用于组合具有强健报头保护的编码数据包的概念 |
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| 申请号 | CN201180044708.1 | 申请日 | 2011-07-15 | 公开(公告)号 | CN103109483B | 公开(公告)日 | 2017-05-31 |
| 申请人 | 弗劳恩霍夫应用研究促进协会; | 发明人 | 格尔德·基利安; 安德烈亚斯·塔施; 约瑟夫·伯恩哈德; 沃尔夫冈·科克; 帕特里克·尼克尔; 沃尔夫冈·格尔斯塔克尔; | ||||
| 摘要 | 一种用于在时间间隔（T）内经由通信信道从发送器（110‑m）向接收器（120）发送有效 载荷 数据（112‑m）的概念，其中，从时间间隔（T）内的有效载荷数据（112‑m）生成多个信道编码数据包（210‑n），其中，每个信道编码数据包均包括对应于相应信道编码数据包的包标识的包核心数据（212‑n），且其中，包核心数据采用比有效载荷数据（112‑m）具有更高冗余的信道码来编码。在时间间隔（T）内发送多个信道编码数据包（210‑n），而不采用到接收器（120）的任何返回信道，接收器包括 解码器 （DEC），其适用于解码时间间隔（T）的接收的第一信道编码数据包（210‑1）的包核心数据（212‑1），且若用于获得有效载荷数据（112‑m）的第一信道编码数据包（210‑1）的无错误解码失败，则解码时间间隔（T）的接收的至少一个第二信道编码数据包（210‑2）的包核心数据（212‑2），以确定用于与第一信道编码数据包组合的合适的另一信道编码数据包，从而由于组合而获得用于解码有效载荷数据的增大的码增益。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种接收器(120)，其用于接收利用多个信道编码数据包(210-n)在时间间隔T内经由到所述接收器(120)的单向通信从发送器(110-m)向所述接收器(120)发送的有效载荷数据(112-m)，所述接收器不包括将导向所述发送器(110-m)以用于使所述发送器在所述有效载荷数据的解码已失败的情况下重复发送信道编码数据包(210-2)的返回信道，所述信道编码数据包(210-n)中的每一个包括对应于相应信道编码数据包的包标识的包核心数据(212-n)，且所述包核心数据(212-n)采用比所述有效载荷数据(112-m)具有更高冗余的信道码来进行编码，其中，在给定足够正确的传输的情况下，所述信道编码数据包(210-n)能够在解码器端自解码，以便获得相关的载荷数据(112)，所述接收器(120)包括： |
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| 说明书全文 | 用于组合具有强健报头保护的编码数据包的概念技术领域[0001] 本发明涉及一种用于以在接收端可以组合的多个编码数据包的形式发送有效载荷数据（有用数据、有效载荷）使得多个编码数据包适应于传输质量以适应针对传输质量和/或传输情况的编码增益的概念。具体地，可在单向多点对点传输系统中应用本发明的实施方式。 背景技术[0002] 为传输例如由测量装置（诸如热表、电表或水表）产生的小有效载荷数据量，例如原则上，可采用两种不同的传输模式。首先，利用单向传输（多点对点传输），可从与所考虑的测量装置相关联的发送器向中心接收器发送传感器和/或有效载荷数据。采用这种单向传输，发送器在特定传输时间（这在大多数情况下是随机选择的）周期性发送其发送器标识和电流传感器值。传输时间之间的时间延迟大多适用于电池特性，且被选择为使得电池寿命最大化。在该背景下，发送器将不会从中心接收器接收到关于传感器值的接收的任何确认，即，其并不知晓包括传感器值的传输包是否已到达接收器和/或是否能够被解码。然而，若需要这种接收应答（ACK/NAK），则可能会退回到双向传输。 [0003] 在双向传输中，收发器被设置在传感器端。仅在被远程侧传感装置（中心接收器）要求时，收发器才发送其传感器数据和/或数据包。为此，传感器端收发器必须持续收听无线电信道，以找出是否有针对其的传输请求。 [0004] 对于传感器和/或有效载荷数据传输，所谓的（无线）传感器网络也越来越频繁地被使用，其中，关于网络的单个用户或节点的信息被中继，直到它们最终到达所需的信息接收器。以此方式，若相应地存在传感器节点，则可远距离地路由数据。 [0005] 对于传感器和/或有效载荷数据传输，在上述系统方法中，大多采用包括振幅调制（ASK）或频率调制（FSK）的简单的低成本遥测收发器。在该背景下，接收往往是不连贯的，且在大多数情况下，不使用信道编码。 [0006] 相反，在更复杂的数字无线通信系统中，如今使用了以下传输模式，其传输信息和/或有效载荷数据，使得它们被分配至以时间和/或空间上偏移的方式被发出的不同数据包，并使得它们具有不同的冗余信息，即，被不同地信道编码。假定有高信号质量，即，高信噪比（SNR），则可单独接收和解码编码数据包。若接收器处的SNR减小，则可通过组合接收到的两个或更多个数据包来实现码增益或编码增益。在编码理论中，码增益描述了为实现相同的误比特率而在未编码消息与编码消息之间的与噪声功率谱密度相关的所需比特能量的差。未编码消息表示用于比较利用信道编码来编码的消息的基准。在现有技术中，已频繁将这种传输模式（也被称为码组合和/或增量冗余传输模式）用于所谓的面向分组的自动重复请求协议（ARQ协议）。若在接收端处解码数据包时出现错误，则在发送器处经由返回信道请求具有冗余的另一数据包，即，另一编码数据包。 [0007] 在通信网络中，使用ARQ协议以利用重复发送来保证可靠的数据传输。利用错误识别的可能性，接收器可查明在数据包中已出现的任何传输错误。经由返回信道，所述接收器可将错误识别的结果传送至数据包的发送器。