CN114389750A - 无线传输信息的方法、解码无线传输的信息的方法及接收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了在IEEE 802.11系统中利用HARQ使能数据传输的方法和装置。公开了一种由发送装置执行的方法，包括：基于多个数据帧计算多个冗余帧，将该多个数据帧发送到接收装置，以及，将该多个冗余帧的一组集合发送到发送装置响应接收确认而确定的接收装置。一实施例包括确定多个数据帧中的失败数据帧、请求多个冗余帧的一组集合、以及使用采用硬判决输入的解码器来恢复失败数据帧的方法。其它实施例包括接收器设备中的装置/接收装置，该装置使用采用软判决输入的解码器来实现对失败数据帧进行解码的方法。

Description

无线传输信息的方法、解码无线传输的信息的方法及接收 装置
技术领域
本发明的实施例一般涉及无线通信的领域。更具体地，本发明的实施例涉及在无线网络中利用混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ)进行数据传输的方法和装置。
背景技术
现代电子装置通常以无线方式(例如，使用Wi-Fi)与其它电子装置进行数据的发送和接收，而数据经常可能丢失或损坏。这可能是由于其它电子装置的干扰或无线数据传输的其它常见问题。由于这些原因，已经开发了几种用于可靠传输的技术，以便在需要重传时能够成功地传送打算发送给接收机的传输数据。
用于可靠数据传输的两种常用技术是自动重传请求(Automatic RepeatRequest，ARQ)和前向纠错编码(Forward Error Coding，FEC)。自动重传请求(ARQ)是一种要求接收方(也称为接收器、接收机)在成功接收数据后发送确认包(acknowledgementpacket)的技术。如果数据未被成功传送，则没有确认被发送至发送方。在这种情况下，当发送方没有接收到确认时，数据被重传。然而，自动重传请求(ARQ)的带宽效率相对较低，且接收器无法利用部分解码的数据开发潜在的频谱改进，因为接收机会丢弃任何未成功接收的数据帧。前向纠错编码(FEC)是一种使用纠错码对原始数据消息进行编码的技术，其包括冗余位(奇偶校验位)。前向纠错编码(FEC)的使用提高了传输可靠性，因为接收方可以纠正一定量的错误，而无需重新传输数据。
混合自动重传请求(混合ARQ或HARQ)是一种将前向纠错编码(forward error-correcting coding)与自动重传请求(ARQ)相结合的方案。利用HARQ，未被正确解码的数据帧不会被丢弃，而是被存储起来以便接收器稍后在解码之前与重传的数据帧相组合。在较差的信道条件下，HARQ的性能比自动重传请求(ARQ)好，而在信道条件相对较好时，由于增加了冗余位(redundancy)，HARQ的性能可能比自动重传请求(ARQ)差。在实践中，两种最常见的HARQ组合技术是追加合并(Chase Combining，CC)和增量冗余(IncrementalRedundancy，IR)。与CC结合的HARQ通过结合过去和当前的传输来增强解码，而增量冗余(IR)是通过分批发送附加的奇偶校验位来执行的，以便控制编码率。
当前在IEEE 802.11ax标准下，物理(Physical，PHY)层使用针对前向纠错编码(FEC)的低密度奇偶校验(low-density parity-check，LDPC)码，而媒体访问控制(MediumAccess Control，MAC)层使用针对自动重传请求(ARQ)的块ACK(Block ACK，BACK)。也就是说，在802.11中，自动重传请求(ARQ)和前向纠错编码(FEC)没有被结合，而是在不同的协议层被独立使用。在IEEE 802.11标准下引入HARQ会带来许多挑战。例如，如果HARQ仅在使用MAC协议数据单元(MAC protocol data units，MPDU)或聚合MPDU(Aggregate MPDU，A-MPDU)的MAC协议中使用，则关于重传请求，每次重传会携带不同的码字(或编码数据)，因为重传的码字由PHY使用不同的MPDU有效载荷和报头(例如，不同数量的定界符、不同的CRC/FCS位和/或不同的MAC报头)生成。因此，接收器无法组合当前和过去的码字来用于解码目的。此外，MPDU或A-MPDU可以跨越多个完整的和部分的码字(codeword)。这会导致码字不匹配，该不匹配也阻碍在接收器处组合重传的码字。另一方面，如果HARQ仅在LDPC码字级别使用，那么现有的802.11PHY层无法执行错误的LDPC码字的检测和请求重传，因为根据当前的IEEE 802.11标准定义的PHY层不具备支持基于码字的自动重传请求(ARQ)机制的能力。
发明内容
因此，需要一种通过调整现有的PHY和MAC层协议来符合新兴的IEEE 802.11标准(例如，IEEE 802.11be及更高版本)的HARQ方法及装置。
本发明实施例提供了用于根据802.11标准(例如，802.11be)执行HARQ功能的装置和方法，包括对PHY层和MAC层的最小改变。在发送方，基于前向纠错编码(FEC)帧(FECFrame-based，FECF)的编码器用于从数据帧生成奇偶校验(亦称冗余)帧。这些奇偶校验帧由发送方响应于接收方发送的自动重传请求(ARQ)请求而发送。发送方能够使用奇偶校验帧，以使用FECF解码器恢复丢失的数据帧。根据一些实施例，描述了使用完全应用(employed entirely)在MAC层上的FECF硬输入解码器(FECF hard input decoder)的HARQ硬方案(HARQ-hard scheme)。根据其它实施例，描述了使用在PHY层上采用的FECF软输入解码器(FECF soft input decoder)的HARQ软方案(HARQ-soft scheme)。发送方还可以通过适时地(opportunistically)传输一定数量的奇偶校验帧来补偿无线信道中的分组丢失(packet losses)。
