CN1823489A - 使用多路传输的多输入多输出系统的分组重发 - Google Patents

使用多路传输的多输入多输出系统的分组重发 Download PDF

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Abstract

一种用于通过网络转发数据分组的协议。始发发射机通过网络发送数据分组给目的地接收机。由网络内的一个或多个中继器转发所述分组。如果目的地接收机不能正确地接收所述分组(例如，如果从接收机返回NACK信号或者如果没有从接收机返回确认信号类型)，则中继器承担开始重发所述分组的职责。通过多个中继器重发所述分组可以有效地修改数据分组到达接收机的数据路径，增加了所述分组到达接收机的概率。可以配置所述发射机不响应其已发送分组的任何NACK信号，从而将重发开销和信令开销转交给中继器。这在其中发射机是电池供电设备并且中继器是不限定功率的设备的网络中特别有用。

Description

使用多路传输的多输入多输出系统的分组重发
本发明涉及无线网络，并且尤其涉及用于加强无线网络上发射机和接收机之间通信效率的方法和设备。
最近越来越多地使用无线网络在办公室以及家庭中进行多设备之间的通信。这样的网络通常由设备之间存在多个可能通信路径或信道来表征，其中每条路径易受影响而改变传输效率，尤其当设备在网络内来回移动时或者当传输中的障碍物在各种设备的天线之间来回移动时或当RF能量散射物体在网络区域内来回移动时。
在一个典型的传输网络中，发射机发送数据分组到接收机设备，所述接收机设备利用确认(ACK)信号来确认分组的正确接收。如果由接收机接收的数据包含误差或者仅仅接收到部分传输，则接收机以否定确认(NACK)信号作出响应。存在用于处理接收机根本没有接收到部分分组情况的各种协议。例如，如果发射机在预定时间周期内没有接收到确认类型，则它假定传输的完全失败并且在稍后时间重试传输。
先前已经使用了网络中多传输路径的可用性以增加设备之间传输数据分组的可靠性。通过每个设备上的多个天线、和/或通过若干不同收发信机节点和发射机与接收机之间的传输路径可以提供多输入多输出(MIMO)设备环境中的多传输路径。
US2003/0012318描述一种系统，其中从发射机传输到接收机的数据被分成块，每个块在单独天线上传输。接收机查看是否已经接收了所有块并且然后发出一个确认。如果传输失败，则使用不同时空分集重发块，用于结合先前接收的块以获得较好的信噪比。
类似地，EP1294120 A1描述了一种多输入多输出设备传输系统，其中发射机根据第一预定传输条件使用多个天线传输数据到接收机，所述第一预定传输条件定义了被应用的编码、交错、调制以及子流分离变换。接收机返回确认(ACK)信号或否定确认(NACK)信号。如果返回NACK信号，则发射机根据第二预定传输条件重发数据，选择第二传输条件以便试图减少传输误差概率。
这些技术通常试图通过当发生传输失败时改变数据在发射机和接受机之间相同的多个路径上分布的方式来减轻传输问题。
发射机和接收机之间的另一个通信问题是由重复使用ACK和NACK请求(信令开销)以及需要重发数据(重发开销)所意味的数据传输开销。
在US2003/0067890中描述了一种缓解这个问题的方法。在这个系统中，收发信机接收标准协议数据单元用于传输到无线网络内的接收机单元。收发信机把标准协议数据单元划分为更适合通过无线网络传输的较小的子协议单元并且为接收机提供所期望的子协议单元的映射。可以在不同频率信道和时隙上将子协议单元传输给接收机。发射机发送到接收机中的子协议单元中只有一个子集具有确认请求指示符，这样接收机仅仅需要确认子协议单元组。使用所述映射，接收机能够确认已经接收到一组子协议单元中的哪些单元并且收发信机仅仅需要重发接收机没有接收的那些特定子协议单元。因此，不必为传输的每个子协议单元提供确认请求并且减少了要重发的数据量。
存在于所有这些现有技术方法的一个问题是仍然是始发发射机负有责任监视确认消息并且如果传输失败则在某种程度上重复数据发送。另一个问题是尽管传输失败之后可以改变重发数据在网络各种路径上的分配，但是传输该数据所用的实际路径配置仍然实际上保持相同。
本发明的至少一个方面的目的是提供一种用于改进在传输失败之后数据重发期间所获得的结果的方法和设备。
本发明的至少一个方面的目的是减轻发送设备在监视确认消息和数据重发方面的负担。因此，本发明的至少一个方面的目的是减少发送设备上的信令开销和重发开销。
