Группа изобретений относится к радиотехнике, в частности к способу и устройству синхронной передачи дискретных данных с решающей обратной связью.
При синхронной передаче данные передают в виде пакетов данных за равные интервалы передачи. Асинхронный режим предусматривает посылку заголовка, содержащего информацию о длительности передачи и/или о количестве передаваемых символов в составе пакета. Возможная ошибка в заголовке может привести не только к потере пакета данных, но также к срыву групповой синхронизации передаваемых пакетов данных.
Основной проблемой являются ошибки, связанные с прохождением пакета данных по радиоканалу. Для оценки помехоустойчивости передачи пакета данных часто применяют модель аддитивного белого гауссовского шума, которая характеризуется отношением сигнал-шум в канале. При таком подходе вероятность ошибки в каждом символе модуляции одинакова. Критерием помехоустойчивости системы передачи данных является интенсивность пакетной ошибки. Для того чтобы их избежать, используют избыточное кодирование и повторную передачу данных. Применяют избыточное кодирование как с обнаружением ошибок, так и с исправлением ошибок.
Широкое распространение получило мягкое декодирование кодов, исправляющих ошибки, которое заключается в том, что на декодер подают мягкие решения демодулятора о достоверности приема каждого кодового символа. Мягкие решения представляют собой целые числа со знаком, например (Витерби А. Границы ошибок для сверточных кодов и асимптотический оптимальный алгоритм декодирования // сб. Некоторые вопросы теории кодирования. - М.: Мир, 1970, - стр.142-165).
В случае обнаружения ошибки, которая не может быть исправлена, запрашивается повторная передача пакета данных путем передачи по каналу обратной связи сигнала "запрос". В случае отсутствия ошибок в пакете данных по каналу обратной связи передают сигнал "подтверждение". Данные сигналы передают периодично с периодом, равным временному интервалу передачи. На передающей стороне при получении сигнала запрос осуществляют повторную передачу пакета сообщения данных. Данный процесс называют автоматическим запросом повторения (АЗП) или решающей обратной связью. Вероятность ошибки в канале обратной связи стараются сделать как можно меньше, так как ошибка в канале обратной связи повлечет за собой сбой системы передачи данных. Так как в обратном канале передают всего один двоичный символ, в котором значение 1 соответствует сигналу подтверждения, а значение 0 - сигналу запроса, то наиболее эффективным видом модуляции при синхронной передаче данных будет модуляция двоичными противоположными сигналами.
В зависимости от назначения системы передачи данных возможны различные требования к качеству передачи. В системах реального времени невозможна повторная передача данных. Прямой противоположностью им являются системы передачи данных, где задержка отдельного пакета может быть как угодно длительной, а основной задачей является безошибочная передача всех пакетов данных. Примером здесь может являться передача файла.
Наиболее распространенными являются комбинированные системы, где возможно сделать только ограниченное число перезапросов, например цифровая передача видеоизображения.
Известным способом повышения пропускной способности является использование гибридной стратегии автоматической повторной передачи. L. Lugand, D. Costello and R. Deng. Parity retransmission hybrid ARQ using rate 1/2 convolutional codes on a nonstationary channel // IEEE Transactions on Communications 37(4), pp.755-765. - 1989. Способ заключается в том, что мягкие решения перед декодированием запоминают, чтобы использовать их при повторном декодировании, если такое потребуется, и тем самым повышают вероятность успешного повторного декодирования. Существует классификация гибридных методов АЗП. В гибридной стратегии повторной передачи различают три типа (S.Lin and D.J.Costello, Jr. Error Control Coding: Fundamentals and Applications. NJ:Englewood Cliffs. - 1983):
- Тип I. Передаются те же данные, что и в первый раз. Выигрыш происходит за счет снижения отношения сигнал-шум после суммирования мягких решений перед декодером.
- Тип II. Передаются дополнительные кодовые символы. Вторая посылка сама по себе не может быть декодирована, она декодируется только вместе с первой, причем вторая посылка обычно бывает много меньше. Выигрыш происходит за счет увеличения избыточности кодового слова. Данный способ является наиболее перспективным, так как требует наименьшего числа кодовых символов для повторной передачи.
- Тип III. Является комбинированным типом между типами I и II. Налагаемое дополнительное условие - вторая посылка является самостоятельно декодируемой и имеет такой же размер, как и первая.
В синхронных системах передачи данных могут быть применены способы типа 1 и 3 (тип I и III), так как размер пакета данных для повторной передачи в них такой же, как и для основной передачи. Но наиболее эффективным является способ типа 2. Он использует свойство делимости помехоустойчивого кода, которое формулируют следующим образом:
- код является систематическим, т е. состоит из двух частей: исходное сообщение и проверочные символы,
- проверочные символы могут быть сгруппированы в несколько кодовых групп, таким образом, что:
- кодовое слово, состоящее из систематической части и группы 1, позволяет получить выигрыш в помехоустойчивости при декодировании по сравнению с не кодированным сообщением,
- кодовое слово, состоящее из систематической части и (N+1) групп проверочных символов, обеспечивает выигрыш в помехоустойчивости по сравнению с кодовым словом, состоящим из систематической части и N групп проверочных символов (Jun Du, Masao Kasahara, Toshihiko Namecawa "Separable Codes on Type-2 Hybrid ARQ Systems" IEEE Transactions on communications Vol. 36, NO 10, October, 1988).
Другими словами, избыточные символы помехоустойчивого кода могут быть разделены на несколько групп кодовых символов, и корректирующая способность кода будет зависеть от того, сколько групп проверочных символов было передано.