根据一些实施例，本发明提供了一种无线传输信息的方法，其由发送装置执行。该方法包括：基于多个数据帧计算/生成多个冗余帧，其中，该多个数据帧包括数据位/比特(data bits)；将该多个数据帧发送至接收装置；接收来自该接收装置的第一确认，该第一确认指示该多个数据帧中的一个或一个以上在该接收装置处丢失；以及，响应于接收到该第一确认，向该接收装置发送该多个冗余帧的第一集合(set of the plurality ofredundancy frames)，其中，该发送装置和该接收装置根据IEEE 802.11标准的版本进行通信。
在一些实施例中，该方法还包括：在发送该多个冗余帧的第一集合之后，接收来自该接收装置的第二确认，该第二确认指示该多个数据帧中的一个或一个以上在该接收装置处丢失；以及，响应于接收到该第二确认，向该接收装置发送该多个冗余帧的第二集合，其中，该第一集合和该第二集合包括该多个冗余帧中的不同冗余帧。
在一些实施例中，该方法还包括：将该多个冗余帧存储在该发送装置的缓冲存储器(buffer memory/cache)中。
在一些实施例中，在接收该第一确认之前，将该多个冗余帧中的冗余帧适时地发送给该接收装置。
在一些实施例中，该多个冗余帧用于向该接收装置提供信息，以重建该多个数据帧的丢失数据帧。
在一些实施例中，该多个冗余帧中的每个冗余帧包括相应的报头(header)，该报头包括：该报头所处的相应帧是冗余帧的指示；以及，用于标识该相应帧所属的一群资料帧的序列号(sequence number)。
根据本发明的另一些实施例，提供了一种解码无线传输的信息的方法，其由接收装置执行。该方法包括：从发送装置接收包括数据位的多个数据帧；检查该多个资料帧，以确定该多个数据帧中的失败数据帧；向该发送装置发送请求，以请求该发送装置发送与该多个数据帧相关联的冗余帧；从该发送装置接收该冗余帧；以及，使用该多个数据帧中的数据帧和该冗余帧解码失败的数据帧，其中，该发送装置和接收装置根据IEEE 802.11标准的版本进行通信。
在一些实施例中，该多个冗余帧中的每个冗余帧包括相应的报头，该报头包括：该报头所处的相应帧是冗余帧的指示；以及，用于标识该相应帧所属的一群资料帧的序列号。
在一些实施例中，该方法还包括：在向该发送装置发送请求以请求该发送装置发送冗余帧之前，确定出该多个数据帧中被成功解码的数据帧的数目加上该多个冗余帧中被成功解码的冗余帧的数目小于预定值。
在一些实施例中，检查该多个数据帧以确定该多个数据帧中的失败数据帧是利用解码器实现的，该解码器被操作为用于解码低密度奇偶校验(LDPC)码并采用软判决输入(soft decision input)和硬判决输出(hard decision output)。
在一些实施例中，该方法还包括：确定该多个数据帧中的失败数据帧；发送对额外(additional，附加的)冗余帧的请求；从该发送装置接收该额外冗余帧；以及，利用该多个数据帧中接收到的数据帧和该多个冗余帧中接收到的冗余帧解码失败的数据帧。
根据本发明的一些实施例，提供了一种接收装置(或接收设备内的装置)，用于解码来自发送装置的无线传输的信息。其中，该接收装置包括：控制器，耦接到缓冲存储器且用于对接收到的数据帧的对数似然比(LLR)和接收到的冗余帧的LLR进行接收并将其存储在该缓冲存储器中；802.11解码器，用于对该接收到的数据帧的码字进行解码，并将该码字解码后的比特(decoded bits)传送到802.11MAC接口，其中，该802.11解码器耦接该控制器；该802.11 MAC接口，耦接该控制器和该802.11解码器，其中，该802.11MAC接口用于向该控制器提供标识该接收到的数据帧中的失败数据帧的指示；以及，冗余解码器，耦接到该控制器和该802.11MAC接口，该冗余解码器用于从该控制器接收指令，以利用存储在该缓冲存储器中的LLR解码该失败数据帧的比特(bits)。
在一些实施例中，该接收装置可操作为基于标识该接收到的数据帧中的失败数据帧的指示请求额外的冗余帧，以及，该冗余解码器可操作为利用存储在该缓冲存储器中的LLR和最新接收到的(last received)冗余帧的LLR对该失败数据帧的比特进行解码。
在一些实施例中，该802.11解码器和该冗余解码器驻留(reside at)在该接收装置的物理层上。
在一些实施例中，当该802.11MAC接口指示该失败数据帧的所有比特被成功解码时，该控制器还可操作为清除该缓冲存储器。
在一些实施例中，该接收装置根据IEEE 802.11标准的版本与该发送装置进行通信。
在一些实施例中，该接收装置还包括：解调器，耦接到该控制器和该802.11解码器，该解调器可操作为将接收到的帧的LLR传送到该控制器并将解调后的信号传送到该802.11解码器，以对该接收到的数据帧进行解码。
在一些实施例中，该802.11MAC接口可操作为从该802.11解码器接收该码字的该解码后的比特，并且进一步可操作为丢弃冗余帧的解码后的比特，以及进一步可操作为存储数据帧的解码后的比特。
在一些实施例中，该冗余解码器可操作为使用与该发送装置的冗余编码器所使用的相同的冗余校验矩阵进行解码，并且进一步基于MAC协议将该矩阵标识给该接收装置。
在一些实施例中，该冗余解码器仅将失败数据帧的解码后的比特输出到802.11MAC接口，以用于失败数据帧的识别。
本发明内容是通过示例的方式提供的，并非旨在限定本发明。本领域技术人员在阅读附图所示优选实施例的下述详细描述之后，可以毫无疑义地理解本发明的这些目的及其它目的。详细的描述将参考附图在下面的实施例中给出。
附图说明
通过阅读后续的详细描述以及参考附图所给的示例，可以更全面地理解本发明，其中：
