Error control of messages in a packet-based data transmission system coding and decoding method

申请号 JP2004549781 申请日 2003-11-06 公开(公告)号 JP4372688B2 公开(公告)日 2009-11-25
申请人 インフィネオン テクノロジーズ アクチェンゲゼルシャフト; 发明人 ルイス、マイケル;
摘要 Initially the message frame comprising a header with length information, a data portion and a check sequence is expanded with gaps inserted to the data portion and the frame check sequence and the frame length information is updated, the frame is then scrambled and forward error correction data is generated and written into the gaps. An outer check sequence is generated and appended as part of the frame, after which the entire frame is transmitted. Error control decoding of the transmitted frame is achieved between reception and descrambling at a receiving device. The outer check sequence is optionally checked and removed, an error correction algorithm is applied to the frame in response to errors, after which the frame is descrambled, the forward error correction data and the inserted gaps are removed and the frame is restored to its original state and the length information is updated to its original value.
权利要求
  • 各メッセージがフレーム長情報を含むヘッダーと、データ部とフレームチェックシーケンスとを含むパケットベースデータ伝送システムにおけるメッセージのエラー制御コーディングおよびデコーディング方法であって、
    送信装置において、
    a)ヘッダーと、データ部とフレームチェックシーケンスとを含むメッセージを受信し、フレームのデータ部およびフレームチェックシーケンス内にギャップを挿入するステップと、
    b)ギャップおよび将来の外部フレームチェックシーケンスを含むフレームの長さを反映するようにヘッダーの長さ情報を更新するステップと、
    c)フレームの少なくとも一部にスクランブリングアルゴリズムを適用するステップと、
    d)ステップc)においてスクランブルされたフレームの少なくとも一部にフォワードエラー訂正アルゴリズムを適用してフォワードエラー訂正データを発生するステップと、
    e)発生されたフォワードエラー訂正データをギャップ内に挿入するステップと、
    f)外部フレームチェックシーケンスを発生して、発生させられた外部フレームチェックシーケンスを前記フレーム内に含めるステップと、
    g)ステップd)において前記フォワードエラー訂正アルゴリズムによって発生させられたフォワードエラー訂正データと、ステップf)において発生させられた前記外部フレームチェックシーケンスと、を含むスクランブルされたフレームを送信するステップと、を含み、
    受信装置において、
    h)フォワードエラー訂正データを有するスクランブルされたフレームおよびスクランブルされた外部フレームチェックシーケンスを受信するステップと、
    i)スクランブルされた前記フレームに含まれる前記外部フレームチェックシーケンスが正しいかどうかをチェックするステップと、
    j)イエスであれば、外部フレームチェックシーケンスを除去し、フォワードエラー訂正データを除去し、フレームをデスクランブリングし、ギャップを除去し、ヘッダーの長さ情報をそのオリジナル値に更新するステップと、
    k)ノーであれば、外部フレームチェックシーケンスを除去し、挿入されたフォワードエラー訂正データに基づくエラー訂正アルゴリズムをフレームの残りの少なくとも一部に適用し、挿入されたフォワードエラー訂正データを除去し、フレームをデスクランブリングし、挿入されたギャップを除去し、ヘッダーの長さ情報をそのオリジナル値に更新するステップと、を含む方法。
  • 請求項1に記載の方法であって、前記外部フレームチェックシーケンスを発生するステップは、1)フォワードエラー訂正データを含むスクランブルされたフレームをデスクランブリングし、2)前記フレームの少なくとも一部にわたって外部フレームチェックシーケンスを計算し、3)計算された外部フレームチェックシーケンスを前記フレームのスクランブルされていない部分に含め、4)前 記外部フレームチェックシーケンス を含む前記フレームを再スクランブリングする、ステップを含む方法。
  • 各メッセージがフレーム長情報を含むヘッダーと、データ部とフレームチェックシーケンスとを含むパケットベースデータ伝送システムにおけるメッセージのエラー制御コーディングおよびデコーディング方法であって、
    送信装置において、
    a)フレームのデータ部およびフレームチェックシーケンス内にギャップを挿入するステップと、
    b)ギャップおよび将来の外部フレームチェックシーケンスを含むフレームの長さを反映するようにヘッダーの長さ情報を更新するステップと、
    c)フレームの少なくとも一部にスクランブリングアルゴリズムを適用するステップと、
    d)ステップc)においてスクランブルされたフレームの少なくとも一部にフォワードエラー訂正アルゴリズムを適用してフォワードエラー訂正データを発生するステップと、
    e)発生されたフォワードエラー訂正データをギャップ内に挿入するステップと、
    f)外部フレームチェックシーケンスを発生して、発生させられた外部フレームチェックシーケンスを前記フレーム内に含めるステップと、
