CN101459490B

CN101459490B - 一种数据传输方法及装置

Info

Publication number: CN101459490B
Application number: CN2008100006905A
Authority: CN
Inventors: 许进; 方源立; 袁志锋; 李松; 徐俊; 胡留军
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2008-01-14
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2028-01-14
Also published as: CN101459490A

Abstract

一种数据传输方法及装置，该方法包含如下步骤：将待发送数据分割成长度为Tb比特的信息文件片；对由多个连续的信息文件片中相同位置的比特组成的Tb个信息比特序列进行前向纠错编码，生成Tb个校验比特序列；并将校验比特序列的各比特依序放入校验文件片中与相应的信息比特序列相同的位置；依序发送各信息文件片和校验文件片；所述信息比特序列中包含的比特数小于或等于前向纠错编码的信息比特序列的最大长度K_max比特。综上所述，采用本发明的数据传输方法大大减少了接收端的译码工作量；此外，由于一个数据包/信息文件片的丢失不会造成接收端码字的大量信息丢失(擦除)，译码的成功率、数据传输的可靠性大幅提高。

Description

一种数据传输方法及装置

技术领域

本发明涉及一种数据传输方法及装置。

背景技术

数据在网络/通信信道上被分割成数据包进行传输。为了提高数据传输的可靠性，通常需要利用网络协议或编码来提供纠错机制。例如，数据在因特网上传输时，需要利用传输控制协议(Transmission Control Protocol，简称TCP)提供的检错重发机制进行数据的可靠传输，即当检测到数据包丢失时通知发送方重新发送。

但是，在多媒体广播信道中传输数据时，由于使用单向信道，并且数据是采用一对多的广播/多播方式发送，不允许接收端向发送端反馈数据包丢失和出错信息，无法使用上述检错重发机制。在这种情况下，数据包在发送前需要进行前向纠错(FEC)编码。经典的应用层FEC包括RS(Reed-Solomon，里德.所罗门)码和数字喷泉码(Fountain codes)等。RS码的编译码复杂度较高，一般只适用于码长比较小的情况。LT(LubyTransform，陆柏变换)码和Raptor(瑞普特)码是两种可实际应用的数字喷泉码。LT码具有线性的编码和译码时间，相对于RS码有着本质的提高；而Raptor码由于采用了预编码技术，因此具有更高的译码效率。在3GPP(3rdGeneration Partnership Project，第三代合作伙伴计划)的组播广播多媒体业务(Multimedia Broadcast/Multicast Service，简称MBMS)以及数字视频广播(Digital Video Broadcasting，简称DVB)中都采用了Digital Fountain(数字喷泉)公司的Raptor码作为其FEC编码方案。

若编码后码字的前K位与信息位相同，则称该码为系统码。编码的过程就是由K个信息位生成N位码长的过程，通过增加N-K个校验位来达到检错和纠错的目的。LT码不支持系统码的编码方式，因此难以满足某些实际的FEC编码需求；Raptor码支持系统码，但是需要单独的预编码过程，即需要一个预编码矩阵，因此编码的复杂度较高。

由于上述编码方法的缺点，因此引入了LDGC(Low Density GeneratorMatrix Codes，低密度生成矩阵码)。LDGC是一种线性分组码，其生成矩阵(编码矩阵)中的非零元素通常是稀疏的，同时，LDGC码还是一种系统码。

图1是LDGC生成矩阵的示意图。如图1所示，LDGC的生成矩阵G_ldgc中的前L行对应的方阵通常是一个上三角或下三角矩阵，该矩阵求逆可以通过迭代的方法完成。其中，图1中的x，y可以为0。

