CN101807970A

CN101807970A - 一种具备自适应纠错能力的分组传输方法

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Publication number: CN101807970A
Application number: CN 201010108529
Authority: CN
Inventors: 陈松; 喻辉
Original assignee: CETC 30 Research Institute
Current assignee: CETC 30 Research Institute
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: CN101807970B

Abstract

本发明公开了一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，包括步骤：步骤S1，发送端根据接收端统计的PER选取相应的RS(n，k)编码方案；步骤S2，根据选取的RS(n，k)编码方案的K值对传输的分组包进行分片，并进行相应的RS编码形成n字节的分组；步骤S3，将8片分组组装成一个帧。本发明提供的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，可以自动的根据信道误码的情况来进行纠错编码，在信道质量较好的情况下采用纠错能力较弱的编码，在信道质量较差的情况下采用纠错能力较强的编码，既保证了分组传输的成功率，同时也增强了传输带宽的利用率。

Description

一种具备自适应纠错能力的分组传输方法

技术领域

本发明涉及一种分组传输方法，尤其是一种具备自适应纠错能力的分组传输方法。

背景技术

在通讯信号传输中为了抗击分组包(包括IP包、PPP帧、帧中继包、以太网帧、ATM信元等)的误码，通常利用FEC(Forward Error Correction，前向纠错)技术为分组包进行前向纠错保护。

目前的FEC技术一般采用RS格式编码。RS码即里德-所罗门码，它是能够纠正多个错误的纠错码，如图1所示，是RS码的结构图，RS码为(n，k，t＝n-k)，其中t是可抗长度字节数，监督段为t字节(开销字节段，或叫冗余字节开销)，在RS(n，k)编码方式下，其中k表示有效数据长度，n表示数据分组长度，当n-k的值越大，即开销字节越多，表示纠错能力越强，RS的编码效率是：k/n。

目前现有的FEC方案的特点是在分组包的RS码的监督段字节数t是固定的，采用RS格式编码的FEC技术，可以加强包的纠错能力，减少了上层重传的次数；其缺点是在信道质量较好的情况下，由于RS编码的冗余字节开销长度固定，不仅浪费了传输带宽而且加大了额外的处理时延、存储空间等，同时当信道质量很差的情况下，当信道误码大于纠错编码的纠错能力情况下，分组包的差错率就会提高，从而引起传输层(如TCP)的重传次数的增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，可以自动的根据信道误码的情况来进行纠错编码，在信道质量较好的情况下采用纠错能力较弱的编码，在信道质量较差的情况下采用纠错能力较强的编码，既保证了分组传输的成功率，同时也增强了传输带宽的利用率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，包括步骤：

步骤S1，发送端根据接收端统计的PER选取相应的RS(n，k)编码方案；

在本发明中，所述RS编码方案包括：RS(63，57)、RS(63，53)案、RS(63，47)、RS(63，43)四种编码方案。所述RS编码方案的选取方法包括：

步骤S11，初始状态下选取RS(63，57)编码方案；在本发明中，初始时的默认情况下选取RS(63，57)编码方案。

步骤S12，判断PER的取值范围，选取相应的RS编码方案；RS编码在不同信道下的误码率计算方式为：设pe是纠错前信道的误码率，p8e是8比特字节差错的概率，假设误码符合二项式分布，则p8e＝1-(1-pe)⁸。RS(n，k)编码方式可以纠正分布不超过(n-k)个字节的突发和随机错误，n个字节中不大于(n-k)个字节差错的概率p(n-k)b为：

因此，采用RS(n，k)编码方式的误包率为P＝1-p(n-k)b。

本发明的RS编码方案选择包括步骤：步骤S121，判断RS(63，57)编码方案下的PER取值范围，若PER≤1.7×10^-5，则继续采用RS(63，57)编码方案，否则采用RS(63，53)编码方案；步骤S122，判断RS(63，53)编码方案下的PER取值范围，若1.1×10^-8≤PER≤1.1×10^-5，则继续采用RS(63，53)编码方案，若PER＜1.1×10^-8，则返回RS(63，57)编码方案，若PER＞1.1×10^-5，则采用RS(63，47)编码方案；步骤S123，判断RS(63，47)编码方案下的PER取值范围，若2.1×10^-9≤PER≤1.8×10^-5，则继续采用RS(63，47)编码方案，若PER＜2.1×10^-9，则返回RS(63，53)编码方案，若PER＞1.8×10^-5，则采用RS(63，43)编码方案；步骤S124，判断RS(63，43)编码方案下的PER取值范围，若2.6×10^-7≤PER≤3.2×10^-5，则继续采用RS(63，43)编码方案，若PER＜2.6×10^-7，则返回RS(63，47)编码方案，若PER＞3.2×10^-5，则降低发送带宽。