При реализации данного подхода есть проблема, которая заключается в том, что в случае ошибочного декодирования достаточно передать только часть избыточных символов (еще одну группу кодовых символов, на которые был разделен помехоустойчивый код) для того, чтобы правильно декодировать блок данных, однако большая часть временного интервала передачи в таком случае остается свободной, что сводит на нет весь предполагаемый выигрыш от подобной стратегии.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является изобретение W00237743 «Automatic Request Protocol Based Packet Transmission Using Punctured Codes», Int. C1. H 04 L 1/18, опубликовано 2002-05-10. Способ-прототип заключается в следующем.
При получении запроса на повторную передачу формируют частичную повторную передачу, представляющую собой группу не передававшихся ранее проверочных символов.
Частичную повторную передачу внедряют в кадр кодовых символов за счет снижения избыточности помехоустойчивого кодирования в очередном пакете данных.
При таком подходе общее число кодовых символов в кадре кодовых символов сохраняется, только они принадлежат разным пакетам данных.
В случае ошибочного декодирования пакета данных его ставят в очередь, повторную передачу осуществляют для самого старого пакета данных в очереди.
В случае удачного декодирования пакета основного потока и пакета, для которого передавали повторную передачу, которая в данном случае носит уточняющий характер, по каналу обратной связи передают сложный сигнал, содержащий подтверждения по обоим принятым пакетам кодовых символов.
Способ-прототип позволяет передавать данные с фиксированной скоростью 1 пакет/интервал передачи сообщения по каналу, где существует ненулевая вероятность пакетной ошибки.
Способ-прототип иллюстрирует фиг.1, где на позиции А) показано формирование последовательности частичных повторных передач, носящих уточняющий характер, на позиции В) показана передача последовательности пакетов по радиоканалу, на позиции С) операции по сохранению и декодированию принятых пакетов на приемной стороне, на позиции D) приведены вероятности успешного декодирования с возрастанием числа частичных повторных передач, носящих уточняющий характер. Вероятности связаны следующим соотношением Р-1<Р0<Р1<Р2.
Существенным недостатком данного способа является то, что он требует большого числа перезапросов, что приводит к потере в характеристиках систем с ограниченным числом перезапросов.
Способ-прототип осуществляют, используя передатчик 1 и приемник 8, структурные схемы которых выполнены соответственно на фиг.2 и 3.
Передатчик 1 (фиг.2) содержит блок кодирования пакетов данных 2, ключ 3, блок памяти 4, блок управления 5, усилитель 6 и модулятор 7, при этом первый вход блока кодирования пакетов данных 2 является первым входом передатчика 1, первый вход которого является входом последовательности пакетов данных, второй вход блока кодирования пакетов данных соединен с первым выходом блока управления 5, вход которого является вторым входом передатчика 1, который является входом сигнала решающей обратной связи, второй выход блока управления 5 соединен с первым входом блока памяти 4, второй вход которого объединен с первым входом ключа 3 и соединен с выходом блока кодирования пакетов данных, выход блока памяти 4 соединен со вторым входом ключа 3, третий вход которого соединен с третьим выходом блока управления 5, выход ключа 3 соединен с первым входом усилителя 6, второй вход которого является третьим входом передатчика 1, входом сигнала регулировки мощности, выход усилителя 6 соединен со входом модулятора 7, выход которого является выходом передатчика 1.
Приемник 8 (фиг.3) содержит демодулятор 9, ключ 10, первый 11 и второй 12 блоки памяти, сумматор 13, первый 14 и второй 15 блоки декодирования, первый 16 и второй 17 блоки обнаружения ошибок в пакете кодовых символов и блок управления 18, при этом вход демодулятора 9 является входом приемника 8, выход демодулятора 9 соединен с первым входом ключа 10, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления 18, первый выход ключа 10 соединен со входом первого блока декодирования 14 и первым входом первого блока памяти 11, второй выход ключа 10 соединен с первым входом сумматора 13, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления 18, третий вход сумматора 13 соединен с выходом первого блока памяти 11, второй вход которого соединен с первым выходом сумматора 13, второй выход сумматора 13 соединен со входом второго блока декодирования 15, выход первого блока декодирования 14 соединен со входом первого блока обнаружения ошибок в пакете кодовых символов 16 и первым входом второго блока памяти 12, выход второго блока декодирования 15 соединен со входом второго блока обнаружения ошибок в пакете кодовых символов 17 и вторым входом второго блока памяти 12, выходы первого 16 и второго 17 блоков обнаружения ошибок в пакете кодовых символов соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления 18, третий выход которого соединен с третьим входом второго блока памяти 12, выход которого является первым выходом приемника 8, четвертый и пятый выходы блока управления 18 являются соответственно вторым и третьим выходами приемника 8.
В передатчике 1 на первый вход блока кодирования пакетов данных 2 поступают пакеты данных (предварительно разделенное сообщение данных на пакеты данных). На второй вход блока 2 поступает сигнал с первого выхода блока управления 5. В блоке 2 осуществляется кодирование пакетов данных кодом, обнаруживающим ошибки, и кодирование кодом, корректирующим ошибки 2. Выходной сигнал с блока кодирования пакетов данных 2 поступает на второй вход блока памяти 4 и первый вход ключа 3. По этому сигналу в блоке 4 записывается в память результат кодирования пакетов данных. В том случае, когда на блок управления 5 поступают негативные подтверждения о приеме пакета кодовых символов с ошибкой по сигналу, поступающему со второго выхода блока управления 5 на первый вход блока памяти 4, в блоке памяти 4 формируется пакет перезапроса для самого старого из хранящихся в блоке памяти 4 пакетов кодовых символов. По сигналу, поступающему с третьего выхода блока управления 5 на третий вход ключа 10, ключ 10 замещает соответствующие кодовые символы текущего пакета кодовыми символами из блока перезапроса. Пакеты перезапроса формируют из несистематических компонент кода, разбивая его на пакеты по 
символов, где Р - период выкалывания, и сохраняют их в памяти. После этого данные передаются на усилитель 6, где осуществляется регулировка мощности. Сигнал на регулировку мощности формирует блок управления 5 в зависимости от количества пакетов в блоке памяти 4. При превышении порога передача текущего пакета прекращается, полностью передается самый старый пакет в блоке памяти 4. Выходной сигнал с блока 6 поступает на вход модулятора 7. В блоке 7 модулируют пакеты кодовых символов и передают.
