CN102783074A - 用于wigig的应用层fec架构 - Google Patents

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Abstract

一种在无线通信网络中的无线通信装置中执行前向纠错的方法和设备。在能力交换期间发送应用层前向纠错(AL-FEC)能力信息。将单奇偶校验(SPC)AL-FEC码应用于k个源包的集合，以对所述源包的系统包以及至少一个奇偶包进行编码。每个编码后的包的头部包括奇偶包指示符。在媒体访问控制(MAC)层和物理(PHY)层中处理编码后的包以进行传输。

Description

用于WIGIG的应用层FEC架构
技术领域
本申请总体说来涉及通过无线连接进行可靠数据传输，更具体地说，涉及一种用于针对通过无线千兆联盟(WiGig)链路进行通信在应用层实现前向纠错(FEC)架构的方法和设备。
背景技术
对通过无线连接进行可靠多媒体传输的大量需求向工程师们提出了巨大的挑战。通常，视频媒体需要在延迟约束下的高传输速率。此外，通过广播信道来发送媒体，诸如TV信道的流传输，或者，通过多播信道来发送媒体，诸如向众多用户传送封装在大型文件中的视频。这些信道的特性除了延迟约束之外，还排除了具有用于确认传输成功的反馈信道的选项。结果，在这种情况下，需要备选技术来确保传输的可靠性。
无线千兆联盟规范(WiGig)针对的是数千兆比特速度的无线通信技术。因此，WiGig实现了高性能无线数据、显示和音频应用，其补充了当前无线LAN(无线局域网)装置的能力。WiGig的技术规范公开于TWG-2010-0716-00-WGA-D102和PWG-2011-0019-00-AV PAL规范D0.9r0：“WiGig WGA规范(WiGig WGA specifications)”中，并通过引用合并于此。
然而，WiGig规范不允许在广播/多播传输期间使用自动重传请求(ARQ)方案。此外，在时间敏感应用(例如，多媒体、游戏等)中，ARQ并不是最有效的差错控制方案，特别是在信道受损于由阻塞和相对较慢的波束成型算法引起的较长中断和较高丢包率的时候。在缺少ARQ反馈的情况下，物理层前向纠错(PHY FEC)码无法提供足够的保护来实现低丢包率(接近10-5)。因此，有必要具有第二FEC方案来降低丢包率。
发明内容
技术方案
在实施例中，提供一种用于在无线通信网络中的无线通信装置中执行前向纠错的方法。
有益效果
根据本发明的实施例，外层FEC方案可将丢包率充分降低到可接受的水平。
附图说明
为了更加全面地理解本公开及其优点，现将参照结合附图进行的以下描述，在所述附图中，相同的标号代表相同的部分：
图1示出根据本公开原理的支持WiGig的无线网络100；
图2a示出根据本公开实施例的正交频分多址接入发送路径的高层示图；
图2b示出根据本公开实施例的正交频分多址接入接收路径的高层示图；
图3示出根据本公开实施例的AL-FEC编码构思；
图4示出根据本公开实施例的AL-FEC方案；
图5a示出根据本发明实施例的非交织的单奇偶校验方案的示例；
图5b示出根据本发明实施例的交织的单奇偶校验方案的示例；
图6示出根据本公开实施例的用于修正擦除的包的卷积码；
图7示出根据本公开实施例的已使用AL-FEC方案来编码的包的头部的描述；
图8示出根据本公开实施例的用于在无线通信系统中使用AL-FEC的总体处理；
图9示出根据本公开实施例的用于使用AL-FEC码对包进行编码以进行传输的处理；以及
图10示出根据本公开实施例的用于使用AL-FEC码对包进行解码的处理。
最佳实施方式
在实施例中，提供一种用于在无线通信网络中的无线通信装置中执行前向纠错的方法。所述方法包括：在能力交换(capabilities exchange)期间发送应用层前向纠错(AL-FEC)能力信息。单奇偶校验(SPC)AL-FEC码被应用于k个源包(source packet)的集合，以对所述源包的系统包以及至少一个奇偶包(parity packet)进行编码。每个编码后的包的头部包括奇偶包指示符。编码后的包在媒体访问控制(MAC)层和物理(PHY)层中被处理以进行传输。
在另一实施例中，提供一种用于在无线通信网络中的无线通信装置中执行前向纠错(FEC)的设备。所述设备包括发送器以及连接到发送器的控制器。所述发送器与其它通信装置通信。控制器在能力交换期间发送应用层前向纠错(AL-FEC)能力信息，并将单奇偶校验(SPC)AL-FEC码应用于k个源包的集合，以对所述源包的系统包以及至少一个奇偶包进行编码，其中，每个编码后的包的头部包括奇偶包指示符，并且，所述控制器在媒体访问控制(MAC)层和物理(PHY)层中处理编码后的包以进行传输。
在另一实施例中，提供一种在无线通信网络中的无线通信装置中执行前向纠错(FEC)的方法。所述方法包括在能力交换期间发送应用层前向纠错(AL-FEC)能力信息。单奇偶校验(SPC)AL-FEC码被应用于k个源包的集合，以对所述源包的系统包以及至少一个修正包(repair packet)进行编码。每个编码后的包的头部包括奇偶包指示符。编码后的包在媒体访问控制(MAC)层和物理(PHY)层中被处理以进行传输。