图1是根据本发明实施例说明使用新颖的(novel)HARQ方案的示例性帧交换序列(frame exchange sequence)的框图。
图2是根据本发明实施例的示例性FECF编码器的框图。
图3A是说明用于执行HARQ传输的示例性方法的流程图。
图3B是说明用于执行HARQ硬解码(HARQ-hard decoding)的示例性方法的流程图。
图4针对使用4路正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)的HARQ硬方案示出了包错误率(Packet Error Rate，PER)作为信噪比(Signal-to-Noise ratio，SNR)的函数的示意图表。
图5针对使用16QAM的HARQ硬方案示出了PER作为SNR函数的示意图表。
图6针对使用4QAM的HARQ硬方案示出了每个数据帧的平均传输次数作为SNR的函数的示意图表。
图7针对使用16QAM的HARQ硬方案示出了每个数据帧的平均传输次数作为SNR的函数的示意图表。
图8针对HARQ硬方案描绘了吞吐率(每秒兆比特)作为SNR函数的示意图表。
图9A示出了用于在HARQ软(HARQ-soft)接收器处解码HARQ传输的示例性方法的流程图。
图9B示出了用于执行HARQ软解码的示例性方法的流程图。
图10是针对使用2/3基础码率(basis code rate)的HARQ软方案示出的误码率(BER)作为SNR函数的图表。
图11是针对使用3/4基础码率的HARQ软方案描述的BER作为SNR函数的图表。
图12是针对使用2/3基础码率的HARQ软方案示出的PER作为SNR的函数的图表。
图13是针对使用3/4基础码率的HARQ软方案示出的PER作为SNR的函数的图表。
图14是针对使用2/3基础码率的HARQ软方案示出的吞吐率(每秒兆比特)作为SNR的函数的示意图。
图15针对使用3/4基础码率的HARQ软方案示出的吞吐率(每秒兆比特)作为SNR的函数的示意图。
图16示出了示例性电子系统平台(platform)的框图，在该平台上可以实现本发明的实施例。
在下面的详细描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节，以便本领域技术人员能够更透彻地理解本发明实施例。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施一个或多个实施例，不同的实施例可根据需求相结合，而并不应当仅限于附图所列举的实施例。
具体实施方式
以下描述为本发明实施的较佳实施例，其仅用来例举阐释本发明的技术特征，而并非用来限制本发明的范畴。在通篇说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件，所属领域技术人员应当理解，制造商可能会使用不同的名称来称呼同样的元件。因此，本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区别元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区别的基准。本发明中使用的术语“元件”、“系统”和“装置”可以是与计算机相关的实体，其中，该计算机可以是硬件、软件、或硬件和软件的结合。在以下描述和权利要求书当中所提及的术语“包含”和“包括”为开放式用语，故应解释成“包含，但不限定于…”的意思。此外，术语“耦接”意指间接或直接的电气连接。因此，若文中描述一个装置耦接于另一装置，则代表该装置可直接电气连接于该另一装置，或者透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该另一装置。
其中，除非另有指示，各附图的不同附图中对应的数字和符号通常涉及相应的部分。所绘制的附图清楚地说明了实施例的相关部分且并不一定是按比例绘制。
文中所用术语“基本”或“大致”是指在可接受的范围内，本领域技术人员能够解决所要解决的技术问题，基本达到所要达到的技术效果。举例而言，“大致等于”是指在不影响结果正确性时，技术人员能够接受的与“完全等于”有一定误差的方式。
以下详细描述的部分以方法的形式呈现和讨论。尽管在描述该方法的操作的附图(例如，图3A、图3B、图9A和图9B)中公开了其步骤和顺序，但是这些步骤和顺序是示例性的。各实施例适合于执行各种其它步骤或本文附图的流程图中列举的步骤的变型，并且可以以不同于本文描绘和描述的顺序的其它顺序执行。
详细描述的一些部分是以过程、步骤、逻辑块、处理和其它可以在计算器存储器上执行的数据比特操作的符号表示的形式呈现的。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地向本领域的其它技术人员传达它们工作的实质的手段。在这里，程序、计算器执行的步骤、逻辑块、过程等通常被认为是造成期望结果的步骤或指令的自洽序列。这些步骤是需要对物理量进行物理操作的步骤。通常，这些物理量采用能够在计算器系统中存储、传输、组合、比较和以其它方式操作的电或磁信号的形式。有时，主要是出于常用的原因，将这些信号称为比特/位/位元、值、元素、符号、字符、术语、数字等已被证明是方便的。
然而，应当记住，所有这些和类似的术语都将与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量的方便的标签。除非从以下讨论中清楚地另有说明，否则应理解，在整个讨论中，使用诸如“访问”、“配置”、“协调”、“存储”、“传输”、“重新传输”、“认证”、“识别”、“请求”、“报告”、“确定”等是指计算器系统或类似电子计算设备的动作和过程，其操作和转换以物理(电子)量表示的数据。将计算器系统的寄存器和存储器转换为其它数据，类似地表示为计算器系统存储器或寄存器或其它此类信息存储、传输或显示设备内的物理量。
