TWI840997B

TWI840997B - 一種接收裝置

Info

Publication number: TWI840997B
Application number: TW111138814A
Authority: TW
Inventors: 薩瑪特沙布德諾夫; 博允鄭; 古仲達; 維嵩曹
Original assignee: 新加坡商聯發科技（新加坡）私人有限公司
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2024-05-01

Abstract

描述了在IEEE 802.11系統中利用HARQ使能資料傳輸的方法和裝置。公開了一種由發送裝置執行的方法，包括：基於多個資料幀計算多個冗餘幀，將該多個資料幀發送到接收裝置，以及，將該多個冗餘幀的一組集合發送到發送裝置響應接收確認而確定的接收裝置。一實施例包括確定多個資料幀中的失敗資料幀、請求多個冗餘幀的一組集合、以及使用採用硬判決輸入的解碼器來恢復失敗資料幀的方法。其它實施例包括接收器設備中的裝置，該裝置使用採用軟判決輸入的解碼器來實現對失敗資料幀進行解碼的方法。

Description

一種接收裝置

本發明的實施例一般涉及無線通信的領域。更具體地，本發明的實施例涉及在無線網絡中利用混合自動重傳請求(Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ)進行資料傳輸的系統和方法。

現代電子裝置通常以無線方式(例如，使用Wi-Fi)與其它電子裝置進行資料的發送和接收，而資料經常可能丟失或損壞。這可能是由於其它電子裝置的干擾或無線資料傳輸的其它常見問題。由於這些原因，已經開發了幾種用於可靠傳輸的技術，以便在需要重傳時能夠成功地傳送打算發送給接收機的傳輸資料。

用於可靠資料傳輸的兩種常用技術是自動重傳請求(Automatic Repeat Request，ARQ)和前向糾錯編碼(Forward Error Coding，FEC)。自動重傳請求(ARQ)是一種要求接收方(也稱為接收器、接收機)在成功接收資料後發送確認包(acknowledgement packet)的技術。如果資料未被成功傳送，則沒有確認被發送至發送方。在這種情況下，當發送方沒有接收到確認時，資料被重傳。然而，自動重傳請求(ARQ)的帶寬效率相對較低，且接收器無法利用部分解碼的資料開發潛在的頻譜改進，因為接收機會丟棄任何未成功接收的資料幀。前向糾錯編碼(FEC)是一種使用糾錯碼對原始資料消息進行編碼的技術，其包括冗餘位(奇偶校驗位)。前向糾錯編碼(FEC)的使用提高了傳輸可靠性，因為接收方可以糾正一定量的錯誤，而無需重新傳輸資料。

混合自動重傳請求(混合ARQ或HARQ)是一種將前向糾錯編碼(forward error-correcting coding)與自動重傳請求(ARQ)相結合的方案。利用HARQ，未被正確解碼的資料幀不會被丟棄，而是被存儲起來以便接收器稍後在解碼之前與重傳的資料幀相組合。在較差的信道條件下，HARQ的性能比自動重傳請求(ARQ)好，而在信道條件相對較好時，由於增加了冗餘位(redundancy)，HARQ的性能可能比自動重傳請求(ARQ)差。在實踐中，兩種最常見的HARQ組合技術是追加合併(Chase Combining，CC)和增量冗餘(Incremental Redundancy，IR)。與CC結合的HARQ通過結合過去和當前的傳輸來增強解碼，而增量冗餘(IR)是通過分批發送附加的奇偶校驗位來執行的，以便控制編碼率。

當前在IEEE 802.11ax標準下，物理(Physical，PHY)層使用針對前向糾錯編碼(FEC)的低密度奇偶校驗(low-density parity-check，LDPC)碼，而媒體訪問控制(Medium Access Control，MAC)層使用針對自動重傳請求(ARQ)的塊ACK(Block ACK，BACK)。也就是說，在802.11中，自動重傳請求(ARQ)和前向糾錯編碼(FEC)沒有被結合，而是在不同的協議層被獨立使用。在IEEE 802.11標準下引入HARQ會帶來許多挑戰。例如，如果HARQ僅在使用MAC協議資料單元(MAC protocol data units，MPDU)或聚合MPDU(Aggregate MPDU，A-MPDU)的MAC協議中使用，則關於重傳請求，每次重傳會攜帶不同的碼字(或編碼資料)，因為重傳的碼字由PHY使用不同的MPDU有效載荷和報頭(例如，不同數量的定界符、不同的CRC/FCS位和/或不同的MAC報頭)生成。因此，接收器無法組合當前和過去的碼字來用於解碼目的。此外，MPDU或A-MPDU可以跨越多個完整的和部分的碼字(codeword)。這會導致碼字不匹配，該不匹配也阻礙在接收器處組合重傳的碼字。另一方面，如果HARQ僅在LDPC碼字級別使用，那麼現有的802.11 PHY層無法執行錯誤的LDPC碼字的檢測和請求重傳，因為根據當前的IEEE 802.11標准定義的PHY層不具備支持基於碼字的自動重傳請求(ARQ)機制的能力。