    g)ステップd)において前記フォワードエラー訂正アルゴリズムによって発生させられたフォワードエラー訂正データと、ステップf)において発生させられた前記外部フレームチェックシーケンスと、を含むスクランブルされたフレームを送信するステップと、を含み、
    受信装置において、
    h)フォワードエラー訂正データを有するスクランブルされたフレームおよびスクランブルされた外部フレームチェックシーケンスを受信するステップと、
    i)スクランブルされた前記フレームに含まれる前記外部フレームチェックシーケンスを廃棄し、フォワードエラー訂正データに基づいてエラー訂正アルゴリズムをフレームの残りの少なくとも一部に適用し、フォワードエラー訂正データを除去し、フレームをデスクランブリングし、ギャップを除去し、ヘッダーの長さ情報をそのオリジナル値に更新するステップと、を含む方法。
  • 請求項3に記載の方法であって、前記外部フレームチェックシーケンスを発生するステップは、1)フォワードエラー訂正データを含むスクランブルされたフレームをデスクランブリングし、2)前記フレームの少なくとも一部にわたって外部フレームチェックシーケンスを計算し、3)計算された外部フレームチェックシーケンスを前記フレームのスクランブルされていない部分に含め、4)前 記外部フレームチェックシーケンス を含む前記フレームを再スクランブリングする、ステップを含む方法。
  • 各メッセージがフレーム長情報を含むヘッダーと、データ部とフレームチェックシーケンスとを含むパケットベースデータ伝送システムにおけるメッセージのエラー制御コーディングおよびデコーディング方法であって、
    送信装置において、
    a)フレーム長さの将来の拡張を見込むためにヘッダーの長さ情報を更新するステップと、
    b)フレームの少なくとも一部にスクランブリングアルゴリズムを適用するステップと、
    c)ステップb)においてスクランブルされたフレームの少なくとも一部にフォワードエラー訂正アルゴリズムを適用してフォワードエラー訂正データを発生するステップと、
    d)発生されたフォワードエラー訂正データをスクランブルされたフレームのデータ部およびフレームチェックシーケンス内に挿入するステップと、
    e)外部フレームチェックシーケンスを発生して、発生させられた外部フレームチェックシーケンスを前記フレーム内に含めるステップと、
    f)ステップc)において前記フォワードエラー訂正アルゴリズムによって発生させられたフォワードエラー訂正データと、ステップe)において発生させられた前記外部フレームチェックシーケンスと、を含むスクランブルされたフレームを送信するステップと、を含み、
    受信装置において、
    g)送信されたフォワードエラー訂正データを有するスクランブルされたフレームおよびスクランブルされた外部フレームチェックシーケンスを受信するステップと、
    h)スクランブルされた前記フレームに含まれる前記外部フレームチェックシーケンスが正しいかどうかをチェックするステップと、
    i)イエスであれば、スクランブルされた外部フレームチェックシーケンスを除去し、フォワードエラー訂正データをフレームから除去し、フレームをデスクランブリングしてヘッダーの長さ情報をそのオリジナル値に更新するステップと、
    j)ノーであれば、スクランブルされた外部フレームチェックシーケンスを除去し、フォワードエラー訂正データに基づいてエラー訂正アルゴリズムをフレームの少なくとも一部に適用し、挿入されたフォワードエラー訂正データをフレームから除去し、フレームをデスクランブリングしてヘッダーの長さ情報をそのオリジナル値に更新するステップと、を含む方法。
  • 請求項5に記載の方法であって、前記外部フレームチェックシーケンスを発生するステップは、1)フォワードエラー訂正データを含むスクランブルされたフレームをデスクランブリングし、2)前記フレームの少なくとも一部にわたって外部フレームチェックシーケンスを計算し、3)計算された外部フレームチェックシーケンスを前記フレームのスクランブルされていない部分に含め、4)前 記外部フレームチェックシーケンス を含む前記フレームを再スクランブリングする、ステップを含む方法。
  • 各メッセージがフレーム長情報を含むヘッダーと、データ部とフレームチェックシーケンスとを含むパケットベースデータ伝送システムにおけるメッセージのエラー制御コーディングおよびデコーディング方法であって、
    送信装置において、
    a)フレームの長さの将来の拡張を見込むためにヘッダーの長さ情報を更新するステップと、
    b)フレームの少なくとも一部にスクランブリングアルゴリズムを適用するステップと、
    c)ステップb)においてスクランブルされたフレームの少なくとも一部にフォワードエラー訂正アルゴリズムを適用してフォワードエラー訂正データを発生するステップと、
    d)発生されたフォワードエラー訂正データをスクランブルされたフレームのデータ部およびフレームチェックシーケンス内に挿入するステップと、
    e)外部フレームチェックシーケンスを発生して、前記発生させられた外部フレームチェックシーケンスを前記フレーム内に含めるステップと、
    f)ステップc)において前記フォワードエラー訂正アルゴリズムによって発生させられたフォワードエラー訂正データと、ステップe)において発生させられた前記外部フレームチェックシーケンスと、を含むスクランブルされたフレームを送信するステップと、を含み、
    受信装置において、
    g)送信されたフォワードエラー訂正データを有するスクランブルされたフレームおよびスクランブルされた外部フレームチェックシーケンスを受信するステップと、
    h)スクランブルされた前記フレームに含まれる前記外部フレームチェックシーケンスを廃棄し、フォワードエラー訂正データに基づいてエラー訂正アルゴリズムをフレームに適用し、挿入されたフォワードエラー訂正データをフレームから除去し、フレームをデスクランブリングしてヘッダーの長さ情報をそのオリジナル値に更新するステップと、を含む方法。
  • 請求項7に記載の方法であって、前記外部フレームチェックシーケンスを発生するステップは、1)フォワードエラー訂正データを含むスクランブルされたフレームをデスクランブリングし、2)前記フレームの少なくとも一部にわたって外部フレームチェックシーケンスを計算し、3)計算された外部フレームチェックシーケンスを前記フレームのスクランブルされていない部分に含め、4)前 記外部フレームチェックシーケンス を含む前記フレームを再スクランブリングする、ステップを含む方法。
  • 前記いずれかの項に記載の方法であって、全てのステップが送信装置および受信装置の物理的プロトコルレイヤにおいて、それぞれ、実施される方法。
  • 说明书全文

