CN106059711A - 一种基于计数器的数字喷泉码功率分配方法 - Google Patents

一种基于计数器的数字喷泉码功率分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，将计数器和功率分配应用于无码率的数字喷泉码上，得到一种新的数字喷泉码传输方法，具有在较差信道下优良的数据恢复能力，能够在某段源数据段传输不理想时进行发送功率的重新分配，提升了数字喷泉码传输的效率。

Description

一种基于计数器的数字喷泉码功率分配方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其是一种基于计数器的数字喷泉码功率分配方法。
背景技术
随着互联网与宽带移动通信技术的迅猛发展，大型软件、音视频文件和流媒体的网络数据流量爆发式增长，对通信网络的服务能力和质量提出了更高的要求。有限的网络带宽与迅速增长的网络数据流量之间的矛盾将长期存在，近年来出现的数字喷泉技术为提高网络传输效率和可靠性开辟了新的途径。数字喷泉码是针对大规模网络数据分发和可靠传输而提出的一种新的信道编码方法。接收端不必关心具体的编码分组及分组的顺序，只要接收到足够多的编码分组，就能实现正确的译码。数字喷泉码具有广阔的应用前景，目前已被DVB-H和3GPPTS 26.346等国际标准采用，并且正在参与其他多项国际标准的制定。
对于现有的大多数的数字喷泉码传输方案，在源数据块迟迟不能得到恢复的情况下，发送端会始终以100％功率源源不断地传输已编码符号以保证数据成功恢复。而直到该源数据块完全恢复，发送端才能开始下一源数据块的传输过程。然而对于部分可靠性要求不是特别高的系统，即使存在部分误码，也不会对接收结果产生太大的影响。此时为完完整恢复数据而发送过多的已编码符号是一种很大的浪费。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，将计数器和功率分配应用于无码率的数字喷泉码上，得到一种新的数字喷泉码传输方法，具有在较差信道下优良的数据恢复能力，能够在某段源数据段传输不理想时进行发送功率的重新分配，提升了数字喷泉码传输的效率。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，包括如下步骤：
步骤1：将待发送的数据划分为长度为K的若干个源数据段，设置n个相互独立的虚拟信道，将系统时间划分为若干个等长的时隙，每个虚拟信道均设置有计数器，其中，计数器初始值均为0，K为实数，n为正整数；
步骤2：发送端借助数字喷泉码编译器针对源数据段生成一段长为K·ε0的数字喷泉码已编码符号序列，并以100％的功率通过虚拟信道将已编码符号序列发送给接收端，其中，当3dB<SNR<10dB时，2<ε0<2.8；；
步骤3：若接收端译码成功，则将译码所得的数据传递给用户，同时该源数据段的传输过程结束；若接收端译码失败，则计数器示数加1，转到步骤4；
步骤4：发送端在下一个时隙以α％的功率再次发送该已编码符号序列，其中，α∈(50,100)，若接收端译码成功，则将译码所得的数据传递给用户，同时该源数据段的传输过程结束；若接收端译码失败，则计数器示数加1，转到步骤5；
步骤5：发送端在下一个时隙以(100-α)％的功率再次发送该已编码符号序列，若接收端译码成功，则将译码所得的数据传递给用户，同时该源数据段的传输过程结束；若接收端译码失败，则计数器示数加1，转到步骤6；
步骤6：计数器示数达到最大值，发送端终止对该源数据段的传输，并将接收端未完全译码的数据发给用户。
进一步的，本发明的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，步骤1中，时隙的长度根据发送端传输已编码符号序列的速率而定，保证发送端在单个时隙内能传输的符号数等于K·ε0。
进一步的，本发明的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，步骤1中，计数器的最大值为3。
进一步的，本发明的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，步骤1中，不同源数据段的计数器实数是相互独立的。
进一步的，本发明的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，步骤2中，当某一虚拟信道以100％的功率进行数据传输时，其他虚拟信道处于等待状态。
进一步的，本发明的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，步骤4中，当某一虚拟信道以α％的功率进行数据传输时，则必有另一虚拟信道以(100-α)％的功率进行数据传输。
进一步的，本发明的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，步骤5中，当某一虚拟信道以(100-α)％的功率进行数据传输时，则必有另一虚拟信道以α％的功率进行数据传输。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明的方法能够同时传输来源于多个数据块的已编码数据；
2、本发明的方法在某个源数据块迟迟不能恢复的情况下，能够重新进行功率分配，使得随后的源数据块能够正常传输；
3、本发明的方法在发送三段数据仍未成功译码时，能够及时终止该源数据段的传输。
附图说明
图1是本发明的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法流程图；
图2是本发明的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法的数据传输功率分配图；
图3是本发明的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法BER性能图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1、图2所示，本发明提出了一种基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，具体包括如下步骤：