在进行以下的“具体实施方式”之前，阐述在整个专利文档中使用的特定词语和短语的定义会是有益的：术语“包括”和“由…组成”及其衍生词表示非限制性地包含；术语“或”是包括在内的，表示“和/或”；短语“与…相关”和“与其相关”及其衍生词可表示包括、被包括在内、与…互连、包含、被包含在内、连接到或与…连接、耦接到或与…耦接、可与…通信、与…协作、交织、并列、与…接近、绑定到或与…绑定、具有、具有…的属性等；术语“控制器”表示控制至少一个操作的任何装置、系统或其部分，这种装置可利用硬件、固件或软件、或这三者中的至少两种的某些组合来实现。应注意：不管是本地的还是远程的，与任何特定控制器相关的功能可以是集中式或分布式的。在整个专利文档中提供了对特定词语和短语的定义，本领域的普通技术人员应理解：在许多(如果不是大多数)情况下，这样的定义应用于这样定义的词语和短语在过去以及将来的使用。
具体实施方式
以下讨论的图1到图10以及用于在该专利文档中描述本公开的原理的各个实施例仅是通过说明的方式，而不应以任何方式将其解释为用于限制本公开的范围。尽管所描述的实施例可指示支持WiGig的装置，但是本领域技术人员将理解：本公开的原理可在任何适当设置的无线通信系统中实现。
图1示出根据本公开原理的支持WiGig的无线网络100。在示出的实施例中，无线网络100包括接入点(AN)102、移动装置104、显示装置106、个人计算机(PC)108和相机110。AN 102可以是路由器、基站、电缆箱或接收数据服务的任何装置。移动装置104可以是任何便携式装置，诸如蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)、平板型装置、电子阅读器等。显示器106可以是任何输出装置，诸如投影仪、电视、计算机显示器、立体声接收机等。相机110表示任何外围装置，诸如打印机、摄录机、网络摄像机、扫描装置、医学成像设备等。假设所有装置102-110均支持WiGig，装置102-110中的每一个可与一个或多个其它装置形成WiGig连接。例如，PC 108可将音频/视频(A/V)数据发送到显示器106，从相机(或外围装置)110接收数据，执行与移动装置104的同步操作，并通过AN 102连接到互联网。
图2a是正交频分复用(OFDM)发送路径的高层示图。图2b是OFDM接收路径的高层示图。在图2a和图2b中，OFDMA发送路径200和OFDMA接收路径250分别在无线通信装置的发送器和接收器中实现。在某些实施例中，发送路径200和接收路径250的组件可组合在单个收发器中。
发送路径200包括信道编码和调制块205、串行到并行(S-to-P)块210、大小为N的快速傅里叶逆变换(IFFT)块215、并行到串行(P-to-S)块220、添加循环前缀块225、上变换器(UC)230。接收器的接收路径250包括下变换器(DC)255、去除循环前缀块260、串行到并行(S-to-P)块265、大小为N的快速傅里叶变换(FFT)块270、并行到串行(P-to-S)块275、信道解码和解调块280。
图2a和图2b的至少一些部件可利用软件实现，而其它部件可通过可配置的硬件或软件与可配置的硬件的混合来实现。具体说来，应注意：该公开文档中描述的FFT块和IFFT块可实现为可配置的软件算法，而大小N的值可根据实施方式而改变。此外，无线通信装置可包括一个或多个被配置为用于实现图2a和图2b中的路径的控制器。
此外，尽管本公开针对的是实现快速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换的实施例，但是这仅是通过说明的方式，而不应被解释为限制本公开的范围。将认识到：在本公开的可选实施例中，快速傅里叶变换函数和快速傅里叶逆变换函数可容易地分别被离散傅里叶变换(DFT)函数和离散傅里叶逆变换(IDFT)函数代替。将认识到：对于DFT和IDFT函数，N变量的值可以是任何整数(即，1、2、3、4等)，而对于FFT和IFFT函数，N变量的值可以是二的幂的任何整数(即，1、2、4、8、16等)。
此外，在其它实施例中，发送路径和接收路径可采用其它类型的调制和编码方案，其中，所述其它类型的调制和编码方案共享公共组件(诸如前导和信道)。例如，一实施例可支持单载波，其通常引起小型低功率手持装置的较低功耗。
在发送路径200中，信道编码和调制块205接收信息比特的集合，应用编码(例如，LDPC编码)，并调制(例如，QPSK、QAM)输入比特以产生频域调制符号的序列。串行到并行块210将串行调制的符号转换(即，解复用)为并行数据，以产生N路并行符号流，其中，N为在无线通信装置中使用的IFFT/FFT大小。大小为N的IFFT块215随后对N路并行符号流执行IFFT运算以产生时域输出信号。并行到串行块220对来自大小为N的IFFT块215的并行时域输出符号进行转换(即，复用)以产生串行时域信号。添加循环前缀块225随后将循环前缀插入所述时域信号。最后，上变换器230将添加循环前缀块225的输出调制(即，上变换)至RF频率以经由无线信道进行传输。在信号变换到RF频率之前，还可在基带对信号进行滤波。