这通常受到传输所谓的ACK/NAK信号（应答或否定应答，即，正确接收确认或重复请求）的影响。若需要，则重传被干扰的消息，直到其已无任何错误地到达接收器为止。 [0008] 所谓的混合ARQ协议（HARQ）表示ARQ协议的扩展变形，其包括具有错误校正编码的组合ARQ机制，诸如校验和形成、块确认和/或块重复。在该背景下，有效载荷数据可用错误校正块码或错误校正卷积码来信道编码。即，不同于仅传输除数据包中的有效载荷数据之外的错误识别冗余信息（例如，CRC）的ARQ方法，HARQ方法还包括根据前向纠错方法（FEC方法）传输数据包中的错误校正冗余信息。人们基本上可区分三种不同类型的HARQ方法： [0009] 最简单版本，类型I HARQ，在每次传输之前，向有效载荷数据添加错误识别和错误校正冗余信息，以获得编码数据包。当接收到编码数据包时，接收器首先解码错误校正信道码。假定有足够的传输质量，则所有传输错误均应当可校正，且因此接收器应能够获得正确的有效载荷数据。若传输质量较差，以及若因此不是所有传输错误都能被校正，则接收器可利用错误识别码来对此判定。在该情况下，接收到的编码数据包被丢弃，并经由返回信道请求重复发送。因此，类型I HARQ指定对初始传输中发送的数据进行完全相同的重复发送。在重新接收到数据后，可重新使用在之前所述数据的接收中生成的信息。关于其的可行原理参见IEEE Transactions on Communications,Vol.COM-33,No.5,May1985,D.Chase“,Code Combining–A Maximum-Likelihood Decoding Approach for Combining an Arbitrary Number of Noisy Packets”。在该背景下，以采用具有相对较高的编码比率R的码来编码且若码的冗余不足以客服例如信道干扰问题则被重复以实现可靠通信的数据包发送有效载荷数据。接收器组合接收到的噪声数据包，以获得具有编码比率R’ [0010] 根据另一传统方法，在对先前发送的数据包的解码尝试期间，确定对于先前发送的数据包的有效载荷数据（所述有效载荷数据必须被解码）的对数似然比（LLR-对数似然比）。若解码尝试失败，则相应数据包的重新发送被实施。与已知的涡轮码原理类似，为解码最新发送的数据包的有效载荷数据，使用在先前解码尝试期间确定的LLR作为前向移动过程（forward-moving procedure）中的先验信息。 [0011] 采用类型II HARQ，重传不包括精确重复初始发送的数据，而是包括发送在没有初始发送的数据的情况下其自身将不可解码（非可自解码）的附加冗余。这种类型II HARQ方法还通常被称为增量冗余HARQ方法。在该背景下，有效载荷数据和错误识别位（CRC）最初例如利用系统的“父”代码在发送器端被编码。这产生了由系统位和所谓的奇偶校验位组成的码字。在发送的第一数据包中，发送码字的系统部分和特定编号，即，并非共同形成父代码的码字的所有奇偶校验位。所述码字在接收器端被编码。若这不可行且需要重传，则在后续数据包中，发送器将发送可能具有不同权和/或处于改变的信道条件的附加奇偶校验位。在接收到该后续数据包后，进行新的解码尝试，其包括将附加的奇偶校验位与先前接收到的奇偶校验位组合。可重复该过程，直到已发送了父代码的所有奇偶校验位为止。 [0012] 如在一开始已描述，有一种简单的数字无线通信系统，其仅包括从发送器到接收器的单向传输，即，无任何返回信道。这种单向多点对点通信系统特别适用于采用例如测量装置（例如，热表、电表或水表）产生的少量有效载荷数据的低成本传输。然而，采用多个发送器与一个接收器通信（多点对点）的这种通信系统，存在接收器处可能产生取决于发送器数量及其随机发送时间的重大干扰的问题。由于发送器的随机发送时间及其数量（其往往不可预测），接收器处的干扰或获得的接收质量也不可预测。然而，要确保即使在最多样化的接收条件下，也可在中心接收器处快速、有效和可靠地解码发送器特定的有效载荷数据。 发明内容[0013] 因此，本发明的目标是提供一种概念，利用该概念，在单向多点对点通信系统中，可在不同接收条件下尽可能快速、有效和可靠地解码有效载荷数据。 [0015] 本发明的实施方式还包括用于执行本发明的方法的计算机程序。 [0016] 本发明的发明点由以下组成：通过使用不具有从中心接收器到单个发送器的返回信道的无线、单向多点对点传输系统中的码组合和/或增量冗余来实现上述目标。在本发明的多点对点传输系统中，每种情况下，在随机或伪随机传输时间，多个用户或发送器将其相应的有效载荷数据以编码数据包的形式发送到中心接收器。在每种情况下，与有效载荷数据包相关联的编码数据包的传输占用特定的发送时间间隔T。假定有大量发送器M，则来自不同发送器的多个数据包将同时到达中心接收器，这导致在接收器处的干扰增大，并因此导致接收条件恶化。根据本发明的实施方式，发送器利用N个编码数据包在其发送时间间隔T内发送其相应的有效载荷数据，该N个编码数据包可包括不同的冗余信息和/或被不同编码。根据传输质量，在接收器中，信道编码数据包随后可自身解码，或者可组合用户的若干信道编码接收包以鉴于组合而获得整体更高的冗余和/或更高的码增益。选择用于卷积编码器的生成多项式和用于将有效载荷数据不同地编码为N个编码数据包的增信删余方案，使得在接收器处，编码数据包可自身解码，而且几个数据包可一起解码。 [0017] 在不具有返回信道的非同步多点对点传输系统中，接收器也可能必须将大量接收包（每个发送时间间隔T有M·N个）进行分选，以组合适当的数据包。由于编码数据包的传输时间是随机或伪随机的，所以接收器将不能很容易地识别哪些接收包是属于一起的。特别地，若接收器和/或发送器是移动的，则情况将是如此。尝试数据包的所有可能组合将占用太多计算时间，且将是不可能的，或者需要大量计算支出来实时运行系统。 [0018] 本发明的方法还可有利地用于增大传输系统的有效范围。另外，例如，传输系统的接收器和/或至少一些（或全部）发送器可以是移动的，且因此，发送器与接收器之间的距离可改变，使得由于不同距离，可能产生不同的接收阈值SNR。根据本发明，在接收器中，发送器的编码数据包可自身解码，或者发送器的几个数据包可一起解码。假定发送器与接收器之间有较短距离，则例如，编码数据包本身或者仅少数数据包的组合便足以能解码原始有效载荷数据。另外，还可以将由离接收器有增大的距离的发送器发出的几个数据包相组合，以实现接收阈值SNR的减小，使得可通过相应发送器的几个数据包的接收器端的组合来实现对于固定接收的有效范围。当由于长距离传输而产生不良传输条件时，该方法特别有利。 [0019] 根据本发明的实施方式，关于所发送的数据包的具体信息被容纳在数据包的核心区域中，所述核心区域具有更好的保护。所述核心区域由具有相对较高冗余的代码来保护，即使具有很小的信噪功率比或信号干扰比，该代码也仍能实现核心区域的无错误解码。 [0020] 本发明的实施方式包括发送器，其用于在传输时间间隔T内将有效载荷数据经由通信信道发送到接收器。发送器包括用于从有效载荷数据生成多个信道编码数据的装置，每个信道编码数据包均包括具有对于每个数据包均不相同的包标识的包核心数据，且包核心数据采用比有效载荷数据具有更高冗余的信道码来编码。编码的包核心数据的更高冗余涉及数据包的与有效载荷数据相关的相应冗余。即，每个编码数据包的包核心数据冗余高于编码数据包的有效载荷数据冗余。此外，发送器包括用于在传输时间间隔内将多个信道编码数据包发送到接收器的装置。 [0021] 根据一种实施方式，选择用于包核心数据的信道码的冗余，使得包核心数据的可解码性的阈值至少与当组合所有可能的N个数据包时实现的阈值一样好。换句话说，用于包核心数据的信道码的码增益至少与关于编码的有效载荷数据的码增益一样高，后一码增益通过组合传输时间间隔T内的所有信道编码数据包来实现。因此，例如，用于包核心数据的信道码的编码比率等于或低于编码的有效载荷数据的编码比率，后一编码比率通过组合传输时间间隔T内的所有信道编码数据包来实现。 [0022] 根据优选实施方式，其中，在多点对点传输系统中采用发送器，用于生成信道编码数据包的装置被配置为提供具有包核心数据的每个信道编码数据包，该包核心数据对应于相应信道编码数据包的包标识，且对应于发送器的发送器标识的至少一部分。即，在包核心数据域中，可存储发送器ID或发送器子ID以及相关数据包的编号n（n=1、2、...、N），以确保在接收器端，仅发送器的不同数据包被彼此组合。 [0023] 由于本发明的发送器可优选被应用于低成本单向传输系统，所以根据实施方式，用于发送的装置被配置为以独立于关于内容和传输时间的返回信道的方式，在传输时间间隔T内从接收器向发送器发送多个信道编码数据包。即，多个信道编码数据包的发送独立于多个信道编码数据包的接收和/或解码有效载荷数据的成功或失败而实施。 [0024] 本发明的实施方式还包括接收器，其用于接收利用多个信道编码数据包在时间间隔T内经由通信信道从本发明的发送器发送到接收器的有效载荷数据。每个信道编码数据包均包括具有相应的信道编码数据包的包标识的包核心数据，该包核心数据采用比有效载荷数据具有更高冗余的信道码来进行编码。接收器包括：用于在时间间隔T内接收多个信道编码数据包的装置，以及解码器，其适用于解码时间间隔的接收的第一信道编码数据包的包核心数据，并在第一信道编码数据包的无错误解码失败的情况下，解码时间间隔T的接收的至少一个第二信道编码数据包的包核心数据，以确定用于与第一信道编码数据包组合的时间间隔的合适的另一信道编码数据包，从而由于组合而获得用于解码有效载荷数据的增大的码增益。 [0025] 因此，若第一接收信道编码数据包的冗余信息或错误校正冗余信息已经不足以用于有效载荷数据的无错误解码，则将仅发生所接收的信道编码数据包的组合。例如，这是在出现不良接收条件（例如，低SNR）的事件时的情况。为此，根据优选实施方式，接收器被配置为将信道编码的第一数据包与另一第二数据包组合成新的（更长的）数据包，即，根据发送器中的方案来逆向增信删余并解码所述组合的较长数据包，以获得增大的码增益。 [0026] 根据实施方式，由于接收器是单向多点对点传输系统中的中心接收器，所以根据优选实施方式，接收器不具有将导向任何发送器的任何返回信道，从而在解码有效载荷数据已失败的情况下，不会使发送器重复发送信道编码数据包。 [0027] 根据本发明实施方式的至少一个发送器和一个接收器可被组合到一种用于在时间间隔内将有效载荷数据从至少一个发送器发送到接收器的系统中。则该系统包括用于从有效载荷数据生成多个信道编码数据包的装置，每个信道编码数据包均包括对应于相应信道编码数据包的包标识的包核心数据，且包核心数据采用比有效载荷数据具有更高冗余的信道码来编码。另外，还设置了发送器，其用于在时间间隔内发送多个信道编码数据包。该系统还包括接收器，其用于在时间间隔内接收多个信道编码数据包。所述接收器耦接至解码器，该解码器适用于解码时间间隔的接收的第一信道编码数据包的包核心数据，并在第一信道编码数据包的无错误解码失败的情况下，解码时间间隔的接收的至少一个第二信道编码数据包的包核心数据，以确定用于与第一编码数据包组合的时间间隔的合适的另一信道编码数据包，从而由于组合而获得用于解码有效载荷数据的增大的码增益。 [0028] 因此，特别是在其中许多用户向中心接收点发送数据的多点对点传输系统中，即使对于无返回信道的单向传输模式，本发明的实施方式也能实现对增量冗余和/或码组合的有效利用。因此，相比通过在接收器处降低必要的信噪比的现有技术，可实现更大的传输范围。可替代地，还可以在保持传输范围的同时减少所需的传输功率。