步骤1：初始设置。将待发送的数据划分为长度为K的若干个源数据段，K为实数；将实际传输数据的物理信道假想为n个相互独立的虚拟信道，n为正整数，不同的源数据段将在不同的虚拟信道中进行传输。将系统时间划分为若干个等长的时隙，时隙的长度根据发送端传输已编码符号序列的速率而定，保证发送端在单个时隙内能传输的符号数等于K·ε0，K·ε0代表成功接收一段长为K的源数据所需要的平均LT码已编码符号数。每个虚拟信道均设置有计数器，计数器初始值均为0，最大值为3，不同源数据段的计数器实数是相互独立的，由于接收端只能判断此段数据的接收成功或失败，并不能判断发送处于哪一阶段，因此需要计数器来进行发送阶段的确定和判断。
步骤2：某一虚拟信道对一段长为K的源数据进行传输时，发送端借助数字喷泉码编译器针对源数据段生成一段长为K·ε0的数字喷泉码已编码符号序列，并以100％的功率通过虚拟信道将已编码符号序列发送给接收端，其中，当3dB<SNR<10dB时，2<ε0<2.8。当某一虚拟信道以100％的功率进行数据传输时，其他虚拟信道处于等待状态。
步骤3：若接收端译码成功，则将译码所得的数据传递给用户，同时该源数据段的传输过程结束；若接收端译码失败，则告知计数器译码失败的结果，同时计数器示数加1，转到步骤4；
步骤4：此时计数器示数为1，发送端在下一个时隙以α％的功率再次发送该已编码符号序列，其中，α∈(50,100)，若接收端译码成功，则将译码所得的数据传递给用户，同时该源数据段的传输过程结束；若接收端译码失败，则告知计数器译码失败的结果，同时计数器示数加1，转到步骤5。当某一虚拟信道以α％的功率进行数据传输时，则必有另一虚拟信道以(100-α)％的功率进行数据传输。
步骤5：发送端在下一个时隙以(100-α)％的功率再次发送该已编码符号序列，若接收端译码成功，则将译码所得的数据传递给用户，同时该源数据段的传输过程结束；若接收端译码失败，则告知计数器译码失败的结果，同时计数器示数加1，转到步骤6。当某一虚拟信道以(100-α)％的功率进行数据传输时，则必有另一虚拟信道以α％的功率进行数据传输。
其中α的值大于50小于100，保证在三次长为K·ε0的已编码符号序列的传输过程中，发送端的发送功率是依次递减的。
步骤6：计数器示数达到最大值，发送端终止对该源数据段的传输，并通知接收端译码器将未完全译码的数据发给用户。虽然此时该源数据块仍未完全恢复，但是此时误码率已经达到大部分系统能够接受的程度。
本发明对提出的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法进行了仿真。发送端采用系统LT码编码器进行喷泉编码，所使用的度分布为
Ω(x)＝0.006x+0.492x2+0.0339x3+0.2403x4+0.006x5+0.095x8+0.049x14+0.018x30+0.0356x33+0.033x200
调制方式为BPSK，K为200；SNR为10dB时，ε0为2，SNR为6dB时，ε0为2.3，SNR为3dB时，ε0为2.8；信道为瑞利衰落信道。
如图3所示为本发明的BER性能图，其中带方形的是SNR为10dB的BER性能曲线，带星形的是SNR为6dB的BER性能曲线，带圆形的是SNR为3dB的BER性能曲线，随着开销ε0的增加，BER性能基本能达到大部分通信系统的需求。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将待发送的数据划分为长度为K的若干个源数据段，设置n个相互独立的虚拟信道，将系统时间划分为若干个等长的时隙，每个虚拟信道均设置有计数器，其中，计数器初始值均为0，K为实数，n为正整数；
步骤2：发送端借助数字喷泉码编译器针对源数据段生成一段长为K·ε0的数字喷泉码已编码符号序列，并以100％的功率通过虚拟信道将已编码符号序列发送给接收端，其中，当3dB<SNR<10dB时，2<ε0<2.8；
步骤3：若接收端译码成功，则将译码所得的数据传递给用户，同时该源数据段的传输过程结束；若接收端译码失败，则计数器示数加1，转到步骤4；
步骤4：发送端在下一个时隙以α％的功率再次发送该已编码符号序列，其中，α∈(50,100)，若接收端译码成功，则将译码所得的数据传递给用户，同时该源数据段的传输过程结束；若接收端译码失败，则计数器示数加1，转到步骤5；
步骤5：发送端在下一个时隙以(100-α)％的功率再次发送该已编码符号序列，若接收端译码成功，则将译码所得的数据传递给用户，同时该源数据段的传输过程结束；若接收端译码失败，则计数器示数加1，转到步骤6；
步骤6：计数器示数达到最大值，发送端终止对该源数据段的传输，并将接收端未完全译码的数据发给用户。
2.根据权利要求1所述的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，其特征在于，步骤1中，时隙的长度根据发送端传输已编码符号序列的速率而定，保证发送端在单个时隙内能传输的符号数等于K·ε0。
3.根据权利要求1所述的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，其特征在于，步骤1中，计数器的最大值为3。
4.根据权利要求1所述的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，其特征在于，步骤1中，不同源数据段的计数器实数是相互独立的。
5.根据权利要求1所述的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，其特征在于，步骤2中，当某一虚拟信道以100％的功率进行数据传输时，其他虚拟信道处于等待状态。
6.根据权利要求1所述的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，其特征在于，步骤4中，当某一虚拟信道以α％的功率进行数据传输时，则必有另一虚拟信道以(100-α)％的功率进行数据传输。
7.根据权利要求1所述的基于计数器的数字喷泉码功率分配方法，其特征在于，步骤5中，当某一虚拟信道以(100-α)％的功率进行数据传输时，则必有另一虚拟信道以α％的功率进行数据传输。
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