Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА И СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ГИБРИДНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАПРОСА НА ПОВТОРЕНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБЪЕДИНЕНИЯ ПРОВЕРКИ ЧЕТНОСТИ

Данная заявка заявляет приоритет, согласно положениям 35 U. S. С. 119(е)(1), совместно поданной предварительной заявки США 60/141, 159 от 25 июня 1999.

Область техники
Данное изобретение относится к телекоммуникационным системам и способам надежной передачи информации и, более конкретно, к кодированию для исправления ошибок в целях обеспечения надежности передаваемой информации.

Уровень техники и задачи настоящего изобретения
Во многих приложениях большие объемы цифровых данных должны передаваться и приниматься по существу без ошибок. В сотовых телекоммуникационных системах и в спутниковых системах связи, в частности, передача цифровых данных по эфирному интерфейсу должна совершаться с максимально возможной точностью. Но точная передача и прием цифровых данных до последнего времени затруднены по той причине, что каналы связи, используемые для передачи данных по эфирному интерфейсу, подвержены воздействию факторов, вызывающих ошибки. Например, эти ошибки можно объяснить переходными процессами в канале, такими как шумы и искажения, либо рекуррентными процессами, обусловленными дефектами в канале. Из-за наличия переходных процессов или дефектов цифровые данные не могут быть переданы надлежащим образом, либо они не могут быть надежно приняты.

Цифровые данные нередко передают пакетами (или блоками или кадрами); при этом каждый пакет содержит некоторое число байтов информации, за которыми следует последовательность проверки кадра, состоящая из битов проверки четности (БПЧ). Ошибки, обычно возникающие при передаче и приеме цифровых данных, подразделяются на два типа: "случайные" ошибки канала и "пакетные" ошибки канала. Случайными ошибками канала являются ошибки, которые возникают независимо друг от друга и равномерно распределены в пакете, а пакетные ошибки канала являются ошибками, возникающими в виде групп. БПЧ в каждом пакете данных используют для обнаружения времени и места появления ошибки канала в пакете данных.

Значительное внимание в настоящее время направлено на разработку способов решения проблем, касающихся ошибок, обычно сопровождающих передачу данных по эфирному интерфейсу. Например, два обычных метода исправления ошибок включают прямое исправление ошибок (ПИО) и автоматический запрос на повторение (АЗП). Согласно способу исправления ошибок ПИО в передатчик вводят избыточную информацию, которая используется в приемнике для исправления ошибок передачи. Согласно способу исправления ошибок АЗП, данные кодируют таким образом, что ошибки в пакете данных обнаруживаются, но не исправляются. При использовании АЗП, в службе обнаружения ошибок приемник запрашивает повторную передачу пакетов данных, принятых с ошибками.

Один из обычных способов обнаружения ошибок заключается в том, что в пакет данных вводят БПИ, обнаруживающие ошибки, например, циклический избыточный код (ЦИК). Код ЦИК формируют из информации, содержащейся в пакете данных. Приемник использует информацию, содержащуюся в принимаемом пакете данных, чтобы сформировать дополнительный код ЦИК. Если код ЦИК, сформированный приемником, согласуется с кодом ЦИК, содержащимся в принимаемом пакете данных, то этот пакет данных считается правильно принятым. В противном случае приемник запрашивает повторную передачу этого пакета данных. Необходимо отметить, что ошибка может иметь место в пакете данных или в самом коде ЦИК. Но поскольку код ЦИК и пакет данных рассматриваются как один блок, то ошибка в любом из них считается ошибкой всего блока.

Если частота ошибок по битам (ЧОБ) а канале связи относительно невелика, то способ АЗП обеспечивает высокую пропускную способность для осуществимых значений длины пакета. Но если ЧОБ повышается, то пропускная способность будет значительно снижаться по причине возросшего числа необходимых повторных передач. Поэтому обычно комбинацию способов ПИО и АЗП применяют для обеспечения надежной линии связи без значительного ущерба для средней пропускной способности. Эта комбинация АЗП и ПИО называется гибридным АЗП. Пример гибридного АЗП описывается в патенте США 5638384 (Hayashi et al.,), в котором код исправления ошибок вводят между кодом обнаружения ошибок для кадра сигнала АЗП переменной длины и комбинацией флага границы кадра, имеющей код проверки с исправлением ЦИК.