步骤S13，若RS编码方案都不满足要求，则降低发送带宽。若PER＞3.2×10^-5，说明此时的信道已经非常差，误码率已经达到比较高的水平，此时该通过降低发送的带宽以解决此问题。

步骤S2，根据选取的RS(n，k)编码方案的K值对传输的分组包进行分片，并进行相应的RS编码形成n字节的分组。

在RS(n，k)编码方式下，其中k表示有效数据长度，n表示数据分组长度，当n-k的值越大，即开销字节越多，表示纠错能力越强。在本发明中，每个分组长度设置为63。根据选取的RS(n，k)编码方案的K值进行分片，即根据k＝57、k＝53、k＝47、k＝43四种方案进行分片，分片完成后进行相应方案的RS编码形成63字节的分组。在本发明中，以8个分组组装成1个帧。

在本发明中，每个分组的前面添加1个字节的冗余字段，第一分组、第五分组前添加的为帧头信号字段，第二、三、四、六分组前添加的为编码方式信号字段，第七分组、第八分组前添加的为编码方式字段的RS编码冗余字段。

第一分组前的帧头信号字段为C₀、0、0、1、1、0、1、C₁，第五分组前的帧头信号字段为C₂、1、1、0、0、1、0、C₃，其中C₀、C₁、C₂、C₃上一个帧的CRC4校验，CRC4校验的生成多项式为X⁴+X+1，提供接收端帧同步的功能。

第二、三、四、六分组前添加的编码方式信号字段分别为RS0、RS1、RS2、RS3，所述编码方式信号字段RS0的高4比特表示第一分组的RS编码方式和编码位置，低4比特表示第二分组的RS编码方式和编码位置；所述编码方式信号字段RS1的高4比特表示第三分组的RS编码方式和编码位置，低4比特表示第四分组的RS编码方式和编码位置；所述编码方式信号字段RS2的高4比特表示第五分组的RS编码方式和编码位置，低4比特表示第六分组的RS编码方式和编码位置；所述编码方式信号字段RS3的高4比特表示第七分组的RS编码方式和编码位置，低4比特表示第八分组的RS编码方式和编码位置。所述编码方式信号字段的高4比特和低4比特的前两位分别表示对应分组的RS编码方式，第3位表示对应分组是否为分组包中的第一个分片，第4位表示对应分组是否为分组包中的最后一个分片。

第七分组和第八分组前添加的RS编码冗余字段分别为FE4和FE5，第七分组前添加的RS编码冗余字段为FE4、第八分组前添加的RS编码冗余字段为FE5，其算法为RS(6，4)，生成多项式为X⁸+X⁴+X²+X+1，第一根值为0，根生成间距为1。

步骤S3，将8片分组组装成一个帧。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是RS码的结构图；

图2是自适应纠错模块原理框图；

图3是RS方案选择策略原理框图；

图4是填充分组的帧结构图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面，结合附图对本发明做进一步详细的阐述。

一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，如图2所示，是本发明的自适应纠错模块原理框图，发送端根据接收端统计的误包率(PER)，选取相应的RS编码方案，然后将发送的分组包根据选取的RS(n，k)方案中的k值进行分片，分片完后进行相应的RS编码，形成63个字节的分组，最后将8片这样的分组组装成一个帧。

