CN103944674B - 适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法。发送端从信源读取数据，加上MAC帧头和整个MAC帧的CRC校验值，得到消息包。然后对该消息包进行无速率码编码产生编码包，并将编码包分成多块。再分别对每块编码包封装包含前导字、调制方式标识、消息包识别号、编码包识别号、编码包长度相关信息的物理层帧头，将其调制成一个个子帧。通过调整发送子帧的数目和编码包块的大小，可以灵活的控制传输码率，充分发挥无速率码的码率自适应信道变化的特性，让接收端收到子帧后将编码包信息储存在对应的位置从而使得译码顺利进行。

Description

适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法

技术领域

本发明涉及通信领域的信道编码和传输技术，尤其涉及一种适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法。

背景技术

通信系统的基本目的在于将信息由信源高效、可靠、安全地传送到信宿。有扰通信信道中的噪声会不可避免地对传输信息产生不同程度的干扰，从而可能降低通信可靠性。所以通信系统设计的核心问题就是在存在随机噪声的信道中如何克服干扰，减小信息传输的差错，同时又保证信息传输的效率。为了克服信道中各种噪声的干扰，人们提出了纠错编码的方法以实现可靠传输。在香农以前，人们都认为增加信道的信息传输速率总要引起错误概率的增加，认为要使错误概率为零，则传输速率只能为零。1948年，香农建立了信息论，为纠错编码的研究指明了方向。香农提出，对每个信道可以根据它的噪声干扰特性计算出它的容量C，所有低于信道容量C的速率R均是可达的，即当R<C时，总存在一系列码，当码长n→∞时，最大误码概率趋于0。这一理论创造性的颠覆了关于人们对于通信的认识，而寻找能够实际应用的逼近香农极限的编码方案也就成了纠错编码理论的最终目标。

自信道编码定理提出以来，如何构造一个逼近信道容量限的实用编码成了众多研究学者竟相研究的课题，并逐渐形成信息论的一个重要分支——信道编码理论。几十多年来，通过众多学者，特别是有关数学和信息论学术界的研究人员五十多年的共同努力，目前已经取得了很多成果。如已经相当成熟的线性分组码，编码器有记忆的卷积码，1993年由Berror，Glavieux和Thitimajashia提出的与香农极限只差几个分贝的Turbo码，之后出现的另一种可以逼近香农极限的低密度校验码LDPC码等。

然而这些信道编码在设计时，通常先根据信道状态信息估计信道参数，根据信道参数设计一个码率固定为R的信道纠错编码(由k个输入符号得到n个输出符号，则码率为R＝k/n)。当估计的信道参数大于实际的信道参数时，虽然可以实现可靠传输，但是造成了传输的浪费，因为此时可以使用更高码率的信道纠错编码；当估计的信道参数小于实际的信道参数时，不能实现可靠传输，此时需要更低码率的信道纠错编码。而且很多时候，信道还是随时变化或者无法提前判断的，这个时候这些传统的编码就显得难以应付。于是出现了码率可变的无速率码。对于无速率码，由原始数据产生的编码数据包是随着编码过程而源源不断产生的，根据译码的需要可多可少，只要保证能成功译码即可。实际传输的码率取决于实际发送的编码包数目，而需要发送的编码包数目则取决于当时的信道状况。

无速率码具有三个重要属性：1)自适应链路速率适配：其最终速率决定于信道特性，不需要在传输前估计信道特性而固定码率，实际传输的码率取决于当时的信道状况。2)无速率属性(流属性)：发送端可以源源不断的输出编码包，形成一个可以无限延续的编码包流，而没有任何速率约束；3)桶积水效应：接收端不断收集编码包，收集到足够多的编码包即能恢复出所有原始数据包。正是由于无速率码的三个重要属性，使其在广播信道，认知，网络传输，反馈代价较大的通信场合等各个方面具有广泛的应用前景。