В приемнике 8 принятый сигнал демодулируют в блоке 9, формируя мягкие решения о кодовых символах. Выходной сигнал с блока 9 поступает на первый вход ключа 10, на второй вход которого поступает сигнал с первого выхода блока управления 18. Ключ 10 осуществляет демультиплексирование выходных данных, разделяя данные текущего пакета и пакета перезапроса. На место выколотых кодовых символов в текущем пакете вставляются нейтральные величины (нули). В сумматоре 13 по сигналу, поступающему со второго выхода блока управления 18, происходит суммирование соответствующих символов пакета перезапроса с соответствующими символами первичного кодированного пакета. Если пакет перезапроса ранее не передавался, то на месте соответствующих символов в первичном кодированном пакете должны быть нули. Далее полученная последовательность перезаписывается в память блока памяти 11 и подается на второй блок декодирования 15. Данные текущего пакета подаются на первый блок декодирования 14. Выходные сигналы с первого 14 и второго 15 блоков декодирования поступают соответственно на первый и второй входы второго блока памяти 12 и, соответственно, входы первого 16 и второго 17 блоков обнаружения ошибок в пакетах кодовых символов. В блоках 16 и 17 выполняется обнаружение ошибок в пакетах кодовых символов. Во втором блоке памяти 12 хранятся правильно декодированные пакеты. Он служит для обеспечения правильного порядка данных. Если пакет декодирован правильно, то он удаляется из первого блока памяти 11. Блок управления 18 с четвертого и пятого выходов передает подтверждение о приеме двух пакетов: текущего и того, для которого передавали перезапрос.
Существенным недостатком описанного устройства является то, что, оно выполнено таким образом, что требует большого числа перезапросов, - это приводит к потере в характеристиках систем с ограниченным числом перезапросов.
Задача, которую решают заявляемый способ и устройство для его осуществления, - это повышение пропускной способности системы передачи данных, в частности, в системе с ограниченным числом перезапросов.
Поставленная задача решается тем, что в способ синхронной передачи данных с решающей обратной связью, заключающийся в том, что
- на передающей стороне осуществляют разделение сообщения данных на пакеты данных;
- кодируют пакеты данных кодом, обнаруживающим ошибки, и кодом, исправляющим ошибки, образуя пакеты кодовых символов;
- разбивают каждый полученный пакет кодовых символов на группы кодовых символов и назначают очередность передачи групп кодовых символов;
- для каждого пакета кодовых символов из групп кодовых символов в соответствии с назначенной очередностью передачи формируют основную и уточняющие части пакета кодовых символов, при этом одни и те же группы кодовых символов могут одновременно входить в основную и в уточняющую части пакета кодовых символов;
- формируют кадры кодовых символов, включая в каждый кадр разные части разных пакетов кодовых символов таким образом, чтобы при наличии запросов кадр кодовых символов содержал основную часть передаваемого пакета и уточняющую часть одного из предыдущих пакетов или только уточняющую часть одного из предыдущих пакетов;
- модулируют и передают сформированные кадры кодовых символов по радиоканалу;
- на приемной стороне демодулируют принятый сигнал, формируя мягкие решения о кодовых символах;
- для каждого пакета кодовых символов, части которого входят в принятый кадр кодовых символов, объединяют мягкие решения о кодовых символах основной части и мягкие решения о кодовых символах всех принятых уточняющих частей данного пакета кодовых символов, декодируют пакет кодовых символов и проверяют наличие ошибок в декодированном пакете;
- если пакет кодовых символов декодирован с ошибкой, выносят решение о запросе очередной уточняющей части пакета кодовых символов данного пакета и запоминают мягкие решения о кодовых символах этого пакета, формируя очередь пакетов, декодированных с ошибкой;
- если пакет кодовых символов декодирован без ошибок, то выносят решение о подтверждении приема этого пакета и удаляют мягкие решения о кодовых символах данного пакета из очереди пакетов, декодированных с ошибкой, при условии, что они были сохранены при предыдущих декодированиях;
- на основании вынесенных решений формируют сигнал обратной связи и передают его в установленный момент времени на передающую сторону;
- если есть хотя бы один запрос на передачу уточняющей части пакета кодовых символов, и при этом число невыполненных запросов не превышает наперед заданной величины, то на передающей стороне уменьшают основную часть очередного пакета кодовых символов и формируют следующий кадр из уменьшенной основной части очередного пакета кодовых символов и очередной уточняющей части первого пакета кодовых символов из очереди пакетов, декодированных с ошибкой;
- в противном случае формируют следующий кадр только из очередных уточняющих частей первого пакета кодовых символов из очереди пакетов, декодированных с ошибкой;
согласно изобретению при отсутствии невыполненных запросов на передачу уточняющей части какого-либо из пакетов кодовых символов осуществляют опережающую передачу основной части следующего пакета кодовых символов, для чего:
- уменьшают основную часть очередного пакета кодовых символов и формируют следующий кадр уменьшенной основной части очередного пакета кодовых символов и фрагмента основной части следующего пакета, занимающего оставшуюся часть кадра кодовых символов;
- следующие кадры формируют из не переданного остатка уменьшенной основной части очередного пакета кодовых символов и фрагмента основной части следующего пакета, наращивая таким образом объем данных, переданных с опережением,
- а в случае приема пакета с ошибкой вместо очередных опережающих групп кодовых символов осуществляют уточняющую передачу групп кодовых символов для того пакета данных, в котором произошла ошибка при декодировании.