发送的RF信号在经过无线信道之后到达接收装置的接收路径250。下变换器255将接收的信号下变换到基带频率，并且去除循环前缀块260去除循环前缀以产生串行时域基带信号。串行到并行块265将时域基带信号转换为并行时域信号。大小为N的FFT块270随后执行FFT算法以产生N路并行频域信号。并行到串行块275将并行频域信号转换为调制的数据符号的序列。信道解码和解调块280对调制的符号进行解调并随后对其进行解码，以恢复原始输入数据流。
传送音频和视频是WiGig的重要应用。然而，为了较好的视频质量，丢包率应小于10-5。在时间敏感应用(例如，多媒体、游戏等)中，延迟约束限制系统的性能。在时间敏感应用中，重传所需的动态缓冲器明显增加了实现的复杂度。如以上所述，WiGig中的媒体方位控制(MAC)层不允许对广播/多播包的确认(ACK)。因此，对于可容许较少丢失的应用，期待的是具有固定缓冲器、无重传且丢包率小于10-5的简单方案。
前向纠错(FEC)方案是这些情况下的适当候选。实际上，FEC正被用于通过任何信道进行的通信中。在WiGig60GHz通信中，低密度奇偶校验(LDPC)码FEC方案被采用，以实现可靠的通信。LDPC码是系统的物理层的一部分，并具有码率1/2、5/8、3/4和13/16。这些码可在比特级别上实现较好水平的保护，并通常达到低至10-6的误比特率(BER)。然而，使用这一FEC方案可实现的丢包率仅仅为大约0.01。结果，外层FEC方案可将丢包率充分降低到可接受的水平(接近10-5)。具体说来，应用层FEC(AL-FEC)码就它们的动态率、低开销和实现成本而言是最适当的候选。在本公开中，AL-FEC可指示在媒体访问控制(MAC)层之上的任何功能层中执行的FEC。
图3示出根据本公开实施例的AL-FEC编码构思。发送器对k个源包执行AL-FEC编码以产生将被发送的n个包的块。所述n个包中包括k个源包以及通过AL-FEC编码操作产生的r个修正包。一旦所述n个包被发送，则接收器接收n个包中的任意m个包，其中，m近似等于k。m个接收的包被解码以恢复丢失的源包。开销为m-k＝0，并通过以下的等式1来计算产生的包的个数：
n＝m/(1-符号丢失率)[等式1]
因此，由于系统正如此接近符号擦除信道容量来操作，所以开销较小。
AL-FEC码在理想情况下是具有以下属性的码：
1)无码率码：可从原始数据产生无限数量的编码包(一个符号通常为一个包)。
2)不引入开销：一旦任何k个编码后的包被接收，则接收器可重构包括k个包的消息。
3)简单：编码/解码应非常快速，优选地，在时间上呈线性。
所述码的近似实现是矩阵码、里德-所罗门码、Luby变换(LT)码和速龙码。速龙码可以是AL-FEC码的最佳总体近似。
AL-FEC架构的实施例向WiGig中的协议适配层(PAL)的任意流(例如，音频、压缩视频、未压缩视频等)提供包级别的保护。AL-FEC架构可使用任意FEC码(擦除码)工作，但假设该擦除码是系统的。在实施例中，AL-FEC架构被配置为支持速龙码。
图4示出根据本公开实施例的AL-FEC方案。垂直的连字符线将发送装置400和接收装置450的功能层分离。虚线指示数据正从发送装置400被发送到接收装置450。关于AL-FEC架构，发送装置400包括物理(PHY)层440、媒体访问控制(MAC)层430、协议适配层(PAL)410和AL-FEC部件420。类似地，接收装置450包括PHY层490、MAC层480、PAL 460和AL-FEC部件470。发送装置400和接收装置450中的每一个可以是任何无线通信装置，诸如支持WiGig的装置102-110。
在根据本公开实施例的AL-FEC方案中发送装置400的总体操作如下所述。在发送装置400中，指定将一起保护的源包的集合。AL-FEC码被应用于源包以产生修正包的集合。在修正包被产生之后，发送装置400将源包和修正包发送到接收装置450。
在根据本公开实施例的AL-FEC方案中接收装置450的总体操作如下所述。如果所有源包被接收装置450成功接收，则接收的源包在无需AL-FEC恢复的情况下被处理，接收的修正包被丢弃。相反，如果存在丢失的源包，则AL-FEC方案将被应用到成功接收的源包和修正包，以恢复丢失的源包。
在发送装置400的协议适配层(PAL)410从更上层(未示出)接收源数据(例如，应用包)，准备将被发送的包，并将所述包发送到MAC层430。为此，PAL 410可首先通过选择适当的源块大小(k个包)来指定将被保护的源包的集合(称为源块)，使得在接收装置450(具有Tm字节的缓冲器大小)的PAL 460能够处理源块。
PAL 410产生源块编号(SBN)，并将源块、SNB、k和T发送到AL-FEC部件420。PAL 410还通过将头部信息附加到源包净荷来构建源包，并将源包以及从AL-FEC 420接收的修正包发送到MAC层430。PAL 410和MAC层430的功能可由无线通信装置的处理器或控制器来执行。