    (技術分野)
    本発明は、一般的に、パケットベースデータ伝送システムに関し、特に、レガシーデバイスとの下位互換性(バックワードコンパチビリティ:Backward Compatibility)を維持しながら強化されたエラー制御が所望されるパケットベースワイヤレスローカルエリアネットワークにおけるメッセージのエラー制御コーディングおよびデコーディング方法に関する。

    (発明の背景)
    プロトコルスタックおよび802.11ワイヤレスLAN標準 データ通信システムはしばしば、システムを作動させるのに必要なタスクのシーケンスをレイヤとして知られる論理的に関連するグループへ分類する、いわゆるプロトコルスタックによって説明される。 概念的に、より高いレイヤはより高い抽象レベルを有する、たとえば、ユーザアプリケーションは最高レイヤにあり無線または銅線を介してデータを伝送する回路が最低レイヤにある。

    この例は、図1に単純化された形で示されている、802.11ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)標準である。 802.11プロトコルスタックはいわゆるMAC(媒体アクセス制御:medium access control)レイヤおよびいわゆるPHY(物理的)レイヤへ分割される。 送信装置が送信している時に、装置のMACレイヤは上のレイヤからメッセージを取り出し、アドレッシングおよび制御情報をプリペンド(prepend)し、エラーチェック情報をアペンド(append)し、ワイヤレス媒体がフリーであることを確認し、拡張されたメッセージを送信装置のPHYレイヤへ通す。 PHYレイヤは送信データをフォーマティングし、特定PHY情報(たとえば、プリアンブルおよび送信レート情報)を加え、データを変調してアンテナへ送る。 受信送信において、ピアPHYレイヤは特定PHY情報を使用して送信データを受信し、MAC−レベルメッセージをMACレイヤへ通す。 ここで、受信メッセージはエラーチェックされ、問題とする装置へメッセージが向けられる場合、そのデータはより高いレーヤまで通される。

    別々のレイヤへのこの論理的構成の一つの利点は、システム内の他のレイヤとのコンパチビリティを保持しながら個別のレイヤに特定の機能を付加または強化することができ、異なる物理的レイヤをインプリメントできることである。 たとえば、オリジナル802.11WLAN標準は無線または赤外リンクを介して作動するPHYレイヤを規定し、802.11標準を強化した802.11aは無線リンクを介したより高いデータ送信レート(54Mbp/sまで)を提供する。 MACレイヤにおいて、802.11e標準草案はより良いスループット、およびより良いスケジューリングデータ配信をサポートするベーシック802.11MACプロトコルのいくつかの強化を提供する。