При этом если объем данных, переданных с опережением, достигнет наперед заданной величины, то следующие кадры формируют из не переданного остатка полной основной части очередного пакета кодовых символов и фрагмента основной части следующего пакета.
Если объем данных достигнет величины, достаточной для самостоятельного декодирования, то его декодируют, и при декодировании без ошибки следующие кадры формируют из уменьшенной, по крайней мере, на одну группу кодовых символов основной части очередного пакета кодовых символов и фрагмента основной части следующего пакета.
Причем подтверждение по декодированию опережающей части передают в составе сигнала обратной связи вместо подтверждения по уточняющей части.
Поставленная задача решается также за счет того, что в устройство синхронной передачи данных с решающей обратной связью, содержащее передатчик, который содержит блок кодирования пакетов данных, ключ, блок памяти, блок управления и модулятор, при этом первый вход блока кодирования пакетов данных является первым входом передатчика и, соответственно, входом пакетов данных, второй вход блока кодирования пакетов данных соединен с первым выходом блока управления, вход которого является вторым входом передатчика и, соответственно, входом сигнала решающей обратной связи, второй выход блока управления, соединен с первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с выходом блока кодирования пакетов данных, третий выход блока управления соединен с первым входом ключа, выход модулятора является выходом передатчика, и приемник, который содержит демодулятор, ключ, первый и второй блоки памяти, первый и второй блоки декодирования, первый и второй блоки обнаружения ошибок в пакете кодовых символов и блок управления, при этом вход демодулятора является входом приемника, выход демодулятора соединен со входом ключа, выход первого блока декодирования соединен со входом первого блока обнаружения ошибок в пакете кодовых символов и первым входом второго блока памяти, выход второго блока декодирования соединен со входом второго блока обнаружения ошибок в пакете кодовых символов и вторым входом второго блока памяти, третий вход которого соединен с первым выходом блока управления, выход второго блока памяти является первым выходом приемника, выходы первого и второго блоков обнаружения ошибок в пакете кодовых символов соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления, второй выход которого является вторым выходом приемника;
согласно изобретению введены:
в передатчик блок выбора пакетов кодовых символов для передачи и блок формирования частей пакетов кодовых символов для передачи, при этом первый вход блока выбора пакетов кодовых символов для передачи соединен с выходом блока памяти, второй вход блока выбора пакетов кодовых символов для передачи соединен с четвертым выходом блока управления, первый и второй выходы блока выбора пакетов кодовых символов для передачи соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования частей пакетов кодовых символов для передачи, третий вход которого соединен с пятым выходом блока управления, первый и второй выходы блока формирования частей пакетов кодовых символов для передачи соединены соответственно с третьим и четвертым входами ключа, выход которого соединен со входом модулятора;
в приемник первый и второй блоки объединения частей пакетов кодовых символов, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами ключа, вторые входы первого и второго блоков объединения частей пакетов кодовых символов соединены соответственно с первым и вторым выходами первого блока памяти, третий вход которого объединен со входом первого блока декодирования и соединен с выходом первого блока объединения частей пакетов кодовых символов, четвертый вход первого блока памяти объединен со входом второго блока декодирования и соединен с выходом второго блока объединения частей пакетов кодовых символов, третьи входы первого и второго блоков объединения частей пакетов кодовых символов соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока управления.
Сущность заявляемой группы изобретений заключается в том, чтобы инициировать процесс объединения групп кодовых символов, принадлежащих различным пакетам данных, не только при неудачном декодировании, где очередной пакет данных дополняется группой кодовых символов для пакета, декодированного с ошибкой, но так же при успешном декодировании пакета данных, дополняя его опережающими группами кодовых символов очередного пакета данных. Заявляемое изобретение обеспечивает задел в переданных кодовых символах. В случае приема пакета с ошибкой, вместо очередных опережающих групп кодовых символов осуществляют уточняющую передачу групп кодовых символов для того пакета данных, в котором произошла ошибка при декодировании.
Технический результат снижения числа требующихся перезапросов достигается за счет следующих факторов:
- снижения требований к качеству первого приема, что позволяет организовать опережающую передачу групп кодовых символов следующего пакета;
- усиление требований к качеству приема после первого перезапроса, что возможно благодаря тому, что уточняющие группы для пакета, декодированного с ошибкой, передаются вместо опережающих групп очередного пакета.
Проведенные патентные и научно-технические исследования в данной области техники не выявили признаки, заявленные в отличительной части формулы изобретения, следовательно, заявляемые способ и устройство, созданные в едином изобретательском замысле, обладают новизной по сравнению с известными техническими решениями, отвечают критерию «изобретательский уровень» и могут быть реализованы в системах передачи данных с ограниченным числом возможных перезапросов, сохраняя при этом главное свойство - передачу блоков данных с максимально достижимой скоростью для системы передачи данных: 1 пакет/интервал передачи.
Описание изобретений поясняется примерами выполнения и чертежами.
Фиг.1 иллюстрирует способ-прототип, где показана частичная повторная передача с ее размещением в следующем пакете кодовых символов.
На фиг.2 выполнена структурная схема передатчика устройства-прототипа.
На фиг.3 выполнена структурная схема приемника устройства-прототипа.
Фиг.4 иллюстрирует работу заявляемого способа синхронной передачи данных с решающей обратной связью.
На фиг.5 выполнена структурная схема передатчика заявляемого устройства синхронной передачи данных с решающей обратной связью.
На фиг.6 выполнена структурная схема приемника заявляемого устройства синхронной передачи данных с решающей обратной связью.
