CN101507163A - 通信系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于使用数据包发送数据的方法,该方法包括将数据包的数据部分为两个或多个数据段,每个具有对应的校验部。数据包还可以在两个或多个逻辑通信信道上传递。在一个通信信道中的数据部的顺序可以与第二通信信道中数据部的顺序不同。可以向各个数据部分配相同或不同的校验部。
Description
技术领域
本应用涉及通信系统及方法,更具体地,涉及基于包的通信系统及方法,例如超宽带通信系统及方法。
背景技术
超宽带是在整个3.1GHz-10.6GHz的非常宽的频率范围内传输数字数据的无线电技术。通过在整个宽大的带宽上传播RF能量,通过传统的频率选择RF技术实际上无法检测到传输的信号。然而,低传输能量通常将通信距离限于小于10米到15米。
有两种实现UWB的方案:时域方案,以具有UWB特性的脉冲波形构造信号;以及频域调制方案,在多(频)带上使用传统的基于FFT的正交频分复用(OFDM),给出MB-OFDM。两种UWB方案都产生在频谱内覆盖非常宽的带宽的频谱分量,即术语超宽带,从而该带宽占中心频率的20%以上,通常至少为500MHz。
超宽带的这些特性,加上其非常宽的带宽,意味着UWB是用于在通信装置彼此在20m范围内的家庭或办公环境中提供高速无线通信的理想技术。
图1示出了用于超宽带通信的多带正交频分复用(MB-OFDM)系统中的频带布置。MB-OFDM系统包括十四个子带,每个子带为528MHz,并且MB-OFDM系统使用子带之间的每312ns的跳频作为访问方法。在每个子带内,采用OFDM和QPSK或DCM编码来传输数据。应当注意,空出5GHz左右(通常为5.1GHz-5.8GHz)的子带,以避免与例如802.11a WLAN系统、安全机构通信系统或航空工业的现有窄带系统之间的干扰。
十四个子带组织为五个带组,其中四个带组中的每个均具有三个528MHz的子带,一个带组具有两个528MHz的子带。如图1所示,第一带组包括子带1、子带2和子带3。一个示例性的UWB系统将采用带组的子带间的跳频,以使第一数据符号在带组的第一频率子带中在第一个312.5ns持续时间间隔内传输,第二数据符号在带组的第二频率子带中在第二个312.5ns持续时间间隔内传输,以及第三数据符号在带组的第三频率子带内在第三个312.5ns持续时间间隔内传输。因此,在每个时间间隔期间,数据符号在具有528MHz带宽的各个子带内传输,例如具有以3960MHz为中心的528MHz基带信号的子带2。
超宽带的技术特性意味着其配置为用于数据通信领域的应用。例如,存在广泛的各种应用,这些应用集中在以下环境中的电缆替代:
PC与外围设备之间的通信,即,诸如硬盘驱动器、光盘刻录机、打印机、扫描仪等的外部装置。
家庭娱乐设备,诸如电视和通过无线装置连接的装置、无线扬声器等。
手持装置与PC之间的通信,例如移动电话和PDA、数码相机和MP3播放器等。
通信信号以数据包的形式在发射器和接收器站之间的超宽带通信系统中发送。每个数据包包括头部、数据部(或“有效载荷”)以及典型地基于循环冗余码校验(CRC)的错误校验部。有效载荷与从发射器发送到接收器的数据相关。
附图中的图2仅以示例的方式示出了一个简单的无线通信系统20,其中发射器22向接收器24发送信号。在很多系统中,多信道26、27被用于发射器22和接收器24之间的发送。在UWB系统的上下文中,特别是MB-OFDM系统中,由时间频率编码(TimeFrequency coding)(TFC)限定物理信道。典型地使用TFC的两种方法:时间频率交错(Time Frequency Interleaving)(TFI)和固定频率交错(Fixed Frequency Interleaving)(FFI)。在带组1到4的每一个中,使用(4x)TFI和(3x)FFI TFC为每个带组提供7个物理信道。FFI技术用于带组5并提供2个附加的物理信道。因此图1中示出的MB-OFDM系统将包括30个物理信道。在很多无线通信系统中,在对简单用户的基础方案中,多物理信道被用来发送数据以使数据丢失最少。
在现有的通信系统中,如果进入的数据包包含任何错误则该包被拒绝,使得该包丢失且必须重新发送。因此,期望在这样的通信系统中使数据包丢失数量最小,以改善系统的服务质量。
发明内容
本发明的实施例提供了一种用于分割数据包并从接收到的段重构数据包的方法。可以在通信系统的各个信道上发送数据包段,因此即使当数据包段出错时本发明也能够重构数据包。
