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TWI854711B - 無線接收機設備及其資料處理方法與無線通訊系統 - Google Patents

無線接收機設備及其資料處理方法與無線通訊系統 Download PDF

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TWI854711B
TWI854711B TW112122828A TW112122828A TWI854711B TW I854711 B TWI854711 B TW I854711B TW 112122828 A TW112122828 A TW 112122828A TW 112122828 A TW112122828 A TW 112122828A TW I854711 B TWI854711 B TW I854711B
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郭芯妤
李其懋
黃信智
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瑞昱半導體股份有限公司
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Abstract

一種無線接收機設備，其包含解碼器、記憶體單元和處理器。解碼器用以在多個符元的期間解碼封包以得到原始資料。記憶體單元用以暫存原始資料。處理器配置為依據對應封包之每符元資料位元數及符元數，決定此些符元中之至少一非閒置符元及至少一閒置符元，且在至少一非閒置符元的期間存取記憶體單元以對原始資料進行資料解析處理，但在至少一閒置符元的期間進入閒置狀態而不存取記憶體單元。

Description

無線接收機設備及其資料處理方法與無線通訊系統
本揭露是有關於接收封包解碼及解析處理，且特別是指一種無線接收機設備及其資料處理方法與無線通訊系統。
就無線通訊而言，通常傳輸端會編碼原始資料（raw data）以形成封包，接著再由接收端解碼封包而回復成原始資料。當接收封包時，通常是先由解碼器解碼封包以得到原始資料，並將原始資料寫入到記憶體，接著再由處理器存取記憶體以取得原始資料，並對原始資料進行資料解析處理。在無法預測記憶體的寫入事件何時發生下，處理器需不斷存取記憶體以取得解碼後的原始資料而無法進行其他任務，導致其工作效率降低及耗能顯著。因此，如何使無線通訊設備在接收封包的處理上達到最佳化功耗表現，為相關產業的主要目標之一。
本揭露提出一種無線接收機設備，其包含解碼器、記憶體單元和處理器。解碼器用以在多個符元的期間解碼封包以得到原始資料。記憶體單元用以暫存原始資料。處理器配置為依據對應封包之每符元資料位元數及符元數，決定此些符元中之至少一非閒置符元及至少一閒置符元，且在至少一非閒置符元的期間存取記憶體單元以對原始資料進行資料解析處理，但在至少一閒置符元的期間進入閒置狀態而不存取記憶體單元。
本揭露另提出一種資料處理方法，其適用於無線接收機設備且包含：在多個符元的期間解碼封包以得到原始資料；暫存原始資料到記憶體單元中；以及依據對應封包之每符元資料位元數及符元數，決定此些符元中之至少一非閒置符元及至少一閒置符元，且在至少一非閒置符元的期間存取記憶體單元以對原始資料進行資料解析處理，但在至少一閒置符元的期間進入閒置狀態而不存取記憶體單元。
本揭露又提出一種無線接收機設備，其包含無線傳輸機設備和無線接收機設備，其中無線傳輸機設備配置為傳輸封包，而無線接收機設備配置為經由無線通道接收封包。無線接收機設備包含解碼器、記憶體單元和處理器。解碼器用以在多個符元的期間解碼封包以得到原始資料。記憶體單元用以暫存原始資料。處理器配置為依據對應封包之每符元資料位元數及符元數，決定此些符元中之至少一非閒置符元及至少一閒置符元，且在至少一非閒置符元的期間存取記憶體單元以對原始資料進行資料解析處理，但在至少一閒置符元的期間進入閒置狀態而不存取記憶體單元。
以下仔細討論本揭露的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明，並非用以限定本揭露之範圍。