另外，例如，考虑到移动发送器和/或接收器，在时变传输信道的情况下还产生了更高的传输可靠性。即，本发明在接收器处能实现增量冗余和/或码组合，而无需为此使用从接收器到发送器的返回信道。 [0030] 以下将组合附图更详细地说明本发明的优选实施方式，其中： [0031] 图1示出了根据本发明实施方式的包括多个发送器和中心接收器的单向多点对点通信系统的示意图； [0032] 图2示出了根据本发明实施方式的从有效载荷数据包生成多个信道编码数据包的示意图； [0033] 图3示出了根据本发明实施方式的在时间间隔中的多个所生成的编码数据包的示意图； [0034] 图4示出了根据本发明另一实施方式的利用多个编码数据包的增量冗余的单向传输的示意图； [0035] 图5示出了根据本发明实施方式的数据包的示意性结构；以及 [0036] 图6示出了与标称发送频率相关的发送器特定频率偏移的示意图。 具体实施方式[0037] 图1示意性示出了多用户通信系统100，其中，在各种情况下，多个发送器110-m（m=1、2、...、M）单向将其有效载荷数据112-m发送到中心接收器120，即，没有从接收器120到任何发送器110-m（m=1、2、...、M）的返回信道。 [0038] 发送器110-m（m=1、2、...、M）中的每一个均包括用于从有效载荷数据112-m（m=1、2、...、M）生成多个信道编码数据包的装置ENC。这可被解释为意味着每种情况下在传输时间间隔内要传输的有效载荷数据112-m（m=1、2、...、M）具有与其相关的多个信道编码数据包。另外，每个发送器110-m（m=1、2、...、M）均包括用于在时间间隔内将多个信道编码数据包发送到接收器120的装置TX。 [0039] 将利用图2-5更详细地说明发送器110-m（m=1、2、...、M）中的一个和/或用于生成多个信道编码数据包的装置ENC。为清楚起见，在以下大多数情况下，将省略用户索引m（m=1、2、...、M）。 [0040] 图2示出了装置ENC被配置为从有效载荷数据112形成多个信道编码数据包210-n（n=1、2、...、N），信道编码数据包210-n（n=1、2、...、N）中的每一个均包括对应于对于每个数据包均不同的包标识P-Idn（n=1、2、...、N）的包核心数据212-n（n=1、2、...、N），且包核心数据212-n（n=1、2、...、N）采用比有效载荷数据112更高冗余的信道码来编码。这意味着，对于每个数据包210-n（n=1、2、...、N），传输比关于有效载荷数据的冗余信息更多的关于包核心数据212-n（n=1、2、...、N）的冗余信息。有效载荷数据112和/或从其导出的冗余信息，诸如错误识别冗余信息和/或错误校正冗余信息，在数据包210-n（n=1、2、...、N）内的相应数据字段214-n（n=1、2、...、N）中被传输。根据实施方式，有效载荷数据112以不分割的方式传输。相反，所有有效载荷数据112均以在每个信道编码数据包210-n（n=1、2、...、N）中被不同编码的状态来传输，或者有效载荷数据112以仅在数据包的第一个210-1中被编码的状态来传输，因此，后续在其他数据包210-n（n=2、3、...、N）中，仅传输附加的冗余信息。 [0041] 由于信道编码数据包210-n通常包括编码的有效载荷数据和/或编码的有效载荷数据字以及冗余信息（数据字段214-n），所以在以下的描述背景下，编码的数据字段214-n将经常还被表示为“具有冗余的有效载荷数据”。应当注意，根据参照图2的上述说明，数据字段214-n可包括具有从相关的有效载荷数据112导出的冗余信息的编码的有效载荷数据，或者可仅包括从相关的有效载荷数据112导出的冗余信息。 [0042] 在传输时间间隔T内，与有效载荷数据包112相关联的数据包210-n（n=1、2、...、N）从发送器110被发送到接收器120。在该背景下，根据实施方式，发送器110和/或用于发送的装置TX被配置为在随机时间t1发送多个信道编码数据包中的第一个210-1，并后续在传输时间间隔T内发送多个信道编码数据包的任何其余数据包210-n（n=2、3、...、N）。因此，可以说，时间间隔T形成了对于与有效载荷数据字和/或包112相关联的信道编码数据包210-n（n=1、2、...、N）的传输时间帧。即使在所述传输时间帧T内，单个数据包210-n（n=1、2、...、N）也可在随机或伪随机的传输时间tn（n=1、2、...、N）处被传输，根据另一实施方式，与时分多址（TDMA）类似，确定或预确定连续数据包210-n、210-(n+1)（n=1、2、...、n-1）的时间延迟△t=(tn+1–tn)。即，根据一种实施方式，用于发送的装置TX被配置为根据时分多址在时间间隔T内将多个信道编码数据包210-n发送到接收器120。 [0043] 如上文已述，包核心数据212-n（n=1、2、...、N）包括包标识或者对于每个数据包210-n（n=1、2、...、N）均不相同的包编码P-Idn（n=1、2、...、N）。在具有多个发送器110的多用户系统中，尽管不是强制的，但有利地，在数据包210-n（n=1、2、...、N）的核心数据域212-n中，设置除P-Id（n n=1、2、...、N）之外的相应发送器110-m的发送器标识S-Id（m m=1、2、...、M）的至少一部分，以便能够在接收器端将相应数据包210-n（n=1、2、...、N）与正确的发送器 110-m（m=1、2、...、M）相关联。这能使无返回信道的非同步多点对点传输系统的接收器120对可能的大量接收包（每时间间隔T有M·N个）进行分类，并将合适的数据包彼此组合。代替发送器标识，还可以提供指示到所传输的下一数据包的时间延迟的时间信息。以此方式，还可以识别同属一起的任何包。 [0044] 接收器120接收利用多个信道编码数据包在时间间隔T内经由通信信道从发送器110-m（m=1、2、...、M）中的一个发送到接收器120的发送器特定有效载荷数据112-m（m=1、 2、...、M）。每个信道编码数据包210-n（n=1、2、...、N）均包括至少对应于相应信道编码数据包210-n（n=1、2、...、N）的包标识的包核心数据212-n（n=1、2、...、N），包核心数据212-n（n= 1、2、...、N）采用比发送器特定有效载荷数据112-m（m=1、2、...、M）具有更高冗余的信道码来编码。接收器120包括用于在时间间隔T内接收多个信道编码数据包210-n（n=1、2、...、N）的装置RX，例如，类似于具有下游模拟前端和数字接收器级的天线。另外，接收器120包括解码器DEC，其适于解码时间间隔T内接收的第一信道编码数据包（例如，210-1）的包核心数据 212-n（n=1、2、...、N），且若第一信道编码数据包210-1的无错误解码（以获得发送器特定有效载荷数据112-m）失败，则解码时间间隔T内接收的至少一个其他信道编码数据包210-n（n=2、3、...、N）的包核心数据，以确定时间间隔T内的合适的其他信道编码数据包来用于与第一信道编码数据包210-1组合，从而由于组合而获得用于解码发送器特定有效载荷数据 112-m（m=1、2、...、M）的增大的码增益。 [0045] 在该背景下，接收器120不包括导向任何发送器110-m（m=1、2、...、M）的返回信道，以使其在解码有效载荷数据112已失败的情况下，重复发送信道编码数据包。 [0046] 根据实施方式，解码器DEC被配置为利用关于冗余和/或有效载荷数据的任何信息，所述信息已通过解码第一信道编码数据包210-1而获得，并作为用于解码至少第二信道编码数据包210-n（n=2、3、...、N）以获得增大的码增益的冗余信息。 [0047] 由于对于每个发送器110-m，至少第一数据包210-1的传输时间t1是伪随机的，所以接收器120将不会很容易地识别哪些接收包同属一起。这尤其是在接收器120和/或发送器110-m是移动装置时的情况。进行所有可能的尝试来组合数据包将会占用太多计算时间和/或太多硬件资源，且将不可能或者将仅采用大量计算开销才可能实时运行传输系统100。为此，关于传输包210-n（n=1、2、...、N）的特定信息（包核心数据）被容纳在数据包210-n（n=1、2、...、N）的核心区域212-n（n=1、2、...、N）中，所述核心区域具有更好的保护。所述信息至少是包标识P-Id（n n=1、2、...、N），且优选地，还是发送器标识S-Id（m m=1、2、...、M）和/或相应发送器的任何信息，所述信息从所述标识导出。在各种情况下，核心区域和/或包核心数据212-n（n=1、2、...、N）均采用比数据字段214-n（n=1、2、...、N）具有更高冗余的代码来保护。因此，即使采用低信噪比或信号干扰比，也可以在接收器120处解码包核心数据 212-n（n=1、2、...、N），并因此获得包标识P-Id（n n=1、2、...、N），且若存在，还可获得发送器标识S-Id（m m=1、2、...、M）。因此，包核心数据212-n（n=1、2、...、N）的可解码性阈值至少与当组合传输时间帧T内的所有可能的N个数据包210-n（n=1、2、...、N）时实现的阈值一样好。 适用不同，与核心区域212-n（n=1、2、...、N）相关联的码增益至少对应于从所有N个数据包 210-n（n=1、2、...、N）和/或其编码的有效载荷数据字段214-n（n=1、2、...、N）的组合产生的码增益。 [0048] 如在开头已描述，基本上具有将接收的信道编码数据包210-n（n=1、2、...、N）或者其一部分相组合以作为所述组合的结果而获得较高的码增益的不同可能性。 [0049] 图3a示出了发送器110的发送帧300。在传输时间间隔T内，由发送器110在伪随机时间t（n n=1、2、...、N）处发出N个信道编码数据包210-n。根据一种实施方式，每个数据包210-n（n=1、2、...、N）在数据字段214-n（n=1、2、...、N）中均包括被不同编码的编码有效载荷数据，且因此，冗余信息在不同数据包之间有所不同。即，根据一种实施方式，例如，用于生成的装置ENC被配置为生成分别具有关于有效载荷数据包112的不同冗余信息的信道编码数据包210-n（n=1、2、...、N）。 [0050] 通过利用图3b的实例的方式示出了本发明的用于生成信道编码数据包210-n的方法，该信道编码数据包210-n分别具有关于相关的原有有效载荷数据包112的不同编码有效载荷数据和相关冗余信息。如图3b所示，将长度为L的有效载荷数据112以编码比率R’≤Rn/N提供给编码器ENC（例如，卷积编码器），该编码器从有效载荷数据112生成长度为L/R’的编码长数据包210。对于图3b所示的概览图，应当注意，在所述概览图中，数据包210-n中仅示出了具有从有效载荷数据导出的冗余信息（数据字段214-n）的编码有效载荷数据，而未明确表示例如可能与传输操作之前的相关数据字段214-n相关联的相关核心数据212-n。 [0051] 根据本发明，在卷积编码器ENC处，对所获得的长码字210执行所谓的增信删余方案，增信删余包括省略和/或取出（“增信删余”）所获得的长码字的特定位置。以此方式，例如，可增大所得到的编码比率。另外，例如，对于后续数据传输和/或数据存储处理，可以为特定帧长度具体设计码字长度。 [0052] 如通过图3b中的实例所示，使用增信删余方案，其中，将编码起始数据包210分成两个相等部分（即，N=2），使得在各种情况下，可以具有相关核心数据212-1、212-2的编码有效载荷和冗余数据214-1、214-2的形式传输两个增信删余的传输包1和2结果，作为编码数据包210-1、210-2。