因此，需要一種通過調整現有的PHY和MAC層協議來符合新興的IEEE 802.11標準(例如，IEEE 802.11be及更高版本)的HARQ方法及裝置。

本發明實施例提供了用於根據802.11標準(例如，802.11be)執行HARQ功能的裝置和方法，包括對PHY層和MAC層的最小改變。在發送方，基於前向糾錯編碼(FEC)幀(FEC Frame-based，FECF)的編碼器用於從資料幀生成奇偶校驗(亦稱冗餘)幀。這些奇偶校驗幀由發送方響應於接收方發送的自動重傳請求(ARQ)請求而發送。發送方能夠使用奇偶校驗幀，以使用FECF解碼器恢復丟失的資料幀。根據一些實施例，描述了使用完全應用(employed entirely)在MAC層上的FECF硬輸入解碼器(FECF hard input decoder)的HARQ硬方案(HARQ-hard scheme)。根據其它實施例，描述了使用在PHY層上採用的FECF軟輸入解碼器(FECF soft input decoder)的HARQ軟方案(HARQ-soft scheme)。發送方還可以通過適時地(opportunistically)傳輸一定數量的奇偶校驗幀來補償無線信道中的分組丟失(packet losses)。

根據一些實施例，本發明提供了一種無線傳輸資訊的方法，其由發送裝置執行。該方法包括：基於多個資料幀計算/生成多個冗餘幀，其中，該多個資料幀包括資料位元；將該多個資料幀發送至接收裝置；接收來自該接收裝置的第一確認，該第一確認指示該多個資料幀中的一個或一個以上在該接收裝置處丟失；以及，響應於接收到該第一確認，向該接收裝置發送該多個冗餘幀的第一集合(set of the plurality of redundancy frames)，其中，該發送裝置和該接收裝置根據IEEE 802.11標準的版本進行通信。

在一些實施例中，該方法還包括：在發送該多個冗餘幀的第一集合之後，接收來自該接收裝置的第二確認，該第二確認指示該多個資料幀中的一個或一個以上在該接收裝置處丟失；以及，響應於接收到該第二確認，向該接收裝置發送該多個冗餘幀的第二集合，其中，該第一集合和該第二集合包括該多個冗餘幀中的不同冗餘幀。

在一些實施例中，該方法還包括：將該多個冗餘幀存儲在該發送裝置的緩衝記憶體(buffer memory/cache)中。

在一些實施例中，在接收該第一確認之前，將該多個冗餘幀中的冗餘幀適時地發送給該接收裝置。

在一些實施例中，該多個冗餘幀用於向該接收裝置提供資訊，以重建該多個資料幀的丟失資料幀。

在一些實施例中，該多個冗餘幀中的每個冗餘幀包括相應的報頭(header)，該報頭包括：該報頭所處的相應幀是冗餘幀的指示；以及，用於標識該相應幀所屬的一群資料幀的序列號(sequence number)。

根據本發明的另一些實施例，提供了一種解碼無線傳輸的資訊的方法，其由接收裝置執行。該方法包括：從發送裝置接收包括資料位元的多個資料幀；檢查該多個資料幀，以確定該多個資料幀中的失敗資料幀；向該發送裝置發送請求，以請求該發送裝置發送與該多個資料幀相關聯的冗餘幀；從該發送裝置接收該冗餘幀；以及，使用該多個資料幀中的資料幀和該冗餘幀解碼失敗的資料幀，其中，該發送裝置和接收裝置根據IEEE 802.11標準的版本進行通信。

在一些實施例中，該多個冗餘幀中的每個冗餘幀包括相應的報頭，該報頭包括：該報頭所處的相應幀是冗餘幀的指示；以及，用於標識該相應幀所屬的一群資料幀的序列號。

在一些實施例中，該方法還包括：在向該發送裝置發送請求以請求該發送裝置發送冗餘幀之前，確定出該多個資料幀中被成功解碼的資料幀的數目加上該多個冗餘幀中被成功解碼的冗餘幀的數目小於預定值。

在一些實施例中，檢查該多個資料幀以確定該多個資料幀中的失敗資料幀是利用解碼器實現的，該解碼器被操作為用於解碼低密度奇偶校驗(LDPC)碼並採用軟判決輸入(soft decision input)和硬判決輸出(hard decision output)。

在一些實施例中，該方法還包括：確定該多個資料幀中的失敗資料幀；發送對額外(additional，附加的)冗餘幀的請求；從該發送裝置接收該額外冗餘幀；以及，利用該多個資料幀中接收到的資料幀和該多個冗餘幀中接收到的冗餘幀解碼失敗的資料幀。

根據本發明的一些實施例，提供了一種接收裝置(或接收設備內的裝置)，用於解碼來自發送裝置的無線傳輸的資訊。其中，該接收裝置包括：控制器，耦接到緩衝記憶體且用於對接收到的資料幀的對數似然比(LLR)和接收到的冗餘幀的LLR進行接收並將其存儲在該緩衝記憶體中；802.11解碼器，用於對該接收到的資料幀的碼字進行解碼，並將該碼字解碼後的位元傳送到802.11 MAC接口，其中，該802.11解碼器耦接該控制器；該802.11 MAC接口，耦接該控制器和該802.11解碼器，其中，該802.11 MAC接口用於向該控制器提供標識該接收到的資料幀中的失敗資料幀的指示；以及，冗餘解碼器，耦接到該控制器和該802.11 MAC接口，該冗餘解碼器用於從該控制器接收指令，以利用存儲在該緩衝記憶體中的LLR解碼該失敗資料幀的位元。

在一些實施例中，該接收裝置可操作為基於標識該接收到的資料幀中的失敗資料幀的指示請求額外的冗餘幀，以及，該冗餘解碼器可操作為利用存儲在該緩衝記憶體中的LLR和最新接收到的(last received)冗餘幀的LLR對該失敗資料幀的位元進行解碼。