根據現今的Wi-Fi系統規格，Wi-Fi系統使用的傳輸模式可包含例如正交分頻多工（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）傳輸模式、高吞吐量（High Throughput，HT）模式、超高吞吐量（Very High Throughput，VHT）模式、高效率（High Efficiency，HE）模式等，其中高吞吐量模式、超高吞吐量模式和高效率模式分別對應Wi-Fi 4、Wi-Fi 5、Wi-Fi 6等不同通訊世代的無線區域網路（wireless local area network，WLAN）標準。若是無線收發設備的硬體規格越佳且所支援的Wi-Fi系統越先進，則可使用的傳輸模式越多。本揭露實施例亦可支援例如蜂巢網路（cellular network）、藍牙（Bluetooth）、區域網路（local area network，LAN）和/或通用序列匯流排（Universal Serial Bus，USB）等其他有線和/或無線通訊技術。
請參照圖1，圖1為本揭露實施例之無線通訊系統100的示意圖。無線通訊系統100採用的通訊技術可以是例如符合IEEE 802.11標準（包含IEEE 802.11ac、IEEE 802.11ax等）的無線區域網路通訊技術和/或其他適用的無線通訊技術。無線通訊系統100包含無線收發設備110、120，其經由無線通道通訊連接。無線收發設備110、120可同時具有封包傳輸及接收之功能。舉例而言，在無線收發設備110經由無線通道傳輸封包到無線收發設備120的場景下，無線收發設備110、120亦可分別稱為無線傳輸機設備和無線接收機設備。
無線通訊系統100中的無線通道可支援無線收發設備110、120之間的多輸入多輸出（multiple-input multiple-output，MIMO）傳輸、多輸入單輸出（multiple-input single-output，MISO）傳輸、單輸入多輸出（single-input multiple-output，SIMO）傳輸和/或單輸入單輸出（single-input single-output，SISO）傳輸。每一無線收發設備110、120可表示多種不同的實施方式，其包含但不限於例如站台（station，STA）、筆記型電腦、行動電話、平板電腦等行動式無線收發設備和/或存取點（access point，AP）、路由器、交換器、計算機設備、伺服器設備、工作站等固定式無線收發設備。
圖2為本揭露實施例之無線接收機設備200的方塊示意圖。無線接收機設備200可以是圖1之無線收發設備110和/或無線收發設備120。無線接收機設備200包含解碼器210、記憶體單元220和處理器230。解碼器210用以對接收到的封包進行解碼以得到原始資料（raw data）。依據無線通訊系統所使用的編碼技術，解碼器210可以是例如卷積解碼器（convolutional decoder）、籬柵解碼器（trellis decoder）、維特比解碼器（Viterbi decoder）和/或渦輪解碼器（turbo decoder）等，但不限於此。舉例來說，若是無線接收機設備200用於無線區域網路通訊系統，則解碼器210可以是維特比解碼器。
記憶體單元220耦接解碼器210，其可用以暫存經解碼器210解碼封包後所得到的原始資料。記憶體單元220可以是資料記憶體（data memory，DMEM）、靜態隨機存取記憶體（static random access memory，SRAM）或是其他適於暫存原始資料的記憶體。
處理器230耦接記憶體單元220，其可存取記憶體單元220以取得暫存於記憶體單元220內的原始資料，並對取得的原始資料進行資料解析（parsing）處理。處理器230可以是例如常規處理器（conventional processor）、多核心處理器（multi-core processor）、數位訊號處理器（digital signal processor，DSP）、微處理器或特殊應用積體電路（application-specific integrated circuit，ASIC），但不限於此。