根据本发明的一个方面,提供了一种用于发送数据的方法,包括发送这样的数据:该数据包括头部、与发送的数据相关的数据部以及与数据部相关的包校验部,其中该方法包括以下步骤:将数据部分割为第一和第二数据段,该第一和第二数据段与数据部的相应的部分相关,并提供分别与第一和第二数据段相关的第一和第二段校验部。
根据本发明的另一个方面,提供了一种在发送和/或接收数据包的通信系统中使用的设备,该数据包包括头部、与发送的数据相关的数据部、以及与数据部相关的包校验部。该设备适于发送和/或接收包括第一和第二数据段的数据部,以及分别与第一和第二数据段相关的第一和第二段校验部,该第一和第二数据段与数据部的相应的部分相关。
附图说明
为了更好地理解本发明,以及更清楚地示出如何实施以达到本发明的效果,将仅以示例的方式来参照附图,其中:
图1示出了多频带OFDM联盟(MBOA)允许的MB-OFDM系统的频谱;
图2是通信系统的示意图;
图3示出了在实施本发明的系统中使用的数据包;
图4是示出了实施本发明一方面的方法的步骤的流程图;
图5示出了在实施本发明的系统中使用的数据包的又一个实例;
图6示出了在实施本发明的系统中使用的数据包的又一个实例;
图7示出了在实施本发明的系统中使用的数据包的又一个实例;以及
图8示出了在实施本发明的系统中使用的数据包的又一个实例。
具体实施方式
注意到下面描述的优选实施例与超宽带通信系统相关。然而,本发明还可以在其它基于包的通信系统中使用。
如上面描述的,图2示出了用于在信道26和27上从发射器22到接收器24发送数据包的示例性通信系统。
在UWB系统的上下文中,物理层服务数据单元(即PHY服务数据单元-PSDU)被编码并在装置之间的物理信道上发送。介质访问控制器服务数据单元(即MAC服务数据单元-MDSU)在PSDU中的MAC实体之间转移。每个MSDU在MSDU头的帧控制域中具有一个传递标识(delivery identification(Id))。该传递Id用来限定用户优先权(用于使用PCA方案异步数据转移)或流索引(用于使用DRP方案同步数据转移)。
如果考虑了OSI层模型和被称为逻辑链路控制器(LLC)的实体,则MAC提供数据链路层,逻辑链路控制器在该数据链路层上提供复用/非复用接口,以允许多个更高层协议实体访问MACMSDU接口;基于链路QoS请求。
逻辑链路(由流索引限定)限定了本发明所论述的包数据单元(PDU)的数据路径级。因此,可以理解本技术不与标准OSI参考模型中的数据链路层(MAC)上的数据帧处理相关。而是,下面描述的技术配置为用于在OSI参考模型的层2中使用。
图3示出了根据本发明的一个方面的数据包结构,例如由数据链路层(MAC)接收的。数据包300包括头部301、数据部(有效载荷)302,其与发送的数据相关,以及错误校验部(循环冗余校验-CRC)311。
与现有技术一样,头部301将数据包的信息合并使得其可以通过通信系统被正确地路由。头部301还包括与数据包的大小等相关的信息。根据已知技术,错误校验部311包含合适的校验位数据,诸如循环冗余校验,或其它错误修正数据。
用于在本发明的一个实施例中使用的数据包中的数据部302包括第一和第二数据段303、307,其包含要从发射器到接收器发送的数据。第一和第二数据段303、307具有各自关联的段校验部305和309。段校验部为有关的段合并校验数据,其使本发明实施例能够确认关联数据段的完整性。为了防止由于例如干扰或信号质量的较差信道特性而引起的发送错误的意外变化,提供了数据完整性保护。不同的CRC技术提供不同的执行复杂性(多数通常在数字硬件中)以及保护级。存在多种行业限定的技术(例如CCITT CRC-16)用于保护HCS中的PHY和MAC头(见欧洲计算机制造商协会标准ECMA-368)。其它通常的数据完整性技术有CRC-7和CRC-32(在因特网中使用)。可以理解,本发明可以使用这些技术中的任意一种,或者这些技术的任意组合。
根据图3示出的实施例,与第一数据段303关联的段校验部305(即R1)和与第二数据段307关联的段校验部309(即R2)不同。可选地,第一段校验部305可以与第二段校验部309相同。
可以容易地理解,根据本发明的数据包可以具有多于两个的数据段以及关联的段校验部。此外,可以理解,段的长度可以相同或者可以彼此不同。
头部301包括关于数据段的数量和长度的信息。
图4示出了实施本发明一方面的方法的步骤,其以步骤400开始。在步骤401,为信道“n”接收数据包。检查接收到的数据包的第一段的错误校验(步骤402和404),如果发现该段有错误,则丢弃该段并检查下一个段。然而,如果发现第一段的错误校验为可接受的,则存储第一段,并且检验第二段错误(步骤405、406)。对接收到的数据包中的所有段重复该过程(步骤406)。此外,为可得的所有信道重复该过程(步骤407、408和409)。
