CN1146180C - 自动重复请求数据通信方法和设备 - Google Patents

Abstract

如果在接收的数据分组中未发现不可纠正的差错，则将确认发送回发送者。相反，如果该数据分组包含不可纠正的差错，则不发送确认，根据自动重新请求(ARQ)过程强迫那个数据分组的重新发送。在这种情况下，存储涉及具有不可纠正差错的接收的数据分组的未量化信号值组。当已经存储对于相同接收的数据分组(当重新发送时)的两组或多组未量化信号值时，根据逐位原则数字组合该未量化信号值，并且接着量化以便重新产生一个组合的数据分组。如果在那个组合的数据分组中未发现不可纠正的差错，则将确认发送回发送者。否则，不发送确认，强迫另一个数据分组重新发送。

Description

自动重复请求数据通信方法和设备

本发明涉及数据通信，并特别涉及实现改进的自动重复请求(ARQ)数据通信过程的方法和设备。

在以一种实质上无差错方式发送和接收大量的数字数据方面存在许多应用。在电信和卫星通信系统中，特别是，数字数据的发送应该以尽可能准确的方式完成的场合更为急需。但是，由于数据传输使用的通信信道受到差错引入因素困扰，所以数字数据的准确发送和接收一直很困难。例如，这种差错可归于信道的瞬时状态(例如噪声和失真)，或者可能由于可归于信道故障的再现状态的影响。瞬时状态或故障导致了数字数据没有适当接收或不能可靠接收的情况。

数字数据通常以分组(或块或帧)发送，其中每个数据分组包括后续一个帧校验比特序列的多个信息字节。在数字数据的发送和接收中一般出现的差错具有一般叫做“信道差错”的两种类型。称为“随机”或孤立差错的第一种类型，存在于一个两值二进制比特系统中当存在一个值替换用于其相反值时的单独比特中。称为“突发”差错的第二种类型，在相邻比特的连续序列处于差错时出现。包括的帧校验序列用于检测信道差错何时和何地引入到数据分组中。

相当多的注意已经被引导到发现致力解决一般伴随数据传输活动的差错的情况的方法。例如，普遍将发送的数据编码和接着使用后续的解码处理以便另外纠正检测到的差错。本领域也公知采用自动重复请求(ARQ)过程致力解决包括的帧校验序列的接收机处理表示信道差错已经发生的情况。当一个数据分组在无差错状态下成功接收时，接收机发送一个确认消息给消息发送者。但是，对包括数据分组的差错的接收和检测的响应，没有发送确认消息向消息发送者表示该数据分组没有成功接收并且应该相应地重新发送。在没有接收到确认的情况下的预定超时期间期满之后，数据分组由发送者自动重新发送。

对于甚至根据自动重复请求过程的继续重复数据分组发送也包括信道差错，并不是罕见的情况。对于这个问题的一个解决方案，该数据分组被消息发送者重复地重新发送直到完成成功的，无差错的发送(即，直到接收者发送确认)。另一个方案，已有技术公开了一个系统，其中存储包括检测的信道差错的相同数据分组的重新发送的多次总的计数的比特值，并且关于存储的数据分组执行逐位多数表决以便产生一个新的测试数据分组，依靠该新的测试数据分组采用帧校验序列检测任意包括的差错。如果新的测试数据分组通过了该帧校验分析，则输出它作为合法的并且由接收机发送一个确认消息给消息发送者证实成功的消息发送。

在1992年11月26日公开的国际公开号WO9221085，指出这样一种处理。如果发送机没有接收到确认，则一个亚音频数据字可以通过话音信道最多发送三次。如果接收的数据字的任意三次可能的重复是可解码的，则发送一个确认。如果该数据字的所有三次重复包含不可纠正的差错，则在该三个数据字上执行逐位多数表决。如果多数表决的结果是可解码的，则将确认发送回该发送者。