解碼器210在多個符元的期間對封包進行解碼以得到原始資料。具體而言，在每一個符元的期間，解碼器210對封包內的對應區段進行解碼，以得到每符元資料位元數為 的原始資料。當解碼器210解碼封包後且未寫入到記憶體單元220的原始資料的剩餘位元數 大於門限位元數 時，解碼器210可寫入部分的原始資料到記憶體單元220，以供處理器230進行資料解析處理。特別地，依據處理器230的時脈等效能特性，當原始資料的剩餘位元數 首次大於門限位元數 時，解碼器210寫入一個 位元原始資料串到記憶體單元220。接著，到最後一個符元前，只要當原始資料的剩餘位元數 非首次增加到大於門限位元數 時，解碼器210即寫入兩個 位元原始資料串到記憶體單元220。在最後一個符元的期間，解碼器210將所有尚未寫入到記憶體單元220的原始資料寫入到記憶體單元220。
進一步地，當解碼器210在多個符元的期間解碼封包而得到原始資料並暫存原始資料至記憶體單元時，處理器230依據對應封包的每符元資料位元數 及符元數，決定這些符元中的非閒置符元及閒置符元。在非閒置符元的期間，處理器230存取記憶體單元220以對原始資料進行資料解析處理。反之，在閒置符元的期間，處理器230進入閒置狀態而不存取記憶體單元220。
圖3為使用圖2之無線接收機設備200解碼封包的一示例。在此示例中，無線接收機設備200是在IEEE 802.11ax無線區域網路內接收並解碼具高效率多用戶（multi-user，MU）實體層協定資料單元（physical layer protocol data unit，PPDU）格式（又稱HE MU PPDU）且調製與編碼策略（modulation and coding scheme，MCS）索引值為5的封包，解碼器210對接收到的封包內的HE-SIG-B欄位進行維特比解碼並以64位元串寫入到記憶體單元220，且HE-SIG-B欄位對應到4個正交分頻多工（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）符元（以下稱OFDM符元）。在第一個OFDM符元的期間，解碼器210解碼封包內HE-SIG-B欄位的第一個區段，因為原始資料的剩餘位元數 僅到208位元而未超過256位元，故解碼器210未寫入任何64位元原始資料串到記憶體單元220，即記憶體單元220未有任何資料寫入事件。在第二個OFDM符元的期間，解碼器210解碼封包內HE-SIG-B欄位的第二個區段，使得剩餘位元數 增加到416位元而超過256位元，故解碼器210寫入1個64位元原始資料串到記憶體單元220（即方塊B1內的1個箭頭）。在寫入1個64位元串後，剩餘位元數 仍有352位元而超過256位元，故解碼器210接著再寫入2個64位元原始資料串到記憶體單元220（即方塊B2內的2個箭頭）。在第三個OFDM符元的期間，解碼器210解碼封包內HE-SIG-B欄位的第三個區段，使得剩餘位元數 累積到432位元而超過256位元，故解碼器210寫入2個64位元原始資料串到記憶體單元220（即方塊B3內的2個箭頭）。在寫入2個64位元原始資料串後，接收位元計數仍有304位元而超過256位元，故解碼器210接著再寫入2個64位元原始資料串到記憶體單元220（即方塊B4內的2個箭頭）。在第四個OFDM符元的期間，解碼器210解碼封包內HE-SIG-B欄位的第四個區段，且接著將剩餘位元數 為384的原始資料分為6個64位元原始資料串而寫入到記憶體單元220（即方塊B5內的6個箭頭）。
圖4為本揭露實施例之符元狀態判別方法400的流程示意圖。符元狀態判別方法400可用於圖2之無線接收機設備200或其他合適的無線接收機設備。舉例而言，在用於無線接收機設備200的實例中，符元狀態判別方法400可由處理器230進行。
在符元狀態判別方法400中，首先進行操作S402，取得每符元資料位元數 及符元數 ，且初始化原始資料的剩餘位元數 為0及符元序號 為1。接著，進行操作S404，將原始資料的剩餘位元數 增加每符元資料位元數 。之後，進行操作S406，判別當前符元是否為最後符元，即判別符元序號 是否等於符元數 。若是，則進行操作S408，記錄當前符元（即第 符元）為非閒置符元，並結束符元狀態判別方法400。反之，若當前符元非為最後符元，則進行操作S410，判別原始資料的剩餘位元數 是否大於門限位元數 。若操作S410的判別結果為原始資料的剩餘位元數 大於門限位元數 ，則進行操作S412，記錄當前符元（即第 符元）為非閒置符元，且接著進行操作S414，判別原始資料的剩餘位元數 是否為首次大於門限位元數 。相反地，若操作S410的判別結果為原始資料的剩餘位元數 不大於門限位元數 ，則進行操作S416，記錄當前符元（即第 符元）為閒置符元，且接著進行操作S418，進入到下一符元（即符元序號 增加1），並回到操作S404以進行下一符元的處理。