目前关于无速率码在实际系统中的应用，主要集中在物理层以上的传输。而对于在物理层采用无速率编码传输的应用几乎是一片空白，尤其是在信道不断变化的通信环境下。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法，其发送端每次从信源读取数据，加上MAC帧头和整个MAC帧的CRC校验值，得到一个消息包。然后对该消息包进行无速率码编码产生编码包，并将编码包拆分成多块。再分别对每块编码包封装包含前导字、调制方式标识、消息包识别号、编码包识别号、编码包长度相关信息的物理层帧头，将其调制成子帧。

物理层无速率编码器的输入为k字节，则适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法操作步骤如下：

(1)发送端从信源读取数据，加上固定长度的MAC帧头和MAC帧的CRC校验值，得到k字节的第l个消息包；

(2)将第l个消息包输入无速率编码器编码，产生N字节的编码包；

(3)根据当前的一个子帧能够携带的最大数据长度以及信道变化情况，将编码包拆分成M块，每一块编码包的长度分别为n₀,n₁,n₂,…,n_i,…,n_M-1。

(4)将M个编码包块分别封装成M个子帧。每个子帧的帧头部分除了前导，还包含调制方式标识、消息包的标识号、编码包块的标识号、编码包块的长度相关信息；

完成子帧的封装后，发送端再按相应的传输方法发送子帧。

进一步地，所述编码包的长度N是由无速率码编码器输入长度k和当前信道下的最低信噪比决定。在当前的信道环境下，最低的信噪比条件下需要码率为R_min的无速率编码才可以确保成功译码，则需要满足

进一步地，所示编码包的长度{n_i}是可以根据信道的变化和传输方法的不同调整的。

进一步地，将M个编码包封装成帧时，消息包的标识号由已经发送的消息包个数决定；编码包块的标识号由其在当前的消息包中发送的次序决定。

本发明的有益效果是：本发明将编码包拆分成多个编码包块，可以通过控制发送的子帧数灵活的调整传输的码率，从而发挥无速率码的信道自适应特性匹配当前的信道状态；同时在子帧的帧头加入消息包标识号和编码包块标识号，可以让接收端准确的将编码包块的信息输入到对应的译码器进行渐进译码。因此，在不同的物理层无速率编码传输方法下，本发明都可以适用。

附图说明

图1是在信噪比范围为-5dB～-3dB，无速率编码器输入为4096字节时适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法示意图；

图2是适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法，在停等式的无速率编码传输方法的应用示意图。

具体实施方式

本发明适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法，其发送端每次从信源读取数据，加上MAC帧头和整个MAC帧的CRC校验值，得到一个消息包。然后对该消息包进行无速率码编码产生编码包，并将编码包拆分成多块。再分别对每块编码包封装包含前导字、调制方式标识、消息包识别号、编码包识别号、编码包长度相关信息的物理层帧头，将其调制成子帧。

物理层无速率编码器的输入为k字节，则适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法操作步骤如下：

(1)发送端从信源读取数据，加上固定长度的MAC帧头和MAC帧的CRC校验值，得到k字节的第l个消息包；

(2)将第l个消息包输入无速率编码器编码，产生N字节的编码包；

(3)根据当前的一个子帧能够携带的最大数据长度以及信道变化情况，将编码包拆分成M块，每一块编码包的长度分别为n₀,n₁,n₂,…,n_i,…,n_M-1。

(4)将M个编码包块分别封装成M个子帧。每个子帧的帧头部分除了前导，还包含调制方式标识、消息包的标识号、编码包块的标识号、编码包块的长度相关信息；

完成子帧的封装后，发送端再按相应的传输方法发送子帧。

进一步地，所述编码包的长度N是由无速率码编码器输入长度k和当前信道下的最低信噪比决定。在当前的信道环境下，最低的信噪比条件下需要码率为R_min的无速率编码才可以确保成功译码，则需要满足

进一步地，所示编码包的长度{n_i}是可以根据信道的变化和传输方法的不同调整的。

进一步地，将M个编码包封装成帧时，消息包的标识号由已经发送的消息包个数决定；编码包块的标识号由其在当前的消息包中发送的次序决定。

本发明的有益效果是：本发明将编码包拆分成多个编码包块，可以通过控制发送的子帧数灵活的调整传输的码率，从而发挥无速率码的信道自适应特性匹配当前的信道状态；同时在子帧的帧头加入消息包标识号和编码包块标识号，可以让接收端准确的将编码包块的信息输入到对应的译码器进行渐进译码。因此，在不同的物理层无速率编码传输方法下，本发明都可以适用。