    図2aはPHYレイヤと交換される802.11MACデータフレームの基本的構造を示す。 データフレームの最初の32ビットはMACヘッダーであり、それはフレームの総送信持続時間(長さおよび送信レートによって決まる)を含む、制御およびアドレッシング情報を含んでいる。 次に、可変長データフィールドが続き、それは実際のメッセージを含んでいる。 最後に、フレームチェックシーケンス(FCS)と呼ばれる4−バイト巡回冗長チェックサムがデータフレーム上で計算されて付加される。 それにより、受信機には送信においてエラーが生じているかどうかを検出する能が与えられる。

    フォワードエラー訂正
    802.11e草案は、その開発の一段階において、MACレイヤにおいてエラー制御コーディングをインプリメントする提案を含んでいた。 このエラー制御コーディング(フォワードエラー訂正すなわちFECと呼ばれる)は、いくつかの送信エラーを受信機において訂正できるように、データに既知量の冗長度を加える標準技術である。 パケットエラーの確率を低減すると必要な平均再送信数が低減されて平均送信遅延の低減を助けるため、これはサービス品質応用において非常に重要である。

    この提案の重要な側面はバックワードコンパチビリティであり、プロトコルの理由で、非FEC−意識(non FEC−aware)局がMACヘッダーを受信してデコードできることが重要である。 提案されたソリューションは図2bに示すフレームフォーマットであった。 最初に、フレームチェックシーケンスがヘッダーおよびデータにわたって計算され、フレームに付加される。 これはFEC−意識局がデコーディング後にエラーを検出するのにしか使用されないためFEC FCSと呼ばれる。

    内部FEC FCSを含むフレームにわたって、いくつかの16−バイトFECブロックがリード−ソロモンコーディングを使用してフレームに加えられる。 これらのブロックの最初のブロックはMACヘッダー後に生じ、それは非FEC−意識局の観点からFEC情報はデータフレームの一部であり解釈されないことを意味する。 最後に、フレームはあたかも非FECデータフレームであるかのように処理され、外部FCSが計算される。 それにより、非FEC−意識局はそれらがフレームを正しく受信しているかどうかを確認することができる(したがって、それらに関わりのある全てであるヘッダー情報を使用することができる)。

    802.11aPHYレイヤとの相互作用(インタラクション:interaction)
    802.11aハイレートPHYレイヤは5GHz無線帯域で動作する54Mbpsまでのデータレートを提供する。 802.11gPHY標準草案は2.4GHz無線帯域において本質的に同一の変調フォーマットを使用し、そのためここで検討された問題はMAC−レベルFECから利益を得ようと試みる時に新しいIEEE802.11WLAN装置の大多数に当てはまる。

    802.11aPHYレイヤはMAC−レイヤフレームを取り出し、送信された変調シーケンスの特性を送信されるメッセージから独立したものとするためにデータにスクランブリングを実施する。 802.11a標準に明記されたスクランブラ回路が図3に示されており、出力が着信データとの間で排他的論理和(XOR)が取られる線型帰還シフトレジスタにより構成される。 発生されるシーケンスは、スクランブラのシード値として知られる、遅延素子D1−D7の初期状態により一意的に規定される。 標準はこのシード値を送信される各メッセージに対して擬似ランダム非ゼロ状態に設定すべきことを規定している。

    受信機において、同じシード値を遅延素子内へロードしなければならない。 次に、受信機において同じシーケンスを発生し着信データストリームとの間で排他的論理和(XOR)が取られ、オリジナルデータを回復することができる。 これを可能とするために、7ゼロビットのシーケンスがメッセージにプリペンドされる(標準の将来の補足のために使用が保留される9ビットが続く)。 プリペンドされた16ビットフィールド全体がサービスフィールドと呼ばれる。 オリジナルデータは最初の7ビットに対してはゼロとなることが既知であるため、送信シーケンスからスクランブラの初期状態を推論することができる。