Например, для повышения эффективности способа АЗП при высокой ЧОБ можно использовать способы гибридного АЗП I-типа. В способе гибридного АЗП I-типа данные кодируют таким образом, что помимо обнаружения ошибок исправление наиболее вероятных ошибок можно выполнить в приемнике. В приемнике исправляют только наиболее вероятные ошибки, например - типы ошибок только с несколькими ошибочными битами, и это уменьшает число повторных передач. Обнаруживают редкие типы ошибок, и запрашивают повторную передачу пакетов данных с редкими типами ошибок. Поэтому фактическую скорость передачи данных пакета можно поддерживать относительно высокой. Способы гибридного АЗП I-типа наиболее соответствуют каналам, в которых ЧОБ относительно постоянная.

Однако имеется множество практических случаев, когда ЧОБ не является постоянной и значительно изменяется. Причиной этого изменения ЧОБ может быть, например, помеха, присутствующая в течение длительности некоторой части пакета, но отсутствующая в другой части пакета. Последствием этого изменения может быть либо хороший канал, в котором коррекция ошибок не требуется, либо очень плохой канал, для которого потребуется очень мощный код (обусловливающий очень низкую скорость передачи данных). Способы гибридного АЗП I-типа не дают хороших результатов, когда канал хороший, так как средства исправления ошибок не требуются. Помимо этого, если канал очень плохой, то есть может присутствовать очень большое количество ошибок редких типов, то возможности гибридного АЗП I-типа могут оказаться недостаточными.

В этих случаях изменения ЧОБ можно использовать способ гибридного АЗП II-типа. Метод Гибридного АЗП II-типа адаптирует способ АЗП применительно к фактическим режимам канала. Во-первых, пакет данных посылают с блоком БПЧ только для обнаружения ошибок. Если ошибки приемником не обнаружены, то пакет считается верно принятым. Но если ошибки обнаружены, то принимаемый пакет буферизируют, и приемник запрашивает у передатчика передачу еще одного блока БПЧ, который можно использовать вместе с ранее принятым блоком БПЧ, для выполнения коррекции ошибок. Поэтому коррекцию ошибок выполняют только тогда, когда это действительно необходимо. Но, как и в случае обычного способа АЗП, способ АЗП II-типа вводит дополнительную задержку по причине повторной передачи БПЧ.

Поэтому задача данного изобретения заключается в обеспечении обнаружения ошибок и коррекции ошибок пакетов данных, без необходимости повторной передачи пакета данных или БПЧ, относящихся к этому пакету данных.

Также задачей настоящего изобретения является обеспечение коррекции ошибок только для тех пакетов, которые приняты неверно.

Сущность изобретения
Данное изобретение относится к телекоммуникационным системам и способам для выполнения обнаружения ошибок в пакетах данных в приемнике, и для исправления ошибок только в тех пакетах данных, которые были приняты с ошибками, без необходимости повторной передачи пакетов данных или битов проверки четности. Полный пакет данных, который должен передаваться, сначала разделяется на некоторое число блоков, обозначаемых как сегменты данных (СД). СД кодируются для обнаружения ошибок и для исправления ошибок. Затем используемые для исправления ошибок биты проверки четности для СД полного пакета данных объединяют в один или несколько блоков, и аналогично, используемые для исправления ошибок биты проверки четности предпочтительно объединяют в один или несколько отдельных блоков. Затем передатчик передает в приемник СД и блок(и), содержащие объединенные биты проверки четности. Когда приемник декодирует СД, приемник проверяет наличие ошибок в каждом из СД. Для каждого СД, который не содержит ошибок, формируются биты проверки четности для исправления ошибок данного СД и устраняют их воздействие на объединенные биты проверки четности для исправления ошибок. Затем биты проверки четности для исправления ошибок, которые теперь содержат информацию только о действительно содержащих ошибки СД, используют для исправления ошибочных СД. Поэтому биты проверки четности для исправления ошибок используют только для тех СД, которые определены как имеющие ошибки, и возможности исправления ошибок не тратятся на правильно принятые СД.