例如，编码数据包1和2现均可包括相同编码比率L（n R1=R2）或不同编码比率（R1≠R2）。 [0053] 例如，若增信删余的传输包1和2具有相同编码比率R1=R2，则较低组合编码比率R’=Rn/2将产生第一数据包210-1和第二数据包210-2的接收器端组合的情况。若在接收器端使用进一步接收的具有编码比率R3=R1=R2的信道编码数据包210-3（图3b中未示出）来用于解码和组合，则如果数据以3倍不同编码的这一方式被发送，该情况下的组合编码比率将相应地减小到R’=Rn/3。只要喜欢，可继续该序列。对于以上说明，假设对于用于组合和解码的数据包210-n，编码比率R（n 其中，R1=R2=...=Rn）在各种情况下均相同。 [0054] 根据本发明的其他实施方式，有效载荷数据112在相关编码数据包210-n（例如，采用增信删余的传输包）中被编码所采用的编码比率Rn（n=1、2、...、N）在不同数据包之间也可不同。此外，预定组的数据包210-n（例如，其中n=1、3、..“. 奇数”和/或2、4、..“. 偶数”）也可以具有互不相同的编码比率。相应组可包括基于相关有效载荷数据包112的数据包210-n的任何选择（例如，单个数据包、几干连续数据包等）。例如，不同编码比率的所述相关性可被实施，其中，增信删余数据包210-n具有不同大小，使得对于编码比率（例如，其中R1=1/2且R2=1/3等）有R1≠R2的结果。例如，在第一数据包210-1中，可从此得到编码比率为R1的信道编码，而在第二数据包210-2中，编码有效载荷数据以采用编码比率为R2的信道码来编码的这一方式来传输。 [0055] 在接收器端，若对第一数据包210-1和/或数据字段214-1的解码由于接收器120处的SNR太低而失败，则可通过将第一编码数据包210-1与第二编码数据包210-2相组合来实现有效编码比率R’=1/(1/R1+1/R2)=1/(2+3)=1/5，这增大了对有效载荷数据112成功解码的可能性。通过预先解码包核心数据212-n来确保将合适的数据包彼此组合的事实。 [0056] 根据本发明的实施方式，编码器ENC可被配置为生成至少一个预定组或者所有编码数据包210-n，使得它们在给定的（足够正确的）传输情况下可在解码器端自解码，以获得相关有效载荷数据112。另外，编码器ENC可被配置为使得进一步编码的数据包210-n（n=2、3、...、N）的预定选择例如另外也可通过反向（反馈）增信删余来组合和解码。例如，利用适当增信删余，可从单个相对较长信道编码数据包210生成多个信道编码数据包210-n，例如，选择卷积码和增信删余，使得多个信道编码数据包中的每一个都可自解码和/或数据包 210-n（2、3、...、N个数据包）的所有可能组合可通过反向增信删余来解码。 [0057] 例如，利用对用于卷积编码器ENC和增信删余模式（增信删余方案）的生成器多项式的选择，可获得所述特性。另外，用于卷积编码器ENC和增信删余模式（增信删余方案）的生成器多项式可适应于发送器-接收器系统的特定数据速率、编码率和检测阈值SNR。在该背景下，特别地，可获得或设置由编码传输包210-n预定的用于解码的性能特性。例如，可选择用于卷积编码器ENC和增信删余模式的生成器多项式，使得在解码器端实现所需性能，而例如不管在接收器端组合和解码了哪个编码数据包210-n或编码数据包的哪个预定组。 [0058] 另外，以下的实施方式也是可行的，其中，在后续数据包中，第一数据包210-1的数据（编码有效载荷数据+冗余）不被准确重复，而是仅传输没有第一数据包210-1的数据便将不可自解码的附加冗余信息。即，在这种情况下，有效载荷数据112和用于错误识别和校正的相关冗余信息将仅在第一数据包210-1中传输。在后续数据包210-2、210-3、...、210-N中，将随后仅以渐进方式传输附加冗余信息。这将参照图4对此进行更详细描述。 [0059] 在发送器端，例如，利用系统“父”代码将有效载荷数据112和错误识别位（CRC）初始编码。这产生了系统位412和奇偶校验位414的码字410。在时间t1传输的第一数据字段214-1中，一起形成父码的码字420的码字的系统部分412和特定数量（即，不是全部）的奇偶校验位414-1被传输到接收器120。在另一时间t2，发送器110采用可能的不同功率或利用不同信道条件，在后续编码数据包210-2的数据字段214-2中传输附加奇偶校验位414-2。在另一时间t3，发送器110在另一数据包214-3中传输附加的奇偶校验位414-3等。 [0060] 在接收器端，开始尝试解码码字420。若不可能进行无错误解码，则进行新解码尝试，该新解码尝试包括将数据包210-2的附加奇偶校验位414-2与先前接收的数据包210-1的奇偶校验位414-1相组合。可重复该过程，直到有效载荷数据112的解码成功时。 [0061] 由于冗余信息的渐进传输，从组合产生的有效编码比率R’可适应于信道和/或传输特性。在正常情况下，即，假定有良好的信道和/或用户之间的很少干扰，则仅最初使用第一数据包210-1的增信删余码，且仅在信道质量降低时，才为了增大可校正性而使用在后续数据包210-2、210-3、...、210-N中包括的增信删余位置。 [0062] 在各种不同情况下，被最终组合以用于无错误解码的数据包210-n（n=1、2、...、N）的数量与接收器端SNR成反比。即，接收条件越差，要组合的数据包的数量越大。 [0063] 图5再次示出了数据包210-n（n=1、2、...、N）的可能结构。数据包210-n（n=1、2、...、N）的享有更好保护的核心区域212-n（n=1、2、...、N）包括可选的发送器标识号或其一部分（ID/子ID）以及传输包编号（包号）形式的包核心数据。