图2是译码时根据接收码字的擦除情况对LDGC生成矩阵进行相应的擦除操作的示意图。

如图2所示，若数据在传输时出现错误(称作数据被擦除)，接收端在使用生成矩阵G_ldgc进行译码前需要对G_ldgc进行相应的擦除操作。即假设N比特长度的序列R(r₀，r₁，......r_N-1)中的符号：{r_i，r_i+1，...，r_i+X1}和{r_j，r_j+1，...，r_j+X2}被信道擦除掉，则G_ldgc中的第{i，i+1，...i+X1}行和第{j，j+1，...j+X2}行也需要被擦除，得到擦除生成矩阵G_e。注意到，对于相同的数据丢失/差错情况，G_e是相同的。

现有技术中，使用LDGC等FEC编码、译码方法进行数据传输时，发送方对数据包进行FEC编码，接收方根据每一数据包的传输情况生成对应的擦除生成矩阵G_e，并使用G_e对该数据包进行译码。这种数据传输方法的效率较低，并且在数据包中数据差错过多时无法进行有效的译码，只能将整个数据包丢弃，在网络/信道条件较差时，数据的传输效率大大降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提出一种提高数据传输效率，加快数据译码等处理速度的数据传输方法及装置。

为了解决上述问题，本发明提供一种数据传输方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：

A：将待发送数据分割成长度为Tb比特的信息文件片；

B：对由多个连续的信息文件片中相同位置的比特组成的Tb个信息比特序列进行前向纠错编码，生成Tb个校验比特序列；并将校验比特序列的各比特依序放入校验文件片中与相应的信息比特序列相同的位置；

C：依序发送各信息文件片和校验文件片；

所述信息比特序列中包含的比特数小于或等于前向纠错编码的信息比特序列的最大长度K_max比特。

此外，步骤B中，将第i个校验比特序列的第j个比特放入第j个校验文件片中的第i个比特位置；所述第i个信息比特序列由所述多个连续的信息文件片中的第i个比特依序组成；i＝1，...，Tb。

此外，步骤C中，将信息文件片和校验文件片封装在传输包中发送；所述传输包的包头中包含文件片序号。

此外，按照如下方法将所述待发送数据分成Z个文件块，每个文件块中包含多个连续的信息文件片：

a)根据所述待发送数据的长度F字节，计算所述待发送数据中包含的信息文件片的总数K_t：b)计算文件块总数Z：

c)若K_t/K_max为整数，则每个文件块中包含K_max个信息文件片；

所述步骤B中，对一个文件块中包含的所述多个信息文件片进行所述FEC编码，生成该文件块的所述校验文件片；T＝Tb/8。

此外，若K_t/K_max不是整数，则按照如下方法计算每个文件块中包含的信息文件片的个数：

d)在Z_L个文件块中包含

个信息文件片；在Z_S个文件块中包含K_S＝K_t/Z

个信息文件片；

按照如下公式计算Z_L和Z_S：

若K_L＞K_S，则，Z_L＝(K_t-K_S×Z)/(K_L-K_S)，若K_L＝K_S，则，Z_L＝Z；Z_s＝Z-Z_L。

此外，所述传输包中包含一个信息文件片或校验文件片。

此外，所述FEC编码为系统码。

此外，所述FEC编码为LDGC。

此外，所述传输包的包头中包含：用于标识所述待发送数据的资源标识，和用于标识所述待发送数据的版本信息的更新序号。

本发明还提供一种数据传输装置，包含数据包封装传输单元，其特征在于，该装置还包含：数据分割单元，存储器，FEC编码单元；其中：

所述数据分割单元用于将待发送数据分割成长度为Tb比特的信息文件片，并将所述信息文件片依序存储在所述存储器中；

所述FEC编码单元用于对由多个连续的信息文件片中相同位置的比特组成的Tb个信息比特序列进行前向纠错编码，生成Tb个校验比特序列；并将校验比特序列的各比特依序放入校验文件片中与相应的信息比特序列相同的位置；所述校验文件片存储在所述存储器中；