IEEE通信事物处理，第COM-33卷，第5号，1985年5月，第409-416页的Metzner等人的文件：“对于嘈杂和变动的信道的有效选择性重复ARQ策略”一般地指出存储器和选择性重复ARQ技术。该文件认为未确认块如以前一样准确地重新发送的存储器ARQ技术和可选发送的改进的存储器ARQ的组合形成速率1/2的编码。

本发明包括用于实现其中采样接收的数据分组波形的自动重复请求(ARQ)数据通信过程的方法和设备。接着量化采样的信号值以便重新产生数据分组，并且该重新产生的数据分组要进行差错检测处理。如果重新产生的数据分组中没有发现不可纠正的错误，则一个确认信号发送回发送者。相反，如果重新产生的数据分组包括不可纠正的差错，则不发送确认信号，强迫将那个数据分组继续重新发送。在那种情况下，存储那个包括差错的数据分组的一组未量化信号值。当对于相同数据分组(虽然重新发送，但是再次包括不可纠正的差错)已经存储两组或多组未量化信号值时，未量化的信号值根据逐位原则以数字方式组合以便产生对于那个数据分组的一个组合的未量化信号值组。接着量化该组合的组以便重新产生一个组合的数据分组，并且该重新产生的组合数据分组应受到差错检测处理。如果没有发现不可纠正的差错，则将确认信号发送回发送者。相反，如果重新产生的组合数据分组包括不可纠正的差错，则不发送确认信号，强迫进行另一个自动数据分组重新发送。

对于本发明的方法和设备的更全面的理解可以通过参照当结合附图时的下面详细描述获得，其中：

图1是说明现有技术自动重复请求过程的操作的流程图；

图2表示在图1的处理中使用的逐位多数表决的例子；

图3是本发明的自动重复请求数据通信系统的方框图；

图4A是说明图3的系统中的发送的数据信号的形状的波形图；

图4B是说明由通过通信信道的传输失真时的发送的数据信号的形状的波形图；

图4C是说明由通信信道的噪声变坏的发送的数据信号的形状的波形图；

图4D是说明重新产生的数据信号的形状的波形图；

图5是说明对于图3的自动重复请求数据通信系统的接收机的操作的流程图；和

图6表示在图5的处理中使用的未量化采样数字组合的例子。

现在参照图1，其中示出说明现有技术自动重复请求(ARQ)过程的操作的流程图。该处理在步骤10开始，此处接收和采样数据信号波形。接着量化(步骤12)采样的信号值以便重新产生数据信号。接着对重新产生的数据信号内(步骤14)的每个数据字执行差错纠正。如果在特定的数据字中没有发现不可纠正的差错(判定步骤16)，则将一个确认信号发送回发送者(步骤18)并且输出该数据字。如果步骤16的分析揭示该特定的数据字包括不可纠正的差错，则在步骤20存储该数据字的量化的比特(1和0)，并且不发送确认信号。在判定步骤22，确定在没有确认信号发送的情况下那个相同数据字的三次重复是否已经出现。如果没有出现，则处理返回(流24)，在步骤10根据自动重复请求过程等待接收数据信号波形，包括来自发送者的一个重复数据字发送。这个重复发送的处理(步骤12，14和16)可以指示无差错接收，和发送一个确认信号(流18)。但是，如果在没有发送确认信号(流26)的情况下已经出现三次重复，在步骤28关于该三个以前存储的接收数据字(来自步骤20)的量化比特执行多数逐位表决。接着在由多数逐位表决产生的新的数据字上执行纠错(步骤30)。如果在判定步骤32没有发现不可纠正的差错(流34)，将一个确认信号发送回发送者(步骤18)并且输出该新的数据字。如果步骤32的分析揭示由多数逐位表决产生的新数据字包括差错，则不发送确认信号，并且处理返回(流36)步骤10根据自动重复请求过程等待接收数据信号波形，该数据信号波形包括来自发送者的一个重复数据字发送。