特别是在大用户数M的情况下，提供发送器标识号或其一部分是有利的。 [0064] 如已经提及，比有效载荷数据域214-n（n=1、2、...、N）更好地保护核心数据212-n（n=1、2、...、N），使得也可在非常差的信道条件（最坏情况）下将其解码。在接收器120处接收的数据包的最大时间干扰的情况下，即，若所有M个用户偶尔同时发送，则会出现这种差的传输条件。在长距离实施传输的情况下，也会出现这种差的传输条件。 [0065] 当将所有N个数据包210-n组合时，在该背景下，包核心数据212-n（n=1、2、...、N）的解码阈值应当至少等于或甚至好于（有效载荷）数据字段214-n（n=1、2、...、N）的解码阈值。即，关于其源信息512-n（n=1、2、...、N），核心区域212-n（n=1、2、...、N）应当包括与/比传输时间间隔T内的所有N个数据包210-n（n=1、2、...、N）的冗余信息515-n（n=1、2、...、N）的总和至少相等或更高量的冗余信息513-n（n=1、2、...、N）。例如，核心区域212-n（n=1、2、...、N）可采用编码比率为1/4的卷积码来保护，而有效载荷数据112采用编码比率为1/2的有效卷积码来保护。若将编码有效载荷数据214-n分成N=2个有效载荷数据包，则每个数据包自身将具有编码比率1，且因此，无附加冗余。当在接收器120中将两个块组合时，例如，可将第二包210-2的信息用作第一包210-1的冗余信息。 [0066] 若利用比率为1/2的卷积码来编码有效载荷数据，则编码有效载荷数据的量（数目）是非编码有效载荷数据的量的两倍。若将编码有效载荷数据量的两倍转移到数据包中，则数据包的长度将等于非编码有效载荷数据的长度。若考虑数据包的非编码有效载荷数据与编码有效载荷数据之间的编码比率，则将得到编码比率1。可执行将数据分成两个数据包，使得每个数据包均可由自身解码，且当在接收器中将两个数据包组合时，得到编码比率1/2。因此，编码有效载荷数据被分成由发送器在不同时间发出的两个数据包。 [0067] 除了核心区域212-n（n=1、2、...、N）中的较高冗余，还在各种情况下，有利地在核心区域中提供一个同步字516-n（n=1、2、...、N），借助于该同步字，接收器120可尽可能快地自身进行同步。由于在多用户系统中，每个发送器包括其自身的具有不同容差的基准时钟源（振荡器），所以在每个数据包210-n（n=1、2、...、N）中，使用所述同步或同步字516-n（n=1、2、...、N）。根据又一实施方式，用于生成的装置ENC还被配置为进一步提供具有同步数据 516-n（n=1、2、...、N）的信道编码数据包210-n（n=1、2、...、N）的包核心数据212-n（n=1、 2、...、N），以使得接收器120能够检测来自发送器110-m（m=1、2、...、M）的信道编码数据包 210-n（n=1、2、...、N）。例如，同步数据516-n（n=1、2、...、N）可以是所谓的曼彻斯特码。曼彻斯特码是在编码期间获得时钟信号的线性码。在该背景下，比特序列以二进制方式调制时钟信号的相位。接收器120必须识别单个接收包210-n（n=1、2、...、N）所用的检测阈值（即，SNR）取决于接收器120的整体灵敏度，这在组合所有接收包210-1、210-2、...、210-N时产生。即，可组合的数据包210-n越多，接收阈值的减小将越大，且对接收器120的同步的要求将越高。 [0068] 发送器在接收器120开始并不知晓的伪随机时间发出其数据包210-n（n=1、2、...、N）。另外，若接收器120也是移动的而非静止的，则位于接收器120的接收范围中的发送器将不断改变。根据本发明，若发送器110-m另外发出用于码组合的冗余数据包，则接收器120应能够将数据包与发送器相关联，使得可将适当数据包组合。当由于传输信道中的干扰而不能将单个数据包的包核心数据明确解码时，接收包与发送器的关联将是困难的。正是在这种情况下，通过将若干冗余数据包组合来改善有效载荷数据112-m的可解码性。因此，若在受干扰的传输信道中以不完整方式从若干发送器接收许多接收包且必须将其彼此组合，则例如，这可通过尝试所有组合可能性来实施。在上述情况下，例如，由于例如未正确接收ID，所以不完整的接收使其自身认为数据包不能与发送器明确关联。 [0069] 在有较少数量的发送器的情况下，这可能仍是可行的。然而，例如，若由于非常大量的发送器位于接收器的接收范围内而使得接收包的数量增大，则作为结果，对于不同组合可能性所需的计算能力成倍增大。然而，根据本发明的实施方式，可以有针对性的方式来限制接收器120中的所述组合可能性，从而接收器120的处理速度可被增大。 [0070] 即使在不良接收的情况下，发送器的增大保护和核心区域212-n（n=1、2、...、N）中的包标识也可确保每个接收包210-n（n=1、2、...、N）均可明确关联。因此，可在接收器120中组合同一发送器的数据包，并可避免用于通过随机组合任何数据包而引起的误组合的计算开销。关于术语“误组合”，应当注意，所述术语不涉及错失组合，而是涉及不会产生所传输的有效载荷数据的组合，即，涉及产生错误结果的组合。在非常长的发送器标识的情况下（这可能有约48位及以上），当使用整个发送器标识时，在核心区域212-n（n=1、2、...、N）中将传输大量冗余信息，这可能导致增大的能量损耗以及由此导致相应发送器110-m的缩短的电池寿命。为避免这种情况，根据一种实施方式，还可以仅传输核心区域212-n（n=1、2、...、N）中的发送器标识（子ID）的一部分或者仅传输相对较小的MAC（消息认证码）地址。 因此，数据包210-n（n=1、2、...、N）与发送器110-m的明确关联不再可能，然而，由于在核心区域212-n（n=1、2、...