在一些實施例中，該802.11解碼器和該冗餘解碼器駐留(reside at)在該接收裝置的物理層上。

在一些實施例中，當該802.11 MAC接口指示該失敗資料幀的所有位元被成功解碼時，該控制器還可操作為清除該緩衝記憶體。

在一些實施例中，該接收裝置根據IEEE 802.11標準的版本與該發送裝置進行通信。

在一些實施例中，該接收裝置還包括：解調器，耦接到該控制器和該802.11解碼器，該解調器可操作為將接收到的幀的LLR傳送到該控制器並將解調後的信號傳送到該802.11解碼器，以對該接收到的資料幀進行解碼。

在一些實施例中，該802.11 MAC接口可操作為從該802.11解碼器接收該碼字的該解碼後的位元，並且進一步可操作為丟棄冗餘幀的解碼後的位元，以及進一步可操作為存儲資料幀的解碼後的位元。

在一些實施例中，該冗餘解碼器可操作為使用與該發送裝置的冗餘編碼器所使用的相同的冗餘校驗矩陣進行解碼，並且進一步基於MAC協議將該矩陣標識給該接收裝置。

在一些實施例中，該冗餘解碼器僅將失敗資料幀的解碼後的位元輸出到802.11 MAC接口，以用於失敗資料幀的識別。

本發明內容是通過示例的方式提供的，並非旨在限定本發明。在下面的詳細描述中描述其它實施例和優點。本發明由申請專利範圍限定。

100:示例性的HARQ協議序列

115,120,125,130:資料幀

135:塊確認

140:奇偶校驗幀

205,210,215:MPDU

220,225:R-MPDU

300,350,950:示例性方法

305,310,320,330,315,325:步驟

360,362,363,375,370,365:步驟

405,505,410,510,415,515,420,520:曲線

605,705,610,710,615,715,620,720:曲線

805,810,815,820:曲線

955,960,965,970:步驟

900:示例性裝置

915:共享的FECF緩存

905:FECF LDPC解碼器

910:FECF控制器

920:802.11 MAC模組

925:LDPC解碼器

930:解調器

1005,1010,1015,1020,1105,1110,1120,1115:曲線

1205,1210,1215,1220,1305,1310,1320,1315:曲線

1405,1410,1415,1420,1505,1510,1520,1515:曲線

1612:電子系統

1608:通信裝置

1615:無線收發器

1609:RF前端

1610:802.11 PHY接口

1611:802.11 MAC接口

1601:處理器

1602,1603:記憶體

1604:資料存儲裝置

通過閱讀後續的詳細描述和實施例可以更全面地理解本發明，該實施例參照附圖給出。

第1圖是根據本發明實施例說明使用新穎的(novel)HARQ方案的示例性幀交換序列(frame exchange sequence)的框圖。

第2圖是根據本發明實施例的示例性FECF編碼器的框圖。

第3A圖是說明用於執行HARQ傳輸的示例性方法的流程圖。

第3B圖是說明用於執行HARQ硬解碼(HARQ-hard decoding)的示例性方法的流程圖。

第4圖針對使用4路正交幅度調製(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)的HARQ硬方案示出了包錯誤率(Packet Error Rate，PER)作為信噪比(Signal-to-Noise ratio，SNR)的函數的示意圖表。

第5圖針對使用16QAM的HARQ硬方案示出了PER作為SNR函數的示意圖表。

第6圖針對使用4QAM的HARQ硬方案示出了每個資料幀的平均傳輸次數作為SNR的函數的示意圖表。

第7圖針對使用16QAM的HARQ硬方案示出了每個資料幀的平均傳輸次數作為SNR的函數的示意圖表。

第8圖針對HARQ硬方案描繪了吞吐率(每秒兆比特)作為SNR函數的示意圖表。

第9A圖示出了用於在HARQ軟(HARQ-soft)接收器處解碼HARQ傳輸的示例性方法的流程圖。

第9B圖示出了用於執行HARQ軟解碼的示例性方法的流程圖。

第10圖是針對使用2/3基礎碼率(basis code rate)的HARQ軟方案示出的誤碼率(BER)作為SNR函數的圖表。

第11圖是針對使用3/4基礎碼率的HARQ軟方案描述的BER作為SNR函數的圖表。

第12圖是針對使用2/3基礎碼率的HARQ軟方案示出的PER作為SNR的函數的圖表。

第13圖是針對使用3/4基礎碼率的HARQ軟方案示出的PER作為SNR的函數的圖表。

第14圖是針對使用2/3基礎碼率的HARQ軟方案示出的吞吐率(每秒兆比特)作為SNR的函數的示意圖。

第15圖針對使用3/4基礎碼率的HARQ軟方案示出的吞吐率(每秒兆比特)作為SNR的函數的示意圖。

第16圖示出了示例性電子系統平台(platform)的框圖，在該平台上可以實現本發明的實施例。

在下面的詳細描述中，為了說明的目的，闡述了許多具體細節，以便所屬技術領域中具有通常知識者能夠更透徹地理解本發明實施例。然而，顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節的情況下實施一個或複數個實施例，不同的實施例或不同實施例中披露的不同特徵可根據需求相結合，而並不應當僅限於附圖所列舉的實施例。

