CN1273725A - 带有信息次序改变的自动重新传输 - Google Patents

Abstract

本发明涉及根据ARQ协议在无线电波传播路径上传送分组。该发明基于这样的思路,即,不是重复地重新传输相同的脉冲串组(即相同次序下脉冲串组所包含的相同信息),而是在改变信息的次序下重新传输。这是这样进行的,即不是从一个重发向另一个重发以类似的交织重新传输,而是改变交织方式。结果,把前一次传输中不正确接收的部分的内容传送到新位置上。从而,当组合信道校正电路的软值时,正确接收重新传输中的这一部分的概率大大提高。这样,尽管存在无线电波传输路径中的干扰,但无错地检波整个数据分组的概率是高的。

Description

带有信息次序改变的自动重新传输

本发明涉及在电信网络中传输数据分组，在其中发送端对数据块进行编码、把数据块分成供交织的更小部分并以短脉冲串的形式把这些小部分发送到无线电波传播路径，而且在其中接收端接收各短脉冲串和对其进行去交织以重建原始编码块。当接收端接收不合格的数据分组后，它要求发送端重发分组。重新传输协议是ARC(自动重复请求)。

当今的移动网络使二方之间的双向话音传输成为可能，当呼叫在同一个移动网络内或者通过电路交换PSTN/IDSN网络从一个移动网络到另一个网络行进时，每一方可以是移动网络的一个用户。用户之一也可以是电路交换PSTN/ISDN网络中的一个用户。在任何情况下，连接总是电路交换的，并且在整个数据传输期间为这二方的使用保留该连接。周知的GSM系统是电路交换移动网络的一个好例子。

当初把移动网络设计成用于高效的话音传输，而在当今的网络中数据传输率实际上相当低。近来，向移动台用户提供了通过电路变换移动网络而附着到分组交换互联网络上的机会。终端设备可以是该实际的移动台并包括适用的软件，或者终端也可以是和该移动台连接的计算机，在该情况下该移动台用于话音传输。这种无绳数据传输带有数据传输慢的缺点，因为GSM只对数据传输提供每秒9.6千比特的速率。

通过目前由ETSI(欧洲电信标准协会)规定的采用虚拟电路的GPRS(通用分组无线电通信)系统，这种情况得到改进。GPRS业务的目的是独立地运行现有的电路交换业务，而且尤其是利用电路交换业务中未使用的资源。GPRS系统部分地采用因特网协议，从而可把GPRS网络直接连接到因特网。逻辑上这样实现该系统：把它迭加到GSM系统上并增添二个新的网络元素。移动台可做成是双功能的，即它可充当常规GSM电话和可充当转发分组数据的GPRS电话。

由于在分组交换移动网络中和在电路交换移动网络中移动台和基站之间的链接都是无线电链路，故这些链路受到类似的干扰。

同时存在的连接造成相互干扰，干扰的幅度取决于用于连接的信道组、各连接的地理位置以及所使用的传输功率。通过在考虑干扰下把信道规划给不同的信元以及通过传输功率控制可以影响这些因素。同一信道可以再使用并且保持信号载波干扰比(CIR，C/I)为可接受的距离被称为噪声距离。图1示意干扰信号在接收处的作用。预计短脉冲串信号(所需信号)在接收时隙抵达。在该时隙的某相位上(通常在中间)该信号包含一个接收机知道的训练序列，依靠该训练序列接收机调整它的信道校正电路。若相同频率的干扰信号同时到达，则它全部地或至少部分地破坏所需信号。若如图中所示干涉信号滞后到达，则几乎不可能检测出所需信号结尾处的若干比特。若干扰信号的一部分和构成训练序列的那部分同时到达，则会全部丢失接收信号。干扰信号可以是同一传输的多路径传播分量，或者它可以是起源于不同的源但以所需信号的频率到达的信号。

由于在数字系统中采用高于所需要的CIR对连接质量的改进作用很小，故连接中所使用的传输功率被动态地控制。所需功率取决于移动台和基站之间的信道减弱、其它连接造成的干扰以及环境噪声。还可以例如通过采用定向天线减少干扰，在该情况下用较低的传输功率就可在接收机处达到相同的信号电平。