在接收装置450，PAL 460从MAC层接收包(源包和修正包)，恢复源数据，并将所述源数据发送到更上面的功能层(未示出)。为此，PAL 460确定所有源包是否被成功接收。如果所有源包已被成功接收，则源包在无需AL-FEC恢复的情况下被处理，并且修正包被丢弃。相反，如果存在丢失的包，则PAL460将成功接收的源包和修正包发送到AL-FEC部件(470)。PAL 460从AL-FEC部件470得到恢复的源包。
在实施例中，在本公开中描述的PAL 410和460的所有功能可分别在位于MAC层430和480之上的另一层中执行。PAL 410和460支持可针对WiGig定义的特定标准，诸如数据和显示标准。例如，PAL 410和460可定义为支持HDMI(高清晰度多媒体接口)和显示端口(DisplayPort)。在另一示例中，PAL 410和460可用于输入/输出(I/O)数据，并支持USB(通用串行总线)和PCIe(高速外围部件互连)。
在发送装置400的AL-FEC部件420将AL-FEC码应用于源数据以产生修正包。在可选实施例中，修正包可由PAL 410来产生。在接收装置450中，AL-FEC部件470使用AL-FEC方案对从PAL接收的源包和修正包进行解码，以恢复丢失的包。在某些实施例中，AL-FEC部件420和470或AL-FEC部件420和470的功能可分别被集成到PAL 410和460。而且，在某些实施例中，发送装置400和接收装置450的PAL 410和460、AL-FEC部件420和470、MAC层430和480以及PHY层440和490可分别被配置为用于执行与发送和接收两者相关的功能。
PHY层440和490指的是硬件通信功能。也就是说，物理层440和490限定发送和接收数据的原始比特的装置。在实施例中，在传输期间，由发送装置400的PHY层440和接收装置450的PHY层460来执行FEC方案。在PHY层的FEC可以是低密度奇偶校验(LDPC)码FEC方案。MAC层430和480执行本领域公知的寻址和信道接入控制功能。
以下示例描述速龙码参数并针对千兆比特无线通信。速龙码参数可包括源块大小k＝“1024”个包以及符号长度T＝“48”个字节。因此，用于接收源块的缓冲器要求接近“49”KB。可使用以下的等式2来计算AL-FEC之后的丢包率。
AL-FEC之后的丢包率＝(AL-FEC之前的丢包率)×(块恢复失败率)[等式2]
对于AL-FEC之前的丢包率为10-3，并且块恢复失败率为10-3的“12”个包的开销，AL-FEC之后的丢包率计算为10-5。在失败的情况下，正确接收的系统包仍旧可被使用。
根据某些实施例，可用于降低包擦除率的其它AL-FEC编码技术包括单奇偶校验(SPC)、卷积编码和汉明码。这些方法可采用哪些包被擦除的先验知识，以检测并进一步纠正包或者至少不进一步降低性能。此外，使用利用上述方法部分纠正的包(某些比特被纠正，而不是全部被识别为擦除的包)可进一步帮助纠正部分纠正的包内的剩余比特，并可通过CRC(循环冗余校验)或其它纠错校验。
在单奇偶校验技术中，附加奇偶包(即，修正包)被添加到k个包的集合，由此总共创建n＝k+“1”个包。添加的包可以是所有k个包的奇偶校验。也就是说，通过对所述k个包执行逐位异或来产生奇偶包。可依据实施例来根据原始顺序或按照某些其它方式来选择k个包的集合。所述方法确保对n个包内的单个包擦除的纠正。在实施例中，添加的包的更高阶的其它组合可通过使用哪个包被擦除的先验知识而被用于纠正n个包内更多擦除的包。当n个包内多于一个包被检测为被擦除(或丢失)时，可停止或者不开始所述处理，针对擦除的包的通知将被发送到分层中的更上层以进行可能的重传。使用SPC，比特率可增加。此外，在简单SPC中使用不同的编码率可容易地恢复需要的性能。
在某些实施例中，单奇偶校验方案可以是非交织的或交织的。图5a示出根据本发明实施例的非交织的单奇偶校验方案的示例。在该示例中，存在k＝“24”个源包。添加的包(包0)可以是所有k个数据包(包1…包24)的奇偶校验。在实施例中，可通过在PAL或MAC层之上的另一层对“24”个源包执行逐位异或来产生包0。所述方法确保纠正n＝k+“1”＝“25”个包内的单个包擦除。
在非交织的FEC中，A/V PAL产生具有序号i(图5a中的“0”)的奇偶包头部，以保护具有序号i+1、…、i+24(例如，“1”、…、“24”)的包。奇偶包Length(长度)字段被设置为包i+1、…包i+24中的最大包(包括头部)的长度。FEC编码器通过对包i+1到包i+24进行逐位异或来计算奇偶包的净荷，其中，假设较短的包被填充虚拟(不发送)的零比特。
在实施例中，可添加包交织器以增强性能。由于衰减信道特性，擦除的包会处于连续的顺序，这可明显降低SPC。添加包交织器可通过分散擦除的包来明显有助于SPC恢复性能。图5b示出根据本发明实施例的交织的单奇偶校验方案的示例。
