CN1077372C - 前向差错校正的方法及其数据单元 - Google Patents

Abstract

数据通信系统中一种改进的前向差错校正方法包括以下步骤：接收一个含有填充符号的数据帧(401)，检测数据帧中的差错(403)，用预定符号取代该填充符号(413)，确定何时差错已校正(415)。检测(403)差错包括执行第一奇偶校验(407)，最好是CRC计算，这在取代填充符号后的第二次检测中重复进行，以确定差错何时已校正。当取代填充符号后校正差错时，可以放弃自动重发请求(ARQ)，从而能节省信道容量。

Description

前向差错校正的方法及其数据单元

本发明涉及前向差错校正，具体涉及但并不限于一种用于通信系统的改进的前向差错校正的方法。

通信系统需要应用一些通信信道，这些信道都是不理想的带宽有限的通路，信息要在其上传送或传输。这些信道使得在单位时间内可传送的信息量受到限制，这种限制称为“信道容量”。信道容量与信道的其它特性(诸如各种形式的噪声干扰)一起按照统计概率将使得或导致在信道上传送的信息中出现差错。这样的后果在无线信道(诸如由无线电通信系统特别是无线电数据通信系统使用的那些无线信道)上特别明显。本技术领域内的专业人员长期以来业已承认这种现象，并在不同程度上成功地开发出了应付非理想信道的影响的一些方法。

这些方法之中的某些方法包括前向差错校正(FEC)和后向差错校正(BEC)。FEC包括诸如各种形式的编码或冗余或在传输时信息复制之类的技术，以在信道上在通信期间或通信结果中不管是否发生差错，都能保证恢复出正确的信息。与之相对照，BEC包括诸如自动传输重发请求(ARQ)或各种确认协议之类的技术，以在发生差错时能保证最终得到可应用的正确信息。在任何情况下，所有的大多数形式的FEC，尤其是BEC都需要一部分信道容量，因而至少在理论上要损失一些本来可以通过信道传输的信息量。显然可以看出，现在需要一种前向差错校正的方法，用以使信道容量的影响最小。

本发明是新颖的，其特征具体体现在所附的权利要求书中。但在这里，参照以下附图阅读下文的详述将会充分地了解本发明及其优点。

图1示出适用于本发明的一个实施例的无线通信系统的方框图。

图2示出适合用于图1所示系统的数据终端的方框图。

图3示出有利于安排来应用本发明的实施例的一个示例数据帧。

图4示出按照本发明优选的方法实施例的流程图。

总地说来，本发明涉及一种用以在一个数据通信系统中提供前向差错校正的方法。该方法包括：接收一个数据帧；其中含有一个或多个填充符号；检测该数据帧中的差错；用一个预定的符号代替该填充符号；确定差错已校正的时间。在另一个实施例中，如果差错未被校正，则可以请求一个传输重发，而当差错已经校正时，便能放弃这样的重发请求。检测差错的过程可包括计算循环冗余校验(CRC)码校验的和值。在又一个实施例中，当差错未被校正时，可请求一个传输重发，而当差错已校正时，可确认该数据帧。在这个实施例中，检测差错的过程包括计算或执行第一奇偶校验，以及计算循环冗全校验(CRC)码校验的和值。

参照附图阅读详细说明可以深入了解本发明，其中，图1示出按照本发明的优选实施例工作的无线通信系统的方框图。在图1中，基站101通过一个信道103与带有天线105的数据终端107相通信。虽然，图中仅画出一个基站、一个数据终端机和一个信道，但本领域的技术人员知道，本发明可应用于包括多个基站、多个数据终端或多个信道的较复杂的系统。信道103具有相关联的射频频率，其上运载数据信息是调制的无线电波。

参看图2，图中与图1相同的部件用相同的参考号来标注，该图中示出数据终端(107)的方框图，它还耦合到天线105上。这里，天线105耦合到接收机201和发射机209上。接收机201与解码器203耦合，解码器203相耦合到校验器205上。控制器207耦合到解码器203、校验器205和编码器211，并对它们控制。编码器211耦合到发射机209上。从总体运行来看，图2的数据终端107调谐到信道103的射频上，接收和解码数据，以在校验器205的输出端210提供其输出。另一种可替代的方案是，编码器211输入端212得到的数据被编码，并耦合到发射机209，以信道103的射频发送出去。图2所示的功能单元众所周知，读者参阅题为“RPM405iRadio Packet Modem指定的68P04010C70”的摩托罗拉技术手册可得到关于这些单元的进一步细节信息。