以下描述為本發明實施的較佳實施例。以下實施例僅用來例舉闡釋本發明的技術特徵，並非用來限制本發明的範疇。在通篇說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的組件。所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的組件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別組件的方式，而係以組件在功能上的差異來作為區別的基準。本發明的範圍應當參考后附的申請專利範圍來確定。在以下描述和申請專利範圍當中所提及的術語“包含”和“包括”為開放式用語，故應解釋成“包含，但不限定於...”的意思。此外，術語“耦接”意指間接或直接的電氣連接。因此，若文中描述一個裝置耦接至另一裝置，則代表該裝置可直接電氣連接於該另一裝置，或者透過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該另一裝置。文中所用術語“基本”或“大致”係指在可接受的範圍內，所屬技術領域中具有通常知識者能夠解決所要解決的技術問題，基本達到所要達到的技術效果。舉例而言，“大致等於”係指在不影響結果正確性時，所屬技術領域中具有通常知識者能夠接受的與“完全等於”有一定誤差的方式。

以下詳細描述的部分以方法的形式呈現和討論。儘管在描述該方法的操作的附圖(例如，第3A圖、第3B圖、第9A圖和第9B圖)中公開了其步驟和順序，但是這些步驟和順序是示例性的。各實施例適合於執行各種其它步驟或本文附圖的流程圖中列舉的步驟的變型，並且可以以不同於本文描繪和描述的順序的其它順序執行。

詳細描述的一些部分是以過程、步驟、邏輯塊、處理和其它可以在計算機記憶體上執行的資料位操作的符號表示的形式呈現的。這些描述和表示是資料處理領域的技術人員用來最有效地向本領域的其它技術人員傳達它們工作的實質的手段。在這裡，程序、計算機執行的步驟、邏輯塊、過程等通常被認為是造成期望結果的步驟或指令的自洽序列。這些步驟是需要對物理量進行物理操作的步驟。通常，這些物理量採用能夠在計算機系統中存儲、傳輸、組合、比較和以其它方式操作的電或磁信號的形式。有時，主要是出於常用的原因，將這些信號稱為位、值、元素、符號、字符、術語、數字等已被證明是方便的。

然而，應當記住，所有這些和類似的術語都將與適當的物理量相關聯並且僅僅是應用於這些量的方便的標籤。除非從以下討論中清楚地另有說明，否則應理解，在整個討論中，使用諸如“訪問”、“配置”、“協調”、“存儲”、“傳輸”、“重新傳輸”、“認證”、“識別”、“請求”、“報告”、“確定”等是指計算機系統或類似電子計算設備的動作和過程，其操作和轉換以物理(電子)量表示的資料。將計算機系統的寄存器和記憶體轉換為其它資料，類似地表示為計算機系統記憶體或寄存器或其它此類資訊存儲、傳輸或顯示設備內的物理量。

用於IEEE 802.11的新穎的HARQ方案

本發明實施例提供了用於根據802.11標準(例如，802.11be)執行HARQ功能的裝置和方法，其包括對PHY層和MAC層的最小改變。基於前向糾錯編碼(FEC)幀(FEC Frame-based，FECF)的編碼器用於從發送方(sender)的資料幀生成奇偶校驗(parity，亦稱冗餘，redundancy)幀。這些奇偶校驗幀(parity frames)被發送方發送，以響應接收方(receiver)發送的自動重傳請求(ARQ)請求。根據一些實施例，發送方能夠使用奇偶校驗幀，以使FECF解碼器恢復丟失的資料幀(datta frame)。根據一些實施例，本發明描述了HARQ硬方案，其使用FECF硬輸入解碼器，該FECF硬輸入解碼器完全(entirely)在MAC層採用(employed)。根據另一些實施例，本發明還描述了HARQ軟方案，其使用在PHY層採用的FECF軟輸入解碼器。發送方還可以通過適時地傳輸一定數量的奇偶校驗幀來補償無線信道中的分組丟失。

第1圖根據本發明實施例示出了示例性的HARQ協議序列100，其包括原始的(original)資料幀115、120、125、130、塊確認(block acknowledgement，BACK)135和奇偶校驗幀(parity frame)140。在序列100中，奇偶校驗幀(例如，奇偶校驗幀140)是由發送方105使用碼生成器矩陣(code generator matrix)從k個資料幀生成的。首先，發送方傳輸資料幀。資料幀1(115)由發送方105(“發送裝置”)發送到接收方10(“接收裝置”)。如本文所使用的，術語站點(station，STA)通常是指能夠通過Wi-Fi發送和接收資料的電子裝置，該電子裝置不作為接入點(Access Point，AP)運行。發送方105和接收方10可以包括無線STA或AP。接收方110成功地(而沒有錯誤)接收到資料幀1(115)和資料幀2(120)。資料幀3(125)未被接收方10成功地接收。在發送方105發送所有k個資料幀115、120、125和130之後，接收方10發送BACK，其指示哪些資料幀(如MPDU)已被成功接收或未被成功接收。在示例100中，BACK被從接收方10發送到發送方105，指示資料幀3(125)沒有被成功解碼。

基於BACK 135，發送方105能夠識別出不成功的(failed)資料幀的數量。發送方105可以使用任意眾所周知的預定算法規則之一來確定要發送到接收方10的奇偶校驗幀的數量。在第1圖的示例中，發送方105確定出向接收方10發送僅一個奇偶校驗幀140就足夠了，從而可以在接收器側重建資料幀3中的所有位元(bit)。一群(group of)k個資料幀和奇偶校驗幀被發送方(105)和接收方(110)視為線性區塊碼(linear block code)的碼字(codeword)。