Краткое описание чертежей
Изобретение описано ниже со ссылками на чертежи, иллюстрирующие приведенные в качестве примера варианты осуществления изобретения, на которых представлено следующее:
Фиг. 1 - блок-схема, иллюстрирующая семь уровней, образующих модель взаимодействия Открытых Систем.

Фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая передачу пакетов данных от передатчика в приемник по интерфейсу радиосвязи с использованием способа обнаружения ошибок с использованием Автоматического Запроса на Повторение (АЗП).

Фиг.3 - передача пакетов данных с использованием способа гибридного АЗП, который использует обнаружение ошибок и исправление ошибок в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 - этапы передачи пакетов данных с использованием способа гибридного АЗП по фиг.3.

Фиг. 5 - иллюстрация формирования объединенных битов проверки четности для обнаружения ошибок и для исправления ошибок для множества блоков данных.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Многие новые признаки настоящей заявки описаны ниже со ссылками на предпочтительные в настоящее время приведенные для примера варианты осуществления. Необходимо отметить, что этот класс вариантов осуществления обеспечивает только немногие примеры множества предпочтительных применений раскрытых новых признаков. Как правило, излагаемые в данном описании положения не представляют собой обязательное ограничение какого-либо из различных заявляемых изобретений. Некоторые положения могут относиться к некоторым признакам изобретения, но не к другим.

Модель взаимодействия Открытых Систем (OSI) была разработана в начале 80-х гг Международной Организацией Стандартов для применения в среде универсальных вычислительных машин. Этот протокол обеспечивает процедуры и механизмы, необходимые для универсальных вычислительных машин в целях осуществления связи с другими устройствами, включая оконечные устройства и модемы. Модель OSI разделяет передачу данных на три отдельных функции (обработка, транспортировка и сеть) для выполнения прикладной программы, которая может представлять собой, например, пересылку файлов или передачу речевых сигналов. Функция обработки использует протоколы, которые являются однозначно определенными для прикладной программы, которая их использует; функция транспортировки обеспечивает сопряжение с функцией обработки для обеспечения надежной передачи данных по сети. Например, функция транспортировки обеспечивает обнаружение и исправление ошибок, и также решение других задач, таких как упорядочение сегментов данных. Наконец, функция сети обеспечивает механизмы для фактической маршрутизации данных по сети к узлу назначения.

Согласно фиг.1, модель взаимодействия Открытых Систем (OSI) осуществляет функцию обработки, транспортировки и функцию сети и разделяет эти функции на семь отдельных уровней: прикладной уровень 10, уровень 20 представления, уровень 30 сеанса, транспортный уровень 40, сетевой уровень 50, уровень 60 канала передачи данных и физический уровень 70. Каждый уровень обеспечивает обслуживание для уровня ниже и выше данного уровня. Например, физический уровень 70 обеспечивает обслуживание для канального уровня 60 канала передачи данных, который в свою очередь обеспечивает обслуживание для сетевого уровня 50 и для физического уровня 70 и т.д. Но каждый уровень является независимым, и поэтому, если функция изменяется в любом одном уровне, то она не будет сказываться на функции других уровней.

Физический уровень 70, который является самым нижним уровнем, отвечает за преобразование цифровых данных в поток битов для передачи по каналу связи. Уровень 60 канала передачи данных обеспечивает надежную связь между двумя устройствами, такими как передатчик и приемник. Например, обращаясь к фиг. 2: если данные 215 нужно передать от передатчика 200 в приемник 250 по интерфейсу 240 радиосвязи, тогда сетевой уровень 50а в передатчике 200 направляет блок 215 данных, известный как блок данных обслуживания (БДО) 210, который обычно состоит из нескольких пакетов данных, в уровень 60а канала передачи данных в передатчике 200. Уровень 60а канала передачи данных в передатчике 200 сегментирует БДО 210 во множество сегментов данных (СД) 220, которые имеют заранее определенную короткую длину, например, 40 байтов, по сравнению с длиной БДО 210, например, 1500 байтов. Эти СД 220 запоминают в буфере 230 передачи в уровне 60а канала передачи данных и направляют в физический уровень 70а в передатчике 200 для преобразования цифровых данных 215 в СД 220 в поток битов для передачи по каналу 240 связи, такому как интерфейс радиосвязи, в физический уровень 70b в приемнике 250.