传输中多普勒漂移也造成干扰。从而其产生的频率改变造成所接收的短脉冲串的旋转，并且损害信道评估的精度，该评估是以训练序列为基准计算的，位于脉冲串中间的训练序列会向脉冲的尾端移动。这在图2中示出，在该图中信噪比在脉冲的中部是好的，但在端部和尾部变坏。

除了代表无线电信道质量的CIR之外，连接质量还受到在信道传送的信息信号对无线电信道中产生的传输错误的灵敏度的影响。通过在把信息传输到信道之前对信息进行信道编码和交织处理和通过对有毛病的数据帧采取重新传输，可使信息变为更抗传输错误的。

这在图3中示出。根据该图，发送端信道把发送数据编码成块、把块分成更小的部分并改变这些部分的次序(交织)。然后通过无线电接口以脉冲串形式把数据发送到接收端，接收端按相反的次序进行相同的操作。

信道编码的用途是，一方面使信息传送更抗传输干扰，并且另一方面用于检测传输错误。在信道编码下，向实际上要发送的用户数据增加冗余，通过这种冗余可以修正由无线电信道造成的错误并且可以在信号接收端检测不可修正的错误。信道编码尽管提供更好的抗干扰性，但它提高用于信息传送的带宽要求。

无线电波传播路径中产生的误码典型地是由数位的序列组成的错误脉冲串。单个误码总是要比若干连续出错误的序列容易修正。通过位交织可以明显地减小出现几个连续出错位的概率，在交织下在把信号发送到无线电波传播路径上之前按预定的方式混乱各位的次序。当在接收端处把各位的相对次序恢复到原状时，无线电波传播路径造成出错的各位不再相邻，从而更容易检测并修正出错。虽然提高了错误修正和检测，但交错在数据传输中产生小的额外延迟。

通过采用更强的信道编码和更深的交错，即使在比常规更差的无线电信道上也可以向接收机传送无错状态足够好的用户数据。在修正因减弱、干扰和多普勒漂移造成的脉冲串出错中，功率控制、交织和编码是常规使用的手段。在话音传输中，这些措施是充分的，因为在接收端可以通过构建在其中应用了先前接收的话音参数的替代帧来替代小数量的丢失的话音帧。在主要传送数据记录的分组交换网络中，这些方法本身不能提供足够低的误码率。

分组交换无线电网络可以采用已经在固定网络中使用的ARQ(自动重复请求)协议或者其变型，例如混合ARQ和类型II混合协议。ARQ是一种出错控制方法，该方法中接收终端包含用于检测传输错误以及自动发送重复请求的功能，在发送重复请求的情况下发送终端重发字符、代码块或报文直至其被正确接收或即使重复传输预定的阈值次数仍不能消除错误。

在类型II混合ARQ协议下，以这样的方式把要发送的数据划分成一些数据块，即首先用不编码的或轻微编码的形式发送某块的数据。若接收机请求重新传输，则该块被重复但是用不同的方式编码。通过组合各块，接收机可对传输译码并找到原始数据。在混合ARQ II中，总是重发整个无线电分组而不是它的一部分。

若在信道编码之外还使用交织，则交织序列应是短的，以避免为少量出毛病的点而重新发送已经正确接收的数据。另一方面，交织可从长的交织序列获益，因为这可使信道状态的影响变为最小。在组合重新传输和交错时，若重复的单元短于交织序列，则是不合适的。在请求重发的时刻，不可能知道以后能否通过取消交织以及卷积编码来修改该错误。若在取消交织以及卷积编码后从接收的分组中检测出错误，则必须重发所有构成交织序列的一部分的传输单元，因为在译码后不再知道错误位于哪些传输单元中。传输单元在这里指的是物理层的协议数据单元，其是传输路径中的任一可表明的资源。最常用的传输单元是脉冲串。