步骤28的逐位多数表决操作的布尔公式如下：

结果＝(字*字2)+(字*字3)+(字2*字3)

逐位多数表决相应地逻辑与第一存储的数据字和第二存储的数据字。下一步，第一存储的数据字逻辑与第三存储的数据字。最后，第二存储的数据字逻辑与第三存储的数据字。接着逻辑或三个与操作的结果以便产生输出的数据字。

现在另外参照图2，其中示出了在图1的处理中使用的步骤28的一个逐位多数表决的例子。在图2中，数据字的第一行表示发送者发送数据字无差错。下三行表示接收的数据字的量化比特(在多个步骤10和12)。在说明的情况中，纠错步骤14揭示每个数据字包括在各个比特位置由“x”指定的某些不可纠正的比特差错。最后一行表示由步骤28的逐位多数表决而产生的纠错的新的数据字输出。如果差错包括在两个或三个存储的数据字中的相同的比特位置，尽管没有说明，但是差错不可以由逐位多数表决纠正和出现在输出的新的数据字中。

现在参照图3，其中示出本发明的自动重复请求数据通信系统50的方框图。在系统50的发送端52，由数据分组构成的数据流从发送机4输出用于通过通信信道56传输。系统50的发送端52的发送机54包括一个编码和调制部件(未明白示出)用于处理该数据流。在系统50的接收端58，一个相应的接收机60接收该发送的数据流。接收端58的接收机60执行处理该发送的数据流所必需的相应的解调和解码功能。

通信信道56可能将一定数量的差错引入该数据流的发送的数据分组。例如，这些差错可以由失真和噪声的影响，以及本领域技术人员公知的其他因素引入。发送机54使在每个数据分组内包括多个校验比特，该校验比特包括对在接收端58由接收机60在检测和纠正引入的信道差错中有用的帧校验。

在接收机60利用该帧校验在一个特定的数据分组内能够检测和纠正所有引入的信道差错的情况下，一个确认信号由接收机发送回系统50的发送机54，指示适当的数据流的接收已经发生。相反，在接收机60处理后不可纠正的差错保持的情况下，确认信号不发送回发送机54。在没有从接收机0接收确认信号的情况下的预定超时期限期满后，发送机54自动重新发送该未确认的数据分组。以这种方式工作的系统50一般称为自动重复请求(ARQ)系统。

现在参照图4A，其中示出说明从发送机54输出的发送的数据流信号62(实质上示例性的)的一个波形图。在通过通信信道56传输之后，信号62可以获得分别由失真和噪声恶化的影响引起的在图4B和图4C中说明的信号64和66的形状。接收机60工作采样接收的数据信号66波形，在图4C中如图示地在每个采样点68，并且接着量化采样的信号值以便输出图4D所示的信号70，有效地重新产生原始发送的数据信号62。

在通过通信信道56的数据信号传输中，失真，噪声恶化或其他信道差错引入因素有害地影响接收的数据信号66波形的形状和引入差错的情况经常发生。来自接收信号66的采样68值当由接收机60量化时，可以导致在重新产生数据信号70内出现不正确的逻辑1代替正确的逻辑0。这个效果利用一般在72(从逻辑1到逻辑0的开关)和在72’(从逻辑0到逻辑1的开关)表示的引入比特差错，如图所示在图4C和图4D关于断续的波形信号66’和70’。

现在再次参照图3。接收机60包括用于解调发送的数据信号的解调器73，和用于解码在线80上输出的解调的信号的解码器75。一个包括的采样器74获得来自解调器73的解调的接收数据信号波形输出66的采样68(图4C)。来自采样器74的输出76包括用于接收的和采样的数据信号波形的未量化的信号值。这些值输入到处理单元78，此处它们以一种公知的方式被量化以便重新产生包括数据分组的数据信号70(图4D)。接着处理单元78解码数据信号70和使用在每个数据分组内包括的帧校验以便定位和可能纠正包括的比特差错。如果在这个处理期间确定重新产生的数据信号70内的数据分组不包括任何不可纠正的差错，则解码的数据从接收机60在线80上输出，并且处理单元78产生和通过通信信道56发送关于那个分组的一个确认消息给发送机54。

