN FLAG字段,包含指示当前帧是否为所述多帧分配中的开始帧的开始标志;以及
REMAINING RESOURCES字段,包含所述多帧分配中剩余资源的数量。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述多帧分配消息还包括:DURATION字段,包含所述当前帧中分配给所述用户终端的时隙的数量。
3.如权利要求1所述的方法,其中,所述多帧分配消息还包括:TRANSMISSION TOGGLE字段,包含在每个连续多帧分配中改变值的切换标志。
4.如权利要求1所述的方法,其中,所述REMAININGRESOURCES字段包含所述多帧分配中剩余帧的数量。
5.如权利要求1所述的方法,其中,所述REMAININGRESOURCES字段包含所述多帧分配中剩余时隙的数量。
6.如权利要求1所述的方法,还包括:在传送所述多帧分配消息之前,在与所述多帧分配消息相同的帧中发送一个或多个单帧分配消息。
7.如权利要求1所述的方法,还包括:在传送所述多帧分配消息之后,在与所述多帧分配消息相同的帧中发送一个或多个单帧分配消息,其中所述单帧分配消息包括指示所述多帧分配的开始指向的偏移。
8.如权利要求1所述的方法,其中,所述多帧分配的每个帧中所分配时隙的数量相等。
9.如权利要求1所述的方法,还包括:
对在所述所分配上行链路时隙中接收的所述数据分组的片段进行解调;
如果在所述所分配上行链路时隙之一中没有接收到片段,则声明删除;
如果发生删除,则对没有缺失片段的所述数据分组进行解码。
10.一种基站,用于对在上行链路信道上从用户终端到所述基站的传送进行调度,所述基站包括:
接收器,在上行链路信道上接收来自所述用户终端的传送;以及
调度器,用于对在所述上行链路信道上从所述用户终端到所述基站的所述传送进行调度,所述调度器配置成:
将多个帧中的上行链路时隙分配给用户终端,用于将单个数据分组从所述用户终端传送到所述基站;以及
对所述多帧分配的每个帧将多帧分配消息发送给所述用户终端,所述多帧分配消息包括BEGIN FLAG字段和REMAININGRESOURCES字段,所述BEGIN FLAG字段包含指示当前帧是否为所述多帧分配中的开始帧的开始标志,所述REMAININGRESOURCES字段包含所述多帧分配中剩余资源的数量。
11.如权利要求10所述的基站,其中,所述多帧分配消息还包括:DURATION字段,包含所述当前帧中分配给所述用户终端的时隙的数量。
12.如权利要求10所述的基站,其中,所述多帧分配消息还包括:TRANSMISSION TOGGLE字段,包含在每个连续多帧分配中改变值的切换标志。
13.如权利要求10所述的基站,其中,所述REMAININGRESOURCES字段包含所述多帧分配中剩余帧的数量。
14.如权利要求10所述的基站,其中,所述REMAININGRESOURCES字段包含所述多帧分配中剩余时隙的数量。
15.如权利要求10所述的基站,其中,所述调度器还配置成在传送所述多帧分配消息之前在与所述多帧分配消息相同的帧中发送一个或多个单帧分配消息。
16.如权利要求10所述的基站,其中,所述调度器还配置成在传送所述多帧分配消息之后在与所述多帧分配消息相同的帧中发送一个或多个单帧分配消息,其中所述单帧分配消息包括指示所述多帧分配的开始指向的偏移。
17.如权利要求10所述的基站,其中,所述多帧分配的每个帧中所分配时隙的数量相等。
18.如权利要求10所述的基站,还包括:基带处理器,配置成对在所述所分配上行链路时隙的一个或多个中接收的所述数据分组的片段进行解调;如果在所述所分配上行链路时隙之一中没有接收到片段,则声明删除;以及如果发生删除,则对没有缺失片段的所述数据分组进行解码。
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