总之，可以指出为了解决和无线电链路的减弱相关的问题已经发展了各种ARQ协议。这些协议中的许多协议受到不能有效使用可得到的无线电资源的限制，而且它们妨碍使用有效的调制和编码方法，而利用这些调制和编码方法可以提高可使用的无线电资源的利用率并改进所提供的业务的质量。

在芬兰专利申请971811中公开一种去掉上述各种限制的方法，该专利的申请方是诺基亚移动电话有限公司，于1997年4月28日递交，公众尚不能得到它。

图4示出该方法的步骤，在步骤410，接收机接收信息，该信息涉及以什么方式把要发送的数据组织成分组和传输单元。在发送端，该数据按分组的长度划分成若干部分并对每个分组进行数据的交织和编码。接着一个一个地把分组划分成传输单元，每个分组至少划分成一个传输单元。要发送的关于该数据的组织的信息至少包括分组的数量和编号以及传输单元的数量和编号。

在步骤411，检查接收到的传输单元的质量，并且若满足标准则检波信号，即把该传输单元施加到检波器(步骤412)。若不满意其质量，则首先保存该传输单元(步骤413)，然后请求重新传输(步骤414)。当接收到重发的传输单元后，形成一个组合的传输单元(步骤415)。在步骤416检查该组合的传输单元的质量，若对其不满意，则在步骤413保存该组合并且再次请求重新传输。

若组合传输单元的质量是满意的，则在步骤412检波该单元。根据该方法，在信号检测之前组合原始发送的传输单元和重发的传输单元，并且在组合的传输单元的质量符合预定的质量等级之前一直请求重新传输。然后才检波信号。换言之，在检波之前用足够的时间累积同一个传输单元，以使累积的传输单元的质量足够高。

在接收处，累积传输单元直至累积的质量是可接收的。若分组由若干传输单元组成，则为了有可能去交织并译码分组(步骤417)，必须正确地接收(并检波)所有的传输单元。然后在步骤418检查该分组的正确性。根据分组的质量判定是否请求重新传输该分组的传输单元。例如，若CRC检查表明分组是有毛病的，则请求至少重新传输那些质量最差的传输单元，然后研究该分组是否变成无错误的。

依据上述专利申请的方法是通用的和可采纳的，但是它的一个缺点是它需要一种新协议。从而它不能应用于诸如GPRS系统的现有分组数据系统。另一个缺点在于，由于在大多数情况中在第一次发送分组期间无线电波传播路径干扰已出现在脉冲串的开头或结束处，故若干扰实际上保持不变则传输单元的重新传输和累积不起作用。在这种情况下，反复不正确地接收重新传输。此外，该方法不能去掉由于多普勒漂移造成的脉冲串旋转以及在脉冲串的开头和结尾处的信道评估畸变所引起的问题。

本发明的目的是一种使重新传输的要求为最小并消除由干扰和多普勒漂移造成的缺点的方法。

本发明的特征在其独立权利要求中公开。

本发明基于这样的思路，即，不是重复地重新传输相同脉冲串组(即相同次序下脉冲串组所包含的相同信息)，而是在改变信息的次序下重新传输。这是这样进行的，即不是从一个重发向另一个类似的交织重新传输，而是改变交织方式。从而，把前一次传输中不正确接收的部分的内容传送到新位置上。这样，大大提高重新传输中正确接收该部分的可能性。当在接收机处例如以芬兰专利申请971811中公开的方式组合重新传输时，分集增益将变高，而且尽管存在无线电波传输路径中的干扰，但无错地检波整个数据分组的概率也是高的。