在示出的示例中，使用矩形交织器，同时，将包的四个集合级联，使得对于包的每个集合，存在n＝“25”且k＝“24”(一个SPC)的包。也就是说，与发送包括k个数据包和一个奇偶包的单个块的非交织的SPC方案不同，交织的SPC方案发送k个数据包和四个奇偶包的四个块。
在交织的FEC中，A/V PAL产生具有序号i、i+1、i+2和i+3(图5b中的“0”、“1”、“2”和“3”)的四个奇偶包头部以保护具有序号i+4、…、i+99的包。FEC编码器按照如下方式计算奇偶包的净荷：奇偶包i的净荷是包i+4、i+8、i+12、…、i+96的逐位异或，奇偶包i+1的净荷是包i+5、i+9、i+13、…、i+97的逐位异或，奇偶包i+2的净荷是包i+6、i+10、i+14、…、i+98的逐位异或，奇偶包i+3的净荷是包i+7、i+11、i+15、…、i+99的逐位异或。
与每个块无法恢复多于一个包的非交织的SPC方案不同，交织的SPC方案可恢复两到四个连续擦除的包。奇偶包和系统包的顺序可被改变。例如，系统包(例如，数据包)可在奇偶包之前被发送。
图6示出根据本公开实施例的用于修正擦除的包的卷积码。
卷积码(CC)基于邻近比特的异或。较高的卷积码约束长度(CL)可得到较好的修正性能。CL越高，解码复杂度(维特比/Turbo解码)越高。卷积码的缺点在于：如果存在擦除的包，则所述包中的所有比特是未知的。对于来自相同包的连续擦除的比特(多于CL)，维特比解码将无法修正所述包。这意味着包需要在被编码之前或被发送之前被交织。交织器长度可以是回溯(Traceback，即，5×CL)的大小或至少大于CL。当擦除的比特被交织过时，它们可被恢复的机会增加。图6示出根据交织的卷积码在AL-FEC下被编码的包的示例，其中，交织器大小为n＝“40”个“1000”字节的包，CL＝“7”，CC编码率为“39/40”(n-1/n)，从而存在“39”个系统包(例如，包含数据)和一个奇偶包(CC可支持任何编码率以增加修正性能)。
Px，y标志指示比特包和比特位置。例如，“P0，1”指示包“0”和比特位置0；“P1，0”指示包“1”和比特位置“0”。因此，随着卷积码行进过块中的n-1个包中的相同比特位置以计算奇偶包中的相应奇偶比特，在图6中每个数据和奇偶包的比特被垂直示出。例如，为了计算奇偶包n-1的比特“0”(即，“Pn-1，0”)，卷积码行进过“P0，0”、“P1，0”、“P2，0”、…、“Pn-2，0”。接下来，奇偶包的比特“1”(“Pn-1，1”)被计算，以此类推，直到奇偶包上的最后比特被计算。如果数据包具有不同的长度，则奇偶包具有最大包的长度，为了执行卷积码的目的，较短的包在它们各自的尾部填充有虚拟零。同SPC一样，奇偶包和系统包的顺序可被改变。
同样在这种情况下，擦除的包的先验知识可确定是否应使用CC AL-FEC(例如，在包擦除率较高的非常低的SNR下，修正机会随着SNR下降而减小)。因此，AL-FEC解码之前的传输的擦除率由于擦除的包的先验知识而不会恶化。
在另一实施例中，汉明编码被用于AL-FEC。使用汉明码(HC)，从汉明编码的最小汉明距离(dmin)推断出修正包的水平(可恢复的擦除的比特或包的数量)。例如，对于具有dmin＝“3”的H矩阵，修正包的数量可以是dmin“1”＝“2”个擦除的包。当使用汉明码时，对于包的每个集合，可存在多于一个奇偶包(通过调整编码率)。H矩阵确定dmn和编码率。基于汉明码奇偶包的数量来确定包的每个集合中数据包的最大数量，使得对于m个奇偶比特(或包)，可对多达2mm-1个数据比特(或包)进行编码。例如，将每四个数据比特编码为七个比特的汉明(7，4)码添加三个奇偶比特。
在某些实施例中，交织的或非交织的单奇偶校验可与汉明码组合。例如，可对汉明编码的包执行单奇偶校验编码(交织的或非交织的)，以形成额外的奇偶包。
上述实施例描述了比速龙码更为简单的实现AL-FEC的方式。这使得任何所描述的AL-FEC方案适合用于可受益于AL-FEC的低功率装置以修正它的擦除的包。
图7示出根据本公开实施例的已使用AL-FEC方案编码的包的头部的描述。在某些实施例中，可在执行AL-FEC方案的特定功能层产生并附加包头部700。例如，在于PAL中执行AL-FEC方案的实施例中，包头部700可被产生并被附加到来自PAL的输出包。
包头部700中的每一栏对应于至少一个字段。上面一行的每个块中的文本描述包括在包头部字段中的信息，下面一行中的数字指示各个头部字段的八位字节长度(字节数量)。具有一个八位字节长度(8比特)的PacketType(包类型)头部字段指示包是系统包(例如包含数据)还是奇偶包。
在实施例中，可在“包类型”字段中分配单个比特(例如，第一比特)，以区分奇偶包与系统(例如，数据)包。当使用单个比特来指示奇偶包时，“0”可用于指示包是系统(数据)包，“1”可用于指示包是奇偶包(反之亦然)。例如，具有值“1xxxxxxx”的“包类型”头部字段可指示奇偶包，而“0xxxxxxx”可指示系统包。在实施例中，可在任何其它包头部字段中分配单个比特。