所述数据包封装传输单元用于依序发送所述存储器中的各信息文件片和校验文件片；

此外，所述FEC编码单元将第i个校验比特序列的第j个比特放入第j个校验文件片中的第i个比特位置；

所述第i个信息比特序列由所述多个连续的信息文件片中的第i个比特依序组成；i＝1，...，Tb。

此外，所述装置还包含参数设置单元，其中：

所述参数设置单元用于根据所述待发送数据的字节长度F，计算所述待发送数据中包含的信息文件片的总数K_t：并计算文件块总数Z：

若K_t/K_max为整数，则将每个文件块中包含的信息文件片个数设置为K_max；

所述FEC编码单元根据所述参数设置单元输出的文件块中包含信息文件片的个数，对同一文件块中的K_max个信息文件片进行所述前向纠错编码，生成该文件块的所述校验文件片；

其中，T＝Tb/8。

此外，若K_t/K_max不是整数，则所述参数设置单元将ZL个文件块中包含的信息文件片个数设置为

将Z_S个文件块中包含的信息文件片个数设置为K_S＝K_t/Z

；

所述FEC编码单元根据所述参数设置单元输出的文件块中包含信息文件片的个数，对同一文件块中的K_L或K_S个信息文件片进行所述前向纠错编码，生成该文件块的所述校验文件片；

其中，若K_L＞K_S，则，Z_L＝(K_t-K_S×Z)/(K_L-K_S)，若K_L＝K_S，则，Z_L＝Z；Z_s＝Z-Z_L。

此外，所述数据包封装传输单元将信息文件片和校验文件片封装在传输包中发送；所述传输包的包头中包含文件片序号。

此外，所述FEC编码单元采用系统码进行所述前向纠错编码。

此外，所述FEC编码单元采用LDGC进行所述前向纠错编码。

综上所述，采用本发明的数据传输方法及装置大大减少了接收端的译码工作量；此外，由于一个数据包/信息文件片的丢失不会造成接收端码字的大量信息丢失(擦除)，译码的成功率、数据传输的可靠性大幅提高。

附图说明

图1是LDGC生成矩阵的示意图；

图2是译码时根据接收码字的擦除情况对LDGC生成矩阵进行相应的擦除操作的示意图；

图3是本发明实施例数据传输方法流程图；

图4为采用本发明的方法对文件块中的各信息文件片进行FEC编码的示意图；

图5为本发明的传输包结构示意图；

图6为本发明实施例数据传输装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思路是，将数据分割成固定长度的信息文件片，将多个信息文件片中相同位置的比特组成的信息比特序列进行FEC编码生成校验文件片后，将各信息文件片和校验文件片封装在数据包中传输。

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

图3是本发明实施例数据传输方法流程图。如图3所示，该方法包含如下步骤：

101：根据待发送的文件数据的长度，计算信息文件片的个数；

文件数据的长度为F字节，信息文件片的长度为T字节，则待发送文件数据被分割为

个信息文件片。其中，

表示向上取整运算。

若F/T不是整数，则需要对最后一个信息文件片进行填充。

例如，F＝10240000字节，T＝512字节，则：

即，文件数据被分为20000个信息文件片。

102：根据FEC编码器所允许的信息比特序列的最大长度及信息文件片的个数计算文件块的个数；

FEC编码器所允许的信息比特序列的最大长度为K_max，K_max一般不超过8192比特，则文件块的个数

根据上例，若K_max＝8000比特，则一个文件数据分成的文件块数

103：根据文件块的个数，计算每个文件块中包含的信息文件片个数K；

将文件数据分成Z＝Z_L+Z_S个文件块。其中，在前Z_L个文件块中，每个文件块包含

个信息文件片，称为文件长块；在后Z_S个文件块中，每个文件块包含K＝K_S＝

K_t/Z

个信息文件片，称为文件短块。其中，

·

表示向下取整运算。

上述Z_L，Z_S采用如下公式计算：

根据上例，K_t＝20000时：

个信息文件片；

K_S＝

K_t/Z

＝

20000/3

＝6666个信息文件片；

Z_L＝(K_t-K_S×Z)/(K_L-K_S)＝(20000-6666×3)/(6667-6666)＝2；

Z_s＝Z-Z_L＝3-2＝1。

即，前2个文件块中每个文件块包含6667个信息文件片，最后一个文件块包含6666个信息文件片。

采用这种信息文件片的分配方法的主要目的是，避免最后一个文件块中包含的信息文件片很少。由于本发明在后续步骤中，根据文件块中包含的信息文件片的个数，从文件块中取出相应个数的比特进行编码。编码的码字越小，编码、译码的效果越差，因此避免文件块中包含的信息文件片个数过小，就是避免编码、译码的效率过低。