在一實施例中，發送方側的FECF編碼器可以使用任何的系統區塊碼(systematic block code)C(n,k,d)，其使得發送方能夠從k個資料幀構造出r個奇偶校驗幀，其中，C(n,k,d)為典型的區塊編碼的標準表示法，n是碼字的長度，即FECF編碼組的長度，k是消息的長度，即資料幀的數量，n=k+r。下面的表I示出了從具有k個資料幀的編碼矩陣G_k×n生成碼字c的示例性過程，其中，u_i,j和p_i,j分別是第j個資料幀的第i個符號和第j個奇偶校驗幀的第i個符號。FECF符號u_i,j和p_i,j可以被定義為位元(bit)、位元的序列(sequence of bits)或調製符號(modulated symbol)。

c=(u ₁,..,u _k,p _k+1,..,p _n)的前k行(first k columns)表示原始的資料幀，其餘的(n-k)行表示奇偶校驗幀。每個資料幀的大小為L個位元或符號。雖然碼C(n,k,d)可以是任意的區塊碼，但希望選擇具有最佳或接近最佳故障校正能力的碼C。

關於第2圖，根據本發明的實施例描繪了示例性的一系列的資料幀(如圖中示出的MPDU)和奇偶校驗幀(如圖中示出的R-MPDU)。每個奇偶校驗MPDU都帶有MAC報頭(header，HDR)和用於錯誤檢測的幀校驗和(frame check sums，FCS)。如第2圖所示，當FECF編碼器使用C(n,k,d)碼時，可以從k個資料幀(如MPDUs 205、210、215)生成r個奇偶校驗幀(如R-MPDUs 220和225)。這形成大小為n幀的FECF編碼組(FECF Coding Group，FECF CG)。FECF CG是編碼的MPDU幀的集合，其屬於碼C(n,k,d)的相同碼字。發送方被操作為在緩存(buffer)中存儲r個奇偶校驗幀(例如，R-MPDUs 220和225)。FECF編碼器要求所有MSDU的大小相同(例如，L個位元)。例如，這可以通過使用零填充(zero padding)來實現。發送方必須在奇偶校驗幀(如R-MPDU)的HDR中包含一組預定義的元素或字段，供接收方識別該奇偶校驗幀。

接收方可以使用R-MPDU 220和225來重構(reconstruct)包含在MPDU 205、210和215(以及發送的任何其它資料幀)中的沒有被成功解碼的任何原始資料。例如，在第2圖中，如果MPDU-2沒有在接收器處被成功解碼，則R-MPDU奇偶校驗幀可用於重構MPDU-2(即，MSDU-2 210)的有效載荷位元(payload bits)。根據一些實施例，用於生成相同碼字的MPDU和R-MPDU由接收器使用HDR中攜帶的FECF CG編號(number)和幀序列號(frame Sequence Number，FSN)來識別。FECF CG編號和FSN均由發送方根據預定規則解析在HDR中。

第3A圖是描繪用於在發送裝置(發送機)處執行基於FECF的 HARQ編碼的示例性方法300的流程圖。當HARQ編碼器使用C(n,k,d)碼時，發送方最多只能發送屬於同一FECF CG的r個奇偶校驗幀。

具體地，在步驟305處，發送方發送k個資料幀(例如，k個MPDU幀)。

在步驟310處，發送方還可以在步驟305之後適時地/機會性地(opportunistically)發送α個奇偶校驗幀。例如，發送方可以使用誤碼率估計(bit error rate estimate)P _B和一些附加函數f(．)來確定要發送多少個奇偶校驗幀，以在接收器處適時地補償信道損失並重建丟失的幀。例如，可以通過根據先前接收的確認消息(例如，BACKs)計算信道中的平均錯誤數，或使用其它眾所周知的錯誤估計方法來確定該誤碼率估計P _B。適時地發送奇偶校驗是一種預測信道中錯誤的方法，以便採用更簡單的HARQ(如HARQ硬方案)的接收器能夠管理冗餘量和吞吐量。

在步驟315，根據最近接收的BACK更新該誤碼率估計P _B。

在步驟320處，發送方根據從接收方接收到的BACK來確定所有發送的資料幀是否已被成功接收。在步驟330處，如果所有的資料幀都已經在步驟320被成功傳送或者如果發送方在步驟325中已經發送了所有的r個奇偶校驗幀，則發送方刷新存儲所發送的幀的緩存。如果確定出一些資料幀丟失(在步驟320中)，或者，如果傳送的屬於同一FEC CG的奇偶校驗幀的數量小於r(在步驟325中)，則在步驟315處發送方可以根據新接收到的BACK更新P _B並且可以發送新的部分奇偶校驗幀(在步驟310中)。在步驟330處，方法300結束並且可以刷新用於存儲資料和奇偶校驗幀的任何緩存(buffer)。

應當理解，對於解碼，如上文關於第2圖所描述的，FECF解碼器可以僅使用屬於相同編碼資料組和碼C(n,k,d)的相同碼字的那些奇偶校驗幀。第3B圖是根據本發明實施例描繪的用於執行HARQ硬解碼的方法350的示例性步驟的流程圖。