用于IEEE 802.11的新颖的HARQ方案
本发明实施例提供了用于根据802.11标准(例如，802.11be)执行HARQ功能的装置和方法，其包括对PHY层和MAC层的最小改变/微小改变。基于前向纠错编码(FEC)帧(FECFrame-based，FECF)的编码器用于从发送方(sender)的资料帧生成奇偶校验(parity，亦称冗余，redundancy)帧。这些奇偶校验帧(parity frames)被发送方发送，以响应接收方(receiver)发送的自动重传请求(ARQ)请求。根据一些实施例，发送方能够使用奇偶校验帧，以使FECF解码器恢复丢失的资料帧(datta frame)。根据一些实施例，本发明描述了HARQ硬方案，其使用FECF硬输入解码器，该FECF硬输入解码器完全(entirely)在MAC层采用(employed)。根据另一些实施例，本发明还描述了HARQ软方案，其使用在PHY层采用的FECF软输入解码器。发送方还可以通过适时地(opportunistically)传输一定数量的奇偶校验帧来补偿无线信道中的分组丢失。
图1根据本发明实施例示出了示例性的HARQ协议序列100，其包括原始的(original)数据帧115、120、125、130、块确认(block acknowledgement，BACK)135和奇偶校验帧(parity frame)140。在序列100中，奇偶校验帧(例如，奇偶校验帧140)是由发送方105使用码生成器矩阵(code generator matrix)从k个资料帧生成的。首先，发送方传输数据帧。数据帧1(115)由发送方105(“发送装置”)发送到接收方10(“接收装置”)。如本文所使用的，术语站点(station，STA)通常是指能够通过Wi-Fi发送和接收数据的电子装置，该电子装置不作为接入点(Access Point，AP)运行。发送方105和接收方10可以包括无线STA或AP。接收方110成功地(而没有错误)接收到数据帧1(115)和数据帧2(120)。数据帧3(125)未被接收方10成功地接收。在发送方105发送所有k个数据帧115、120、125和130之后，接收方10发送BACK，其指示哪些数据帧(如MPDU)已被成功接收或未被成功接收。在示例100中，BACK被从接收方10发送到发送方105，指示数据帧3(125)没有被成功解码。
基于BACK 135，发送方105能够识别出不成功的(failed)数据帧的数量。发送方105可以使用任意众所周知的预定算法规则之一来确定要发送到接收方10的奇偶校验帧的数量。在图1的示例中，发送方105确定出向接收方10发送仅一个奇偶校验帧140就足够了，从而可以在接收器侧重建数据帧3中的所有比特(bit)。一群(group of)k个资料帧和奇偶校验帧被发送方(105)和接收方(110)视为线性区块码(linear block code)的码字(codeword)。
在一实施例中，发送方侧的FECF编码器可以使用任何的系统区块码(systematicblock code)C(n,k,d)，其使得发送方能够从k个数据帧构造出r个奇偶校验帧，其中，C(n,k,d)为典型的区块编码的标准表示法，n是码字的长度，即FECF编码组的长度，k是消息的长度，即数据帧的数量，n＝k+r。下面的表I示出了从具有k个数据帧的编码矩阵Gk×n生成码字c的示例性过程，其中，ui,j和pi,j分别是第j个资料帧的第i个符号和第j个奇偶校验帧的第i个符号。FECF符号ui,j和pi,j可以被定义为比特(bit)、比特序列(sequence of bits)或调制符号(modulated symbol)。
Figure BDA0003284907180000101
c＝(u1，..，uk，pk+1，..，pn)的前k行(first k columns)表示原始的资料帧，其余的(n-k)行表示奇偶校验帧。每个数据帧的大小为L个比特或符号。虽然码C(n,k,d)可以是任意的区块码，但希望选择具有最佳或接近最佳故障校正能力的码C。
关于图2，根据本发明的实施例描绘了示例性的一系列的数据帧(如图中示出的MPDU)和奇偶校验帧(如图中示出的R-MPDU)。每个奇偶校验MPDU都带有MAC报头(header，HDR)和用于错误检测的帧校验和(frame check sums，FCS)。如图2所示，当FECF编码器使用C(n,k,d)码时，可以从k个数据帧(如MPDUs 205、210、215)生成r个奇偶校验帧(如R-MPDUs220和225)。这形成大小为n帧的FECF编码组(FECF Coding Group，FECF CG)。FECF CG是编码的MPDU帧的集合，其属于码C(n,k,d)的相同码字。发送方被操作为在缓存(buffer)中存储r个奇偶校验帧(例如，R-MPDUs 220和225)。FECF编码器要求所有MSDU的大小相同(例如，L个比特)。例如，这可以通过使用零填充(zero padding)来实现。发送方必须在奇偶校验帧(如R-MPDU)的HDR中包含一组预定义的元素或字段，供接收方识别该奇偶校验帧。
接收方可以使用R-MPDU 220和225来重构(reconstruct)包含在MPDU 205、210和215(以及发送的任何其它数据帧)中的没有被成功解码的任何原始数据。例如，在图2中，如果MPDU-2没有在接收器处被成功解码，则R-MPDU奇偶校验帧可用于重构MPDU-2(即，MSDU-2210)的有效载荷位(payload bits)。根据一些实施例，用于生成相同码字的MPDU和R-MPDU由接收器使用HDR中携带的FECF CG编号(number)和帧序列号(frame Sequence Number，FSN)来识别。FECF CG编号和FSN均由发送方根据预定规则解析在HDR中。