具体的，包括以下步骤步骤：

步骤S11，初始状态下选取RS(63，57)编码方案；

在本发明中，初始时的默认情况下选取RS(63，57)编码方案。

步骤S12，判断PER的取值范围，选取相应的RS编码方案；

RS编码在不同信道下的误码率计算方式为：设pe是纠错前信道的误码率，p8e是8比特字节差错的概率，假设误码符合二项式分布，则p8e＝1-(1-pe)⁸。RS(n，k)编码方式可以纠正分布不超过(n-k)个字节的突发和随机错误，n个字节中不大于(n-k)个字节差错的概率p(n-k)b为：

p (n - k) b = Σ_{x = 0}^{n - k} C_{n}^{x} {(1 - p 8 e)}^{(n - x)} {p 8 e}^{x}

因此，采用RS(n，k)编码方式的误包率为P＝1-p(n-k)b。

如表1是四种编码在不同的信道条件下的误码率统计表。

表1

纠错前信道误码率	RS(63，43)编码纠错后错包概率	RS(63，47)编码纠错后错包概率	RS(63，53)编码纠错后错包概率	RS(63，57)编码纠错后错包概率
纠错前信道误码率	RS(63，43)编码纠错后错包概率	RS(63，47)编码纠错后错包概率	RS(63，53)编码纠错后错包概率	RS(63，57)编码纠错后错包概率	5×10^-3	3.2×10^-5	7.7×10^-4	3.7×10^-2	2.3×10^-1
3×10^-3	2.6×10^-7	1.8×10^-5	3.8×10^-3	6.3×10^-2	5×10^-3	3.2×10^-5	7.7×10^-4	3.7×10^-2	2.3×10^-1
3×10^-3	2.6×10^-7	1.8×10^-5	3.8×10^-3	6.3×10^-2	1×10^-3	3.5×10^-12	2.1×10^-9	1.1×10^-5	1.6×10^-3
8×10^-4	3.2×10^-13	3.0×10^-10	3.3×10^-5	7.3×10^-4	1×10^-3	3.5×10^-12	2.1×10^-9	1.1×10^-5	1.6×10^-3
8×10^-4	3.2×10^-13	3.0×10^-10	3.3×10^-5	7.3×10^-4	3×10^-4	＜1×10^-14	5.4×10^-14	1.1×10^-8	1.7×10^-5
1×10^-4	＜1×10^-14	＜1×10^-14	1.7×10^-11	2.3×10^-7	3×10^-4	＜1×10^-14	5.4×10^-14	1.1×10^-8	1.7×10^-5

根据表1的误码率统计，本发明的RS编码方案选择如图3所示，包括以下步骤：

步骤S121，判断RS(63，57)编码方案下的PER取值范围，若PER≤1.7×10^-5，此时的信道误码率在RS(63，57)编码方案纠错能力范围之内，则继续采用RS(63，57)编码方案；否则说明此时信道质量已经恶化，需要采用纠错能力更高的编码方案，此时转换为采用RS(63，53)的编码方案；

步骤S122，判断RS(63，53)编码方案下的PER取值范围，若1.1×10^-8≤PER≤1.1×10^-5，说明此时的信道误码率在RS(63，53)编码方案纠错能力范围之内，则继续采用RS(63，53)编码方案；若PER＜1.1×10^-8，说明此时的信道质量转好，可以采用纠错能力差一级的编码方案，则返回RS(63，57)编码方案；若PER＞1.1×10^-5，说明此时的信道质量已经转差，需要采用纠错能力高一级的编码方案，此时转换为采用RS(63，47)的编码方案；

步骤S123，判断RS(63，47)编码方案下的PER取值范围，若2.1×10^-9≤PER≤1.8×10^-5，说明此时的信道误码率在RS(63，47)编码方案纠错能力范围之内，则继续采用RS(63，47)编码方案；若PER＜2.1×10^-9，说明此时的信道质量转好，可以采用纠错能力差一级的编码方案，则返回RS(63，53)编码方案；若PER＞1.8×10^-5，说明此时的信道质量转差，需要采用纠错能力高一级的编码方案，则采用RS(63，43)编码方案；

步骤S124，判断RS(63，43)编码方案下的PER取值范围，若2.6×10^-7≤PER≤3.2×10^-5，说明此时的信道误码率在RS(63，43)编码方案纠错能力范围之内，则继续采用RS(63，43)编码方案，若PER＜2.6×10^-7，说明此时的信道质量转好，可以采用纠错能力差一级的编码方案，则返回RS(63，47)编码方案。