当发射设备可能是便携式、具有有限电池容量的低功率设备时，本发明尤其有关和有用(尽管不是专用的)，所述发送设备使用包括没有功率约束的中继器设备的网络。
例如，网络包括电力网供电的多个设备(例如，无线LAN中继器站、桌面个人计算机、打印机、扫描仪、传真机等等)以及不是电力网供电的多个移动设备(例如，笔记本、移动电话、PDA等)。
根据一个方面，本发明提供一种在发射机和接收机之间传输数据的方法，包括以下步骤：
由发射机将数据分组传输到发射机和接受机之间的网络的多条路径上，所述路径中至少一个包括至少一个中继器收发信机节点；
如果没有正确地接收所述数据分组，则由接收机通过网络发出NACK信号；以及
一旦接收到NACK信号，则由中继器节点中的至少一个重发数据分组到网络上。
根据另一个方面，本发明提供一种用于在网络中将从发射机节点接收的数据分组转发到分组终端目的地的接收机节点的中继器节点，包括：
接收模块，用于接收源于发射机的数据分组；
发射模块，用于将数据分组转发到网络中的另一个节点；
悬挂分组缓冲器，用于存储转发的数据分组；以及
重发装置，用于通过网络重发接收到其NACK信号的、先前转发的数据分组。
为了避免有疑问，表述方式“发射机”用于定义传输到网络上的数据分组的始发者，并且表述方式“接收机”用于定义数据分组的预定地址或最终目的地。这些术语不同于“中间中继器节点”或“收发信机”，“中间中继器节点”或“收发信机”描述了仅仅用来通过网络转发数据分组的设备。然而，应该理解的是，通常能够充当发射机和/或接收机用于始发和/或中止数据分组的节点也可以为在其它节点上始发和中止的其它(不同)数据分组充当中继器节点。
也应该注意的是，表述方式“重发”用于定义重发已经为其发出NACK信号的数据分组的动作，即开始重新发送该分组的动作。这不同于仅仅转发已经在传输中的现有数据分组(包括重发的数据分组)。
图1示出了包括发射机、接收机和至少两个收发信机节点的无线网络的示意图，说明了数据分组从发射机到接收机的传输路径；
图2示出了说明在图1的无线网络中NACK信号从接收机返回到发射机的传输路径的示意图；
图3示出了说明在图1的无线网络中由收发信机节点重发数据分组和可选地由发射机重发数据分组的路径的示意图；
图4示出了适用于执行本发明的中继器的示意图。
参考图1，网络5包括若干节点。第一节点是配备有两个发射天线11、12的发射机10。根据常规设备的设计，这两个天线可以是全方向的或定向的，并且可以指向不同方向或重叠的方向。第二节点是也配备有两个类似模式的接收天线21，22的接收机20。在网络5内还提供配备有发射和接收天线31，32的第一中继器收发信机设备30。第二中继器收发信机设备40具有发射和接收天线41，42。
尽管为了说明的简明性没有示出，但是应该理解的是发射机10也可以充当接收机或中继器收发信机；接收机20也可以充当发射机或中继器收发信机；并且中继器收发信机30，40也可以以它们自身的权利充当发射机和接收机。另外，根据已知的实践，任何天线可以被多路复用以同时充当发射和接收天线。
优选地，在网络5中每个节点10，20，30，40在自身与相邻或附近节点之间具有一条或多条传输路径。例如，如图1所示，发射机节点10被配置用于从天线11，12分别到中继器30的天线31的第一和第二直接传输路径13，14。类似地，发射机节点10被配置用于从天线11，12分别到中继器40的天线41的第三和第四直接传输路径15，16。中继器收发信机30，40的每一个分别被配置用于从天线32，42到接收机20的直接传输路径33，43。由此，可以将来自发射机10的数据分组转发给接收机20。
在图示中，也配置发射机10以便在其自身和接收机20之间存在至少一条直接传输路径17(例如，在天线12和天线21之间)，并且在其自身和接收机20之间存在一条间接传输路径18。所述间接路径是由从某物体50反射、折射或散射的信号形成的。
如果从发射机10开始传输数据分组，则所述数据分组可以通过所说明的不同路径中的至少一个路径，直接和间接地以及也可以通过中继器收发信机30，40到达接收机。
如果接收机20完全地接收到所述数据分组(即所述数据是完整的并且没有被破坏的)，则接收机发出ACK信号，所述ACK信号通过如图1所述的类似路径返回发射机和/或中继器收发信机。现在参考图2，如果数据没有以完整且无损坏的形式到达接收机20，则接收机返回NACK信号。通过所示的不同可能路径23-26传输NACK信号。例如，路径23指向收发信机中继器30的天线32；路径25指向发射机10的天线11；路径24指向中继器40的天线41并且路径26指向中继器40的天线42。