图3A是描绘用于在发送装置(发送机)处执行基于FECF的HARQ编码的示例性方法300的流程图。当HARQ编码器使用C(n,k,d)码时，发送方最多只能发送属于同一FECF CG的r个奇偶校验帧。
具体地，在步骤305处，发送方发送k个数据帧(例如，k个MPDU帧)。在步骤310处，发送方还可以在步骤305之后适时地/机会性地(opportunistically)发送α个奇偶校验帧。例如，发送方可以使用误码率估计(bit error rate estimate)PB和一些附加函数f(·)来确定要发送多少个奇偶校验帧，以在接收器处适时地补偿信道损失并重建丢失的帧。例如，可以通过根据先前接收的确认消息(例如，BACKs)计算信道中的平均错误数，或使用其它众所周知的错误估计方法来确定该误码率估计PB。适时地发送奇偶校验是一种预测信道中错误的方法，以便采用更简单的HARQ(如HARQ硬方案)的接收器能够管理冗余量和吞吐量。
在步骤315，根据最近接收的BACK更新该误码率估计PB。
在步骤320处，发送方根据从接收方接收到的BACK来确定所有发送的数据帧是否已被成功接收。在步骤330处，如果所有的数据帧都已经在步骤320被成功传送或者如果发送方在步骤325中已经发送了所有的r个奇偶校验帧，则发送方刷新存储所发送的帧的缓存。如果确定出一些数据帧丢失(在步骤320中)，或者，如果传送的属于同一FEC CG的奇偶校验帧的数量小于r(在步骤325中)，则在步骤315处发送方可以根据新接收到的BACK更新PB并且可以发送新的部分奇偶校验帧(在步骤310中)。在步骤330处，方法300结束并且可以刷新用于存储数据和奇偶校验帧的任何缓存(buffer)。
应当理解，对于解码，如上文关于图2所描述的，FECF解码器可以仅使用属于相同编码数据组和码C(n,k,d)的相同码字的那些奇偶校验帧。图3B是根据本发明实施例描绘的用于执行HARQ硬解码的方法350的示例性步骤的流程图。
在步骤360处，接收装置检查接收到的帧(例如，对接收到的帧进行FCS检查)，以确定任何失败的/不成功的帧。当接收装置(接收方/接收器)被操作为执行HARQ硬方案时，在MAC层上采用对硬判决输入(hard decision inputs)进行操作的FECF解码器。接收器能够使用FCS检查来确定出失败的帧(亦可称为错误帧)的位置。当错误帧的位置在FECF CG中是已知的时，FECF解码器能够利用码的故障能力(erasure capabilities)。步骤362确定是否至少k个帧被成功解码/接收以使得FECF解码器能够恢复大小为n个帧的FECF CG中的任意的失败资料帧。步骤363确定MAC是否已达到重试请求的限制。如果在步骤363处确定出已经超过重试限制，则方法350结束。
在步骤365处，如果在步骤363中确定出没有超过重试限制，则接收装置向发送装置发送请求，以请求发送与多个数据帧相关联的冗余帧(redundancy frames)。
在步骤370处，接收装置接收来自发送装置的冗余帧。方法350利用在步骤370处接收的冗余帧，继续步骤360。根据一些实施例，冗余帧包括每个冗余帧是否为冗余帧的指示和用以识别每个冗余帧所属的一群资料帧的序列号。
如果在步骤362处确定出成功接收到至少k个帧，则在步骤375处，利用接收到的数据帧和冗余帧解码任何失败的数据帧。例如，假设k＝5，r＝2，n＝7，当成功接收到k个帧(例如，3个数据帧和2个奇偶校验帧)时，可以根据接收到的帧恢复出失败的2个数据帧。在成功解码所有的数据帧后，将从MPDU中删除任何填充的零。可以从帧的定界符字段中跟踪帧的实际大小。在步骤375之后，方法350结束。
根据一些实施例，具有HARQ硬方案的系统模型使用以下参数：n＝64，L＝500字节(byte)，以及，α＝n(1-(1-PB)L)，其中，PB表示对比特错误率的估计。利用里德所罗门码(Reed-Solomon code)对k个数据帧进行编码，该码可以纠正多达r个故障(erasure)。通过补偿独立的帧丢失，奇偶校验帧的数量α被选择，以最小化数据包错误率(packet errorrate)。通过添加r个奇偶校验帧，冗余位被添加，其具有k/n的码率。信道被建模为在20MHz处的快速变化瑞利衰落信道(Rayleigh fading channel)，其具有2个调制编码方案(Modulation Coding Schemes，MCS)、速率R1＝16mbps的4QAM和速率R2＝33mbps的16QAM。
图4和图5分别针对使用4QAM和16QAM的HARQ硬方案示出了PER与SNR。可以理解地，对于使用4QAM和16QAM的两种情况，使用HARQ硬方案显著提高了整个传输功率范围内的平均PER。具体来说，如图4所示，对于16QAM，实现的编码增益可以达到14dB，对于4QAM可以达到4dB。在图4和图5中，曲线405和505代表理论的非HARQ，曲线410和510代表仿真的非HARQ，曲线415和515代表理论的HARQ硬方案，以及，曲线420和520代表仿真的HARQ硬方案。
图6和图7针对使用4QAM和16QAM的HARQ硬方案分别描绘了不同SNR下的每个数据帧的平均传输次数。值得注意的是，HARQ硬方案有利地降低了PER，从而产生较少的重传次数。因此，这改善了端到端延迟(延迟)。在图6和图7中，曲线605和705代表理论的非HARQ，曲线610和710代表仿真的非HARQ，曲线615和715代表理论的HARQ硬方案，以及，曲线620和720代表仿真的HARQ硬方案。
图8针对HARQ硬方案示出了以兆比特每秒(Mbps)为单位的吞吐率与SNR。当速率自适应(Rate Adaptation，RA)未被启用时，单独的HARQ硬方案是提高吞吐量的相对平庸的方案。然而，在RA被启用的情况下执行的HARQ硬方案可以有利地在具有QoS要求的系统中提供增益，以满足某个目标PER(例如，视频或音频应用)。如果系统即使对于最低可用的MCS也不能满足目标PER，则认为吞吐量为零是合理的，在这种情况下，QoS服务被中断。可以理解，在低到中等SNR状态下，在具有HARQ硬方案的系统中，吞吐量可以显著提高。