Когда физический уровень 70а передатчика 200 передает СД 220, содержащие данные 215, по каналу 240 связи в приемник 250, тогда канал 240 связи между передатчиком 200 и приемником 250, используемый для передачи данных 215, может ввести некоторое количество ошибок в передаваемые данные 215. Поэтому помимо передачи СД 220 код 225а обнаружения ошибок, такой как код проверки с использованием циклического избыточного кода (ЦИК), содержащий биты проверки четности (БПЧ), можно передавать для каждого СД 220. Этот тип метода обнаружения ошибок известен как способ Автоматического Запроса на Повторение (АЗП). Код проверки с использованием ЦИК 225а для каждого СД 220 формируют передатчиком 200 на основе данных 215 в соответствующих СД 220. Таким образом, каждый код ЦИК 225а выводят из данных 215 в СД 220, к которому он относится.

Когда уровень 60b канала передачи данных приемника 250 принимает СД 220 из физического уровня 70b приемника 250, уровень 60 канала передачи данных приемника 250 формирует дополнительные коды ЦИК 225b для каждого принимаемого СД 220 на основе данных 215, содержащихся в каждом принимаемом СД 220. Коды 225b проверки с помощью ЦИК используют для обнаружения СД 220, имеющих ошибки. Уровень 60b канала передачи данных приемника 250 запоминает СД 220, имеющие ошибки, и все СД 220, относящиеся к БДО 210 с имеющими ошибки СД 220, в буфере 260 приемника. Затем уровень 60b канала передачи данных приемника 250 запрашивает повторную передачу уровнем 60а канала передачи данных передатчика 200 тех СД 220, которые не приняты правильно приемником 250. Если СД 220 принят верно, то уровень 60b канала передачи данных приемника 250 передает сообщение 270 подтверждения на уровень 60а канала передачи данных передатчика 200, информируя передатчик 200 о том, что СД 220 принят правильно. Помимо этого, когда все СД 220, относящиеся к БДО 210, приняты правильно, то БДО 210 передается в сетевой уровень 50b приемника 250.

Этот способ ДЗП прост, но по сути недостаточен по причине времени ожидания, затрачиваемого на ожидание подтверждения 270 каждого передаваемого СД 220. Хотя надежность способа АЗП высока, так как вероятность приема приемником 220 СД 220 с отметками мала, но пропускная способность низка по причине необходимости множества повторных передач.

Поэтому в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения способ гибридного АЗП можно применять таким образом, что исправление ошибок можно будет выполнять только для СД 220, принимаемых с ошибками, без необходимости повторной передачи СД 220 с ошибками. Согласно Фиг.3 и в связи с этапами, представленными на Фиг.4 после разделения данных 215, передаваемых в приемник 250 на некоторое число СД 220₁ и 220₂ посредством уровня 60а канала передачи данных передатчика 200 (этап 400) - СД 220₁ и 220₂ отдельно кодируются для обнаружения ошибок и для исправления ошибок (этап 405). Затем, БПЧ 228₁ и 228₂ исправления ошибок для СД 220₁ и 220₂, соответственно, объединяют в один или несколько блоков 229 (этап 410). Аналогично, в предпочтительных вариантах осуществления БПИ 225a₁ и 225а₂, такие как биты проверки ЦИК, объединяют в один или несколько блоков 226 (этап 415). Либо вместо объединения БПЧ 225a₁ и 225а₂ обнаружения ошибок БПЧ 225a₁ и 225а₂ обнаружения ошибок можно передать с СД 220₁ и 220₂, относящимися к ним.