在步驟360處，接收裝置檢查接收到的幀(例如，對接收到的幀進行FCS檢查)，以確定任何失敗的/不成功的幀。當接收裝置(接收方/接收器)被操作為執行HARQ硬方案時，在MAC層上採用對硬判決輸入(hard decision inputs)進行操作的FECF解碼器。接收器能夠使用FCS檢查來確定出失敗的幀(亦可稱為錯誤幀)的位置。當錯誤幀的位置在FECF CG中是已知的時，FECF解碼器能夠利用碼的故障能力(erasure capabilities)。步驟362確定是否至少k個幀被成功解碼/接收以使得FECF解碼器能夠恢復大小為n個幀的FECF CG中的任意的失敗資料幀。步驟363確定MAC是否已達到重試請求的限制。如果在步驟363處確定出已經超過重試限制，則方法350結束。

在步驟365處，如果在步驟363中確定出沒有超過重試限制，則接收裝置向發送裝置發送請求，以請求發送與多個資料幀相關聯的冗餘幀(redundancy frames)。

在步驟370處，接收裝置接收來自發送裝置的冗餘幀。方法350利用在步驟370處接收的冗餘幀，繼續步驟360。根據一些實施例，冗餘幀包括每個冗餘幀是否為冗餘幀的指示和用以識別每個冗餘幀所屬的一群資料幀的序列號。

如果在步驟362處確定出成功接收到至少k個幀，則在步驟375處，利用接收到的資料幀和冗餘幀解碼任何失敗的資料幀。例如，假設k=5，r=2，n=7，當成功接收到k個幀(例如，3個資料幀和2個奇偶校驗幀)時，可以根據接收到的幀恢復出失敗的2個資料幀。在成功解碼所有的資料幀後，將從MPDU中刪除任何填充的零。可以從幀的定界符字段中跟踪幀的實際大小。在步驟375之後，方法350結束。

根據一些實施例，具有HARQ硬方案的系統模型使用以下參數： n=64，L=500字節(byte)，以及，α=n(1-(1-P _B)^L)，其中，P _B表示對位元錯誤率的估計。利用里德所羅門碼(Reed-Solomon code)對k個資料幀進行編碼，該碼可以糾正多達r個故障(erasure)。通過補償獨立的幀丟失，奇偶校驗幀的數量α被選擇，以最小化資料包錯誤率(packet error rate)。通過添加r個奇偶校驗幀，冗餘位被添加，其具有k/n的碼率。信道被建模為在20MHz處的快速變化瑞利衰落信道(Rayleigh fading channel)，其具有2個調製編碼方案(Modulation Coding Schemes，MCS)、速率R₁=16mbps的4QAM和速率R₂=33mbps的16QAM。

第4圖和第5圖分別針對使用4QAM和16QAM的HARQ硬方案示出了PER與SNR。可以理解地，對於使用4QAM和16QAM的兩種情況，使用HARQ硬方案顯著提高了整個傳輸功率範圍內的平均PER。具體來說，如第4圖所示，對於16QAM，實現的編碼增益可以達到14dB，對於4QAM可以達到4dB。在第4圖和第5圖中，曲線405和505代表理論的非HARQ，曲線410和510代表模擬的非HARQ，曲線415和515代表理論的HARQ硬方案，以及，曲線420和520代表模擬的HARQ硬方案。

第6圖和第7圖針對使用4QAM和16QAM的HARQ硬方案分別描繪了不同SNR下的每個資料幀的平均傳輸次數。值得注意的是，HARQ硬方案有利地降低了PER，從而產生較少的重傳次數。因此，這改善了端到端延遲(延遲)。在第6圖和第7圖中，曲線605和705代表理論的非HARQ，曲線610和710代表模擬的非HARQ，曲線615和715代表理論的HARQ硬方案，以及，曲線620和720代表模擬的HARQ硬方案。

第8圖針對HARQ硬方案示出了以兆比特每秒(Mbps)為單位的吞吐率與SNR。當速率自適應(Rate Adaptation，RA)未被啟用時，單獨的HARQ硬方案是提高吞吐量的相對平庸的方案。然而，在RA被啟用的情況下執行的 HARQ硬方案可以有利地在具有QoS要求的系統中提供增益，以滿足某個目標PER(例如，視頻或音頻應用)。如果系統即使對於最低可用的MCS也不能滿足目標PER，則認為吞吐量為零是合理的，在這種情況下，QoS服務被中斷。可以理解，在低到中等SNR狀態下，在具有HARQ硬方案的系統中，吞吐量可以顯著提高。

在第8圖中，曲線805代表具有16QAM的非HARQ，曲線810代表與RA聯合啟用以達到15%目標的HARQ硬方案，曲線815代表具有16QAM的HARQ硬方案，曲線820代表具有4QAM的非HARQ，曲線825代表具有4QAM的HARQ硬方案，曲線830表示具有RA和15%目標PER的非HARQ方案的基準(baseline)情況。

第9A圖描繪了包括用於執行HARQ軟方案的PHY(物理層)-MAC協議交互的示例性裝置900的框圖。HARQ軟方案是基於使用附加的LDPC解碼器(亦可稱為冗餘解碼器，在第9A圖中標註為FECF LDPC解碼器905)的。FECF LDPC解碼器本質上是利用軟輸入(soft input)的常規LDPC解碼器(或稱為軟輸入解碼器)，其在802.11 PHY層上使用。MAC層和PHY層協作，以解碼傳輸、檢測錯誤、控制解碼和請求重傳資料等。FECF LDPC解碼器905使用存儲在FECF緩存(cache)915(亦可稱為緩衝記憶體，其耦接FECF控制器910)中的位元的對數似然比(log-likelihood ratio，LLR)作為輸入。控制器910存儲在解調資料幀或奇偶校驗幀之後獲得的位元的累積(accumulated)LLR。