    明らかに、この設計の正しい機能はスクランブラを正しく初期化できるようにこれら7ビットをうまく受信することに依存する。 スクランブラが正しく初期化されないと、正しくないシーケンスが発生されるため後続メッセージ全体が改変されてしまう。 オリジナル802.11a標準が考案された時に、MACレイヤ内にエラー訂正は提案されず、そのためこのエラー伝播は重要ではなく、任意のエラーはメッセージが廃棄されることを意味する。 しかしながら、MAC−レベルエラー訂正を実装しようとすると、このエラー伝播は中位から高位の信号対ノイズ比で可能なエラー訂正のレベルを厳しく制限する。 基本的に、フレームを廃棄しなければならない確率は訂正できないデータ内にエラーを有する確率ではなく7ビットスクランブラ初期化シーケンス内に1ビット以上のエラーを有する確率により支配されるようになる。

    これらの違いが図4にグラフで示されており、ビットエラーは互いに独立しているものと仮定して、実線は定められた基本的エラーレートに対して224の定められたブロック内で生じる8オクテットを超えるエラーの確率(すなわち、FEC不良の確率)を示している。 破線はスクランブラ初期化フィールド内で生じる1つ以上のエラーの確率(スクランブラ不良の確率)を示している。 およそ10 −2.7よりも高い基本的ビットエラーレートにおいて、FEC不良(定められた任意の224オクテットFECブロック内の8オクテットよりも多いエラー)の機会はスクランブラエラーの7ビット内のエラーの機会よりも大きいことは明らかである。 しかしながら、基本的ビットエラーレートが減少すると、FECにより理論的に得られるパケットエラーは迅速に非常に小さくならなければならないが、デスクランブラによるエラー伝播問題によりこれは生じない。

    802.11bPHYに対して、データはやはりスクランブルされる。 この場合、いわゆる自己同期化スクランブラが使用され、それは正しく受信された数情報ビット後に対応するデスクランブラが送信スクランブラと自動的に同期化して、スクランブラシードを別々に送信する必要がないという利点を有する。 しかしながら、送信エラーが生じるとこの同期化を再び行う必要があり、スクランブラの出力には入力よりも多くのエラーが生じる。

    MACレベルフォワードエラー訂正が必要な、オーディオおよびビデオデータストリームの配信等の典型的な応用では、許容ビットエラーレートは一般的に低い。 FECシステムからの理論的性能とスクランブラエラー伝播による限界との違いは、特に、802.11aに対してこれらの場合に定められた性能レベルを維持するのにより高い送信電力あるいはより低い範囲を受け入れなければならないことを意味する。

    802.11e標準草案に対して責任のあるタスクグループが行った解説は基本的にエラー制御コーディングがPHYレイヤ内に最も適切に配置されるということであった。 その理由は、そうすればデータのスクランブリングが実施された後でエラー制御コーディングステップを実施することができ、したがって、デスクランブリングおよび可能なエラー伝播が生じる前に送信エラー(送信されたスクランブラシード内のエラーを含む)を訂正できることである。 このような修正は802.11eタスクグループの範囲外である。 また、このような任意の修正は非FEC−意識装置(たとえば、標準コンプライアント802.11aまたは802.11b PHYレイヤを使用する)が少なくともMACヘッダーを受信しFCSを介して正しい送信を決定できなければならないという付加要求条件を有する。 しかしながら、現在PHYレイヤにおけるエラー制御コーディングに対する既知のソリューションはない。

    PHYレイヤにおいてエラー制御コーディングを内蔵する困難さは、現在の(レガシー)標準コンプライアント装置がメッセージのヘッダー部を正しく解読してフレームが正しく受信されたかどうかを決定できることを確かめる点にある。

    したがって、エラー伝播の危険性を低減しながらエラー制御コーディングを可能とし、同時に、レガシーデバイスが少なくともフレームのヘッダーをデコードできるようにする方法が必要とされている。

    (発明の概要)
    本発明の目的はパケットベースデータ伝送システム、特に、パケットベースワイヤレスローカルエリアネットワークにおけるメッセージのエラー制御コーディングおよびデコーディング方法を提供することである。

    本発明に従って、これはMAC−レイヤからのヘッダー、データ部およびフレームチェックシーケンスを含むフレームが送信装置のPHY−レイヤにおいて受信され、ギャップにより拡張され、フォワードエラー訂正データが発生されてギャップ内に書き込まれる方法により達成される。 次に、エラー訂正データが挿入された拡張フレームはスクランブルされ、外部フレームチェックシーケンスが発生されてフレームに付加され、その後全体フレームが送信される。 フレームは受信装置のPHY−レイヤにおいて受信される。 外部フレームチェックシーケンスがチェックされ、エラーに応答してエラー訂正アルゴリズムが適用され、その後フレームがデスクランブルされ、フォワードエラー訂正データが除去されてフレームはそのオリジナル状態へ回復される。