在现有的技术中，发射机在确定进一步采取什么行动之前它将等待接收通过直接路径、间接路径或经由中继器的ACK或NACK信号。如果接收到ACK信号，则发射机10知道它可以从等待队列中清除该数据分组并且如果有必要的话，向主设备报告成功的完成(未示出)。如果接收到NACK信号，在现有的技术中发射机10知道它必须重发数据分组。
如果发射机简单地重发数据分组，则很可能几条可用路径上阻碍数据分组的第一次传输的现象仍然普遍存在，并且重发数据分组将也产生返回的NACK信号。甚至，如在一些现有技术中所建议的，发射机调整一个或多个天线的功率或调整数据分组在不同路径上的数据分配(如果用于时空分集的数据分组分离技术被使用)，但是仍然存在一种前景，即相同的干扰条件仍然盛行并且再次产生一个返回的NACK信号。
本发明建议一旦接收到NACK信号，接收机节点30，40可以也用来或替换用来启动(即，开始)重发数据分组。因此，接收机20在路径23上发出的NACK信号将由中继器30接收，接收机在路径26上发出的NACK信号将由中继器40。
如果接收的NACK信号对应于它们之前接收过并转发的数据分组，可以编程一个或两个中继器30，40变为有效重发射机(它们也可以充当它们的常规角色，即转发或中继器节点以将NACK信号返回给发射机10)。
参考图3，应该看到在这种情况下，为了重发数据分组可以增加到接收机20的路径，因为来自中继器节点的所有天线和/或传输路径，直接和间接路径可以用于重发数据分组。
中继器30，40也可以转发NACK信号到始发数据分组的发射机10，在这种情况下这也可能以重发数据分组作为响应，因而进一步增加了重发的数据分组将到达目的地接收机的概率。
根据上述应该理解的是如果把重发的职责移交给一个或多个中继器，则发射机不必参与数据分组的重发。在这种情况下，发射机甚至不必监听关于它已发送的数据分组的NACK信号。对于低功率设备或具有限制功率源的通用设备(例如，电池供电的设备)来说这是特别有用的特征。
图4示出了中继器收发信机节点30的一个优选实施例。中继器节点30包括天线31，32，每个天线都具有其自身的发射/接收驱动器电路61，62。优选地，在网络中每个中继器30适于接收来自至少一个电路61，62的数据分组并且将它放置到FIFO分组队列60中，在控制电路65的控制下转发来自所述FIFO分组队列60的数据分组。
一旦转发了数据分组，也将它们传输到悬挂缓冲器63，所述数据分组在此挂起等待响应的ACK或NACK信号。然后，如果接收到对应于先前转发的数据分组的NACK信号，则中继器节点30充当始发发射机以重发存储在悬挂缓冲器63中的数据分组给接收机20。相反地，如果接收到ACK信号，则中继器从悬挂缓冲器63中清除相应的数据分组。
悬挂缓冲器63中的每个数据分组优选地包括时间戳，如果既没有接收到ACK也没有接收到NACK，则所述时间戳用于在预定的重发延迟之后触发重发。
应该理解的是，由接收机20发出的NACK信号可以由多个中继器30，40以及也可能由发射机10来响应。这增加了重发数据分组的至少一个拷贝将到达接收机的概率。
可以使用多个可能的协议用于确保合适的数据分组管理。优选地，唯一地识别每个发射的数据分组，以便每个节点可以确定它是否是自己对之具有重发职责的数据分组，并且使它与各自的ACK/NACK信号相关。根据网络和数据传输需要，在预定时间之后未能接收ACK或NACK信号的中继器可以被编程为丢弃该数据分组或者重发该数据分组。
可以编程始发发射机是否需要ACK信号。如果数据传输协议需要发射机得到接收机正确接收数据分组的确认，这可以通过多种方式实现。例如，可以编程中继器30，40只将ACK信号(而不是NACK信号)转发给发射机，因此确保所有重发开销落在中继器上。
在发射机和至少一个中继器之间的通信具有高可靠性的情况下后一特征是足够的。然而，在不能保证将数据分组从发射机传输到中继器的情况下可以利用重发延迟(所述延迟是第一次分组传输与如果没有接收到ACK或NACK的情况下尝试重发之间的时间间隔)编程发射机，所述延迟基本上大于中继器的重发延迟。在这个配置中，在发射机10重发数据分组之前中继器30，40将尝试若干次以便完成成功的数据分组传输。相比于中继器，这对于发射机10的功率要求显然具有有利含义。