Заявляемое устройство синхронной передачи данных с решающей обратной связью (фиг.5) содержит передатчик 1, содержащий блок кодирования пакетов данных 2, ключ 3, блок памяти 4, блок управления 5 и модулятор 7, при этом первый вход блока кодирования пакетов данных 2 является первым входом передатчика 1, второй вход блока кодирования пакетов данных 2 соединен с первым выходом блока управления 5 вход которого является вторым входом передатчика 1, второй выход блока управления 5 соединен с первым входом блока памяти 4, второй вход которого соединен с выходом блока кодирования пакетов данных 2, третий выход блока управления 5 соединен с первым входом ключа 3, выход модулятора 7 является выходом передатчика 1, согласно изобретению передатчик 1 дополнительно содержит блок выбора пакетов кодовых символов для передачи 19 и блок формирования частей пакетов кодовых символов для передачи 20, при этом первый вход блока выбора пакетов кодовых символов для передачи 19 соединен с выходом блока памяти 4, второй вход блока выбора пакетов кодовых символов для передачи 19 соединен с четвертым выходом блока управления 5, первый и второй выходы блока выбора пакетов кодовых символов для передачи 19 соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования частей пакетов кодовых символов для передачи 20, третий вход которого соединен с пятым выходом блока управления 5, первый и второй выходы блока формирования частей пакетов кодовых символов для передачи 20 соединены соответственно с третьим и четвертым входами ключа 3, выход которого соединен со входом модулятора 7.
Заявляемое устройство синхронной передачи данных с решающей обратной связью (фиг.6) содержит приемник 8, содержащий демодулятор 9, ключ 10, первый 11 и второй 12 блоки памяти, первый 14 и второй 15 блоки декодирования, первый 16 и второй 17 блоки обнаружения ошибок в пакете кодовых символов и блок управления 18, при этом вход демодулятора 9 является входом приемника 8, выход демодулятора 9 соединен со входом ключа 10, выход первого блока декодирования 14 соединен со входом первого блока обнаружения ошибок в пакете кодовых символов 16 и первым входом второго блока памяти 12, выход второго блока декодирования 15 соединен со входом второго блока обнаружения ошибок в пакете кодовых символов 17 и вторым входом второго блока памяти 12, третий вход которого соединен с первым выходом блока управления 18, выход второго блока памяти 12 является первым выходом приемника 8, выходы первого 16 и второго 17 блоков обнаружения ошибок в пакете кодовых символов соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления 18, второй выход которого является вторым выходом приемника 8, согласно изобретению приемник дополнительно содержит первый 21 и второй 22 блоки объединения частей пакетов кодовых символов, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами ключа 10, вторые входы первого 21 и второго 22 блоков объединения частей пакетов кодовых символов соединены соответственно с первым и вторым выходами первого блока памяти 11, третий вход которого объединен со входом первого блока декодирования 14 и соединен с выходом первого блока объединения частей пакетов кодовых символов 21, четвертый вход первого блока памяти 11 объединен со входом второго блока декодирования 15 и соединен с выходом второго блока объединения частей пакетов кодовых символов 22, третьи входы первого 21 и второго 22 блоков объединения частей пакетов кодовых символов соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока управления 18.
Осуществляют способ синхронной передачи данных с решающей обратной связью следующим образом:
- на передающей стороне осуществляют разделение сообщения данных на пакеты данных;
- кодируют пакеты данных кодом, обнаруживающим ошибки, и кодом, исправляющим ошибки, образуя пакеты кодовых символов;
- разбивают каждый полученный пакет кодовых символов на группы кодовых символов и назначают очередность передачи групп кодовых символов;
- для каждого пакета кодовых символов из групп кодовых символов в соответствии с назначенной очередностью передачи формируют основную и уточняющие части пакета кодовых символов, при этом одни и те же группы кодовых символов могут одновременно входить в основную и в уточняющую части пакета кодовых символов;
- формируют кадры кодовых символов, включая в каждый кадр разные части разных пакетов кодовых символов таким образом, что при наличии перезапросов кадр кодовых символов содержал основную часть передаваемого пакета и уточняющую часть одного из предыдущих пакетов, или только уточняющую часть одного из предыдущих пакетов;
- модулируют и передают сформированные кадры кодовых символов по радиоканалу;
- на приемной стороне демодулируют принятый сигнал, формируя мягкие решения о кодовых символах;
- для каждого пакета кодовых символов, части которого входят в принятый кадр кодовых символов, объединяют мягкие решения о кодовых символах основной части и мягкие решения о кодовых символах всех принятых уточняющих частей данного пакета кодовых символов, декодируют пакет кодовых символов и проверяют наличие ошибок в декодированном пакете;
- если пакет кодовых символов декодирован с ошибкой, выносят решение о запросе очередной уточняющей части пакета кодовых символов данного пакета и запоминают мягкие решения о кодовых символах этого пакета, формируя очередь пакетов, декодированных с ошибкой;
- если пакет кодовых символов декодирован без ошибок, то выносят решение о подтверждении приема этого пакета и удаляют мягкие решения о кодовых символах данного пакета из очереди пакетов, декодированных с ошибкой, при условии, что они были сохранены при предыдущих декодированиях;
- на основании вынесенных решений формируют сигнал обратной связи и передают его в установленный момент времени на передающую сторону;
- если есть хотя бы один запрос на передачу уточняющей части пакета кодовых символов и при этом число невыполненных запросов не превышает наперед заданной величины, то на передающей стороне уменьшают основную часть очередного пакета кодовых символов и формируют следующий кадр из уменьшенной основной части очередного пакета кодовых символов и очередной уточняющей части первого пакета кодовых символов из очереди пакетов, декодированных с ошибкой;
- в противном случае формируют следующий кадр только из очередных уточняющих частей первого пакета кодовых символов из очереди пакетов, декодированных с ошибкой;
- при отсутствии невыполненных запросов на передачу уточняющей части какого-либо из пакетов кодовых символов осуществляют опережающую передачу основной части следующего пакета кодовых символов, для чего:
- уменьшают основную часть очередного пакета кодовых символов и формируют следующий кадр уменьшенной основной части очередного пакета кодовых символов и фрагмента основной части следующего пакета, занимающего оставшуюся часть кадра кодовых символов;
- следующие кадры формируют из не переданного остатка уменьшенной основной части очередного пакета кодовых символов и фрагмента основной части следующего пакета, наращивая таким образом объем данных, переданных с опережением.