    本発明のもう1つの目的は現在の標準コンプライアント装置、いわゆるレガシーデバイス、が必ずしも受信フレームのデータ部をデコードできなくても受信フレームのヘッダー部をデコードできるようにするメッセージのエラー制御コーディングおよびデコーディング方法を提供することである。 しかしながら、提案されるソリューションはこの方法を意識しかつその使用をよりハイレベルのプロトコルにより取り決めている2つの装置間でしか使用されないため、レガシーデバイスがフレームのデータ部をデコードできることは重要ではない。

    エラー制御コーディングから完全な利益を得るためには、フレームのスクランブリングと送信装置からの送信との間でエラー制御エンコーディングステップを実施し、かつ受信装置における受信とデスクランブリングとの間でエラーを訂正する必要がある。 しかしながら、バックワードコンパチビリティを維持するには、同様に、従来の802.11装置により全パケットの正しい受信を検証することができさらにこのような装置によりヘッダーフィールドをデコードできることが必要である。

    (本発明の説明)
    添付図について本発明がより詳細に説明される。 本発明に従って提案される方法は802.11e標準草案で提案されたものと同様なエラー制御コーディング構造を使用して例示されるが、この構造は決して必要なものではなく、発明部分はレガシー802.11デバイスとのコンパチビリティに影響を及ぼすことなく、スクランブリングの後で、PHYレイヤにおいて一般的なフォワードエラー訂正アルゴリズムをどのようにフレームに適用できるかということである。 従来の802.11 PHYレイヤによりフレームに対して実施されるシーケンスが図5に示されており、判り易くするために802.11a PHYレイヤ内でのスクランブラシードのプリペンディングや802.11b PHYレイヤに対するプリアンブルシーケンス等のタスクはデータの一般的なヘッディングフォーマティングの下に含まれる。

    送信装置と受信装置間の本発明に従った方法の2つの異なる実施例が図6−10に関して説明される。 第1の実施例はスクランブリングを実施し外部FCSを発生することが幾分容易であるという利点を有し、第2の実施例は11bシステムにおいてデスクランブリングを実施することが幾分容易であるという利点を有する。

    本発明に従った方法の第1の実施例のフロー図が図6に示されている。 送信装置における方法の異なる段階がフレームに及ぼす影響が図7に示されている(802.11eのようなFEC構造が例として示されているが、ほとんど任意のFECアルゴリズムを適用できる)。

    送信装置において、
    送信装置のPHYレイヤはヘッダー(フレーム長情報を含む)、データ部およびFCS(またはFEC FCS)を含むMACレイヤからの従来の802.11フレームを受信してフォーマティングする。 802.11a(または、802.11aに基づく他のPHY標準)の場合、ヘッダーはデスクランブラ初期化値がエラー制御コードにより保護されるようにそれにプリペンドされた16ビットサービスフィールド(オールゼロ)も持たなければならない。 PHYレイヤにより加えられた他のフィールドも保護することができ、かつ望ましい。

    フレームのヘッダーの後から始めて、フレームはその中にスペースを作るかギャップを挿入することにより拡張されて任意所望の追加FEC情報を収容する。 FEC情報のためのこれらのギャップは任意に分布することができ、さらに、ヘッダー部の後の情報にFECを適用することの一部としてインターリービングを実施してFEC性能をさらに強化することができ、おそらくはさらに保護するためにヘッダー部を二重にすることができる。 判り易くするために、図7は前の802.11e FEC提案に似たブロックベースチェックサムとしてのFECデータの単純な分布を示している。

    レガシーデバイスによる解読可能なように、次に、フレームのヘッダー内の長さ情報がFEC情報に対して挿入されたギャップを含むフレーム長に対応するように更新されかつ外部フレームチェックシーケンスを含むことができるようにする。 このように拡張されたフレームはその後送信装置のPHYレイヤに対して規定された標準スクランブリング技術に従ってスクランブルされる。 したがって、選択されたスクランブリングアルゴリズムがフレームの少なくとも一部に適用され、スクランブルされたフレームが達成される。 802.11aシステムでは、特定PHYヘッダー情報の非常に小さい部分しかスクランブルされない(オールゼロサービスフィールド)。 802.11bシステムでは、プリアンブルを含む全体フレームがスクランブルされる。

    次に、FECアルゴリズムがスクランブルされたフレームの少なくとも一部に適用され、FECデータが発生して前に挿入されたギャップ内に配置され、データのインターリービングも行われる場合には、これらのギャップの位置はプロセス中に変化することができる。