可以理解,上面描述的技术提供了“保护多样性”,其中可以对每个数据包段使用不同的错误校验算法。这导致在数据包中发送不同的错误校验部。当接收到一个良好的段时,该良好的段可以被存储并且要求一个与随后接收的良好的包相匹配的重新发送。可替换地,如果可以得到充足的带宽,则该包可以在多个MAC服务数据单元(MSDU)上发送,即避免对于重新发送的需要,使得可以通过将良好的段与下一个良好的MSDU的剩余部分结合来重构良好完整的包。
在同步应用中,例如视频流或音频流,可能的是重复最后的良好的段而不丢弃完整的有效载荷,但前提是其接收时仅部分受损。还可能的是决定使受损的段“空白”(依赖先前受损段的数量和应用灵敏度)。所有这些技术具有的效果是降低对用户的干扰感知效果或包损坏。
根据本发明的另一方面,上面描述的分割技术与多逻辑信道联合使用以改善无错误数据包传递的可能性,例如从数据链路层(MAC)。换言之,为了增加可能的保护,数据包中的数据可以在两个分离的数据包中发送,每个数据包对于其中的数据段使用分割校验算法的组合。当如上所述使用分割的有效载荷时,之后可能的是将错误修正和保护的其它形式合并到本技术,这将在下面更详细地描述。
图5示出了一个实例,其中第一包5001具有头部5011、第一数据段5031、第一段检验部5051、第二数据段5071、第二段校验部5091以及冗余校验部5111。第二数据包5002具有相似的头部、数据和错误校验部。每个数据包在数据的第二部SEG2之前发送数据的第一部SEG1。然而,在示例性实例中,如下,在第一包5001中的段校验部5051、5091的排列不同于在第二包5002中的段检验部5052和5092的排列。
在第一包5001中用于第一数据段5031的段校验部5051包含错误校验算法“R1”。然而,在第二包5002中用于第一数据段5032的段校验部5052包含错误校验算法“R2”。相似,在第一包5001中用于第二数据段5071的段校验部5091包含错误校验算法“R2”,而在第二包5002中用于第二数据段5072的段校验部5092包含错误校验算法“R1”。
可以理解,其中对各个数据段插入或交换错误校验算法的方式将增加能够在接收器处恢复无错误的包的可能性。这是因为没有在第一包5001中检测到第一数据段SEG1可以通过从第二数据包5002恢复数据SEG1的能力来补偿,并且对第二数据段SEG2也相似。
图6示出了另一个实例,其中两个信道6001和6002由于数据部SEG1和SEG2在数据包中出现的顺序而不同。在第一数据包6001中,用于第一数据段6031(即SEG1)的数据在用于第二数据段6071(即SEG2)的数据之前出现。相反,在第二包6002中,第二数据段SEG2在第一数据段SEG1之前出现。在图6示出的实例中,示出的每个段校验部6051、6091、6052、6092包含相同的错误校验算法“R1”。然而可以理解,还可以使用其它组合。
例如,段校验部6051和6092可以包含错误校验算法“R1”而段校验部6052和6091包含错误校验算法“R2”,反之亦然。可选地,段校验部6051和6091可以包含错误校验算法“R1”而段校验部6052和6092包含错误校验部“R2”,反之亦然。本领域的技术人员可以理解,其他的组合也是可能的。
图7示出了另一个实例,其中第一包7001具有头部7011、第一数据段7031、第一段校验部7051、第二数据段7071、第二段校验部7091和冗余校验部7111。第二数据包7002具有相似的头部、数据和错误校验部。在两个信道7001和7002上发送的包的不同在于,在第一数据包7001中,第一数据部SEG1出现在第一数据段7031和第二数据段7071中,而第二包7002包含在其第一数据段7032和第二数据段7072中出现的第二数据部SEG2。
在图7示出的实例中,示出的每个段校验部7051、7091、7052、7092包含相同的错误校验算法“R1”。然而如上可以理解,也可以使用其它的组合。例如,段校验部7051和7092可以包含错误校验算法“R1”而段校验部7052和7091包含错误校验算法“R2”,反之亦然。可选地,段校验部7051和7091可以包含错误校验算法“R1”而段校验部7052和7092包含错误校验算法“R2”,反之亦然。再次可以理解,其它组合也是可能的。
因此可以在不同逻辑信道接收到的数据包中的不同位置找到数据段内容。这再次增加了以无错误的方式获得数据的机会。