當成功接收到原始的資料幀時，FECF控制器910清除(clear)FECF緩存915。否則，發送方將所有位元的所有LLR存儲在FECF緩存915中。802.11 MAC模組(module)920(圖中標註為“802.11 MAC”)確定幀是否被成功接收，以及，奇偶校驗幀和資料幀的LLR被FECF LDPC解碼器905使用，以恢復任何失敗的資料幀的位元。FECF LDPC解碼器905的輸入L(c _i,j)和判決輸出Q(c _i,j) 表示第j幀中的第i個位元。輸出位元的序列Q(c _i,j)被傳遞到802.11 MAC模組920(亦可簡稱為802.11 MAC層)。FECF LDPC解碼器905的輸入被FECF控制器910控制。在第9A圖中，LDPC解碼器925是在802.11 PHY標準中使用的常規LDPC解碼器，其直接從解調器(demodulator)930接收輸入並將資料幀的解碼後的位元(decoded bits)傳遞到802.11 MAC模組920，以進行FCS錯誤檢查。在解調器930之後的奇偶校驗幀不需要通過FCS，因為它們的LLR能夠被FECF LDPC解碼器905直接使用。雖然HARQ軟方案的實現複雜度高於HARQ硬方案的實現複雜度，但FECF LDPC解碼器905的引入能夠顯著提高吞吐量，因為其解碼是使用資料位元和奇偶校驗位元的LLR執行的。

第9B圖是根據本發明實施例描繪的用於使用HARQ軟方案執行解碼過程的示例性方法950的流程圖。該方法可以根據第9B圖中描繪的框圖執行如下。

在步驟955處，調製信號在解調器(如第9A圖所示的解調器930)處被接收。在解調之後，軟判決輸入(soft decision input，例如，接收到的位元的LLRs)被傳遞到LDPC解碼器(如第9A圖所示的LDPC解碼器925)和FECF控制器(如第9A圖所示的FECF控制器910)。也就是說，解調器輸出LLRs。

在步驟960處，LDPC解碼器對資料幀和奇偶校驗幀的LDPC碼字進行解碼，以及，解碼後的位元被傳遞到802.11 MAC層(即第9A圖實施例中所述的802.11 MAC模組)。在FCS校驗之後，MAC丟棄正確解碼的奇偶校驗幀，並存儲正確接收的資料幀。

在步驟965處，接收到的資料位元和奇偶校驗位元的LLRs被提供給FECF控制器，以及，這些LLRs被存儲在共享的FECF緩存中。

在步驟970處，FECF LDPC解碼器解碼FECF編碼的碼字。資料位元和奇偶校驗位元的所有LLRs必須屬於同一個FECF CG。FECF解碼器將存儲在FECF緩存中的資料位元和奇偶校驗位元的LLRs以及新接收到的奇偶校驗位元的LLRs視為LDPC碼字。接收新的奇偶校驗幀會增加更多的非零LLRs，從而提高解碼成功的概率。FECF解碼器和FECF控制器均由802.11 MAC模組管理。請注意，FECF解碼器對與尚未被傳輸的奇偶校驗幀相對應的碼字中的所有LLRs使用碼打孔，例如，對於尚未被請求的所有j個奇偶校驗幀，L(c _i,j)=0。由於其較差的特性，不建議針對HARQ軟方案使用碼縮短，例如，L(c _i,j)>>0。

根據一些實施例，具有HARQ軟方案的系統模型使用以下示例性參數：區塊長度為64,800位以及基礎碼率(也稱為母碼率)為2/3和3/4的LDPC碼、MPDU和R-MPDU幀為500字節，FECF CG長度為n=648幀，其中，k=432和k=486個資料幀分別用於2/3和3/4碼率。FECF編碼符號(例如，上面定義的u(i,j)和p(i,j))的長度為100位。信道使用附加的高斯白噪聲模型(additive white Gaussian noise model，AGWN)，帶寬為20MHz，星座大小(constellation size)為4QAM，PHY速率為33Mbps。第一次傳輸攜帶k個資料幀，以及，隨後的傳輸攜帶奇偶校驗幀。接收器最多允許3次用於奇偶校驗幀的請求，以糾正FECF CG中的失敗資料幀。每次重試的奇偶校驗幀數量為(n-k)/3個幀的固定值。通過傳輸有限數量的奇偶校驗，可以有效地對碼進行打孔以獲得更高的碼率。在FECF LDPC解碼器905的輸入處，丟失位元的LLRs被設置為零，例如，對於尚未被傳輸的第j幀中的第i個位元，L(c _i,j)=0。

第10圖描繪了用於HARQ軟方案的BER與使用2/3基礎碼率的SNR的示意圖。第11圖描繪了用於HARQ軟方案的BER與使用3/4基礎碼率的SNR值。HARQ軟方案能夠在中至高的SNR狀態下顯著提高BER。當所有的奇偶校驗幀都被傳輸時(在這個例子中，在重試3次之後)，HARQ軟方案可以提供接近零BER的可靠傳輸。在第10圖和第11圖中，曲線1005和1105 示出了HARQ未被啟用時獲得的BER的基線結果，曲線1010和1110示出了在傳輸1/3的奇偶校驗幀後獲得的BER結果，曲線1015和曲線1115是在發送方發送2/3的奇偶校驗幀時的BER結果，曲線1020和1120表示所有的奇偶校驗幀被發送時的BER結果。如第10圖和第11圖所示，由於在重試時奇偶校驗幀的數量更多，因此較低的2/3碼率比較高的3/4碼率提供更好的性能。