    最後に、いわゆる外部フレームチェックシーケンス(OFCS)が発生される。 このOFCSはフレームが非FEC PHY受信機によりデスクランブルされた場合に計算されるものとして規定される。 次に、OFCSはスクランブルされスクランブルされたフレーム内に含まれるかアペンド(append)される。 このOFCSを発生するための一つの可能なプロセスが図8に示されており、非FEC意識受信機によりフレームが正しく受信されると、その受信装置により計算された値と一致するFCS値を与える任意のプロセスが適用できることに注目しなければならない。 実際のインプリメンテーションでは、外部フレームチェックシーケンスの発生とFECデータスクランブリングおよび発生プロセスを組み合わせて効率を改善することができる。

    図8のフロー図に示す本発明に従ったOFCS発生プロセスについて以下に説明する。 スクランブルされたフレームはFECデータを含むフレームに既知のデスクランブリングアルゴリズムを適用することによりデスクランブルされる。 OFCSはFECデータを含むデスクランブルされたフレームの少なくとも一部にわたって計算され、後でデスクランブルされたフレーム内に含まれるかそれにアペンド(append)される。 最後に、OFCSを含むデスクランブルされたフレームがスクランブルされる。 したがって、非FEC意識装置が解釈できる、スクランブルされた外部フレームチェックシーケンスを有するスクランブルされたフレームが達成される。

    受信装置において、
    受信装置における受信手順も図6に示されており、この方法の異なる段階の影響が図9に示されている。 受信装置は随意受信フレームをデスクランブリングしてOFCSをチェックするか(正しく受信したフレームに対するエラー訂正ステップをスキップする送信エラーに対する低確率を利用したい非FEC−意識装置またはFEC−意識システム内で生じる)あるいはOFCSを即座に廃棄する(OFCSチェック段階を実施したくないFEC−意識装置内で生じる)ことにより開始する。

    本発明に従った図6および図7の方法の第1のオプションはOFCSを除くデスクランブルされたフレームにわたってFCSを計算し、次に、2つの値を比較して実施される。 このステップにより受信装置はエラー訂正機構をバイパスしてエラーフリーパケットに必要な処理量を低減し、それは低エラー環境に対する著しい節減となる。 内部FCSまたはFEC FCSは成功を示しさもなくばデータのデコーディングを示すため、次に、OFCSをスクランブルされたフレームから廃棄することができる。

    OFCSが正しくないと決定されるかまたはチェックされずに廃棄されると、スクランブルされたフレームの残りの少なくとも一部において選択されたエラー訂正機構が呼び出される。 このエラー訂正機構は挿入されたFECデータに基づいている。 得られる(望ましくはエラーフリー)フレームは、次に、受信装置のPHYレイヤに対して規定された適切な機構に従ってデスクランブルされる。 802.11bデスクランブラその他任意の自己同期デスクランブラに対しては、FECデータに続く正しいデスクランブラ状態を計算する必要がある。 これは挿入されたFECデータを送信装置において挿入されたギャップデータのスクランブルされた形式で置換して行うことができる。 各ケースにおいてギャップデータに適用するスクランブリングシーケンスはギャップのすぐ前のデータから容易に決定することができる。

    正しいOFCS、または正しくないOFCS、またはチェックされないOFCSのいずれかに対して、送信装置において予めフレーム内に挿入されたギャップが次に廃棄され、ヘッダー内の長さ情報がそのオリジナル値へ回復される。 この点において、結果はFCSを含む802.11−コンプライアントMACフレームであり、それは受信装置のMACレイヤへ送ることができる。

    本発明に従った方法の、送信装置と受信装置間の、第2の実施例のフロー図が図10に示される。

    送信装置において、
    本発明に従った第1の実施例と同様に、送信装置のPHYレイヤはヘッダー、データおよびFCS(FEC FCS)を含む従来の802.11フレームをMACレイヤから受信する。 802.11a(または802.11aに基づいた他のPHY標準)に対して、ヘッダーはやはりデスクランブラ初期化値がエラー制御コードにより保護されるようにそれにプリペンドされた16−ビットサービスフィールド(オールゼロ)を持たなければならない。 PHYレイヤにより加えられる他のフィールドを保護することもでき、かつ望ましい。

    フォワードエラー訂正データおよび外部フレームチェックシーケンス(OFCS)の挿入によりフレームを将来拡張できるようにするために、受信フレームのヘッダー長さフィールドが更新される。 更新されたヘッダーを有するフレームが、次に、送信装置のPHYレイヤに対して選択された標準スクランブリングアルゴリズムに従ってスクランブルされる。