若操作S414的判別結果為原始資料的剩餘位元數 首次大於門限位元數 ，則進行操作S420，將原始資料的剩餘位元數 減去1個原始資料串的位元數 （即進行 ）。反之，若是操作S414的判別結果為原始資料的剩餘位元數 非首次大於門限位元數 ，則接著進行操作S422，將原始資料的剩餘位元數 減去2個原始資料串的位元數 （即進行 ）。在操作S420或操作S422結束後，接著進行操作S424，判別原始資料的剩餘位元數 是否大於門限位元數 。若判別原始資料的剩餘位元數 大於門限位元數 ，則進行操作S422；反之，則進行操作S418。
在符元狀態判別方法400中的門限位元數 和原始資料串的位元數 可依軟硬體規格和/或通訊系統規格對應調整。在一些實施例中，門限位元數 需要大於或等於兩倍的原始資料串的位元數 ，即 。在一些實施例中，門限位元數 和原始資料串的位元數 分別為256和64。此外，符元狀態判別方法400中的部分操作亦對應到解碼器與記憶體單元的操作。操作S404對應解碼器解碼第 個HE-SIG-B封包，操作S408對應當最後一個符元的期間結束時解碼器寫入所有剩餘資料到記憶體單元的事件，操作S420對應解碼器寫入1個 位元原始資料串到記憶體單元的事件，而操作S422對應解碼器寫入2個 位元原始資料串到記憶體單元的事件。
圖5和圖6為在不同每符元資料位元數 和相同的符元數 下處理器狀態的示例，其中門限位元數 和原始資料串的位元數 分別為256和64。在圖5之示例中，每符元資料位元數 和符元數 分別為208和8。由圖5所示內容可知，解碼器在第1符元的期間未寫入任何64位元原始資料串到記憶體單元，故處理器在第2到第8符元的每一個符元的期間被喚醒以進入到工作狀態。相對地，在圖6之示例中，每符元資料位元數 和符元數 分別為28和8。由圖6所示內容可知，解碼器在第1到第7符元的期間未寫入任何64位元原始資料串到記憶體單元，一直到第8符元的期間，解碼器將所有尚未寫入的位元原始資料串寫入到記憶體單元，故處理器僅在第8符元的期間被喚醒以進入到工作狀態。
表一和表二分別為門限位元數 和原始資料串的位元數 分別為256和64下每符元資料位元數 為13、26、52、78、104、156、208和符元數 為1到20所對應之閒置符元個數和閒置符元比例的統計表。由表一可知，在符元數 至少為2的條件下，至少會有1個閒置符元，且在相同的符元數 下，越小的每符元資料位元數 可能對應越多個閒置符元。此外，由表二可知，越大的符元數 和越小的符元數 所對應的閒置符元比例越大，其越能減少電力消耗及增加處理器的使用效率。進一步地，在每符元資料位元數 為13或26及符元數 至少為2的系統配置下，閒置符元的比例至少為50%，且可多達80%到95%，代表處理器有多達80%到95%的時間處於閒置狀態。 表一
每符元資料位元數
13 26 52 78 104 156 208
符元數 1 0 0 0 0 0 0 0
2 1 1 1 1 1 1 1
3 2 2 2 2 2 1 1
4 3 3 3 3 2 1 1
5 4 4 4 3 2 1 1
6 5 5 4 3 2 1 1
7 6 6 5 3 2 1 1
8 7 7 5 4 2 1 1
9 8 8 6 4 3 1 1
10 9 9 6 5 3 1 1
11 10 9 7 5 3 1 1
12 11 10 8 5 3 1 1
13 12 11 8 6 3 1 1
14 13 11 9 6 3 1 1
15 14 12 9 6 4 1 1
16 15 13 10 7 4 1 1
17 16 14 11 7 4 1 1
18 17 15 11 8 4 1 1
19 18 15 12 8 4 1 1
20 19 16 12 8 5 1 1
表二
每符元資料位元數
13 26 52 78 104 156 208
符元數 1 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00%
2 50.00% 50.00% 50.00% 50.00% 50.00% 50.00% 50.00%
3 66.67% 66.67% 66.67% 66.67% 66.67% 33.33% 33.33%