在重新产生的数据信号70内的数据分组包括不可纠正的错误的情况下，接收机60不通过通信信道56将关于那个数据分组的确认消息发送回发送机54，并且相应于那个包括差错的数据分组的接收和采样数据信号波形部分的一组未量化信号值存储在存储器82中。当对于同一数据分组的两组或多组未量化信号值(多次接收的具有不可纠正差错的)已经存储在存储器82时，处理单元78从存储器中提取这些值并且根据逐位原则以数值方式组合该未量化的信号值，以便产生对于那个数据分组的一个组合的未量化信号值组。接着由处理单元78量化这些值以便重新产生一个组合的数据分组。接着该重新产生的组合数据分组利用由处理单元78使用的包括的帧校验解码以便定位和可能纠正包含的比特差错。如果在这个处理中确定重新产生的组合数据分组不包括任何不可纠正的差错，则解码的数据从接收机60在线80上输出，并且处理单元78产生和通过通信信道56将关于那个数据分组(当最近重新产生的)的确认消息发送回发送机54。如果该重新产生的组合数据分组不包括不可纠正的差错，则接收机60不将关于那个分组的确认消息发送给发送机54。根据自动重复请求过程，接着接收机60等待预定的超时期间期满之后未确认的数据分组的重新发送。

现在参照图5，其中示出说明图3的自动重复请求数据通信系统50的接收机54的操作的流程图。处理在步骤100开始，此处接收和采样一个数据分组的数据信号波形。接着量化(步骤102)关于该采样的信号值以便重新产生该数据分组。接着，使用帧校验在该数据分组(步骤104)上执行解码和纠错。如果在那个数据分组中没有发现不可纠正的差错(判定步骤106)，则一个确认信号发送回发送者(步骤108)并且输出该解码的数据。如果步骤106的分析揭示该数据分组包含不可纠正的差错，则在步骤110存储关于那个数据分组的采样数据信号波形部分的未量化信号值，并且不发送确认信号。在判定步骤112，确定在没有确认发送情况下是否已经至少出现对于相同数据分组的两次重复发送。如果还没出现，则处理返回步骤100等待接收该数据信号波形，包括来自那个相同数据分组的发送者的重复发送。这个重复发送处理步骤(102，104和106)可以表示无差错接收并且发送确认信号(步骤108)。

但是，如果在没有确认信号的发送情况下已经出现至少两次重复传输(流116)，则步骤110存储的对于相同数据分组的每次以前发送的未量化值在步骤118数字组合以便产生对于那个多次发送的数据分组的一个组合的未量化信号值组。接着量化该组(步骤120)以便重新产生一个组合的数据分组。接着使用该帧校验在该组合的数据分组上执行解码和纠错(步骤122)。如果在那个组合的数据分组中没发现不可纠正的差错(判定步骤124)，则一个确认信号发送回发送者(步骤108)以响应该包含差错的数据分组的最近发送，并且输出该解码的组合数据。如果步骤124的分析揭示该组合的数据分组包含不可纠正的差错，则不发送确认信号，并且处理返回步骤100(流126)以便根据自动重复请求过程等待接收来自相同数据分组的发送者的重复发送的数据信号波形。

现在参照图6，图6示出由图5的处理在步骤118执行的未量化数字组合的一个例子。在图6中，第一行表示发送者发送数据分组无差错。第二行和第四行表示在步骤100多次接收的数据分组的未量化信号值。第三行和第五行表示分别在第二行和第四行示出的数据分组的量化比特。在图示的情况下，纠错步骤104揭示每个数据分组包含在各个位置由“x”指示的某些不可纠正差错。第六行表示在步骤118对于第二行和第四行的数据分组的未量化信号值的数字组合(在这种情况下，例如求和)。第七行表示由量化步骤120的性能产生的重新产生的组合数据分组。纠错步骤122揭示该重新产生的组合数据分组不包含不可纠正的差错。