当然，若K_t/K_max为整数(即K_t/Z为整数)，则每个文件块中包含相同的信息文件片数K＝K_max，无需区分文件长块和文件短块。

104：根据上述计算得到的信息文件片的个数K_t，文件块个数Z和文件块中包含的信息文件片数K，将待发送文件数据连续分割成K_t个长度为T字节的信息文件片；并依序将各信息文件片进行分组，划分成Z个文件块。

若K_t/K_max不是整数；上述Z个文件块中包含Z_L个文件长块和Z_S个文件短块。文件长块中包含K_L个信息文件片，文件短块中包含K_S个信息文件片。

此外，还需要为各文件块中的每个信息文件片分配一个在文件块内唯一的文件片序号(Data Segment Index，简称DSI)。其中，DSI是正整数。

例如某个文件块的第一个信息文件片的DSI为0，第二个为1，依次类推。

105：对每个文件块中各信息文件片的相同位置的比特组成的信息比特序列进行FEC编码，生成校验比特序列；并将校验比特序列的各比特依次放入校验文件片的相同位置；

对每个文件块中各信息文件片的第j个比特所组成的信息比特序列进行FEC编码，生成第j个校验比特序列，将该校验比特序列的第m个比特放入该文件块的第m个校验文件片的第j个比特位置；

上述j＝1，2，....，T；m＝1，...，M；M为校验比特序列的长度。

上述信息比特序列的长度与文件块中包含的信息文件片的个数K相同。即：对于文件长块，各信息比特序列的长度为K_L；对于文件短块，各信息比特序列的长度为K_S。

对于不同的文件块，由于信息比特序列的长度可能不同，因此M值也可能不同。

图4为采用本发明的方法对文件块中的各信息文件片进行FEC编码的示意图。

如图4所示，文件块中包含多个信息文件片和校验文件片。每个信息文件片包含Tb＝8×T比特，每个文件片中位置相同的比特组成信息比特序列；对每个信息比特序列进行FEC编码生成校验比特序列。

因此，每个文件块包含8×T个信息比特序列和校验比特序列。信息比特序列的长度为K比特，若K_t/K_max不是整数，K＝K_L或K_S；校验比特序列的长度与信息比特序列的长度和FEC编码算法有关。

本实施例中，FEC编码算法采用系统码，例如LDGC，即对于长度为K比特的信息比特序列，编码后生成的码字的前K比特与信息比特序列相同，我们将码字的后续比特组成的序列称为校验比特序列。

也就是说，1个码字由1个信息比特序列和1个校验比特序列组成。

106：对文件块中的信息文件片的各比特编码完成后，依序将各信息文件片和校验文件片封装在传输包中传输。

图5为本发明的传输包结构示意图。如图5所示，传输包由包头(HDR)和有效载荷(payload)两部分组成。

包头中包含：资源标识，文件块序号(SBN)，文件片序号(DSI)，以及更新序号。

资源标识用于标识该传输包中传输的数据(信息文件片或校验文件片)所属的文件/资源。

文件块序号用于标识该传输包中传输的数据(信息文件片或校验文件片)所属的文件块的序号。

文件片序号为该传输包中传输的信息文件片或校验文件片的序号。

更新序号为该传输包中传输的数据(信息文件片或校验文件片)所属的文件/资源的版本号。

若1个传输包中包含多个文件片，则文件片序号字段为该传输包中包含的第1个文件片的DSI。

传输包分为两类：信息传输包和校验传输包。

信息传输包的净荷部分只有信息文件片；校验传输包的净荷部分只有校验文件片。因此，信息传输包的DSI应该小于K，或K_L(对应于长文件块)或K_s(对应于短文件块)；校验传输包的DSI应该大于或等于K，或K_L(对应于长文件块)，或K_s(对应于短文件块)。