После передачи передатчиком СД 220 и блока(ов) 229 и 226, содержащих объединенные БПЧ для исправления ошибок и обнаружения ошибок, соответственно, по каналу 240, такому как интерфейс радиосвязи, в уровень 60b канала передачи данных приемника 250 (этап 420): принятые СД 220₁ и 220₂ используют для формирования дополнительных БПЧ 225b₁ и 225b₂ обнаружения ошибок, соответственно, для каждого принимаемого СД 220₁ и 220₂ (этап 425). Затем дополнительные БПЧ 225b₁ и 225b₂ обнаружения ошибок и принятый блок 226 БПЧ обнаружения ошибок используют, чтобы определить, есть ли ошибочные СД 220 (этап 435). Например, согласно фиг.3, поскольку СД 220₁ определен как не имеющий ошибок (этап 435), то формируются БПЧ 228₁ исправления ошибок для этих СД 220₁ (этап 440). Поскольку эти БПЧ 228₁ исправления ошибок известны, их влияние на объединенный блок(и) 229 исправления ошибок известно и может быть устранено (этап 445).

Но если какой-либо СД, например СД 220₂, имеет ошибки (этап 435), то принятый с ошибками СД 220₂ буферизуют в буфере 260 приемника (фиг.2) (этап 450), принятый с ошибками СД 220₂, вместе с остальными БПЧ 228₂ исправления ошибок, которые зависят только от СД 220 с ошибками, используют для исправления СД 220₂, принятых с ошибками (этап 460). Если после исправления ошибок принятые с ошибками СД 220₂ все еще имеют ошибки (этап 465), что обычно не будет иметь место, то приемник 250 запрашивает повторную передачу принятых с ошибками СД 220₂ (этап 470). Для всех СД 220₁ и 220₂, принятых правильно или исправленных путем исправления ошибок (этап 465), приемник 250 передает сообщение 270 подтверждения в передатчик 200 (этап 475), который в свою очередь удаляет каждый из этих СД 220₁ и 220₂ из буфера передачи 230 (изображен на фиг.2) (этап 480).

Поэтому этот способ гибридного АЗП позволяет использовать для исправления СД 220 с обнаруженными ошибками все возможности исправления ошибок, обеспечиваемые объединенным блоком 229 БПЧ исправления ошибок, и при этом возможности исправления ошибок не тратятся на правильно принятые СД 220. Таким образом, снижаются издержки без увеличения числа повторных передач.

Варианты осуществления данного изобретения более подробно излагаются ниже со ссылками на фиг.5, Начиная с К битов данных 215, эти данные 215 сначала разделяют на N блоков, содержащих n₁, n₂, ..., n_N битов, соответственно. Эти блоки соответствуют СД 220 Фиг.3 и обозначаются как DU₁, ..., DU_N.

Каждый из этих СД 220 сначала кодируется для обнаружения ошибок, например, путем суммирования битов проверки ЦИК 225а. N кодов, используемых для формирования ВПЧ обнаружения ошибок, обозначены как ED₁, ED₂ и т.д. БПЧ 225а, используемые для обнаружения ошибок для каждого СД 220, обозначены как C₁, С₂, . .., С_N, соответственно. Затем один из этих СД 220 кодируется для исправления ошибок, в результате чего избыточные БПЧ 228 суммируются для каждого СД 220. N кодов, используемых для исправления ошибок, обозначены как EC₁, EC₂ и т.д. БПЧ 228 для исправления ошибок для каждого из разных СД 220 обозначены как P₁, Р₂, ..., Р_N, соответственно.

Затем БПЧ 228 для исправления ошибок для всех СД 220 кодируются для образования блока 299 исправления ошибок, обозначенного как P_comb, с помощью кода EC_N+1. Например, код EC_N+1 может суммировать все БПЧ 228 исправления ошибок поразрядно по модулю-2 (исходя из того, что БПЧ 228 имеют одинаковую длину), чтобы сформировать Р_соmb. Либо код EC_N+1 может быть кодом Рида-Соломона, который повышает возможности исправления ошибок по сравнению со способом суммирования по модулю-2. Помимо этого, для кода ЕС_N+1 можно использовать решетчатый код, блочный код или сверточный код. Необходимо отметить, что код EC_N+1 может объединять БПЧ 228 исправления ошибок и также формировать дополнительные БПЧ обнаружения ошибок (не изображены) для объединенных БПЧ 228 исправления ошибок. Поэтому приемник 250 может гарантировать правильный прием объединенных БПЧ 228 для исправления ошибок.