4 75.00% 75.00% 75.00% 75.00% 50.00% 25.00% 25.00%
5 80.00% 80.00% 80.00% 60.00% 40.00% 20.00% 20.00%
6 83.33% 83.33% 66.67% 50.00% 33.33% 16.67% 16.67%
7 85.71% 85.71% 71.43% 42.86% 28.57% 14.29% 14.29%
8 87.50% 87.50% 62.50% 50.00% 25.00% 12.50% 12.50%
9 88.89% 88.89% 66.67% 44.44% 33.33% 11.11% 11.11%
10 90.00% 90.00% 60.00% 50.00% 30.00% 10.00% 10.00%
11 90.91% 81.82% 63.64% 45.45% 27.27% 9.09% 9.09%
12 91.67% 83.33% 66.67% 41.67% 25.00% 8.33% 8.33%
13 92.31% 84.62% 61.54% 46.15% 23.08% 7.69% 7.69%
14 92.86% 78.57% 64.29% 42.86% 21.43% 7.14% 7.14%
15 93.33% 80.00% 60.00% 40.00% 26.67% 6.67% 6.67%
16 93.75% 81.25% 62.50% 43.75% 25.00% 6.25% 6.25%
17 94.12% 82.35% 64.71% 41.18% 23.53% 5.88% 5.88%
18 94.44% 83.33% 61.11% 44.44% 22.22% 5.56% 5.56%
19 94.74% 78.95% 63.16% 42.11% 21.05% 5.26% 5.26%
20 95.00% 80.00% 60.00% 40.00% 25.00% 5.00% 5.00%
圖7為本揭露實施例之資料處理方法700的流程示意圖。資料處理方法700可用於圖2之無線接收機設備200或其他合適的無線接收機設備。舉例而言，在用於無線接收機設備200的實例中，資料處理方法700可由處理器230進行。
在資料處理方法700中，首先進行操作S702，依據每符元資料位元數 及符元數 產生符元狀態列表。符元狀態列表包含每一符元是否為閒置符元之狀態資訊。此外，符元狀態列表可藉由進行符元狀態判別方法400而產生。在進行符元狀態判別方法400的過程每一符元會被判別是否為閒置符元（即為閒置符元或者是非閒置符元）。舉例而言，若每符元資料位元數 和符元數 分別為208和8，則藉由進行符元狀態判別方法400，可判別出第1符元為閒置符元而第2到第8符元均為非閒置符元，故得到的符元狀態列表可如以下表三所示。 表三
符元序號 1 2 3 4 5 6 7 8
閒置符元（I）/非閒置符元（N） I N N N N N N N
接著，進行操作S704，依據符元狀態列表判別當前符元是否為閒置符元。若是，則進行操作S706，進入閒置狀態而不存取記憶體單元，並設定喚醒計時器，依據下一個非閒置符元出現的次序決定處理器由閒置狀態喚醒的時間，且當喚醒計時器的計時結束時，進行操作S708，處理器進入喚醒狀態，並接著進行操作S710，存取記憶體單元取得原始資料串以進行資料解析處理。反之，若是操作S704的判別結果為當前符元為非閒置符元，則直接進行操作S710。操作S710完成後，接著進入到操作S712，依據符元狀態列表判別當前符元是否為最後符元。若判別當前符元為最後符元，則進行操作S714，處理器完成資料解析處理。相反地，若判別當前符元非為最後符元，則進行操作S716，進入到下一符元，並回到操作S704。
由以上說明可知，本揭露實施例可預測在每個符元的期間是否有解碼完成的位元資料串寫入到記憶體單元的事件，且依據預測結果決定處理器是否進入到喚醒狀態以對儲存於記憶體單元的位元資料串進行資料解析處理或是進入到閒置狀態。因此，相較於習知處理方式，本揭露實施例可使處理器當未有寫入到記憶體單元的事件時進入閒置狀態而不存取記憶體單元，直到有解碼後的原始資料寫入到記憶體單元再存取記憶體單元以進行資料解析處理，進而達到節省功耗的效果。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:無線通訊系統 110,120:無線收發設備 200:無線接收機設備 210:解碼器 220:記憶體單元 230:處理器 400:符元狀態判別方法 700:資料處理方法 B1-B5:方塊 S402-S424,S702-S716:操作
