TWI448104B - 處理以毀損資訊輔助之混合自動重傳請求的方法及其通訊裝置 - Google Patents
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Description
本發明關於一種用於一通訊系統之方法及其通訊裝置,尤指一種用於一通訊系統用來處理以毀損資訊輔助之混合自動重傳請求的方法及其通訊裝置。
自動重傳請求(automatic repeat request,ARQ)係使用於通訊系統中一發射端及一接收端之間,用來提供可靠資料傳輸。舉例來說,當自動重傳請求運作時,發射端會傳送封包及使用錯誤偵測碼(error detection code,EDC)(如循環冗餘檢查(cyclic redundancy check,CRC)碼)所產生之冗餘位元(redundant bits)至接收端,於接收端接收封包及冗餘位元所組成之負載後,接收端會使用錯誤偵測碼及冗餘位元來確認封包的正確性。若封包被正確地接收而無任何錯誤,則接收端回傳一收訖確認(acknowledgement,ACK),以通知發射端封包已被正確地接收。於發射端接收該收訖確認後,發射端可繼續傳送後續的封包。相反地,若封包因有錯誤而未被正確地接收,則接收端回傳一未收訖錯誤(negative acknowledgement,NACK)至發射端,以通知發射端封包未被正確地接收。於發射端接收該未收訖錯誤後,發射端會重傳該負載,直到接收到收訖確認為止。
然而,使用自動重傳請求的資料傳輸雖然可靠,但卻缺乏效率。舉例來說,接收端有很高的機率收到僅有些微錯誤(如少量錯誤位元)的封包,在此情形下,要求發射端重傳整個負載係一浪費時間、頻率及/或碼字等資源的方式。若此時能使用一錯誤更正碼(error correction code,ECC)(如迴旋碼(convolutional code)),不僅可輕易地更正有錯誤的封包,亦可降低回傳未收訖錯誤的次數,達到節省資源的目的。基於以上所述,混合自動重傳請求(hybrid automatic repeat request,HARQ)因而被提出。
混合自動重傳請求係使用於通訊系統中,用來提供可靠且有效率的資料傳輸。相異於自動重傳請求,混合自動重傳請求同時使用錯誤偵測碼及錯誤更正碼,以將封包編碼為一負載,達到節省資源的目的。舉例來說,當混合自動重傳請求使用於通訊系統中時,發射端會使用錯誤偵測碼及錯誤更正碼來將封包編碼為一負載,於接收端接收負載後,接收端會將負載解碼為一解碼封包。若該解碼封包係正確無誤,則接收端回傳收訖確認至發射端,以通知發射端該封包已被正確地接收。相反地,若解碼封包有誤,則接收端回傳未收訖錯誤至發射端,以通知發射端重傳該負載。由於具有些微錯誤之封包可藉由使用錯誤更正碼來還原,而不需要發射端重傳該負載,因此可減少重傳次數,達到提昇通訊系統輸出率之目的。
進一步地,混合自動重傳請求係有三種型態:第一型態(type-I)、第二型態(type-II)及第三型態(type-III)。於第一型態混合自動重傳請求中,接收端僅解碼由發射端所傳送之新的重傳負載,舊有的負載則會被丟棄。因此,舊有的負載中所包含之資訊則無法被利用,造成效能的降低。於第二型態及第三型態混合自動重傳請求中,接收端會結合新的重傳負載及舊有的負載以執行一聯合解碼(joint decoding)。因此,相較於第一型態混合自動重傳請求,第二型態及第三型態混合自動重傳請求會因結合多個負載而提昇效能。此外,結合負載的方式有兩種:追蹤結合(chase combining,CC)及遞增冗餘(incremental redundancy,IR)。當使用追蹤結合於混合自動重傳請求時,發射端會於每次重傳中傳送相同的負載;當使用遞增冗餘於混合自動重傳請求時,發射端會於每次重傳中傳送負載中具有固定長度之相異部份負載。一般而言,遞增冗餘之效能係優於追蹤結合之效能。