、N）中，几个发送器可使用相同的部分标识，所以使得该增益可能导致误组合。然而，它们的数量远小于在所保护的核心区域212-n（n=1、2、...、N）中无任何发送器标识的单向多用户系统。 [0071] 根据本发明的另一实施方式，可通过利用时间信息来限制可能的包组合的数目。通常，由发送器110-m以随机方式发送数据包210-n（n=1、2、...、N），但仅在特定传输时间窗口T内。在利用该时间信息的同时，接收器120可进一步限制可能的数据包组合的数量。即，根据实施方式，在接收器端，解码器DEC被配置为使用关于传输时间间隔T的信息来解码来自发送器110-m的至少第二信道编码数据包210-n（n=2、3、...、N）的包核心数据212-n（n=2、 3、...、N），使得从第一信道编码数据包210-1开始，在早于或晚于最大值的对应于时间间隔T的一个时间段内接收至少第二信道编码数据包210-n（n=2、3、...、N）。 [0072] 用于减少可能的数据包组合的另一方法源自单个发送器110-m相对于标称发送频率fc.nom的不同频率偏移。该发送器特定频率偏移通常在高达±100ppm（百万分之一）的范围内（这在不同发送器之间有所不同），使得单个发送器具有在标称发送频率fc.nom附近的略微不同的发送频率fc,m（m=1、2、...、M）（见图6）。然而，作为一个原则问题，每个发送器的频率偏移△f（m m=1、2、...、M）均间歇性地位于小于±10ppm的范围内。例如，由于石英晶体振荡器的制造容差，发送器相对于标称发送频率的频率偏移可能增大。所述频率偏移在很长时期内存在。另外，频率偏移可能由部件老化而引起。所述频率偏移也仅随时间推移而缓慢改变。例如，频率偏移的间歇性变化可能由电路的快速温度变化而引起。 [0073] 若接收器另外被配置为执行接收信号的频率评估，则所述信息可被用于正确组合数据包。根据实施方式，例如，接收器120可检测等于△f（m m=1、2、...、M）并位于在fc,（m m=1、2、...、M）附近小于10ppm的范围内的频率偏移。接收器可检测发送频率fc,m的偏移，所述频率偏移可以具有△fm的波动。数据包的频率偏移可被用作与发送器的关联。所述频率偏移应处于fc,m附近的范围△fm内，使得数据包与正确发送器关联。由于仅组合其频率偏移△fm位于一定限度内的该接收数据包，所以这可被用于进一步限制可能的数据包组合的数目。 即，根据一些实施方式，接收器120的解码器DEC被配置为确定和利用关于发送器110-m的实际发送频率fc,（m m=1、2、...、M）偏离标称发送频率fc.nom的发送器特定偏差△f（m m=1、2、...、M）的信息来解码发送器110-m和时间间隔T内的至少第二信道编码数据包210-n（n=2、 3、...、N），使得采用发送器特定偏差接收的信道编码数据包可与发送器110-m关联。参数△fm表征了其中数据包可与另一数据包关联的fc,m附近的频率范围。例如，若△fm处于10Hz且fc,1=6000Hz，以及例如若以6004Hz的频率接收数据包，则所述数据包可与具有6002Hz的数据包相关联。 [0074] 本发明的实施方式可被实施以例如用于实现用于传输相对较小数据量（例如，诸如热、电或水表的传感器数据）的系统。在该背景下，包括根据本发明的实施方式的无线电发送器的测量装置可被安装在仪表/传感器上，所述无线电发送器以上述方式向中心接收器120无线发送传感器数据和/或有效载荷数据。因此，本发明的实施方式还包括一种通信系统，该通信系统包括根据本文描述的实施方式的至少一个发送器110和一个接收器120。该通信系统未呈现出从接收器120到任何发送器110-m（m=1、2、...、M）的返回信道，且每个发送器在接收器120不知晓的随机或伪随机时间t（n n=1、2、...、N）发送其数据包210-n（n= 1、2、...、N）。因此，接收器120接收不同仪表和/或传感器的大量传输信号。 [0075] 尽管本发明的一些方面组合发送/接收装置来描述，但应当理解，所述方面也表示对相应发送/接收方法的描述，从而发送/接收装置的块或部件也应被理解为相应的方法步骤或方法步骤的特征。以此类推，组合方法步骤来描述或者被描述为方法步骤的方面也表示对相应装置的相应块或细节或者特征的描述。 [0076] 根据具体实施要求，本发明的实施方式可以硬件或软件来实施。可使用数字存储介质来进行实施，例如，软盘、DVD、蓝光光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存、硬盘、或者其上存储有电可读控制信号的任何其他磁性或光学存储器，该电可读控制信号可与可编程计算机系统协作或者实际进行协作，从而执行相应的发送/接收方法。这是数字存储介质可以是计算机可读的原因。因此，根据本发明的一些实施方式包括具有电可读控制信号的数据载体，该电可读控制信号能够与可编程计算机系统或数字信号处理器协作，从而执行本文描述的任何方法。 [0077] 在一些实施方式中，可使用可编程逻辑器件（例如，现场可编程门阵列，FPGA）来执行本文描述的方法的一些或全部功能。在一些实施方式中，现场可编程门阵列可与微处理器协作来执行本文描述的任何方法。在一些实施方式中，该方法一般由任何硬件装置执行。该硬件装置可以是诸如计算机处理器（CPU）或专用于该方法的硬件（例如，诸如ASIC）的通用可用硬件。 [0078] 上述实施方式仅表示对本发明的原理的说明。应当理解，本领域其他技术人员将理解本文描述的配置和细节的修改和变更。这便是其旨在使本发明仅由所附权利要求的范围而并非由本文利用对实施方式的描述和说明给出的具体细节来限定的原因。 |
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