При этом если объем данных, переданных с опережением, достигнет наперед заданной величины, то следующие кадры формируют из не переданного остатка полной основной части очередного пакета кодовых символов и фрагмента основной части следующего пакета.
Если объем данных достигнет величины, достаточной для самостоятельного декодирования, то его декодируют, и при декодировании без ошибки следующие кадры формируют из уменьшенной, по крайней мере, на одну группу кодовых символов основной части очередного пакета кодовых символов и фрагмента основной части следующего пакета.
Причем подтверждение по декодированию опережающей части передают в составе сигнала обратной связи вместо подтверждения по уточняющей части.
Рассмотрим подробнее реализацию заявляемого способа на устройстве синхронной передачи данных с решающей обратной связью, структурная схема которого выполнена на фиг.5 и 6.
На передающей стороне осуществляют разделение сообщения данных на пакеты данных, используя для этого, например, коммутатор пакетов физического уровня, работающий в соответствии со стандартом ВОС (Reference Model for Open Systems Interconnection. - RM-OSI / ITU-T X.200 (1994); ISO/IEC 7498. - 1, 2, 3, 4:1994.).
По сигналу управления (шина) с первого выхода блока управления 5 в блоке 2 кодируют пакеты данных кодом, обнаруживающим ошибки, используя в качестве кода, обнаруживающего ошибки, например, CRC (cyclical redundancy check), (S.Lin and D.J.Costello, Jr. Error Control Coding: Fundamentals and Applications. NJ:Englewood Cliffs, - 1983), и кодом, исправляющим ошибки, используя в качестве кодов, исправляющих ошибки, например, любой из класса сверточных кодов, в частности параллельный сверточный турбокод (С. Berrou, A. Glaviex, P. Thitimajshma. Near Shannon limit error - correcting coding and decoding // IEEE Transactions on information theory. - 2/1993), образуя пакеты кодовых символов, запоминают полученные пакеты кодовых символов, образуя очередь запомненных пакетов кодовых символов к передаче в блоке памяти 4.
Разбивают каждый запомненный пакет кодовых символов на равные группы кодовых символов и назначают очередность передачи групп кодовых символов в соответствии с одним из известных способов, например (J. Hagenauer. Rate Compatible Punctured Convolutional Codes (RCPC Codes) and their Applications // IEEE Trans. Commun., Vol. 36, Apr. 1988, pp.389-400 или D.N. Rowitch and L.B. Milstein. Rate Compatible Punctured Turbo (RCPT) Codes in a Hybrid FEC/ARQ System // in Proc. Communications Theory Mini-Conference of GLOBECOM'97.- Phoenix, AZ, Nov. 1997. - pp.55-59). Операция осуществляется в блоке выбора пакетов кодовых символов для передачи 19.
В первый кадр кодовых символов включают только основную часть первого пакета кодовых символов или возможен вариант, при котором кодировать начинают заранее, обеспечивая тем самым достаточную длину очереди пакетов кодовых символов к передаче, и первый кадр кодовых символов состоит из уменьшенной основной части первого пакета и опережающей части следующего за ним пакета при наличии данного пакета в очереди пакетов кодовых символов к передаче.
Выбор пакетов для передачи осуществляется блоком выбора пакетов кодовых символов для передач 19, который в соответствии с базовым адресом в блоке памяти 4, полученным от блока управления 5, определяет необходимое смещение адресов и запоминает расположение выбранных блоков в блоке памяти 4 и переписывает выбранные пакеты в память блока 19.
Для каждого из выбранных пакетов кодовых символов в соответствии с назначенной очередностью передачи групп кодовых символов формируют основную и уточняющие части пакета кодовых символов, выделяя, таким образом, HARQ-2 блоки и запоминая адреса, по которым они расположены в блоке памяти 4 и внутренней памяти блока выбора пакетов кодовых символов для передачи 19 и переписывая выбранные части в память блока 20, отмечая при этом количество осуществленных передач для каждой из выбранных групп кодовых символов.
Если все части пакета кодовых символов помечены как переданные, то формируют дополнительную уточняющую часть пакета кодовых символов, циклически повторяя последовательность групп кодовых символов в соответствии с ранее назначенной очередностью, инкрементируя при этом счетчик передач каждой группы в блоке формирования частей пакетов кодовых символов для передачи 20.
В блоке 20 формируют кадры кодовых символов, включая в каждый кадр разные части разных пакетов кодовых символов путем мультиплексирования ключом 3, в соответствии с последовательностью принятых подтверждений о приеме предыдущих пакетов, таким образом, что при наличии невыполненных запросов на уточняющую передачу не больше чем N пакетов формируют следующий кадр кодовых символов из уменьшенной на, по меньшей мере, одну группу кодовых символов основной части очередного пакета, полученного от блока выбора пакетов кодовых символов к передаче и, по меньшей мере, одной группы из уточняющей части для пакета кодовых символов, переданного ранее остальных пакетов, для которых есть запрос о передаче дополнительных кодовых символов и которые формируют очередь передаваемых пакетов кодовых символов в блоке памяти 4, выбор которого осуществляют в блоке выбора пакетов кодовых символов для передачи 19.