然而,遞增冗餘之效能受限於重傳負載之長度必須固定。詳細來說,於每次重傳中,解碼封包所包含之錯誤數量相異,為了能成功執行聯合解碼,接收端所需重傳封包之冗餘及資訊之數量亦相異。在此情形下,相對於實際上接收端所需封包之冗餘及資訊,固定長度之負載可能會過長或不足。因此,當負載之長度過長時,則會造成資源浪費;當負載之長度不足時,接收端可能會無法成功執行聯合解碼,產生更多次的重傳。因此,若能於每次重傳中調整重傳負載之長度,應可改善混合自動重傳請求之效能。然而,於第二型態及第二型態混合自動重傳請求中,如何於每次重傳時調整重傳負載之長度係一待解決之問題。
因此,本發明之主要目的即在於提供一種方法及其通訊裝置,用來處理以毀損資訊輔助之混合自動重傳請求,以解決上述問題。
本發明揭露一種處理一混合自動重傳請求(hybrid automatic repeat request,HARQ)之重傳的方法,用於一通訊系統中一接收端,該方法包含有從該通訊系統中一發射端接收一第一負載;以及當該接收端無法成功地將該第一負載成功解碼為複數個資訊位元時,回傳一資源指標至該發射端,以指示一下一次接收中之一第二負載之一長度;其中該發射端使用一錯誤更正碼(error correction code,ECC)以將該複數個資訊位元編碼為該第一負載。
本發明另揭露一種處理一混合自動重傳請求(hybrid automatic repeat request,HARQ)之重傳的方法,用於一通訊系統中一發射端,該方法包含有從該通訊系統中一發射端接收一資源指標,該資源指標指示一負載之一長度;使用一錯誤更正碼(error correction code,ECC)以將複數個資訊位元編碼為具有該長度之該負載;以及傳送該負載至該接收端。
請參考第1圖,第1圖為本發明實施例一通訊系統10之示意圖,其簡略地係由一網路端及複數個客戶端(clients)所組成。在第1圖中,網路端及客戶端係用來說明無線通訊系統10之架構。實際上,以無線通訊系統而言,網路端可為先進長期演進系統(LTE-Advance,LTE-A)中一演進式通用陸地全球無線存取網路(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network,E-UTRAN),其可包含複數個演進式基地台(evolved Node-Bs,eNBs)及複數個中繼站(relays),或者,網路端亦可為符合IEEE 802.11標準之一存取點(access point,AP);以有線通訊系統而言,網路端可為非對稱式數位用戶迴路(Asymmetric Digital Subscriber Line,ADSL)之一交換中心,而不限於此。用戶端可為行動電話、筆記型電腦、平板電腦、電子書及可攜式電腦系統等裝置。此外,根據傳輸方向,網路端及用戶端可分別視為傳送端或接收端。舉例來說,對於一上鏈路(uplink,UL)而言,用戶端為傳送端而網路端為接收端;對於一下鏈路(downlink,DL)而言,網路端為傳送端而用戶端為接收端。
請參考第2圖,第2圖為本發明實施例一通訊裝置20之示意圖。通訊裝置20可為第1圖中之客戶端或網路端,包含一處理裝置200、一儲存單元210以及一通訊介面單元220。處理裝置200可為一微處理器或一特定應用積體電路(application-specific integrated circuit,ASIC)。儲存單元210可為任一資料儲存裝置,用來儲存一程式碼214,處理裝置200可透過儲存單元210讀取及執行程式碼214。舉例來說,儲存單元210可為用戶識別模組(subscriber identity module,SIM)、唯讀式記憶體(read-only memory,ROM)、隨機存取記憶體(random-access memory,RAM)、光碟唯讀記憶體(CD-ROM/DVD-ROM)、磁帶(magnetic tape)、硬碟(hard disk)及光學資料儲存裝置(optical data storage device)等,而不限於此。控制通訊介面單元220可為一收發器,其根據處理裝置200的處理結果,用來傳送及接收資訊。
請參考第3圖,第3圖為本發明實施例一流程30之流程圖。流程30用於第1圖中通訊系統10之一接收端中,用來處理一混合自動重傳請求(hybrid automatic repeat request,HARQ)之重傳。流程30可被編譯成程式碼214,其包含以下步驟:
步驟302:開始。
步驟304:從該通訊系統中一發射端接收一第一負載。
步驟306:當該接收端無法將該第一負載成功解碼為複數個資訊位元時,回傳一資源指標至該發射端,以指示一下一次接收中之一第二負載之一長度。
步驟308:結束。
發射端於使用一錯誤更正碼(error correction code,ECC)將複數個資訊位元編碼成第一負載後,傳送第一負載至接收端。根據流程30,接收端於接收第一負載後,使用相同的錯誤更正碼將第一負載解碼成複數個解碼位元。在發射端亦使用一錯誤偵測碼(error detection code,EDC)以編碼該複數個資訊位元的情形下,接收端可檢查複數個解碼位元是否正確,即複數個解碼位元是否與複數個資訊位元相同。若接收端判斷複數個解碼位元有誤,則回傳一可做為未收訖錯誤之資源指標至發射端,以指示第二負載之長度。接著,發射端將全部或部分複數個資訊位元編碼成長度如資源指標所指示之第二負載,以傳送至接收端。流程30持續到接收端正確地獲得複數個資訊位元。
因此,發射端可根據接收端之需求,動態地調整待重傳負載之長度,因而可將資源有效地使用於混合自動重傳請求。需注意的是,資源指標係用來指示發射端根據接收端之需求,以調整待重傳負載之長度,資源指標之產生方法及其所含內容則未有所限。舉例來說,接收端可使用毀損資訊以產生資源指標,毀損資訊係相關於複數個解碼位元之錯誤資訊(如錯誤的嚴重程度及/或錯誤的數量),並可藉由解碼第一負載或聯合解碼第一負載及後續負載來產生。或者,接收端亦可結合毀損資訊與發射端及接收端間通道之品質資訊,以產生資源指標。
進一步說明本發明,請參考第4圖,其為本發明實施例一發射端及接收端相互通訊之示意圖。發射端TX及接收端RX係根據流程30來運作,並可被實現於第2圖之通訊裝置20中。首先,發射端TX傳送一長度SZ之負載PLD至接收端RX,若接收端RX無法成功地解碼負載PLD,則發射端TX會傳送負載PLD_1~PLD_n至接收端RX,以使接收端RX能正確地解碼負載PLD。在此情形下,接收端RX會先回傳資源指標IND_1~IND_n至發射端TX,以分別指示負載PLD_1~PLD_n之長度SZ_1~SZ_n。
詳細來說,發射端TX先使用錯誤更正碼及錯誤偵測碼以將資訊位元編碼為負載PLD,接著傳送負載PLD至接收端RX。接收端於接收負載PLD後,將負載PLD解碼為解碼位元,並使用錯誤偵測碼檢查解碼位元之正確性。若解碼位元係正確無誤(即與負載內所含之資訊位元相同),則接收端回傳一收訖確認至發射端TX,以通知發射端TX不需重傳以及可以傳送其他的新負載。反之,若接收端RX判斷解碼位元有誤,接收端RX可提取毀損資訊,並使用毀損資訊以產生資源指標IND_1;或者接收端RX亦可結合毀損資訊與發射端TX及接收端RX間通道之品質資訊,以產生資源指標IND_1。接著,接收端RX將資源指標IND_1回傳至發射端TX,以指示重傳之負載PLD_1之長度SZ_1。
需注意的是,錯誤更正碼係一渦輪碼(turbo code)、一低密度奇偶校驗(low-density parity-check,LDPC)碼、一迴旋碼(convolutional code)或任何提供前向錯誤更正(forward error correction)之編碼,不限於此。錯誤偵測碼係用來檢查解碼位元是否正確,可較佳地為一循環冗餘檢查(cyclic redundancy check,CRC)碼。毀損資訊可以是任何解碼位元之錯誤資訊(如錯誤的嚴重程度及/或錯誤的數量),較佳地,毀損資訊係接收端RX於解碼負載PLD時所產生的多個軟輸出值(soft output values)之一函數,其中,軟輸出值可以是對數概似比(log likelihood ratios,LLRs),其係接收端RX使用循環解碼以解碼負載PLD時所產生之副產品。因此,接收端RX不需要額外的計算來取得毀損資訊。此外,由於接收端RX於循環解碼的過程中,每一循環皆會產生新的軟輸出值,因此接收端RX可採用每一循環所產生的軟輸出值中全部或部分的軟輸出值,做為貢獻的軟輸出值(contributed soft output values),用於函數中。舉例來說,由於最後一次循環所產生之軟輸出值係具有較高的可靠度,接收端RX可採用最後一次循環所產生之軟輸出值,以做為貢獻的軟輸出值。