每个传输包的净荷部分可包含G个文件片，G的大小通过下式确定：

G＝min{P/T，G_max}；

其中P是最大传输包的净荷的大小，G_max是传输包中所能允许的最大文件片个数。

例如，P＝512是最大传输包的净荷的大小，G_max＝10是传输包中所能允许的最大文件片个数。传输包净荷部分包含G＝min{P/T，G_max}＝min{1，10}＝1个文件片。

传输包净荷部分也可以包含多个文件片，即T的大小可以根据P的大小而改变。

综上所述，本发明将文件数据分割成大小相同的信息文件片，并对分在同一个文件块的信息文件片的位置相同的各比特分别进行FEC编码；因此，在传输过程中，任何一个信息文件片的丢失(擦除)都仅影响接收端译码所使用的码字的一个比特；并且译码所使用的译码矩阵(例如LDGC生成矩阵)对于8×T个码字，可进行相同的行擦除、求逆矩阵等操作，大大减少了接收端的译码工作量。同时，由于一个信息文件片的丢失不会造成接收端码字的大量信息丢失(擦除)，译码的成功率、数据传输的可靠性大幅提高。

根据本发明的基本原理，上述实施例还可以进行多种变换，例如：

(一)上述实施例中，1个信息比特序列包含了1个文件片中的1个比特；

在另一实施例中，1个信息比特序列可包含1个文件片中相邻的多个比特。在这种情况下，若传输过程中丢失一个文件片，接收端接收到的码字会丢失(擦除)多个比特，会在一定程度上影响译码的成功率。

(二)除了LDGC以外，本发明的FEC编码方法还可以采用Raptor(瑞普特)码等系统码。

(三)上述实施例中，文件块中包含的文件片的个数根据FEC编码器允许的信息比特序列的最大长度以及信息文件片的个数(文件数据的大小)预先设定；

在另一实施例中，文件块中包含的文件片的个数可以根据信道质量等因素动态调整，当然不能超过FEC编码器允许的信息比特序列的最大长度。在这种情况下，接收端可以根据传输包中的文件块序号推算一个文件块中包含的文件片(包含信息文件片和校验文件片)的个数，进而推算信息文件片的个数以及校验文件片的个数。也可以在传输包的包头中增加文件片个数字段。当然，这样会在一定程度上增加译码的复杂度。

(四)上述实施例中，将文件片封装在传输包中发送；

在另一实施例中，对于广播信道中的流媒体应用，上述包头的各字段为可选字段，将固定个数的文件片封装在链路层数据包中传输；接收端依靠链路层协议识别和接收各文件片。当然，在这种情况下，每次FEC编码的码字长度为发送端和接收端预先设定的固定数值。

图6为本发明实施例数据传输装置的结构示意图。如图6所示，该装置包含：参数设置单元，数据分割单元，存储器，FEC编码单元，数据包封装传输单元。其中，

参数设置单元，用于根据待发送数据的字节长度F计算信息文件片的总数K_t、文件块总数Z(或Z_L和Z_S)以及文件块中包含的信息文件片的个数K_max(或K_L和K_S)。具体计算方法如上所述。

数据分割单元，用于将待发送数据分割成长度为Tb＝8×T比特的信息文件片，并将各文件片依序存储在存储器中。

FEC编码单元，用于对存储器中由多个连续的信息文件片中相同位置的比特组成的Tb个信息比特序列进行FEC编码，生成Tb个校验比特序列；并将校验比特序列的各比特依序放入校验文件片中与相应的信息比特序列相同的位置；校验文件片存储在存储器中；

