[發明專利]無線通信系統、無線通信方法、發送器和接收器

無效

• 申請號: 200910127163.5
• 申請日: 2009-03-16
• 公開（公告）號: CN101841405A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 易粟;羅彥林;王剛;夏勇
• 申請（專利權）人: 日電(中國)有限公司
• 主分類號: H04L1/18
• 分類號: H04L1/18;H04L1/16;H04L1/00;H04W28/04
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 李曉冬;南霆

技術領域

本發明涉及無線通信系統、無線通信方法、發送器和接收器，更具體而言涉及能夠實現自適應差錯恢復的無線通信系統、無線通信方法、發送器和接收器。

背景技術

無線介質的獨特屬性使得協議的設計與有線網絡中相比很不相同，而且更富有挑戰性。無線系統及其介質的獨特特征包括時變信道和易出錯性。無線電信號根據三種機制來傳播：反射、衍射和散射。節點所接收的信號是發送方發送的信號的時移且衰減后的版本的疊加。因此，接收信號功率隨時間而變。該現象被稱為多徑傳播。信道的變化率由信道的相干時間決定。當接收信號強度下降到某個閾值以下時，就認為節點處于衰退中(in?fade)。由于信道時變、信號強度變化以及諸如自然背景噪聲、干擾和運動之類的破壞，在無線傳輸中更可能發生差錯。在有線網絡中，誤比特率通常小于10^-6，因此數據包出錯的概率較低。與之不同，無線信道可能具有高達10^-3或更高的誤比特率，從而數據包出錯的概率也更高。在有線網絡中，這些差錯通常是由隨機噪聲引起的。與之不同，當節點處于衰退中時，無線鏈路中的差錯以長突發的形式出現。通過使用更小的數據包、前向差錯校正碼或者重發(retransmission)方法，可使得由于突發差錯而導致的數據包損失達到最低限度。鏈路層差錯恢復方案的設計影響網絡容量、臺站的位置確定、以及上層協議的設計。

在諸如無線局域網(WLAN)(802.11)、無線城域網(WMAN)(802.16)和無線廣域網(WWAN)(3G、LTE、IMT-advanced)之類的大多數無線通信網絡中都存在差錯恢復問題。設計良好的差錯控制方案對于下一代無線網絡非常重要。

在無線通信中，當干擾或噪聲壓倒了經過編碼和調制的傳輸數據時，就會發生比特差錯。可靠的通信協議要求一條消息的所有預期接收者都完好無損地接收到該條消息。一般認為有兩類差錯控制技術來應對發生差錯的無線傳輸：前向差錯校正(Forward?Error?Correction，FEC)和自動重復請求(Automatic?Repeat-reQuest，ARQ)。

FEC是用于數據傳輸的一種差錯控制方案，是信道編碼的一種方式，其中，發送器將冗余信息包括在要發送的數據中，使得在目的地處能夠恢復傳輸過程中損失的數據。FEC碼在所發送的數據流中引入了冗余，其中該冗余的量是受到控制的，從而使得接收器能夠得出關于所發送序列的更準確判決。

雖然FEC在帶寬充足時是有幫助的，但是在帶寬不足時它的益處就不那么容易確定了。換言之，使用FEC碼的問題在于與碼率相關聯的固定帶寬這一不利之處。具體而言，如果損失的數據包的總數大于冗余數據包的數目，則恢復不了數據。另外，僅利用FEC碼，無法保證無差錯傳輸，這是因為信道差錯統計特性是不穩定的。

ARQ是用于數據傳輸的另一種差錯控制方案，其使用確認和超時來實現可靠的數據傳輸。ARQ要求在差錯被檢測到時發送器應來自接收器的請求而重新發送數據塊。每當數據包到達時，接收器可以選擇不接受該數據包，而是通過反饋信道來請求重發。為了判定是否應當請求重發，接收器檢查接收到的數據包的質量或可靠性。通常這是利用比如循環冗余校驗碼(CRC)之類的差錯檢測碼來實現的。ARQ方案較為簡單，并且提供了很高的系統可靠性。但是解碼器的吞吐量或者最終輸出是不恒定的，并且隨著信道差錯率的增大而迅速下降。

ARQ通常用于需要數據可靠性的場合，例如TCP、無線MAC等等。另一方面，FEC可以容忍一定量的損失。因此，利用FEC碼，可以使接收器方的數據包損失達到任意地小，其代價在于發送冗余數據。如果損失太多以致利用FEC無法成功糾錯，則使用通常的ARQ技術，這就成為了混合ARQ(HARQ)方案。HARQ在現有的差錯檢測比特中還添加了FEC比特。當FEC未能校正數據包中的所有比特差錯時，則請求重發。

很明顯，FEC和ARQ都有其優點和缺點。選擇FEC還是ARQ還取決于數據包/幀的長度。在給定無線信道的差錯屬性的情況下，數據包越長，該數據包出錯的可能性越高。太頻繁的重發對于大多數情況來說都不是一個好的選擇。因此關于哪種方案最佳的問題是應該基于無線網絡環境、數據包大小等等來討論的。

可見，傳統的FEC、ARQ和HARQ或者校正少量的比特差錯，或者重發整個數據包，而不管實際上可能大多數接收數據都是正確的。FEC、ARQ和HARQ從而都具有很高的開銷和非常有限的靈活性，這會浪費網絡容量。關于如何設計部分數據包恢復(Partial?Packet?Recovery)方案，已經進行過一些工作。