以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

本发明一种适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法，发送端每次从信源读取一定大小的数据，加上MAC帧头和整个MAC帧的CRC校验值，得到一个消息包。然后对该消息包进行无速率码编码产生足够多的编码包，并将编码包拆分成多块。无速率编码结构可以采用Raptor码(见论文“Raptor Codes”,IEEE Transactions on InformationTheory,Vol.52,No.6,pp.2551-2567,June 2006)。再分别对每块编码包封装包含前导字、调制方式标识、消息包识别号、编码包识别号、编码包长度相关信息的物理层帧头，将其调制成一个个子帧。

设：物理层无速率编码器的输入为4096字节，当前的信噪比范围为-5dB～-3dB，接收端译码成功需要的最低码率为则操作步骤如下：

(1)发送端从信源读取4078字节的数据，加上12字节的MAC帧头和4字节的MAC帧CRC校验值，得到4096字节的消息包。设该消息包是发送的第l个消息包；

(2)将第l个消息包输入无速率编码器编码，产生比32000字节的编码包；

(3)根据当前的一个子帧能够携带的最大数据长度以及信道变化情况，将编码包拆分成20块。设每一块编码包块大小相同，则每一块编码包为1600字节；

(4)将20个编码包块分别封装成20个子帧。对第i个子帧，其帧头携带的信息需要包含消息标识号l-1，编码包块的标识号i-1和编码包块的长度为1600；

一个消息包的编码、拆分和封装成帧的示意图见附图1。在完成子帧的封装后，发送端再按相应的传输方法发送子帧。设无速率编码传输方法是停等式传输方法。发送端先发送消息包l的i个子帧，然后等待接收端反馈ACK。如果等待超时，则发送消息包的第i+1个子帧；如果仍然没有等到ACK，则再发送第i+2个子帧。依此类推，直到收到接收端反馈的ACK。而一旦收到消息包l的ACK，则立即发送消息包l+1的子帧。适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法，在停等式的无速率编码方法机制的应用示意图见附图2。

Claims (4)

1.适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法，其特征在于，发送端每次从信源读取数据，加上MAC帧头和整个MAC帧的CRC校验值，得到一个消息包；然后对该消息包进行无速率码编码产生编码包，并将编码包拆分成多块，再分别对每块编码包封装包含前导字、调制方式标识、消息包识别号、编码包识别号、编码包长度相关信息的物理层帧头，将其调制成子帧；

物理层无速率编码器的输入为k字节，则适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法操作步骤如下：

(1)发送端从信源读取数据，加上固定长度的MAC帧头和MAC帧的CRC校验值，得到k字节的第l个消息包；

(2)将第l个消息包输入无速率编码器编码，产生N字节的编码包；

(3)根据当前的一个子帧能够携带的最大数据长度以及信道变化情况，将编码包拆分成M块，每一块编码包的长度分别为n₀,n₁,n₂,…,n_i,…,n_M-1；

(4)将M个编码包块分别封装成M个子帧；每个子帧的帧头部分除了前导，还包含调制方式标识、消息包的标识号、编码包块的标识号、编码包块的长度相关信息；

完成子帧的封装后，发送端再按相应的传输方法发送子帧。

2.根据权利要求1所述的适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法，其特征在于，编码包的长度N是由无速率码编码器输入长度k和当前信道下的最低信噪比决定；在当前的信道环境下，最低的信噪比条件下需要码率为R_min的无速率编码才可以确保成功译码，则需要满足

3.根据权利要求1所述的适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法，其特征在于编码包的长度{n_i}是可以根据信道的变化和传输方法的不同调整的。

4.根据权利要求1所述的适合物理层无速率编码传输的数据拆分封装方法，其特征在于将M个编码包封装成帧时，消息包的标识号由已经发送的消息包个数决定；编码包块的标识号由其在当前的消息包中发送的次序决定。