参看图3，该图示出一个典型的数据帧，诸如是摩托罗拉的RDLAP(无线电数据链路访问程序)中规定的数据帧，它可以包括一个头标301、数据部分303、填充部分304、305、……、311和CRC字段313。该数据帧结构通常适用于数据通信系统，有益于各种差错校正协议，或管理与数据传输有关的额外开销(overhead)。一般，数据包有固定长度，或可能是小量的固定长度中的一种。该帧结构的具体结构与通信系统通过信道103传输所应用的协议有关。

头标301可含有目的地单元或始发单元(诸如数据终端107和基站101)的地址、控制和格式信息，(诸如帧的类型、帧序号以及帧内的数据数目和填充符号)。数据部分303通常具有可变的长度，受数据帧的总体制约。填充符号304、305、……、311个数可变，跟随在数据部分303后面，相应于帧的制约，比数据部分303的长度或总量小些。所有填充符号都是预定的符号(诸如交替的1010二进制码型)，通常由协议来限定，并示为图3的A(304、305)。因传输差错而不正确地接收的不正确的填充符号310示为A’311。循环冗余校验(CRC)字段313含有一个CRC码，它是按照众所周知的技术利用数据帧的头标301、数据部分303和填充部分来计算的。

在正常的系统操作的情况下，控制器207在接收机201与发射机209之间作仲裁，根据协议的要求，使它们交替地分别实现接收或发射的通信功能。当接收机201起作用或接收时，由天线105拾取无线电波传送给接收机201，解调成为数据符号。将该符号传送给解码器203执行FEC解码，去掉任何其它的冗余，并在差错编码的界限内校正，以传输差错。解码器203的输出即图3的数据帧传送到校验器205。这样，接收机201与解码器203一起工作，以接收含有一个或多个填充符号的数据帧。校验器205计算第一奇偶校验(例如CRC码)，将它与一个期望的奇偶校验(例如含在CRC字段313内的CRC码)相比较，以确定该帧是否含有任何附加的、未校正的差错。如果该帧无差错，则可接收并传送到输出端210，以作进一步处理。如果第一奇偶校验指出该数据帧含有差错，则控制器207令校验器205作进一步差错校正的尝试，这将在下文详细说明。

综上所述，任何推测的不正确的填充符号(诸如符号A’310)用预定的符号(这里是A)来取代，以提供一个修正的数据帧。然后，校验器205执行第二奇偶校验(例如修正的数据帧中的第二CRC校验)。接着校验器205通过将第二CRC校验与接收的在CRC字段313内包含的CRC码相比较，确定何时第二奇偶校验具体是CRC校验指明在该修正数据帧中的差错。如果该修正数据帧不含任何差错，则它被接受并通过，以作进一步处理。如果修正数据帧仍发现含有未被校正的差错，则拒斥该数据帧。控制器207产生一个“再传输”请求，并传送到编码器211。

参看图4，该图示出本发明优选实施例的一种改进的用以在数据通信系统中前向差错校正方法的流程图。其差错校正在步骤401开始。在步骤401，初始接收一个完全的数据帧，它含有一个或多个填充符号。然后，在步骤403，检测该数据帧内的差错。优选实施例中，步骤403是通过执行全部前向差错校正(如果在协议中固有的话)在步骤405完成的。在步骤405对于采用具体的FEC技术校正尽量多的传输差错。在步骤407最好通过计算循环冗余码来对该数据帧执行第一奇偶校验；在步骤409，将计算得的CRC与数据帧中CRC字段313内的CRC码相比较，以确定该计算得的CRC何时有效或是否有效。

如果CRC字段311内的CRC码等于计算得到的CRC，则数据帧中不含传输差错，程序前进到步骤425。否则，认为数据帧含有一个或多个未校正的传输差错，程序前进到步骤411，检查数据帧，以确定填充符号(具体地说是或然的填充符号)的位置。帧头标301可提供这个信息，或是帧内容的检查，亦即找出例如后面跟随着与符号A’310不一样的预定的填充符号A305便能显露出或然的填充符号的位置。

在确定填充符号的位置之后，在步骤413，用代表一个填充符号的预定符号代替该填充符号或该填充符号的或然位置的内容，以提供一个修正的数据帧。然后，步骤415执行确定该修正的数据据帧中的差错何时或是否已被校正。在步骤415中，开始在步骤417最好通过重新计算循环冗余校验码来执行该修正的数据帧的第二奇偶校验。然后，在步骤419将此CRC与CRC字段313中的CRC相比较，以确定何时或是否该CRC有效。当该CRC元效时，第二奇偶校验指明修正的数据帧中有差错，从而认为原来的和修正的数据帧无效，程序前进到步骤421。否则，当第二奇偶校验指明所有差错已经校正时，便认定修正的数据帧有效，程序前进到步骤425。