另一方面,函數可以是任何可將貢獻的軟輸出值轉換為可代表解碼位元錯誤程度之毀損資訊之轉換方法,不限於此。舉例來說,該函數係用來輸出貢獻的軟輸出值之累積分佈函數(cumulative distribution function,CDF)之一百分位數(percentile),該百分位數可以是一n百分位數,即有n%貢獻的軟輸出值低於該n百分位數。因此,百分位數的數值越低,其表示解碼位元的錯誤嚴重性越高。n之數值可以是5、10、20等,不限於此。另一函數之實施例係一組貢獻的軟輸出值之平均值,較佳地,該組貢獻的軟輸出值係低於累積分佈函數之一百分位數之貢獻的軟輸出值。換句話說,僅有低於該百分位數之貢獻的軟輸出值會被用於取得平均值。進一步地,由於毀損資訊之範圍係廣泛且任意,一查詢表(lookup table)可用來限制毀損資訊之範圍。更精確地說,接收端RX會將函數之輸出值對應查詢表中有限數值中一者以做為毀損資訊,以降低後續處理毀損資訊之複雜度,而非直接使用函數之輸出值。較佳地,查詢表可藉由複數個數值實驗來建立,並儲存於接收端RX。以上所述可歸納為第5圖,其為本發明實施例一毀損資訊產生流程之示意圖。
此外,發射端TX及接收端RX間通道之品質資訊可由接收端RX之估測來獲得,或藉由通訊裝置20之其他元件來獲得。如此一來,接收端RX可結合毀損資訊與發射端TX及接收端RX間通道之品質資訊,以產生更符合接收端RX需求之資源指標。
於發射端TX接收指示資源指標IND_1後,其指示負載PLD_1之長度SZ_1,發射端TX將部分資訊位元或所有資訊位元編碼成負載PLD_1。詳細來說,發射端TX會根據資源指標IND_1選擇錯誤更正碼之編碼速率(coding rate)、穿刺法則(puncturing rule)、調變格式及資源分配之一組合,以產生長度SZ_1之負載PLD_1,並傳送負載PLD_1至接收端RX。舉例來說,發射端TX可於資源指標IND_1大於一預先設定之臨界值時增加編碼速率,反之,若資源指標IND_1小於預先設定之臨界值時則降低編碼速率。
接收端RX於接收負載PLD_1後,結合負載PLD及負載PLD_1以執行聯合解碼並產生解碼位元。若解碼位元係正確無誤,則接收端RX回傳收訖確認至發射端TX,以通知發射端傳送新的負載。反之,若解碼位元有誤,則接收端RX根據以上所述產生資源指標IND_2,並回傳資源指標IND_2以指示發射端TX重傳長度SZ_2之負載PLD_2。若接收端RX於接收負載PLD、負載PLD_1及負載PLD_2後,仍無法透過聯合解碼以獲得正確的解碼位元,則接收端RX持續回傳資源指標IND_3~IND_n以分別指示發射端TX重傳負載PLD_3~PLD_n,直到接收端RX獲得正確的解碼位元為止。也就是說,當接收端RX接收更多重傳的負載以執行聯合解碼時,將有更高的機率獲得正確的解碼位元。
簡單來說,若毀損資訊顯示接收端RX僅再需要些微資訊(如更多冗餘位元及/或更多資訊位元)即可成功解碼,則接收端RX會產生資源指標以指示發射端TX降低待重傳負載之長度,發射端TX因此可使用較少的資源來傳送該負載。相反地,若毀損資訊顯示接收端RX需要更多的資訊才能成功解碼,則接收端RX會產生資源指標以指示發射端TX增加待重傳負載之長度,發射端TX會使用較多的資源來傳送該負載。無論何種情形下,發射端TX皆會根據資源指標,傳送足夠資訊以使接收端RX能在一或數次重傳之內成功解碼,不僅可減少混合自動重傳請求所消耗的資源,亦可降低混合自動重傳請求所產生的延遲。
相較之下,於先前技術中,接收端會於每次重傳中接收具有相同長度之負載。在此情形下,當接收端僅需要些微資訊時,相同長度之負載會提供過多的資訊,消耗過多的資源;而當接收端需要更多的資訊時,相同長度之負載所提供之資訊會不足,因而需要更多次數的重傳。如此一來,不僅造成資源的浪費,更多重傳次數亦會增加延遲,通訊系統之輸出率因而降低。