对上述时间分集技术的一个增进是随机排列每个逻辑信道上数据包的数据部中段数据的位置。例如,图8示出了具有头部8011、数据段8031和校验部8111的第一包8001。第二包8002包含头部8012、数据段8032和校验部8112。第一包8001的数据段8031中的数据SEG1不同于第二包8002的数据段8032中的数据SEG1*,使得数据SEG1*比起第一数据段8031中的数据来是随机的。换言之,SEG1*中数据位的顺序比起SEG1中数据位的顺序来是变化的。根据该实施例要求一个算法来从接收到的数据包恢复数据的随机顺序。可以理解,任何一种已知随机技术可以用于本发明的该方面。
可以理解,上面描述的本发明提供了改善的数据完整性和链路抗性,因此提供了改善的服务质量和对RF干扰更高的耐性。上面描述的本技术在具有重大传输功率限制的UWB通信系统中尤其具有优势,但并不限于此。
通过在多逻辑信道上接收的所有PDU包含错误时允许接收器选择并重构无错误PDU,根据本发明的数据包提供了改善的数据完整性和服务质量。
除了提供发送包数据的改善的方法,本发明还提供了用于在通信系统中使用的改善的设备。
如上所述,关于优选实施例描述的本技术用于在OSI层模型的层2级使用。
应当注意,上述实施例示出而非限制了本发明,并且在不背离所附权利要求的范围的情况下,本领域的技术人员能够设计出多种可选实施例。词语“包括”并不排除不同于权利要求中所列出的元件或步骤的存在,并且“一个”并不排除多个。权利要求中的任何参考标号均不应当解释为限制其范围。
Claims (21)
1.一种用于发送数据的方法,包括发送这样的数据包:所述数据包包括头部、与发送的数据相关的数据部、以及与所述数据部相关的包校验部,其中所述方法包括以下步骤:
将所述数据部分割为第一和第二数据段,所述第一和第二数据段与所述数据部的相应的部分相关;以及
提供分别与所述第一和第二数据段相关的第一和第二段校验部。
2.根据权利要求1所述的方法,其中依据所述第一和第二数据段的内容分别生成所述第一和第二段校验部。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述第一和第二段校验部是使用各自的第一和第二错误校验算法生成的。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述第一和第二算法不同。
5.根据权利要求3所述的方法,其中所述第一和第二算法基本相同。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法,其中在多通信信道上发送由所述数据包运载的所述数据。
7.根据权利要求6所述的方法,其中在有关的所述数据包中发送的所述数据段的顺序在通信信道之间变化。
8.根据权利要求7所述的方法,其中所述数据包中的所述数据的顺序是随机的。
9.根据权利要求6到8中任意一项所述的方法,还包括以下步骤:使用来自第一和第二信道的第一和第二数据段来重构数据部。
10.根据权利要求1到8中任意一项所述的方法,还包括以下步骤:使用来自初始发送步骤的第一数据段和来自重新发送步骤的第二数据段来重构数据部。
11.根据权利要求1到10中任意一项所述的方法,其中与所述OSI层模型的层二级相关地执行所述方法。
12.一种用于在通信系统中使用的设备,所述通信系统发送和/或接收这样的数据包:所述数据包包括头部、与发送的数据相关的数据部、以及与所述数据部相关的包校验部,其中所述设备适于发送和/或接收包括第一和第二数据段的数据部,以及分别与所述第一和第二数据段相关的第一和第二段校验部,所述第一和第二数据段与所述数据部的相应的部分相关。
13.根据权利要求12所述的设备,还包括用于依据所述第一和第二数据段的内容分别生成所述第一和第二段校验部的装置。
14.根据权利要求13所述的设备,其中用于生成所述第一和第二段校验部的装置包括用于生成各自的第一和第二错误校验算法的装置。
15.根据权利要求14所述的设备,其中用于生成所述第一和第二段校验部的装置适于生成不同的第一和第二错误校验算法。
16.根据权利要求15所述的设备,其中用于生成所述第一和第二段校验部的装置适于生成基本相同的第一和第二错误校验算法。
17.根据权利要求12到16中任意一项所述的设备,其中在多通信信道上发送由所述数据包运载的所述数据。
18.根据权利要求17所述的设备,其中在有关的所述数据包中发送的所述数据段的顺序在通信信道之间变化。
19.根据权利要求18所述的设备,还包括用于将所述数据包的每个数据段中的所述数据的顺序随机排列的装置。
20.根据权利要求17到19中任意一项所述的设备,还包括用于使用来自第一和第二信道的第一和第二数据段来重构数据部的装置。
21.根据权利要求12到19中任意一项所述的设备,还包括用于使用来自初始发送步骤的第一数据段和来自重新发送步骤的第二数据段来重构数据部的装置。
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