在步骤421，发送一个自动重发请求(ARQ)。这是对基站101的一个指示，它指明由数据终端107接收的数据帧不正确并且基站101应重新发送该数据帧。然后，在步骤423舍弃该无效的数据帧并在步骤401接收重新发送的数据帧。另一方面，如果在步骤409所指示的原来的数据帧，或如果步骤419所指示的修正的数据帧中无差错，则在步骤425分析该有关的数据帧，取出包标内容诸如帧序号、格式信息和各个协议成分。在步骤207，对所有这样的成分或参数被检查其有效性。对于并不符合传输协议的数据帧，程序前进到步骤421，而对于通过协议有效性检查的那些数据帧，该程序前进到步骤429。

在步骤429，可由数据终端107向基站101发送一个可任选的数据帧确认(ACK)，并在步骤431接受该相应的数据帧为有效的数据帧。按这种方式，只当第二奇偶校验指明有差错时，才发生传输重发的请求。否则，当第二奇偶校验未指明在修正的数据帧中有差错时，不发这样的请求，从而对于平常用于校正错误接收的填充符号的信道容量可在一定程度上有益地减小。

本领域的技术人员理解这里揭示的装置和方法提供出一种实现改进的前向差错校正的方法，它不需使用宝贵的信道容量也不必增加数据传输延时。这种有创造性的方法可有益地用在无线分组数据或者其它的通信装置或系统中，来提供前向差错校正。为此，本发明通过提供一种不使用附加信道容量的示例性前向误差错正形式，来满足无线数据通信的长远需求。

本领域的技术人员显然知道，这里公开的发明可在很多方面改动，可采用许多种不同于上面具体地给出和说明了的优选形式的实施例，因此，所附的权利书意在覆盖对本发明的所有改动，它们都包罗在本发明的精神实质和范围之内。

Claims (17)

1.一种用以在具有差错校正的数据通信系统中使用的改进的前向差错校正的方法，其特征在于包括以下步骤：

接收一个数据帧；

检测所述的数据帧中的差错；

用一个预定符号代替数据帧中的一个可能的填充符号；

确定所述差错是否已被校正。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括以下步骤：当所述的差错未被校正时请求一个传输重发，当所述差错已被校正时放弃所述的传输重发请求。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的检测差错包括执行一个奇偶校验。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述的检测差错包括计算循环冗余校验(CRC)码校验之和。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括在检测差错的步骤之前，执行数据帧的前向差错校正的步骤。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述的检测差错是否被校正的步骤包括执行一个奇偶校验。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述代替步骤包括在数据帧中确定填充符号的可能位置，并用预定的符号代替可能位置的每个符号，包括所述可能的填充符号，其中预定符号代表一个填充符号。

8.一种在无线数据通信系统中使用的、改进的前向差错校正的方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收一个数据帧；

在所述数据帧中执行第一奇偶校验；

当所述第一奇偶校验指明所述数据帧中有差错时，用一个预定符号取代数据帧的一个可能的填充符号，以提供一个修正的数据帧；

对所述修正的数据帧执行第二奇偶校验；

确定所述第二奇偶校验是否表示所述修正的数据帧中有差错。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于，还包括以下步骤：在所述的第二奇偶校验表示有差错时请求一个传输重发，而在所述的第二奇偶校验未指明在所述的修正的数据帧有差错是放弃上述的传输重发请求。

10.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述第一奇偶校验包括计算循环冗余校验(CRC)码校验之和。

11.根据权利要求8的方法，其特征在于还包括以下步骤：当所述第二奇偶校验指明有差错时请求一个传输重发，并当所述第二奇偶校验未指明在所述的修正数据帧中有差错时确认所述数据帧。

12.根据权利要求11的方法，其特征在于所述第一奇偶校验包括计算循环冗余校验(CRC)码校验之和。

13.一种数据单元，包括

一个可操作的用于接收一个数据帧的接收机；

一个连接到接收机的差错检测器，当所述数据帧中存在差错时，该差错检测器可操作的进行检测，并且用预定符号取代数据帧中的可能的填充符号。

14.根据权利要求13的数据单元，进一步包括：

一个解码器，它被连接在接收机和差错检测器之间，可操作的从接收机接收数据帧，对数据帧执行前向差错校正，并向差错检测器提供前向差错校正数据帧。

15.根据权利要求13的数据单元，其特征在于当在执行奇偶校验时存在一个差错时，差错检测器可操作的进行检测。

16.根据权利要求13的数据单元，其特征在于差错检测器可操作的用于确定数据帧中填充符号的可能位置，并用预定符号取代可能位置的每个符号，它包括所述可能的填充符号，其中预定符号代表一个填充符号。

17.根据权利要求16的数据单元，进一步包括连接到差错检测器的一个控制器，它响应来自于差错检测器的指明在数据帧中存在差错，产生一个重发传输请求，其中在数据帧中用预定符号代替可能的符号。

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