    予め定められたFECアルゴリズムがスクランブルされたフレームに適用されてFECデータを発生する。 このデータはスクランブルされたフレームのデータ部およびFEC FCS内に挿入される。 続いてOFCSが発生され、図5に示す、本発明に従った方法の第1の実施例と同様な方法でスクランブルされたフレーム内に含まれる。 OFCSを発生するプロセスは、図8に示す、本発明に従った方法の第1の実施例と同一である。

    最後に、スクランブルされたフレームが送信される。

    受信装置において、
    本発明に従った方法の第2の実施例の受信手順も図10に示されている。 本発明に従った方法の第1の実施例と同様に、受信装置は受信フレームをデスクランブリングしてOFCSをチェックするか(非FEC−意識装置内で生じる)あるいはOFCSを即座に廃棄することにより随意開始することができる。

    受信フレームをデスクランブリングしてOFCSをチェックする第1のケースは本発明に従った方法の第1の実施例と同様な方法で実施される。 OFCSは正しいと決定されると廃棄され、挿入されたFECデータが除去され、フレームはデスクランブルされる。

    OFCSが正しくないと決定されるかあるいは全くチェックされずに廃棄されると、スクランブルされたフレームの残りに対して選択されたエラー訂正機構が呼び出される。 その結果、挿入されたFECデータが除去され(望ましくはエラーフリー)フレームが受信装置のPHYレイヤに対して規定された適切な機構に従ってデスクランブルされる。

    チェックされた正しいOFCS、またはチェックされた正しくないOFCS、またはチェックされないOFCSのいずれかのケースに対して、ヘッダー内の長さ情報が最終的にそのオリジナル値へ回復され、フレームは再フォーマティングされて受信装置のMACレイヤ上に通される。

    任意の非FEC−ケーパブル装置による受信手順 送信フレームを漏れ聞く非FEC−ケーパブル受信装置にとって、本発明に従った方法の前記したいずれかの実施例に従って、拡張されたMACフレームは正しいヘッダー、データ部、および有効なフレームチェックシーケンスを有する有効な802.11 MACフレームとして見える。 所期の受信者以外の受信装置はデータセクションを解釈しないため、追加FECプロセスは目に見えない。

    本発明に従った方法はFECフレームの構造を意識するように設けられるがエラー訂正アルゴリズムをインプリメントしないように選択する装置において実施することもでき、このような装置はこのようなフレーム内のデータをデコードすることができるが、エラーに対して改善された頑強さを利用することができない(事実、長く拡張されたフレームにより幾分高いエラーレートを有する)。 これは、たとえば、エラー制御コーディングを適用してブロードキャストされたデータを受信したい低コスト装置において有用である。

    本発明に従った方法は本技術をインプリメントしない装置とプロトコルレベルでバックワードコンパチビリティを維持しながらフォワードエラー訂正を802.11a/gおよび802.11b PHYレイヤに内蔵する機構を提供する(すなわち、全局がフレームの特定プロトコル部分をデコードすることができるが、FECケーパブル装置しかフレームのデータ部をデコードすることができない)。 この技術は専有ソリューションにおいて使用することができ、あるいはIEEE 802.11標準への新しい拡張に対する基礎を形成することができる。

    本発明に従った方法は、送信パケットの特定プロトコル(すなわち、非データ)部分のデコーディングに関してバックワードコンパチビリティを維持しながらPHY−レイヤエラー制御を加えることが望まれる、任意のパケットベースデータ伝送システム、ワイヤレスその他に一般的に応用することができる。

    802.11 WLANプロトコルスタックの例を示す図である。

    従来の802.11 MACフレームフォーマットを示す図である。

    802.11e FEC MACフレームフォーマットを示す図である。

    802.11a PHYスクランブラを示す図である。

    スクランブラ不良およびFEC不良によるパケットエラーの確率を示す図である。

    従来の802.11 PHYレイヤに対する送信機および受信機における既知の手順を示すフロー図である。

    本発明に従った方法の第1の実施例を示すフロー図である。

    本発明に従った方法の第1の実施例の送信装置における異なる段階を示す図である。

    本発明に従った外部フレームチェックシーケンスを発生する方法を示すフロー図である。

    本発明に従った方法の第1の実施例の受信装置における異なる段階を示す図である。

    本発明に従った方法の第2の実施例を示すフロー図である。

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