在另一实施例中，可在WiGig规范中定义“包类型”字段中的特定8比特值，以指示奇偶包。例如，值“0x80”(或“10000000”)可指示奇偶包。或者，可在另一头部字段中使用特定值来区分奇偶包与系统包。
流标识符(ID)标识包所属的数据流。在实施例中，streamID(流ID)可指示传输的块。序号(SeqNum)可标识包在块内的顺序。根据实施例，长度字段可指示块中净荷的大小或包的总数。
会存在发送装置或接收装置不具有AL-FEC能力的情形。因此，根据本公开的实施例，在发送净荷之前，装置可在能力交换时间段期间交换AL-FEC能力信息。
图8示出根据本公开实施例的用于在无线通信系统中使用AL-FEC的总体处理。在数据通信之前，发送装置400和接收装置450交换能力信息810。在某些实施例中，能力交换信息810包括AL-FEC能力信息。在完成能力交换处理之后，在块820，发送装置400使用AL-FEC码对包进行编码以进行传输。将参照图9来进一步描述这一处理。在某些实施例中，发送装置400还可在AL-FEC编码之后，在PHY层执行额外的FEC编码。发送装置400随后将编码的系统(例如，数据)包和修正包830发送到接收装置450。在块840，接收装置450可使用AL-FEC码来恢复丢失的包(或具有差错的包)。在某些实施例中，接收装置可首先确定是否应执行使用AL-FEC解码处理的包恢复。将参照图10来进一步描述这一处理。在某些实施例中，接收装置450可在向上发送接收的包以进行AL-FEC解码之前，在PHY层执行FEC解码。
图9示出根据本公开实施例的用于使用AL-FEC码对包进行编码以进行传输的处理。在块910，发送装置(例如，发送装置400)将AL-FEC能力信息发送到至少一个接收装置(例如，接收装置450)。
在块930，发送装置通过对源包使用AL-FEC码来产生系统包和至少一个修正包(基于AL-FEC编码方案)。在实施例中，PAL向源块(将被一起保护的源包的集合)分配源块编号(SBN)，并将源块、SBN、T和k发送到AL-FEC编码器。AL-FEC编码器(可实现为硬件或软件)将AL-FEC码应用于源包，以产生修正包的集合。
根据使用的是上述AL-FEC编码方案中的哪一个，产生一个或多个修正包。例如，当非交织的SPC编码方案被使用时，每个源块产生一个修正(例如，奇偶)包。也就是说，假设n＝“25”且k＝“24”，PAL产生具有序号i的奇偶包头部，并将包i+1、…、i+24发送到FEC编码器。FEC编码器通过对包i+1、…、i+24的逐位异或来产生奇偶包的净荷。当四交织的SPC编码方案被使用时，在使用交织的SPC编码方案时，针对数据包的四个集合中的每个集合，产生一个修正包。也就是说，假设n＝“25”且k＝“24”，对于每个集合，PAL产生具有序号i、i+1、i+2和i+3的四个奇偶包头部，并将包i+4、…、i+99发送到FEC编码器。FEC编码器通过对包i+4、i+8、…、i+96的逐位异或来产生奇偶包净荷。FEC编码器按照如下方式来计算奇偶包的净荷：奇偶包i的净荷是包i+4、i+8、i+12、…、i+96的逐位异或，包i+1的净荷是包i+5、i+9、i+13、…、i+97的逐位异或，奇偶包i+2的净荷是包i+6、i+10、i+14、…、i+98的逐位异或，奇偶包i+3的净荷是包i+7、i+11、i+15、…、i+99的逐位异或。在实施例中，可以逐块为基础来使用和改变AL-FEC方案。
源块中的一个或多个源包被包括在系统包中。在实施例中，每个系统包对应于一个源包。修正包的长度等于针对其而产生所述修正包的包中最长系统包的长度。PAL针对系统/修正包中的每一个产生包头部(包括用于系统/奇偶包的指示符、流ID、序号等)，将包头部附加到相应的系统/修正包，并将源包发送到MAC层。
在实施例中，在PAL和AL-FEC编码器中执行块930。如已经讨论的，PAL和AL-FEC编码器可分离部件或被集成到PAL。在另一实施例中，可在MAC层之上的另一上方的功能层中执行块930。
在块940，块中的编码后的系统/修正包随后在MAC层和PHY层中被处理以进行传输。在实施例中，在进行传输之前，PHY层将FEC编码方案应用于AL-FEC编码后的包，以实现需要的性能。
图10示出根据本公开实施例的用于使用AL-FEC码对包进行解码的处理。处理840表示系统可在以下三个选项之一下进行操作的实施例：1)AL-FEC关闭，使得不存在修正包；2)非交织(25，24)-SPC AL-FEC，其中，每个块包括二十五个包(二十四个系统包和一个修正包)；3)四交织(25，24)-SPCAL-FEC，其中，每个块包括四个具有二十五个包的集合(每个集合有二十四个系统包和一个修正包)。
在块1010，接收装置(例如，接收装置450)从发送装置(例如，发送装置400)接收传输的块的包。在块1020，接收装置确定是否已接收到修正包。也就是说，接收装置中的PAL(或负责执行AL-FEC解码的功能层)检查每个包的头部以检测AL-FEC指示符(例如，关于图7讨论的“包类型”字段)。