在另一个配置中，在发射机是功率约束设备的情况下尤其有用，可以设置发射机根本不监听ACK或NACK信号。可以编程中继器节点以暂时存储来自一系列数据分组的多个ACK信号并且以脉冲串的形式在预定间隔将它们传输给发射机或者应发射机的请求将它们传递给发射机。
可以设想许多可替换的中继器配置。例如，如果使用实时转发，则分组队列60不是严格必需的。通过标记各项的状态可以简单地合并分组队列60和悬挂缓冲器63。
其它实施例也意图包括在所附权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种在发射机(10)和接收机(20)之间传输数据的方法，包括以下步骤：
由发射机将数据分组到发送到网络(5)中发射机和接收机之间的多条路径(13-18)上，所述路径中的至少一条路径包括至少一个中继器收发信机节点(30，40)；
如果没有正确地接收所述数据分组，则由接收机(20)通过网络发出NACK信号；以及
一旦接收到NACK信号，则由中继器节点(30，40)的至少其中一个重发数据分组到网络上。
2.如权利要求1所述的方法，其中重发步骤由转发数据分组以及接收NACK信号的所有中继器节点实现。
3.如权利要求1所述的方法，其中重发步骤由中继器节点(30，40)的至少其中一个以及发射机(10)实现。
4.如权利要求1所述的方法，其中在接收机发出NACK信号的情况下，发射机(10)不重发原始数据分组。
5.如权利要求4所述的方法，其中发射机(10)不监听与其自身发射的数据分组有关的NACK信号。
6.如权利要求1所述的方法，其中由至少一个中继器节点(30，40)重发数据分组到网络(5)上的步骤包括：使用从中继器节点到接收机的多条可用路径的步骤。
7.如权利要求1所述的方法，还包括步骤，即如果正确地接收到数据分组，则接收机(20)发出ACK信号，至少一个中继器节点(30，40)将ACK信号转发给发射机(10)。
8.如权利要求1所述的方法，还包括步骤，即如果没有接收到关于转发的数据分组的ACK或NACK信号，则在第一预定重发时间间隔之后由中继器节点(30，40)重发数据分组。
9.如权利要求8所述的方法，还包括如果没有接收到ACK信号，则在第二预定重发时间间隔之后发射机(10)重发数据分组的步骤，所述第二预定重发时间间隔大于第一预定重发时间间隔。
10.一种用于在网络(5)中将从发射机节点(10)接收的数据分组转发到分组终端目的地的接收机节点(20)的中继器节点(30，40)，包括：
接收模块(61)，用于接收源于发射机的数据分组；
发射模块(62)，用于将数据分组转发到网络中的另一个节点；
悬挂分组缓冲器，用于存储转发的数据分组；以及
重发装置，用于通过网络重发接收到其NACK信号的、先前转发的分组。
11.如权利要求10所述的中继器节点，还包括清除装置，用于当接收到关于数据分组的ACK信号时，从悬挂分组缓冲器中清除存储的数据分组。
12.如权利要求10所述的中继器节点，其中重发装置包括通过所有可用路径重发数据分组的装置。
13.如权利要求10所述的中继器节点，适合将ACK信号转发到发射机而不将NACK信号转发到发射机。
14.如权利要求10所述的中继器节点，其中重发装置还包括：当没有接收到相应ACK或NACK信号时，在第一预定重发时间间隔之后重发数据分组的装置。
15.一种包括发射机(10)、接收机(20)和用于将从发射机节点(10)接收的数据分组转发到分组终端目的地的接收机节点(20)的至少一个中继器(30，40)的通信节点的网络，包括：
中继器节点中的接收模块(61)，用于接收源于发射机的数据分组；
中继器节点中的发射模块(62)，用于将数据分组转发到网络中的另一个节点；
中继器节点中的悬挂分组缓冲器(63)，用于存储转发的数据分组；以及
中继器节点(30，40)中的重发装置，用于通过网络(5)重发接收到其NACK信号的先前转发的数据分组。
16.如权利要求15所述的网络，其中在中继器节点(30，40)中的重发装置还包括：当没有接收到相应ACK或NACK信号时，在第一预定重发时间间隔之后重发数据分组的装置。
17.如权利要求16所述的网络，还包括：当没有接收到相应ACK或NACK信号时，在大于所述第一预定重发时间间隔的第二预定重发时间间隔之后重发数据分组的发射机(10)中的第二重发装置。
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