在图8中，曲线805代表具有16QAM的非HARQ，曲线810代表与RA联合启用以达到15％目标的HARQ硬方案，曲线815代表具有16QAM的HARQ硬方案，曲线820代表具有4QAM的非HARQ，曲线825代表具有4QAM的HARQ硬方案，曲线830表示具有RA和15％目标PER的非HARQ方案的基准(baseline)情况。
图9A描绘了包括用于执行HARQ软方案的PHY(物理层)-MAC协议交互的示例性装置900的框图。HARQ软方案是基于使用附加的LDPC解码器(亦可称为冗余解码器，在图9A中标注为FECF LDPC解码器905)的。FECF LDPC解码器本质上是利用软输入(soft input)的常规LDPC解码器(或称为软输入解码器)，其在802.11PHY层上使用。MAC层和PHY层协作，以解码传输、检测错误、控制解码和请求重传数据等。FECF LDPC解码器905使用存储在FECF缓存(cache)915(亦可称为缓冲存储器，其耦接FECF控制器910)中的比特的对数似然比(log-likelihood ratio，LLR)作为输入。控制器910存储在解调数据帧或奇偶校验帧之后获得的比特的累积(accumulated)LLR。
当成功接收到原始的数据帧时，FECF控制器910清除(clear)FECF缓存915。否则，发送方将所有比特的所有LLR存储在FECF缓存915中。802.11MAC模块(module)920(图中标注为“802.11MAC”)确定帧是否被成功接收，以及，奇偶校验帧和数据帧的LLR被FECF LDPC解码器905使用，以恢复任何失败的数据帧的比特。FECF LDPC解码器905的输入L(ci，j)和判决输出Q(ci，j)表示第j帧中的第i个比特。输出比特的序列Q(ci，j)被传递到802.11MAC模块920(亦可简称为802.11MAC层)。FECF LDPC解码器905的输入被FECF控制器910控制。在图9A中，LDPC解码器925是在802.11PHY标准中使用的常规LDPC解码器，其直接从解调器(demodulator)930接收输入并将数据帧的解码后的比特(decoded bits)传递到802.11MAC模块920，以进行FCS错误检查。在解调器930之后的奇偶校验帧不需要通过FCS，因为它们的LLR能够被FECF LDPC解码器905直接使用。虽然HARQ软方案的实现复杂度高于HARQ硬方案的实现复杂度，但FECF LDPC解码器905的引入能够显著提高吞吐量，因为其解码是使用数据位和奇偶校验位的LLR执行的。
图9B是根据本发明实施例描绘的用于使用HARQ软方案执行解码过程的示例性方法950的流程图。该方法可以根据图9B中描绘的框图执行如下。
在步骤955处，调制信号在解调器(如图9A所示的解调器930)处被接收。在解调之后，软判决输入(soft decision input，例如，接收到的比特的LLRs)被传递到LDPC解码器(如图9A所示的LDPC解码器925)和FECF控制器(如图9A所示的FECF控制器910)。也就是说，解调器输出LLRs。
在步骤960处，LDPC解码器对数据帧和奇偶校验帧的LDPC码字进行解码，以及，解码后的比特被传递到802.11MAC层(即图9A实施例中所述的802.11MAC模块)。在FCS校验之后，MAC丢弃正确解码的奇偶校验帧，并存储正确接收/解码的数据帧。
在步骤965处，接收到的数据位和奇偶校验位的LLRs被提供给FECF控制器，以及，这些LLRs被存储在共享的FECF缓存中。
在步骤970处，FECF LDPC解码器解码FECF编码的码字。数据位和奇偶校验位的所有LLRs必须属于同一个FECF CG。FECF解码器将存储在FECF缓存中的数据位和奇偶校验位的LLRs以及新接收到的奇偶校验位的LLRs视为LDPC码字。接收新的奇偶校验帧会增加更多的非零LLRs，从而提高解码成功的概率。FECF解码器和FECF控制器均由802.11MAC模块管理。请注意，FECF解码器对与尚未被传输的奇偶校验帧相对应的码字中的所有LLRs使用码打孔，例如，对于尚未被请求的所有j个奇偶校验帧，L(ci，j)＝0。由于其较差的特性，不建议针对HARQ软方案使用码缩短，例如，L(ci，j)>>0。
根据一些实施例，具有HARQ软方案的系统模型使用以下示例性参数：区块长度为64,800位以及基础码率(也称为母码率)为2/3和3/4的LDPC码、MPDU和R-MPDU帧为500字节，FECF CG长度为n＝648帧，其中，k＝432和k＝486个资料帧分别用于2/3和3/4码率。FECF编码符号(例如，上面定义的u(i,j)和p(i,j))的长度为100位。信道使用附加的高斯白噪声模型(additive white Gaussian noise model，AGWN)，带宽为20MHz，星座大小(constellation size)为4QAM，PHY速率为33Mbps。第一次传输携带k个数据帧，以及，随后的传输携带奇偶校验帧。接收器最多允许3次用于奇偶校验帧的请求，以纠正FECF CG中的失败数据帧。每次重试的奇偶校验帧数量为(n-k)/3个帧的固定值。通过传输有限数量的奇偶校验，可以有效地对码进行打孔以获得更高的码率。在FECF LDPC解码器905的输入处，丢失比特的LLRs被设置为零，例如，对于尚未被传输的第j帧中的第i个比特，L(ci，j)＝0。