前述之所有流程之步驟(包含建議步驟)可透過裝置實現,裝置可為硬體、韌體(為硬體裝置與電腦指令與資料的結合,且電腦指令與資料屬於硬體裝置上的唯讀軟體)或電子系統。硬體可為類比微電腦電路、數位微電腦電路、混合式微電腦電路、微電腦晶片或矽晶片。電子系統可為系統單晶片(system on chip,SOC)、系統級封裝(system in package,SiP)、嵌入式電腦(computer on module,COM)及通訊裝置20。
綜上所述,本發明提供一種方法,用來處理通訊系統中混合自動重傳請求。當接收端請求發射端重傳一負載時,發射端根據接收端所回傳之指示,動態地調整負載之長度。該指示係相關於接收端正確解碼負載所需資訊之數量,並根據毀損資訊及/或發射端及接收端間通道之品質資訊來產生。該方法不僅可節省重傳所需之資源,亦可減少重傳所需次數。因此,該方法不僅可提昇通訊系統的輸出率,亦可降低混合自動重傳請求所造成的延遲。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10...通訊系統
20...通訊裝置
200...處理裝置
210...儲存單元
214...程式碼
220...通訊介面單元
30、50...流程
302、304、306、308...步驟
TX...發射端
RX...接收端
IND_1~IND_n...資源指標
PLD、PLD_1~PLD_n...負載
SZ_1~SZ_n...長度
第1圖為本發明實施例一通訊系統之示意圖。
第2圖為本發明實施例一通訊裝置之示意圖。
第3圖為本發明實施例一流程之示意圖。
第4圖為本發明實施例一發射端及接收端相互通訊之示意圖。
第5圖為本發明實施例一毀損資訊產生流程之示意圖。
30...流程
302、304、306、308...步驟
Claims (8)
- 一種處理一混合自動重傳請求(hybrid automatic repeat request,HARQ)之重傳的方法,用於一通訊系統中一接收端,該方法包含有:從該通訊系統中一發射端接收一第一負載;使用該第一負載之毀損資訊與該發射端及該接收端間一通道之品質資訊以產生一資源指標;以及當該接收端無法成功地將該第一負載成功解碼為複數個資訊位元時,回傳該資源指標至該發射端,以指示一下一次接收中之一第二負載之一長度;其中該發射端使用一錯誤更正碼(error correction code,ECC)以將該複數個資訊位元編碼為該第一負載;其中該毀損資訊係該接收端於解碼該第一負載時所產生之一第一數量個軟輸出值(soft output values)之一函數,以及該第一負載之該第一數量個軟輸出值係解碼該第一負載時所產生之部分軟輸出值。
- 如請求項1所述之方法,其中該部分軟輸出值係該接收端使用一循環解碼(iterative decoding)以解碼該第一負載的情形下,於最後一循環時所產生。
- 如請求項1所述之方法,其中該毀損資訊係該第一數量個軟輸出值之一累積分佈函數(cumulative distribution function,CDF)之一百分位數(percentile)。
- 如請求項1所述之方法,其中該毀損資訊係該第一負載之一第二數量個軟輸出值之一平均,該第二數量個軟輸出值係低於該第一數量個軟輸出值之一累積分佈函數之一百分位數之軟輸出值。
- 如請求項1所述之方法,另包含有:使用一查詢表(lookup table)以映射該毀損資訊至複數個離散數值中一數值。
- 如請求項5所述之方法,其中該查詢表係藉由使用複數個數值實驗來建立。
- 如請求項1所述之方法,其中該發射端及該接收端間該通道之該品質資訊係由該接收端估測或獲得。
- 如請求項1所述之方法,其中該錯誤更正碼係一渦輪碼(turbo code)、一低密度奇偶校驗(low-density parity-check,LDPC)碼或一迴旋碼(convolutional code)。
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