本发明将借助附图更详细地得到说明，附图是：

图1示出干扰对所需信号的影响，

图2表示多普勒效应在接收处的影响，

图3说明传输处和接收处的数据处理，

图4表示接收机处的重发的组合，

图5示出分组传输的操作，

图6表示原始脉冲串组的内容，

图7说明被重发的脉冲串组的内容。

图5示出分组的传输。该图是简化的并且只针对一个分组。通常原始分组包括一个标题字段或标题字段组和一个数据部分。通过编码方法对该组编码，产生一个包含n个位的编码数据块。若需要，可以接着通过该块的伪随机混乱改变各位的次序。然后，根据交织深度把编过码的分组中的位划分成长度相等的块，并且进而把各块分成二部分。在图5中，用实的垂直线分隔各块，而块中的二个部分用虚线分界。在图中从左开始把块的各部分命名为：A-C、E-G、B-D和F-H。这种看起来独特的命名法是出于后面更为清楚的方便原因得到的。在该列中，交织深度N仅为4(以四个连续的脉冲串发送块)，但在块的各部分上进行交织。在同一个脉冲串中发送部分A和B、在下一个脉冲串中发送部分C和D，第三个脉冲串中是部分E和F，而部分G和H在第四个脉冲串中。在该图中，以1到4相继地对各脉冲串编号。可以看出，同一脉冲串中发送的部分不是相邻的，在它们之间相隔三个部分(＝N-1)。

在实际数据传输中，采用大得多的交织深度，每个脉冲串包含来自若干分组的位。

图6示出根据图5脉冲串1-4含有哪些位。在该例中，如GSM和GPRS系统中那样，训练序列定位在脉冲串的中间，从而它把脉冲串分成二个块。在训练序列的前面和后面有一个偷用位，表示这半个脉冲串是否暂时为非数据分组的位传输的其它用途保留。

图6图形地示出这样的事实，已划分成各块的编码数据分组中的块A位于第一脉冲串的前半个脉冲串中，并从最低有效位LSB开始。从而，最高有效位MSB位于靠近训练序列处。相应地，块B位于第一脉冲串的后半个脉冲串中，从最低有效位LSB开始。最高有效位MSB位于该脉冲串的结尾。

对应地，块C和D位于脉冲串2的二个一半中，块E和F位于脉冲串3的二个一半的脉冲串中，而块G和H位于脉冲串4的二个一半的脉冲串中。

发送端把各分组发送到无线电波传播路径，按上述方式每个分组交织到四个脉冲串中。发送方可向接收方提供有关分组数量、其编号、每个分组在多少个脉冲串中发送信息以及其它所需的信息。接收机例如可根据图4操作。前面已对该操作做出说明。接收机的操作本身不是本发明的要点。本发明的要点在于若接收到有毛病的数据分组接收机和系统则请求重新传输该分组。但最好系统采用重新传输编码，即在接收机的存储器中存储有毛病的值以及因此废弃的数据块并且在重新传输抵达时利用它们。

因为分组是在几个脉冲串中发送的，故必须首先按次序接收所有的脉冲串以便有可能去交织和译码出分组。然后检查分组的正确性。若，例如，CRC检查示出该分组是有毛病的，则请求重新传输该分组并接着研究该分组是否变成没有毛病的。然而，依据本发明，不是在和第一次传输中相同的交织下而是在改变交织下发送该分组。

图7示出重新传输的脉冲串组，在其中已改变了交织方式。虽然依据图6在原始分组中从脉冲串1到脉冲串4的交织次序是A-B、C-D、E-F、G-H，但在重新传输中交织次序是F-G、H-A、B-C、D-E。这样，例如若曾不正确地接收具有部分C和D的原始脉冲串2，则在该分组的重新传输中这些块位于不同的脉冲串中。现在C在脉冲串3的后半个脉冲串中而D在脉冲串4的前半个脉冲串中。因为这些部分位于不同的脉冲串中，故至少一个脉冲串并从而部分C或D被正确接收的概率大为增加。

可以从图中看出，原始脉冲串组的后半部分中的数据在重新传输中转移到脉冲串的前半部分。当在接收机处累积重发下接收的值以及原始的值时，很有可能尽管在半个脉冲串期间出现多普勒漂移及强干涉，但对于重构无错的分组仅仅一次重新传输就足够了。