如果尚未接收到修正包，则处理进行到块1060，并且不执行AL-FEC恢复。如果包在AL-FEC关闭的情况下被发送，则会出现上述情况。因此，PAL可确定载荷中的所有包被接收，其中，接收的包中没有包被指示为修正包。如果在AL-FEC关闭的情况下数据包丢失，则接收装置可请求重传丢失的包或整个块。在实施例中，如果仅修正(例如，奇偶)包丢失，则接收装置可请求重传丢失的修正包。
如果修正包已被接收，则接收装置在块1030确定包是否被交织。例如，假设修正包在顺序上是第一个，则如果只有净荷的第一个包(具有序号1)是修正包，则接收装置可确定包没有被交织。这是因为块中的第一个包应该是由包头部中的AL-FEC比特(例如，奇偶包指示符)指示的修正包。一旦接收到包i+1(或在包i+1丢失的情况下接收到包i+2或i+3)，如果奇偶包指示符被设置为0，则包i、i+1、i+24形成AL-FEC块。如果源包i+1、…、i+24中的一个源包丢失，则可通过在AL-FEC块对其它包进行逐位异或来恢复丢失的源包。
继续所述示例，如果首先接收的四个包(序号i、i+1、i+2和i+3)中的至少两个包指示AL-FEC开启(例如，奇偶包指示符被设置为“1”)，则接收装置可确定所述包是使用交织的SPC AL-FEC编码方案发送的。也就是说，包i、i+4、i+8、…、i+96形成AL-FEC集合(例如，块)，包i+1、i+5、i+9、…、i+97形成一个集合，包i+2、i+6、i+10、…、i+98形成一个集合，包i+3、i+7、i+11、…、i+99形成一个集合。
在所有以上情况和模式下，不论擦除的(奇偶/系统)包是否可被修正，可保证通过使用流ID和/或序号的知识，接收装置的PAL将总是能够决定如何修正包。
在块1040，接收装置确定是否丢失了包。如果没有包丢失(即，所有源包被成功接收)，则源包在无需AL-FEC恢复的情况下被处理，修正包被丢弃。处理进行到块1060。
相反，如果存在丢失的源包，则接收装置在块1050基于AL-FEC编码方案的类型来确定丢失的包的数量是否大于阈值。如参照图5A和图5B所讨论的，在非交织的SPC方案下只有一个丢失的包可被恢复，在四交织的SPC方案下，可恢复多达四个连续丢失的包或每个集合可恢复一个丢失的包。
因此，如果PAL在块1030确定包没有被交织，则阈值是一个丢失的包。或者，如果PAL在块1030确定包被交织，则阈值是四个连续丢失的包或每个集合一个丢失的包。
如果丢失的包的数量大于相应的阈值，则处理进行到块1060，并且不执行AL-FEC恢复。在实施例中，接收装置可请求重传丢失的包或整个块。
相反，如果丢失的包的数量不大于相应的阈值，则接收装置在块1070进行执行AL-FEC解码以恢复丢失的包。也就是说，PAL将块发送到FEC解码器以恢复丢失的包。
图10中示出的处理仅用于说明性目的，而不意味着限制本公开的范围。在其它实施例中，在不脱离本公开的范围的情况下，可重新排列块的顺序。例如，当在块1010中从MAC层接收到包之后可立即执行用于确定包是否丢失的块1040。块1020可随后在确定至少一个包丢失之后被执行。
应注意：AL-FEC块中每个AL-FEC包的长度等于具有最大长度的包的长度。这允许相同块中的PAL包具有不同的长度。例如，当PAL包长度小于AL-FEC包长度时，AL-FEC编码器/解码器可通过填充“虚拟”零(虚拟零一旦被编码器和解码器两者识别出则不需要被发送)来补偿差异。
尽管已参照示例性实施例描述了本公开，但是可向本领域的技术人员提出各种改变和变形。本公开旨在包含落入权利要求的范围之内的这种改变和变形。

Claims (20)

1.一种在无线通信网络中的无线通信装置中执行前向纠错(FEC)的方法，所述方法包括：
在能力交换期间发送应用层前向纠错(AL-FEC)能力信息；
将单奇偶校验(SPC)AL-FEC码应用于k个源包的集合，以对所述源包的系统包以及至少一个奇偶包进行编码，每个奇偶包的头部包括奇偶包指示符；
在媒体访问控制(MAC)层和物理(PHY)层中处理编码后的包以进行传输。
2.如权利要求1所述的方法，其中，SPC AL-FEC码包括非交织模式和交织模式之一。
3.如权利要求2所述的方法，其中，当在非交织模式下应用SPC AL-FEC码时，对系统包以及所述至少一个奇偶包进行编码的步骤包括：
产生一个奇偶包的序号i；
产生k个源包的序号i+1、i+2、…、i+k；以及
对k个源包执行逐位异或，以计算具有序号i的奇偶包的净荷，其中，较短的源包临时填充有不被发送的虚拟零，
其中，奇偶包的序号被包括在奇偶包的头部中，k个源包的序号被包括在相应系统包的头部中。
4.如权利要求2所述的方法，其中，当以源包的x个子集在交织模式下应用SPC AL-FEC码时，对系统包以及所述至少一个奇偶包进行编码的步骤包括：
产生x个奇偶包的序号i、i+1、i+2、…、i+(x-1)，其中，每个奇偶包对应于源包的x个子集之一；
产生k个源包的序号i+1、i+2、…、i+k；
在x个子集间交织k个源包，使得具有连续序号的源包被分配到不同的子集；以及