При наличии запросов на уточняющую передачу больше чем N пакетов формируют следующий кадр кодовых символов из групп уточняющей части или дополнительной уточняющей части для пакета, переданного ранее остальных пакетов, для которых есть запросы на уточняющую передачу, выбор которого осуществляют в блоке выбора пакетов кодовых символов для передачи 19.
Одновременно по сигналу с блока управления 5 очередной пакет данных кодируют в блоке кодирования пакетов данных 2 и запоминают в блоке памяти 4, наращивая, таким образом, очередь пакетов кодовых символов к передаче в блоке памяти 4.
Пакеты кодовых символов, основная часть которых вошла в кадр кодовых символов, переводят из очереди пакетов кодовых символов к передаче в блоке памяти 4 в очередь передаваемых пакетов кодовых символов в блоке памяти 4. Операцию выполняет блок выбора пакетов кодовых символов для передачи 19. Операция может быть выполнена путем запоминания в блоке выбора пакетов для передачи 19 разделяющего адреса в блоке памяти 4 таким образом, что адреса пакетов, меньших, чем запомненный адрес, определяются как пакеты кодовых символов к передаче, а пакеты, чей адрес больше, определяются как передаваемые пакеты или выполняют операции вместо физических адресов со ссылками на эти адреса (Кнут "Искусство программирования" издательство "Вильямс" 2002 г., 720 стр.) или каким-либо другим из известных методов управления памятью.
Пакеты кодовых символов, для которых получено подтверждение о приеме, удаляют из очереди передаваемых пакетов, после чего осуществляют перераспределение расположения пакетов кодовых символов или ссылок на них в памяти.
При отсутствии невыполненных запросов на передачу уточняющей части какого-либо из пакетов кодовых символов осуществляют опережающую передачу основной части следующего пакета кодовых символов, если такой пакет есть в очереди пакетов к передаче, его наличие определяется блоком выбора пакетов кодовых символов для передачи 19.
В блоке формирования частей пакетов кодовых символов для передачи 20 уменьшают основную часть очередного пакета кодовых символов, по меньшей мере, на одну группу кодовых символов.
В блоке формирования частей пакетов кодовых символов для передачи 20 формируют опережающую часть данного пакета кодовых символов из фрагмента основной части данного пакета кодовых символов, выделяя в ней, по меньшей мере, одну группу кодовых символов в соответствии с заданной очередностью.
В блоке формирования частей пакетов кодовых символов для передачи 20 формируют следующий кадр кодовых символов путем мультиплексирования из уменьшенной основной части очередного пакета кодовых символов и опережающей части следующего пакета из очереди пакетов кодовых символов к передаче, который занимает оставшуюся часть кадра кодовых символов.
В блоке формирования частей пакетов кодовых символов для передачи 20 при наличии подтверждения о приеме пакета по сигналу с пятого выхода блока управления 5 формируют следующие кадры кодовых символов путем мультиплексирования. Кадры кодовых символов формируют из не переданного остатка уменьшенной основной части очередного пакета кодовых символов и увеличенной, по меньшей мере, на одну группу кодовых символов опережающей части следующего пакета кодовых символов из очереди пакетов к передаче, наращивая, таким образом, объем данных, переданных с опережением.
В блоке 7 модулируют кадры кодовых символов и передают сформированные кадры кодовых символов по радиоканалу.
Приемник 8 (фиг.6) принимает сигнал, который поступает на вход демодулятора 9. В блоке демодуляции 9 демодулируют принятый сигнал, формируя мягкие решения о кодовых символах.
В первом блоке объединения частей пакета кодовых символов 21 объединяют мягкие решения о кодовых символах всех принятых частей каждого пакета кодовых символов, части которого вошли в принятый кадр кодовых символов, если в составе принятого кадра была основная часть этого пакета, и запоминают результат объединения в первом блоке памяти 11. Объединение осуществляют одним из известных способов, например (D. Chase. Code Combining - A Maximum-Likelihood Decoding Approach for Combining an Arbitrary Number of Noisy Packets // IEEE Trans. Comm., vol. 33, pp. 385-393. - May 1985) или (L. Lugand, D. Costello and R. Deng. Parity retransmission hybrid ARQ using rate 1/2 convolutional codes on a nonstationary channel // IEEE Transactions on Communications 37(4), pp.755-765. - 1989).
Во втором блоке объединения частей пакетов кодовых символов 22 объединяют мягкие решения о кодовых символах всех принятых частей каждого пакета кодовых символов, части которого вошли в принятый кадр кодовых символов, если в составе принятого кадра была уточняющая или опережающая часть этого пакета, и запоминают результат объединения в первом блоке памяти 11.
В первом блоке декодирования 14 декодируют пакет кодовых символов, который был сформирован в первом блоке объединения частей пакетов кодовых символов 21, и запоминают его во втором блоке памяти 12. В первом блоке обнаружения ошибок в пакете кодовых символов 16 проверяют наличие ошибок в декодированном в блоке 14 пакете кодовых символов и передают результаты проверки на первый вход блока управления 18, который определяет пакет данных, готовый к выходу во втором блоке памяти 12. Пакет данных готов к выходу, если не существует ошибочно декодированных пакетов, которые передавались раньше, чем вышеуказанный пакет. Таким образом осуществляется операция выравнивания декодированных данных во втором блоке памяти 12.
Во втором блоке декодирования 15 декодируют пакет кодовых символов, который был сформирован во втором блоке объединения частей пакетов кодовых символов 22, и запоминают его во втором блоке памяти 12.