為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中： 圖1為本揭露實施例之無線通訊系統的示意圖； 圖2為本揭露實施例之無線接收機設備的電路方塊圖； 圖3為使用圖2之無線接收機設備解碼封包的一示例； 圖4為本揭露實施例之符元狀態判別方法的流程示意圖； 圖5和圖6為在不同每符元資料位元數和相同的符元數下處理器狀態的示例；以及 圖7為本揭露實施例之資料處理方法的流程示意圖。
國內寄存資訊（請依寄存機構、日期、號碼順序註記） 無 國外寄存資訊（請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記） 無
200:無線接收機設備
210:解碼器
220:記憶體單元
230:處理器

Claims (10)

  1. 一種無線接收機設備，包含： 一解碼器，用以在複數個符元的期間解碼一封包以得到一原始資料； 一記憶體單元，用以暫存該原始資料；以及 一處理器，配置為依據對應該封包之一每符元資料位元數及一符元數，決定該複數個符元中之至少一非閒置符元及至少一閒置符元，且在該至少一非閒置符元的期間存取該記憶體單元以對該原始資料進行資料解析處理，但在該至少一閒置符元的期間進入一閒置狀態而不存取該記憶體單元。
  2. 如請求項1所述之無線接收機設備，其中該解碼器係一維特比解碼器（Viterbi decoder）。
  3. 如請求項1所述之無線接收機設備，其中該解碼器配置為對該原始資料進行下列處理： 當該原始資料之一剩餘位元數首次大於一門限位元數時，寫入該原始資料中的一個原始資料串到該記憶體單元； 當該原始資料之該剩餘位元數非首次大於該門限位元數時，寫入該原始資料中的兩個原始資料串到該記憶體單元；以及 在該複數個符元中之一最後符元的期間，將該原始資料中之尚未寫入到該記憶體單元者寫入到該記憶體單元。
  4. 如請求項3所述之無線接收機設備，其中該複數個原始資料串中之每一者之一位元數為64，且該門限位元數為256。
  5. 如請求項1所述之無線接收機設備，其中該每符元資料位元數為13或26。
  6. 如請求項1所述之無線接收機設備，其中該處理器配置為依據該每符元資料位元數及該符元數產生一符元狀態列表，該符元狀態列表包含該複數個符元中之每一者是否為一閒置符元之狀態資訊。
  7. 如請求項1所述之無線接收機設備，其中該處理器配置為進入該閒置狀態時依據該符元狀態列表設定一喚醒計時器，且當該喚醒計時器的計時結束時進入一喚醒狀態。
  8. 一種資料處理方法，適用於一無線接收機設備，該資料處理方法包含： 在複數個符元的期間解碼一封包以得到一原始資料； 暫存該原始資料到一記憶體單元中；以及 依據對應該封包之一每符元資料位元數及一符元數，決定該複數個符元中之至少一非閒置符元及至少一閒置符元，且在該至少一非閒置符元的期間存取該記憶體單元以對該原始資料進行資料解析處理，但在該至少一閒置符元的期間進入一閒置狀態而不存取該記憶體單元。
  9. 如請求項8所述之資料處理方法，其中暫存該原始資料到該記憶體單元中包含： 當該原始資料之一剩餘位元數首次大於一門限位元數時，寫入該原始資料中的一個原始資料串到該記憶體單元； 當該原始資料之該剩餘位元數非首次大於該門限位元數時，寫入該原始資料中的兩個原始資料串到該記憶體單元；以及 在該複數個符元中之一最後符元的期間，將該原始資料中之尚未寫入到該記憶體單元者寫入到該記憶體單元。
  10. 一種無線通訊系統，包含： 一無線傳輸機設備，配置為傳輸一封包；以及 一無線接收機設備，配置為經由一無線通道接收該封包，該無線接收機設備包含： 一解碼器，用以在複數個符元的期間解碼該封包以得到一原始資料； 一記憶體單元，用以暫存該原始資料；以及 一處理器，配置為依據對應該封包之一每符元資料位元數及一符元數，決定該複數個符元中之至少一非閒置符元及至少一閒置符元，且在該至少一非閒置符元的期間存取該記憶體單元以對該原始資料進行資料解析處理，但在該至少一閒置符元的期間進入一閒置狀態而不存取該記憶體單元。
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