步骤S13，若RS编码方案都不满足要求，则降低发送带宽。若PER＞3.2×10^-5，说明此时的信道质量已经差到超出了四种编码方案的纠错能力，此时则降低发送带宽。

步骤S2，根据选取的RS(n，k)编码方案的K值对传输的分组包进行分片，并进行相应的RS编码形成n字节的分组；

在本发明中，每个分组长度设置为n＝63。根据选取的RS(n，k)编码方案的K值对传输的分组包进行分片，即根据k＝57、k＝53、k＝47、k＝43四种方案进行分片，分片完成后进行相应方案的RS编码形成63字节的分组。在本发明中，以8个分组组装成1个帧。

表2所示是本发明分组包的自适应RS编码方式的帧结构图：

表2

C₀，0，0，1，1，0，1，C₁	字节1	字节2	……	字节63
C₀，0，0，1，1，0，1，C₁	字节1	字节2	……	字节63	RS0	字节65	字节66	……	字节127
RS1	字节129	字节130	……	字节191	RS0	字节65	字节66	……	字节127
RS1	字节129	字节130	……	字节191	RS2	字节193	字节194	……	字节255
C₂，1，1，0，0，1，0，C₃	字节257	字节258	……	字节319	RS2	字节193	字节194	……	字节255
C₂，1，1，0，0，1，0，C₃	字节257	字节258	……	字节319	RS3	字节321	字节322	……	字节383
FE4	字节385	字节386	……	字节447	RS3	字节321	字节322	……	字节383
FE4	字节385	字节386	……	字节447	FE5	字节449	字节450	……	字节511

在本发明中，如表2所示，每个分组的前面添加1个字节的冗余字段，第一分组、第五分组前添加的为帧头信号字段，第二、三、四、六分组前添加的为编码方式信号字段，第七分组、第八分组前添加的为RS编码冗余字段。第一分组前的帧头信号字段为C₀、0、0、1、1、0、1、C₁，第五分组前的帧头信号字段为C₂、1、1、0、0、1、0、C₃，其中C₀、C₁、C₂、C₃上一个帧的CRC4校验，CRC4校验的生成多项式为X⁴+X+1；第二、三、四、六分组前添加的编码方式信号字段分别为RS0、RS1、RS2、RS3，所述编码方式信号字段RS0的高4比特表示第一分组的RS编码方式和编码位置，低4比特表示第二分组的RS编码方式和编码位置；所述编码方式信号字段RS1的高4比特表示第三分组的RS编码方式和编码位置，低4比特表示第四分组的RS编码方式和编码位置；所述编码方式信号字段RS2的高4比特表示第五分组的RS编码方式和编码位置，低4比特表示第六分组的RS编码方式和编码位置；所述编码方式信号字段RS3的高4比特表示第七分组的RS编码方式和编码位置，低4比特表示第八分组的RS编码方式和编码位置，所述编码方式信号字段的高4比特和低4比特的前两位分别表示对应分组的RS编码方式，所述编码方式包括RS(63，57)编码、RS(63，53)编码、RS(63，47)编码、RS(63，43)编码，第3位表示对应分组是否为分组包中的第一个分片，第4位表示对应分组是否为分组包中的最后一个分片；第七分组和第八分组前添加的RS编码冗余字段分别为FE4和FE5，第七分组前添加的RS编码冗余字段为FE4、第八分组前添加的RS编码冗余字段为FE5，其算法算法为RS(6，4)，生成多项式为X⁸+X⁴+X²+X+1，第一根值为0，根生成间距为1。

当通讯网络中没有分组传输时，采用填充分组完成组帧，填充分组的格式如图4所示。它的作用在于，第一，当没有分组包进行传输的时候，能够维持链路层帧的延续性；第二，当没有分组包进行传输的时候，以提供接收端的误包率统计。其中“填充分组”的定义如下：第一个字节为0xA5，第二个字节为0x12，剩余字节为0x7E，选择四种RS编码方案之一进行编码，形成63字节的分组包，然后装入帧结构进行传输，接收端可以根据此字段特征以及结合帧结构中分片在包中的位置信息位进行识别，接收端恢复填充分组后用于误包率统计，统计后可以丢弃本填充分组，不再向上层接口进行传递。

步骤S3，将8片分组组装成一个帧。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S 3，将8片分组组装成一个帧。