第12圖描繪了使用2/3基礎碼率的PER與SNR的示意圖，第13圖描繪了使用3/4基礎碼率的PER與SNR的示意圖。當所有的奇偶校驗幀都被傳輸完畢之後，HARQ軟方案有望提供近乎可靠的資料包傳輸。曲線1205和1305作為未啟用HARQ軟方案時的基線結果，曲線1210和1310表示在傳輸1/3的奇偶校驗幀之後的結果，曲線1215和1315表示在傳輸2/3的奇偶校驗幀之後的結果，以及，曲線1220和1320表示所有的奇偶校驗幀被傳輸之後獲得的結果。

第14圖描繪了使用2/3基礎碼率的吞吐率(Mbps)與SNR的示意圖，第15圖描繪了使用3/4基礎碼率的吞吐率(Mbps)與SNR的示意圖。在中低SNR值處，HARQ軟方案明顯優於非HARQ基線方案。在高SNR狀態下，不需要糾錯，因為增加的冗餘幀本質上是資料速率損失，因為BER非常低。此外，除了吞吐量增益外，HARQ軟方案針對2/3基礎碼率還可以將傳輸範圍擴展至5dB。儘管由於增加的冗餘幀而導致速率損失，但吞吐量增益可高達100%。在第14圖和第15圖中，曲線1405和1505表示不啟用HARQ軟方案時的吞吐量結果，曲線1410和1510表示傳輸1/3的奇偶校驗幀後的結果，曲線1415和1515表示在傳輸2/3的奇偶校驗幀之後獲得的結果，曲線1420和1520表示所有的奇偶校驗幀被傳輸之後的結果。

示例性電子系統

本發明實施例涉及具有可操作為根據IEEE 802.11標準(亦稱Wi-Fi)發送和/或接收資料的無線能力的電子系統。第16圖描述了一種示例性的電子系統1612，其可以用作用於實現本發明實施例的平台。例如，系統1612可以是嵌入式無線裝置、STA或AP。

第16圖示出了電子系統1612，其包括通信裝置1608、中央處理單元/處理器1601、記憶體(memory)1602(如非易失性的ROM)和1603(如易失性的RAM)、資料存儲裝置1604和其它的外圍裝置，例如可移動磁盤驅動器、閃存和/或光學存儲裝置。

通信裝置1608的無線收發器1615使能系統1612直接地或通過網絡與其它支持802.11的裝置進行無線通信。通常，收發器1615由三個主要功能塊組成：RF前端(RF front end)1609、PHY基帶(PHY baseband)模組1610(或稱為802.11 PHY接口)和802.11 MAC 1611(或稱為802.11 MAC接口)。在MAC 1611和基帶PHY 1610處，本發明實施例將在通信裝置1608中被採用。具體而言，HARQ硬方案的功能被完全實現在MAC 1611中，而無需使用現有的片上系統802.11 MAC架構更改任何硬體塊。HARQ硬方案能夠以軟體實現，通常以微代碼(microcode)方式，其運行在微控制器或嵌入式CPU上。一些功能可以實現在硬體中以加速計算。

根據與HARQ軟方案相關的一實施例，無線收發器1615的802.11 PHY 1610包括FECF LDPC解碼器、共享的緩存、FECF控制器、位於前向糾錯編碼(FEC)控制器和常規的(conventional)LDPC解碼器之間的接口(interface)，以及用於同步和時鐘的任何其它相關接口。與HARQ硬方案相比，HARQ軟方案需要在基帶PHY 1610和MAC 1611這兩者中進行一些微小改變。根據一些實施例，在啟用HARQ軟方案或HARQ硬方案的情況下，通信裝置1608利用先前存儲的資料和奇偶校驗幀，通過組合當前和將來的奇偶校驗幀來解碼丟失的資料幀。HARQ編碼器也被實現在發送方。例如，使用與接收方的附加協議交換，發送方可以使用以硬體或軟體實現的FEFC編碼器生成奇偶校驗幀。應當理解，對於HARQ軟方案或HARQ硬方案，在發送方側，FECF編碼器的動作沒有不同。

一些實施例可以在由一個或多個微控制器或嵌入式CPU執行的可執行指令的一般情況下進行描述，例如程序模組。通常，程序模組包括執行特定任務或實現特定抽像資料類型的例程、程序、對象、組件、資料結構等。通常，程序模組的功能可以根據需要在各種實施例中組合或分佈。

在申請專利範圍中使用諸如“第一”，“第二”，“第三”等序數術語來修改申請專利要素，其本身並不表示一個申請專利要素相對於另一個申請專利要素的任何優先權、優先級或順序，或執行方法動作的時間順序，但僅用作標記，以使用序數詞來區分具有相同名稱的一個申請專利要素與具有相同名稱的另一個元素要素。

雖然已經對本發明實施例及其優點進行了詳細說明，但應當理解的係，在不脫離本發明的精神以及申請專利範圍所定義的範圍內，可以對本發明進行各種改變、替換和變更，例如，可以通過結合不同實施例的若干部分來得出新的實施例。所描述的實施例在所有方面僅用於說明的目的而並非用於限制本發明。本發明的保護範圍當視所附的申請專利範圍所界定者為准。所屬技術領域中具有通常知識者皆在不脫離本發明之精神以及範圍內做些許更動與潤飾。