在图7中，仅通过交换它们的相对位置重新交织了位于重新传输中各半个脉冲串中的各个部分。

若接收机请求第二次重新传输该分组，则和相继的脉冲串的内容有关的传输次序例如为H-A、B-C、D-E、F-G。相对于前一次重新传输，位于脉冲串尾部的各部分移动到脉冲串的端部，并且改变了后半个脉冲串的内容。尤其要注意，原始位于脉冲串尾部的数据在重新传输中移动到和脉冲串中间处的训练序列相邻。这是有好处的，因为尤其在脉冲串的中间区域信道修正是最为有效的。若需要第三次重新传输，就再次根据本发明的原则重新交织各个部分。

可用一个可普遍适用的公式表达被定位到半个脉冲串中的数据块的移动：

(N+1)MOD M，其中0≤N＜M并且M是交织深度。

在重新传输中采用重新交织的本发明的方法比起常规方法具有几个优点，因为：

本质上改进了分成部分的脉冲串的抗干扰性，

由多普勒漂移在脉冲串尾部造成的旋转不是有害的，因为把位于脉冲串尾部的信息交织到脉冲串的端部，

对信令的要求是小的，并且该方法可应用到诸如GPRS系统的现有系统。

该方法非常简单易于实现。本方法所增添的特性主要是发射机必须以进行重新交织的方式通知接收机。

重新传输的交织提高了无线电波传播路径上的被发送分组的通过量并且提高了编码的耐用性。

无线电链路的使用变得不那么关键，因为用重新传输和重新交织应付快速减弱，同时用各种编码模式应付常规的慢减弱。

虽然上面说明的例子涉及其中交织深度为4并且同一个脉冲串中的数据属于同一个分组的情况，但很明显本发明不限于该例子。任何交织深度都是可能的，并且构成一个脉冲串的二个半个脉冲串的数据信息可以属于不同的分组。重新交织可以比直接式(N+1)MOD M置换更加复杂。可以不必重发整个数据分组，而只是发送它的一些部分。在这种情况下，接收处的过程可类似于芬兰专利申请971811中所公开的过程。若在一个脉冲串中存在错误，则在重新传输中可以发送一个其中二个半个脉冲串中所包含的数据的位置已被改变的脉冲串，或者发送二个其中的各个半个脉冲串中定位着原始脉冲串的各个数据部分的脉冲串。业内人士周知这些不同的方法。

Claims (10)

1.一种用于在对数据传输采用ARQ协议的系统中在无线电波传播路径上从发射机向接收机发送分组交换数据的方法，其中接收采用信道校正电路的软值的组合，并且其中被发送的分组的各个位按照交织深度划分成长度相同的连续块以便作为多个无线电脉冲串发送，

其特征在于，响应重复请求而以不同于前一次传输的方式交织分组的各个块。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按脉冲串中为用户数据保留的部分的长度一半把每个块分成二个相等的部分。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在重新交织中，把块的位于脉冲串的尾部的部分移动到脉冲串的前端部，从而该脉冲串的最后的那些位将位于该脉冲串的中部附近。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在重新交织中按如下的置换移动各个部分：

(N+1)MOD M，其中0≤N＜M并且M是交织深度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应重复请求，在重新交织的形式下发送分组的所有块。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应重复请求，只发送接收处未接收到的脉冲串，但发送时改变该脉冲串中各部分的位置。

7.一种用于利用ARQ协议从发射机向接收机发送分组交换数据的系统，其包括：

一个发射机部分，用于构造要发送的数据的分组、编码各分组并且按照交织深度把分组的各个位划分成相等的连续块以及按多个脉冲串发送各个块，

一个接收机部分，当需要时它请求重新传输某已接收的分组或脉冲串，它包括用于组合最初接收的分组和重发的分组的装置并且可能包括用于组合原始脉冲串和重发脉冲串的装置，在组合的分组或组合的脉冲串超过预定的质量等级之前一直反复请求重新传输，

其特征在于，响应重复请求，该发射机部分以不同于前一次传输的方式交织分组的各个块。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，发送部分按脉冲串中为用户数据保留的部分的长度一半把每个块分成二个相等的部分。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，在重新交织中，发送部分把位于脉冲串的尾部的块移动到脉冲串的前端部，从而该脉冲串的最后的那些位将位于该脉冲串的中部附近。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，发送部分以进行重新交织的方式通知接收部分。

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