以前提到关于相同数据分组的重新发送执行未量化值(步骤118)的数字组合。接收机60通过检查每个数据分组的首部部分识别“相同的”数据分组，其中每个数据分组的首部一般包括一个序列号或其他用于该数据分组的识别信息。只有具有相同序列号(或标识)的数据分组的未量化信号值才被组合。但是，在某些情况下，由于包含的差错，不可能准确识别首部和由此用于该数据分组的序列号。在这些情况下，步骤118数字方式将最近接收的错误的数据分组的采样值与前次接收的数据分组的采样值组合。有可能最近接收的出错数据分组是以前接收的出错的数据分组中某一个的一次重复，并且该两个数据分组的组合(以及步骤120和122的量化，解码和纠错)可能产生富有成效的结果。

作为前面的一种可选方案，并且另外对此，发送机54使用关于首部部分的重编码和关于数据部分的轻编码编码数据分组。“重”意味着编码方案为了识别序列号(或标识)允许更可靠地接收和解码每个数据分组的首部部分。因此，步骤118将数字组合从它们的重编码、和防差错的序列号中识别的两个相同的出错数据分组的采样值。在重编码不足以防止首部差错的情况下，执行将最近接收的出错数据分组的采样值与以前接收的出错数据分组的采样值数字组合的前述处理。

在使用多级码元编码数据帧的情况下，执行改进的解码处理。使用基于未量化接收码元计算的度规完成在接收机的解码。例如可以沿着格子结构的分支执行这种解码。接着检查解码数据的差错。如果发现不可纠正的差错，则存储未量化的接收的码元值。随着相同数据帧的重新发送的接收，再次执行解码。如果没有发现不可纠正的差错，则发送确认。否则，通过组合由接收的码元产生的量度在该未量化的接收码元上共同执行解码。该量度例如可以包括平方差错量度。在共同解码之后，检查帧的差错，并且接着如果误差错则确认。

虽然本发明的优选实施例已经在附图中说明和在前面的详细描述中描述，但是应该理解该发明不限于公开的实施例，而是能够进行众多的重新安排，修改和替换。该发明的范围而是由下面的权利要求书确定。

Claims (17)

1.一种方法，所述方法包括步骤：

采样(100)数据分组的数据信号波形以便获得那个数据分组的一组未量化信号值；所述方法还包括量化(102)该组未量化信号值以便重新产生该数据分组的步骤，该方法的特征在于：

确定(106)该重新产生的数据分组是否包括不可纠正的差错；

如果包括，则存储(110)涉及那个重新产生的数据分组的该组未量化信号值；

如果该重新产生的数据分组不包括任何不可纠正的差错，则发送一个确认消息(108)给该数据分组的发送者的步骤。

确定(112)是否已经存储涉及相同数据分组的至少两组未量化信号值；

如果已经存储，则以数字方式组合(118)该组未量化的信号值以便产生对于那个相同数据分组的一个组合的未量化信号值组；

量化(120)该组合的未量化信号值组以便重新产生一个组合的数据分组；

确定(124)该重新产生的组合数据分组是否包含不可纠正的差错；和

如果该重新产生的组合数据分组不包括任意不可纠正的差错则发送一个确认消息(108)给该数据分组的发送者的步骤。

2.如权利要求1的方法，其中以数字方式组合的步骤包括对涉及该相同数据分组的至少两组未量化信号值求和的步骤。

3.如权利要求1的方法，其中每个数据分组包括一个帧校验，和其中确定该重新产生的数据分组是否包括不可纠正的差错的步骤包括使用该帧校验在该重新产生的数据分组上执行纠错分析(104)的步骤。