2.根据权利要求1所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，所述RS编码方案包括：RS(63，57)编码方案、RS(63，53)编码方案、RS(63，47)编码方案、RS(63，43)编码方案。

3.根据权利要求2所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，所述RS编码方案的选取方法包括：

步骤S11，初始状态下选取RS(63，57)编码方案；

步骤S12，判断PER的取值范围，选取相应的RS编码方案；

步骤S13，若RS编码方案都不满足要求，则降低发送带宽。

4.根据权利要求3所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，步骤S12包括：

步骤S121，判断RS(63，57)编码方案下的PER取值范围，若PER≤1.7×10^-5，则继续采用RS(63，57)编码方案，否则采用RS(63，53)编码方案；

步骤S122，判断RS(63，53)编码方案下的PER取值范围，若1.1×10^-8≤PER≤1.1×10^-5，则继续采用RS(63，53)编码方案，若PER＜1.1×10^-8，则返回RS(63，57)编码方案，若PER＞1.1×10^-5，则采用RS(63，47)编码方案；

步骤S123，判断RS(63，47)编码方案下的PER取值范围，若2.1×10^-9≤PER≤1.8×10^-5，则继续采用RS(63，47)编码方案，若PER＜2.1×10^-9，则返回RS(63，53)编码方案，若PER＞1.8×10^-5，则采用RS(63，43)编码方案；

步骤S124，判断RS(63，43)编码方案下的PER取值范围，若2.6×10^-7≤PER≤3.2×10^-5，则继续采用RS(63，43)编码方案，若PER＜2.6×10^-7，则返回RS(63，47)编码方案，若PER＞3.2×10^-5，则降低发送带宽。

5.根据权利要求1或2所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于：每个分组包括63个字节，在每个分组的前面添加1个字节的冗余字段。

6.根据权利要求5所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，第一分组、第五分组前添加的为帧头信号字段，第二、三、四、六分组前添加的为编码方式信号字段，第七分组、第八分组前添加的为编码方式字段的RS编码冗余字段。

7.根据权利要求6所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，第一分组前的帧头信号字段为C₀、0、0、1、1、0、1、C₁，第五分组前的帧头信号字段为C₂、1、1、0、0、1、0、C₃。

8.根据权利要求7所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，C₀、C₁、C₂、C3为上一个帧的CRC4校验。

9.根据权利要求8所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，所述CRC4校验的生成多项式为X⁴+X+1。

10.根据权利要求6所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，第二、三、四、六分组前添加的编码方式信号字段分别为RS0、RS1、RS2、RS3。

11.根据权利要求6或10所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，所述编码方式信号字段RS0的高4比特表示第一分组的RS编码方式和编码位置，低4比特表示第二分组的RS编码方式和编码位置；所述编码方式信号字段RS1的高4比特表示第三分组的RS编码方式和编码位置，低4比特表示第四分组的RS编码方式和编码位置；所述编码方式信号字段RS2的高4比特表示第五分组的RS编码方式和编码位置，低4比特表示第六分组的RS编码方式和编码位置；所述编码方式信号字段RS 3的高4比特表示第七分组的RS编码方式和编码位置，低4比特表示第八分组的RS编码方式和编码位置。

12.根据权利要求11所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，所述编码方式信号字段的高4比特和低4比特的前两位分别表示对应分组的RS编码方式，第3位表示对应分组是否为分组包中的第一个分片，第4位表示对应分组是否为分组包中的最后一个分片。

13.根据权利要求12所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，所述编码方式包括RS(63，57)编码、RS(63，53)编码、RS(63，47)编码、RS(63，43)编码。

14.根据权利要求6所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，第七分组前添加的RS编码冗余字段为FE4、第八分组前添加的RS编码冗余字段为FE5。

15.根据权利要求14所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，所述FE4为RS0和RS1的RS编码冗余字段，FE5为RS2和RS3的RS编码冗余字段。

16.根据权利要求15所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，所述RS编码冗余算法为RS(6，4)。

17.根据权利要求15所述的一种具备自适应纠错能力的分组传输方法，其特征在于，所述RS编码冗余生成多项式为X⁸+X⁴+X²+X+1，第一根值为0，根生成间距为1。