通过对源包的相应子集执行逐位异或来计算每个奇偶包的净荷，其中，较短的源包被临时填充有不被发送的虚拟零，
其中，所述奇偶包的序号被包括在相应奇偶包的头部中，k个源包的序号被包括在相应系统包的头部中。
5.如权利要求1所述的方法，其中，对所述源包的系统包以及至少一个奇偶包进行编码的步骤包括：与SPC AL-FEC码相结合地执行汉明AL-FEC码。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
接收包括系统包和修正包中的至少一个的包块；
确定在接收的包块中是否丢失至少一个包；
当至少一个包丢失时，通过检查每个接收的包中的奇偶包指示符来确定接收的包是否被AL-FEC编码；
当检测到AL-FEC码时，确定所述至少一个丢失的包是否能够被恢复；以及
响应于确定所述至少一个丢失的包能够被恢复，通过使用接收的系统包和修正包来执行AL-FEC解码。
7.如权利要求6所述的方法，其中，确定接收的包是否被AL-FEC编码的步骤还包括：基于接收的奇偶包的编号来确定接收的包是否被交织。
8.一种用于在无线通信网络中的无线通信装置中执行前向纠错(FEC)的设备，所述设备包括：
发送器，被配置为用于与其它通信装置通信；
控制器，被连接到发送器并被配置为用于：
在能力交换期间发送应用层前向纠错(AL-FEC)能力信息；
将单奇偶校验(SPC)AL-FEC码应用于k个源包的集合，以对所述源包的系统包以及至少一个奇偶包进行编码，其中，每个编码后的包的头部包括奇偶包指示符；以及
在媒体访问控制(MAC)层和物理(PHY)层中处理编码后的包以进行传输。
9.如权利要求8所述的设备，其中，SPC AL-FEC码包括非交织模式和交织模式之一。
10.如权利要求9所述的设备，其中，当在非交织模式下应用SPC AL-FEC码时，控制器被进一步配置为用于：
产生一个奇偶包的序号i；
产生k个源包的序号i+1、i+2、…、i+k；以及
对k个源包执行逐位异或，以计算具有序号i的奇偶包的净荷，其中，较短的源包临时填充有不被发送的虚拟零，
其中，奇偶包的序号被包括在奇偶包的头部中，k个源包的序号被包括在相应系统包的头部中。
11.如权利要求9所述的设备，其中，当以源包的x个子集在交织模式下应用SPC AL-FEC码时，控制器被进一步配置为用于：
产生x个奇偶包的序号i、i+1、i+2、…、i+(x-1)，其中，每个奇偶包对应于源包的x个子集之一；
产生k个源包的序号i+1、i+2、…、i+k；
在x个子集间交织k个源包，使得具有连续序号的源包被分配到不同的子集；以及
通过对源包的相应子集执行逐位异或来计算每个奇偶包的净荷，其中，较短的源包被临时填充有不被发送的虚拟零，
其中，所述奇偶包的序号被包括在相应奇偶包的头部中，k个源包的序号被包括在相应系统包的头部中。
12.如权利要求8所述的设备，其中，控制器被进一步配置为用于：当对所述源包的系统包以及所述至少一个奇偶包进行编码时，与SPC AL-FEC码相结合地执行汉明AL-FEC码。
13.如权利要求8所述的设备，其中，控制器被进一步配置为用于：
接收系统包和修正包中的至少一个；
确定是否丢失至少一个包；
当丢失包时，通过检查每个接收的包中的奇偶包指示符来确定接收的包是否被AL-FEC编码；
当检测到AL-FEC码时，确定丢失的包是否能够被恢复；以及
响应于确定所述丢失的包能够被恢复，通过使用接收的系统包和修正包来执行AL-FEC解码。
14.如权利要求13所述的设备，其中，控制器被进一步配置为用于：当确定接收的包是否被AL-FEC编码时，基于接收的奇偶包的编号来确定接收的包是否被交织。
15.一种在无线通信网络中的无线通信装置中执行前向纠错(FEC)的方法，所述方法包括：
在能力交换期间发送应用层前向纠错(AL-FEC)能力信息；
将单奇偶校验(SPC)AL-FEC码应用于k个源包的集合，以对系统包以及至少一个修正包进行编码，其中，每个编码后的包的头部包括奇偶包指示符；
在媒体访问控制(MAC)层和物理(PHY)层中处理编码后的包以进行传输。
16.如权利要求15所述的方法，其中，AL-FEC码包括单奇偶校验(SPC)、卷积码和汉明码之一。
17.如权利要求15所述的方法，其中，SPC AL-FEC码对源包进行交织。
18.如权利要求15所述的方法，其中，AL-FEC码包括结合单奇偶校验的汉明码。
19.如权利要求15所述的方法，还包括：
接收包括系统包和修正包中的至少一个的包块；
确定在接收的包块中是否丢失至少一个包；
当至少一个包丢失时，通过检查每个接收的包中的奇偶包指示符来确定接收的包是否被AL-FEC编码；
当检测到AL-FEC码时，确定所述至少一个丢失的包是否能够被恢复；以及
响应于确定所述至少一个丢失的包能够被恢复，通过使用接收的系统包和修正包来执行AL-FEC解码。
20.如权利要求19所述的方法，其中，确定接收的包是否被AL-FEC编码的步骤还包括：基于接收的奇偶包的编号来确定接收的包是否被交织。
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