4.如权利要求1的方法，其中每个数据分组包括一个帧校验，和其中确定(122)该重新产生的组合数据分组包括不可纠正的差错的步骤包括使用该帧校验在该重新产生的组合数据分组上执行纠错分析的步骤。

5.如权利要求1的方法，其中确定是否已经存储涉及该相同数据分组的至少两组未量化信号值的步骤包括通过匹配数据分组序列号识别相同的数据分组的步骤。

6.如权利要求5的方法，其中每个数据分组的包含该序列号的部分比包含数据的数据分组的部分更重地编码。

7.如权利要求1的方法，其中确定是否已经存储涉及该相同数据分组的至少两组未量化信号值的步骤包括将最近的数据分组与以前的数据分组比较的步骤。

8.一个用于数据分组的数据信号波形的接收机(60)，该接收机包括对数据信号波形解调的解调器(73)和用于采样该数据信号波形以便得到每个数据分组的一组未量化信号值的一个采样器(74)，该接收机的特征在于：

用于存储包含不可纠正的差错的数据分组的未量化信号值组的一个存储器(82)；和

连接到该采样器和存储器的一个处理器(78)，用于以数字方式组合(118)对于相同多次接收的包括不可纠正差错的数据分组的至少两组未量化信号值以便产生那个数据分组的一个组合未量化信号值组，并且用于量化(120)该组合的未量化信号值组以便重新产生一个组合的数据分组，和用于确定(124)该重新产生的组合数据分组是否包含不可纠正的差错。

9.如权利要求8的接收机，其中该处理器还起量化(102)该采样的未量化信号值组的作用以便重新产生每个数据分组，以及确定(106)每个重新产生的数据分组是否包含不可纠正的差错，并且如果是，则在该存储器中存储(110)包含不可纠正的差错的该数据分组的该组未量化信号值。

10.如权利要求9的接收机，其中该处理器另外还起如果当重新产生的那个数据分组不包含任意不可纠正的差错时，发送确认信号(108)给数据分组的发送者的作用。

11.如权利要求9的接收机，其中每个数据分组包括一个帧校验，和其中该处理器通过使用该帧校验在该重新产生的数据分组上执行纠错分析(104)确定每个重新产生的数据分组是否包括不可纠正的差错。

12.如权利要求8的接收机，其中该处理器还起如果当从组合的未量化信号值组重新产生的那个数据分组不包含任意不可纠正的差错时，发送确认信号(108)给数据分组的发送者的作用。

13.如权利要求8的接收机，其中每个数据分组包括一个帧校验，和其中该处理器通过使用该帧校验在该重新产生的组合数据分组上执行纠错分析(122)确定每个重新产生的组合数据分组是否包括不可纠正的差错。

14.如权利要求8的接收机，其中该处理器通过匹配数据分组序列号识别相同的多次接收的数据分组。

15.如权利要求14的接收机，其中每个数据分组的包含该序列号的部分比包含数据的数据分组部分更重地编码。

16.如权利要求8的接收机，其中该处理器通过比较最近的数据分组与以前的数据分组识别相同的多次接收的数据分组。

17.一个数据分组通信系统(50)，该通信系统包括一个发送机(54)，用于通过一个通信信道(56)发送数据分组，和用于如果它们的接收没有被确认，则通过该通信信道重新发送数据分组，该系统的特征在于：

一个接收机(60)，用于接收通过该通信线路发送的和重新发送的该数据分组，该接收机包括：

确认不包括不可纠正的差错的接收的数据分组(108)的装置；

存储包含不可纠正的差错的每个接收数据分组的一组未量化信号值(110)的装置；

以数字方式组合(118)对于相同发送和重新发送的包含不可纠正差错的数据分组的至少两组未量化信号值的装置；

量化(120)该组合的未量化信号值以便重新产生一个组合的数据分组的装置；

检测(124)该组合的数据分组中的不可纠正的差错的装置；和

如果该组合的数据分组不包括不可纠正的差错，则确认(108)重新发送包含该不可纠正差错的数据分组的装置。

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