В предпочтительных вариантах осуществления биты 225а проверки ЦИК для всех СД 220 кодируют (комбинируют) для получения блока 226, далее обозначенного как С_соmb с помощью кода ED_N+1, который может быть, например, кодом Рида-Соломона. Либо вместо объединения битов 225а проверки ЦИК все биты 225а проверки ЦИК могут быть переданы в неизменном виде с СД 220, к которым они относятся, либо биты 225а проверки ЦИК можно объединить в одном пакете.

Затем N СД 220, а также биты C_comb, используемые для обнаружения ошибок, и биты C_comb, используемые для исправления ошибок, передают в приемник 250. В приемнике 250, после приема N СД 220, обозначенных как DU'₁, ..., DU'₂, .. ., DU'_N, биты С_соmb для обнаружения ошибок используют для определения тех СД 220, если таковые есть, а которых имеются ошибки. Это делают за счет формирования, для каждого СД 220, соответствующих битов 225b проверки ЦИК C'₁, ... , C'_N. Эти дополнительные биты 225b проверки ЦИК, помимо битов C_comb, используют для обнаружения ошибок.

Например, если DU'₁ представляет собой Д 220, принятый в приемнике 250 и соответствующий переданному DU₁, то приемник 250 вычисляет биты проверки ЦИК С'₁ на основе DU'₁. Приемник повторяет этот процесс для каждого СД 220, DU₁, ..., DU_N, чтобы получить биты 225b проверки ЦИК С'₁, ..., С'_N. Эти биты 225b проверки ЦИК С'₁, ..., С'_N вместе с принятыми С_соmb используют для определения СД 220, принятых с ошибками.

Для всех правильно принятых СД 220 формируются соответствующие БПЧ 228 для исправления ошибок, Р'₁, . .., Р'_N, и устраняется их влияние на биты Р_соmb. Поэтому остальная часть Р_соmb, иллюстрируемая как блок Р'_comb, полностью зависит от СД 220, которые приняты с ошибками. Например, исходя из того, что все СД 220 кроме одного, например DU₂, были приняты верно, как это определено на упомянутом выше этапе обнаружения ошибок, и также исходя из того, что Р_соmb был принят верно, если Р_соmb является суммой по модулю-2 всех БПЧ 228 для исправления ошибок по разным СД 220, то БПЧ 228 для СД 220 с ошибками, то есть DU₂, можно просто получить суммированием по модулю-2 суммы Р_соmb со всеми БПЧ 228 для исправления ошибок, формируемой приемником 250 для правильно принятых СД 220. Необходимо отметить, что способ использования сумм по модулю-2 действует только в том случае, если хотя бы один СД 220 имеет ошибки. Если предполагается, что число СД 220 с ошибками будет больше одного, то необходимы более сложные способы.

Наконец, сформированный Р'_соmb для исправления ошибок СД 220 с ошибками можно использовать для исправления ошибок в этих СД 220. Если после исправления ошибок, один или более СД 220 все еще имеют ошибки, то запрашивают повторную передачу этих СД 220. Процесс, который определяет фактическое исправление исправляемых СД 220 или его отсутствие, аналогичен процессу обнаружения ошибок, описываемому выше. Например, если DU₂ был принят с ошибками, то, исправляя DU₂, приемник 250 использует БПЧ исправления ошибок, Р₂, для получения DU'₂. Затем биты 225b проверки ЦИК, С'₂, формируют приемником 250, основываясь на оцениваемом DU'₂, и DU'₂ теперь проверяют таким же образом, как до исправления. Если DU₂ все еще считается принятым с ошибками, то приемник 250 запросит повторную передачу. Необходимо отметить, что нет необходимости повторно передавать все СД 220, которые не были приняты правильно, нужно повторно передать только то количество СД 220, чтобы исправление ошибки в приемнике 250 стало возможным.

Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что описанные в настоящей заявке новые принципы можно изменять в пределах широкого диапазона ее применений. Соответственно, объем заявленного изобретения не должен ограничиваться каким-либо конкретным приведенным в качестве примера техническим решением, а должен определяться формулой изобретения.