优选地，FEC编码单元根据参数设置单元输出的参数(T，K_max，或K_L和K_S)，对存储器中存储的一个文件块的第i个信息比特序列进行FEC编码，生成第i个校验比特序列；并将第i个校验比特序列的第j个比特放入该文件块的第j个校验文件片中的第i个比特位置；上述i＝1，...，Tb；

其中，一个文件块由连续的K_max(或K_L和K_S)个信息文件片组成；

上述第i个信息比特序列由文件块中的各信息文件片的第i个比特依序组成；

优选地，FEC编码单元采用系统码，尤其是LDGC进行所述FEC编码。

数据包封装传输单元，用于依序发送存储器中的各信息文件片和校验文件片；

优选地，数据包封装传输单元用于将信息文件片和校验文件片封装在传输包中发送；所述传输包的包头中包含：文件片序号，用于标识所述待发送数据的资源标识，和用于标识所述待发送数据的版本信息的更新序号；所述传输包中包含一个信息文件片或校验文件片。

Claims

1.一种数据传输方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：

A：将待发送数据分割成长度为Tb比特的信息文件片；

C：依序发送各信息文件片和校验文件片；

2.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，

步骤B中，将第i个校验比特序列的第j个比特放入第j个校验文件片中的第i个比特位置；所述第i个信息比特序列由所述多个连续的信息文件片中的第i个比特依序组成；i＝1，...，Tb。

3.如权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于，步骤C中，将信息文件片和校验文件片封装在传输包中发送；所述传输包的包头中包含文件片序号。

4.如权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于，

按照如下方法将所述待发送数据分成Z个文件块，每个文件块中包含多个连续的信息文件片：

a)根据所述待发送数据的长度F字节，计算所述待发送数据中包含的信息文件片的总数K_t：

b)计算文件块总数Z：

c)若K_t/K_max为整数，则每个文件块中包含K_max个信息文件片；

其中，

表示向上取整运算；

所述步骤B中，对一个文件块中包含的所述多个信息文件片进行所述前向纠错编码，生成该文件块的所述校验文件片；T＝Tb/8。

5.如权利要求4所述的数据传输方法，其特征在于，若K_t/K_max不是整数，则按照如下方法计算每个文件块中包含的信息文件片的个数：

d)在Z_L个文件块中包含

个信息文件片；在Z_S个文件块中包含

个信息文件片；其中，

表示向下取整运算；

按照如下公式计算Z_L和Z_S：

6.如权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于，所述传输包中包含一个信息文件片或校验文件片。

7.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述前向纠错编码为系统码。

8.如权利要求7所述的数据传输方法，其特征在于，所述前向纠错编码为低密度生成矩阵码(LDGC)。

9.如权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于，所述传输包的包头中包含：用于标识所述待发送数据的资源标识，和用于标识所述待发送数据的版本信息的更新序号。

10.一种数据传输装置，包含数据包封装传输单元，其特征在于，该装置还包含：数据分割单元，存储器，FEC编码单元；其中：

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述FEC编码单元将第i个校验比特序列的第j个比特放入第j个校验文件片中的第i个比特位置；

12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包含参数设置单元，其中：

所述参数设置单元用于根据所述待发送数据的字节长度F，计算所述待发送数据中包含的信息文件片的总数K_t：

并计算文件块总数Z：

若K_t/K_max为整数，则将每个文件块中包含的信息文件片个数设置为K_max；其中，

表示向上取整运算；

其中，T＝Tb/8。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，

若K_t/K_max不是整数，则所述参数设置单元将Z_L个文件块中包含的信息文件片个数设置为将Z_S个文件块中包含的信息文件片个数设置为

其中，

表示向下取整运算；

14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述数据包封装传输单元将信息文件片和校验文件片封装在传输包中发送；所述传输包的包头中包含文件片序号。

15.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述FEC编码单元采用系统码进行所述前向纠错编码。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述FEC编码单元采用低密度生成矩阵码(LDGC)进行所述前向纠错编码。