图10描绘了用于HARQ软方案的BER与使用2/3基础码率的SNR的示意图。图11描绘了用于HARQ软方案的BER与使用3/4基础码率的SNR值。HARQ软方案能够在中至高的SNR状态下显著提高BER。当所有的奇偶校验帧都被传输时(在这个例子中，在重试3次之后)，HARQ软方案可以提供接近零BER的可靠传输。在图10和图11中，曲线1005和1105示出了HARQ未被启用时获得的BER的基线结果，曲线1010和1110示出了在传输1/3的奇偶校验帧后获得的BER结果，曲线1015和曲线1115是在发送方发送2/3的奇偶校验帧时的BER结果，曲线1020和1120表示所有的奇偶校验帧被发送时的BER结果。如图10和图11所示，由于在重试时奇偶校验帧的数量更多，因此较低的2/3码率比较高的3/4码率提供更好的性能。
图12描绘了使用2/3基础码率的PER与SNR的示意图，图13描绘了使用3/4基础码率的PER与SNR的示意图。当所有的奇偶校验帧都被传输完毕之后，HARQ软方案有望提供基本可靠的数据包传输。曲线1205和1305作为未启用HARQ软方案时的基线结果，曲线1210和1310表示在传输1/3的奇偶校验帧之后的结果，曲线1215和1315表示在传输2/3的奇偶校验帧之后的结果，以及，曲线1220和1320表示所有的奇偶校验帧被传输之后获得的结果。
图14描绘了使用2/3基础码率的吞吐率(Mbps)与SNR的示意图，图15描绘了使用3/4基础码率的吞吐率(Mbps)与SNR的示意图。在中低SNR值处，HARQ软方案明显优于非HARQ基线方案。在高SNR状态下，不需要纠错，因为增加的冗余帧本质上是数据速率损失，因为BER非常低。此外，除了吞吐量增益外，HARQ软方案针对2/3基础码率还可以将传输范围扩展至5dB。尽管由于增加的冗余帧而导致速率损失，但吞吐量增益可高达100％。在图14和图15中，曲线1405和1505表示不启用HARQ软方案时的吞吐量结果，曲线1410和1510表示传输1/3的奇偶校验帧后的结果，曲线1415和1515表示在传输2/3的奇偶校验帧之后获得的结果，曲线1420和1520表示所有的奇偶校验帧被传输之后的结果。
示例性电子系统
本发明实施例涉及具有可操作为根据IEEE 802.11标准(亦称Wi-Fi)发送和/或接收数据的无线能力的电子系统。图16描述了一种示例性的电子系统1612，其可以用作用于实现本发明实施例的平台。例如，系统1612可以是嵌入式无线装置、STA或AP。
图16示出了电子系统1612，其包括通信装置1608、中央处理单元/处理器1601、存储器(memory)1602(如非易失性的ROM)和1603(如易失性的RAM)、数据存储装置1604和其它的外围装置，例如可移动磁盘驱动器、闪存和/或光学存储装置。
通信装置1608的无线收发器1615使能系统1612直接地或通过网络与其它支持802.11的装置进行无线通信。通常，收发器1615由三个主要功能块组成：RF前端(RF frontend)1609、PHY基带(PHY baseband)模块1610(或称为802.11PHY接口)和802.11MAC 1611(或称为802.11MAC接口)。在MAC 1611和基带PHY 1610处，本发明实施例将在通信装置1608中被采用。具体而言，HARQ硬方案的功能被完全实现在MAC 1611中，而无需使用现有的片上系统802.11MAC架构更改任何硬件块。HARQ硬方案能够以软件实现，通常以微代码(microcode)方式，其运行在微控制器或嵌入式CPU上。一些功能可以实现在硬件中以加速计算。
根据与HARQ软方案相关的一实施例，无线收发器1615的802.11PHY 1610包括FECFLDPC解码器、共享的缓存、FECF控制器、位于前向纠错编码(FEC)控制器和常规的(conventional)LDPC解码器之间的接口(interface)，以及用于同步和时钟的任何其它相关接口。与HARQ硬方案相比，HARQ软方案需要在基带PHY 1610和MAC 1611这两者中进行一些微小改变。根据一些实施例，在启用HARQ软方案或HARQ硬方案的情况下，通信装置1608利用先前存储的数据和奇偶校验帧，通过组合当前和将来的奇偶校验帧来解码丢失的数据帧。HARQ编码器也被实现在发送方。例如，使用与接收方的附加协议交换，发送方可以使用以硬件或软件实现的FEFC编码器生成奇偶校验帧。应当理解，对于HARQ软方案或HARQ硬方案，在发送侧，FECF编码器的动作没有不同。
一些实施例可以在由一个或多个微控制器或嵌入式CPU执行的可执行指令的一般情况下进行描述，例如程序模块。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽像数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。通常，程序模块的功能可以根据需要在各种实施例中组合或分布。
在权利要求书中使用诸如“第一”，“第二”，“第三”等序数术语来修改申请专利要素，其本身并不表示一个申请专利要素相对于另一个申请专利要素的任何优先权、优先级或顺序，或执行方法动作的时间顺序，但仅用作标记，以使用序数词来区分具有相同名称的一个申请专利要素与具有相同名称的另一个元素要素。
虽然本发明已经通过示例的方式以及依据优选实施例进行了描述，但是，应当理解的是，本发明并不限于公开的实施例。相反，它旨在覆盖各种变型和类似的结构(如对于本领域技术人员将是显而易见的)，例如，不同实施例中的不同特征的组合或替换。因此，所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以涵盖所有的这些变型和类似的结构。

Claims (20)

1.一种无线传输信息的方法，其由发送装置执行，其特征在于，该方法包括：
基于多个数据帧计算多个冗余帧，其中，该多个数据帧包括数据位；
将该多个数据帧发送至接收装置；