Во втором блоке обнаружения ошибок в пакете кодовых символов 17 проверяют наличие ошибок в декодированном в блоке 15 пакете кодовых символов и передают результаты проверки на второй вход блока управления 18, который определяет пакет данных, готовый к выходу во втором блоке памяти 12. Пакет данных готов к выходу, если не существует ошибочно декодированных пакетов, которые передавались раньше, чем вышеуказанный пакет. Таким образом осуществляется операция выравнивания декодированных данных во втором блоке памяти 12.
Если в первом блоке декодирования 14 пакет кодовых символов декодирован с ошибкой, выносят решение о запросе очередной уточняющей части пакета кодовых символов данного пакета и запоминают мягкие решения о кодовых символах этого пакета, формируя очередь пакетов, декодированных с ошибкой в первом блоке памяти 11.
Если во втором блоке декодирования 15 пакет кодовых символов декодирован с ошибкой, выносят решение о запросе очередной уточняющей части пакета кодовых символов данного пакета и запоминают мягкие решения о кодовых символах этого пакета, формируя очередь пакетов, декодированных с ошибкой в первом блоке памяти 11.
Если в первом блоке декодирования 14 пакет кодовых символов декодирован без ошибок, то выносят решение о подтверждении приема этого пакета и удаляют мягкие решения о кодовых символах данного пакета из очереди пакетов, декодированных с ошибкой, при условии, что они были сохранены при предыдущих декодированиях в первом блоке памяти 11.
Если во втором блоке декодирования 15 пакет кодовых символов декодирован без ошибок, то выносят решение о подтверждении приема этого пакета и удаляют мягкие решения о кодовых символах данного пакета из очереди пакетов, декодированных с ошибкой, при условии, что они были сохранены при предыдущих декодированиях в первом блоке памяти 11.
Если во втором блоке декодирования 15 объем данных, переданных с опережением, достаточен для декодирования, то его декодируют независимо, при отсутствии ошибок на приемной стороне, и удаляют мягкие решения о кодовых символах данного пакета из очереди пакетов в первом блоке памяти 11, декодированные данные сохраняют во втором блоке памяти 12 по результатам проверки во втором блоке обнаружения ошибок в пакете кодовых символов 17. Блок управления 18 формирует и отправляет сигнал подтверждения для данного пакета кодовых символов по обратному каналу. При получении данного подтверждения на передающей стороне блок управления 5 формирует соответствующий сигнал, по которому удаляют данный кадр из очереди пакетов кодовых символов к передаче в блоке памяти 4. Если во втором блоке декодирования 15 объем данных, переданных с опережением, недостаточен для декодирования, на передающей стороне при передаче остальных пакетов кодовых символов опережающую часть каждого следующего пакета кодовых символов наращивают, пока объем этой части не достигнет заданной величины. После чего следующие кадры формируют из не переданного остатка полной основной части очередного пакета кодовых символов и такой же опережающей части следующего пакета из очереди пакетов к передаче в блоке формирования частей пакетов кодовых символов для передачи 20 путем мультиплексирования ключом 3.
Блок управления 18 на приемной стороне (в приемнике 8) на основании вынесенных решений первым 16 и вторым 17 блоками обнаружения ошибок в пакете кодовых символов формирует сигнал обратной связи и передает его в установленный момент времени на передающую сторону (передатчик 1), причем сигнал обратной связи является сложным, т.е. несет в себе информацию о решениях по каждому из блоков обнаружения ошибок в пакете кодовых символов.
Блок управления 18 в приемнике при наличии подтверждения успешного декодирования опережающей части, которое получено во втором блоке обнаружения ошибок в пакете кодовых символов 17, формирует сложный сигнал обратной связи таким образом, что решение по опережающей части передают вместо решения по уточняющей части, запроса на передачу которой фактически не было.
Наращивание опережающей части фрагмента основной части пакета кодовых символов в составе кадра кодовых символов показано на фиг.3, где показан кадр кодовых символов, составленный из частей разных пакетов, наличие пакетов в первом блоке приемного устройства до и после приема и декодирования пакетов кодовых символов, входящих в кадр кодовых символов. На позиции А) показана передача только основной части пакета кодовых символов в составе кадра кодовых символов. На позиции В) показана передача уменьшенной основной части пакета кодовых символов и одной опережающей группы следующего пакета кодовых символов. На позиции С) показана передача не переданного остатка основной части пакета кодовых символов и двух опережающих групп следующего пакета кодовых символов. На позиции D) показана передача не переданного остатка основной части пакета кодовых символов и трех опережающих групп следующего пакета кодовых символов.
На практике передатчик 1 и приемник 8 могут быть реализованы на цифровом процессоре и программируемой логической интегральной схеме, либо может быть осуществлена смешанная реализация на двух вышеупомянутых устройствах.
Таким образом, за счет опережающей передачи фрагмента основной части пакета кодовых символов в составе кадра кодовых символов удается сократить число перезапросов при синхронной передаче сообщения данных, разделенных на пакеты данных с решающей обратной связью, повышая тем самым пропускную способность радиосистемы передачи данных в целом.
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способу и устройству синхронной передачи дискретных данных с решающей обратной связью. Технический результат состоит в повышении пропускной способности системы передачи данных. Это достигается за счет опережающей передачи фрагмента основной части пакета кодовых символов в составе кадра кодовых символов, при этом сокращается число перезапросов при синхронной передаче сообщения, данных, разделенных на пакеты данных с решающей обратной связью. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
| W0 0237743 A1, 10.05.2002 | |||
| СПОСОБ КОГЕРЕНТНОГО ПРИЕМА С РЕШАЮЩЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ | 1999 |
|
RU2168275C2 |
| СПОСОБ АДАПТИВНОГО КВАЗИКОГЕРЕНТНОГО МНОГОЛУЧЕВОГО ПРИЕМА В ПРЯМОМ КАНАЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ | 1999 |
|
RU2178955C2 |