接收来自该接收装置的第一确认，该第一确认指示该多个数据帧中的一个或一个以上在该接收装置处丢失；以及，
响应于接收到该第一确认，向该接收装置发送该多个冗余帧的第一集合，其中，该发送装置和该接收装置根据IEEE 802.11标准的版本进行通信。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
在发送该多个冗余帧的第一集合之后，接收来自该接收装置的第二确认，该第二确认指示该多个数据帧中的一个或一个以上在该接收装置处丢失；以及，
响应于接收到该第二确认，向该接收装置发送该多个冗余帧的第二集合，其中，该第一集合和该第二集合包括该多个冗余帧中的不同冗余帧。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：将该多个冗余帧存储在该发送装置的缓冲存储器中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收到该第一确认之前，将该多个冗余帧中的冗余帧适时地发送给该接收装置。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该多个冗余帧用于向该接收装置提供信息，以重建该多个数据帧的丢失数据帧。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该多个冗余帧中的每个冗余帧包括相应的报头，该报头包括：
该报头所处的相应帧是冗余帧的指示；以及，
用于标识该相应帧所属的一群资料帧的序列号。
7.一种解码无线传输的信息的方法，其由接收装置执行，其特征在于，该方法包括：
从发送装置接收包括数据位的多个数据帧；
检查该多个资料帧，以确定该多个数据帧中的失败数据帧；
向该发送装置发送请求，以请求该发送装置发送与该多个数据帧相关联的冗余帧；
从该发送装置接收该冗余帧；以及，
使用该多个数据帧中的数据帧和该冗余帧解码失败的数据帧，其中，该发送装置和接收装置根据IEEE 802.11标准的版本进行通信。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该多个冗余帧中的每个冗余帧包括相应的报头，该报头包括：
该报头所处的相应帧是冗余帧的指示；以及，
用于标识该相应帧所属的一群资料帧的序列号。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在向该发送装置发送请求以请求该发送装置发送冗余帧之前，确定出该多个数据帧中被成功解码的数据帧的数目加上该多个冗余帧中被成功解码的冗余帧的数目小于预定值。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，检查该多个数据帧以确定该多个数据帧中的失败数据帧是利用解码器实现的，该解码器被操作为用于解码低密度奇偶校验LDPC码并采用软判决输入和硬判决输出。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
确定该多个数据帧中的失败数据帧；
发送对额外冗余帧的请求；
从该发送装置接收该额外冗余帧；以及，
利用该多个数据帧中接收到的数据帧和该多个冗余帧中接收到的冗余帧解码失败的数据帧。
12.一种接收装置，用于解码来自发送装置的无线传输的信息，其特征在于，该接收装置包括：
控制器，耦接到缓冲存储器且用于对接收到的数据帧的对数似然比LLR和接收到的冗余帧的LLR进行接收并将其存储在该缓冲存储器中；
802.11解码器，用于对该接收到的数据帧的码字进行解码，并将该码字解码后的比特传送到802.11MAC接口，其中，该802.11解码器耦接该控制器；
该802.11MAC接口，耦接该控制器和该802.11解码器，其中，该802.11MAC接口用于向该控制器提供标识该接收到的数据帧中的失败数据帧的指示；以及，
冗余解码器，耦接到该控制器和该802.11MAC接口，该冗余解码器用于从该控制器接收指令，以利用存储在该缓冲存储器中的LLR解码该失败数据帧的比特。
13.如权利要求12所述的接收装置，其特征在于，该接收装置可操作为基于标识该接收到的数据帧中的失败数据帧的指示请求额外的冗余帧，以及，该冗余解码器可操作为利用存储在该缓冲存储器中的LLR和最新接收到的冗余帧的LLR对该失败数据帧的比特进行解码。
14.如权利要求12所述的接收装置，其特征在于，该802.11解码器和该冗余解码器驻留在该接收装置的物理层上。
15.如权利要求12所述的接收装置，其特征在于，当该802.11MAC接口指示该失败数据帧的所有比特被成功解码时，该控制器还可操作为清除该缓冲存储器。
16.如权利要求12所述的接收装置，其特征在于，该接收装置根据IEEE802.11标准的版本与该发送装置进行通信。
17.如权利要求12所述的接收装置，其特征在于，该接收装置还包括：
解调器，耦接到该控制器和该802.11解码器，该解调器可操作为将接收到的帧的LLR传送到该控制器并将解调后的信号传送到该802.11解码器，以对该接收到的数据帧进行解码。
18.如权利要求12所述的接收装置，其特征在于，该802.11MAC接口可操作为从该802.11解码器接收该码字的该解码后的比特，并且进一步可操作为丢弃冗余帧的解码后的比特，以及进一步可操作为存储数据帧的解码后的比特。
19.如权利要求12所述的接收装置，其特征在于，该冗余解码器可操作为使用与该发送装置的冗余编码器所使用的相同的冗余校验矩阵进行解码，并且进一步基于MAC协议将该矩阵标识给该接收装置。
20.如权利要求12所述的接收装置，其特征在于，该冗余解码器仅将失败数据帧的解码后的比特输出到802.11MAC接口，以用于失败数据帧的识别。
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