CN106100804B - 一种基于选择重传arq的数字喷泉码传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法，将适用于固定码率码的选择重传ARQ延伸至无码率的系统LT码上。将原始符号块和需要续传的编码符号块按照一定的规则组合成一种特殊的数据帧，并以此为数据传输单元进行传输。接收端如成功译码会通过反馈信道向发送端发送ACK确认信息；如果在间隔某个大于信道往返时延τ的时间之后，接收端仍未接收到ACK确认，接收端会将该原始数据块生成的编码数据块置于数据帧中进行传输，而发送端会重复本步骤直到接收到ACK确认信息为止。在兼具了数字喷泉码优秀的恢复能力的前提下，发送端仍能够连续不断的传输数据，充分利用信道资源，提升了数字喷泉码传输的效率。

Description

一种基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其是涉及一种基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法。
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。
大多数现有的喷泉传输方案都不能忽略时延对整个系统吞吐效率的影响。当一段数据发送之后，系统需要停止以等待接收端反馈的确认信息，此时信道将会空闲浪费信道资源。虽然在往返时延较低时，系统能够高效传输，然而当时延过大(比如超远距离数据传输)时，传统的喷泉传输方案就十分低效。
发明内容
发明目的：为解决统的喷泉传输方案中信道资源浪费和系统传输效率低的技术问题，本发明提供一种基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法。该方法选择重传ARQ应用于无码率的系统LT码，使其不仅继承了数字喷泉码在较差信道下优良的数据恢复能力，还能保留选择重传ARQ的优点使得发送端能够连续不断的传送数据，提升了数字喷泉码传输的效率。
技术方案：为实现上述技术效果，本发明提供的技术方案为：
一种基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法，包括步骤：
(1)在发送端将原始数据划分为多个长度为K的原始数据块，对原始数据块进行喷泉码编码，生成与之对应的长度为Kε的LT码已编码符号块，ε为LT码的初始发送开销；
(2)将每个长度为K的数据块和对应的长度为Kε的LT码已编码符号块按照一定的规则组合形成一个数据帧，并在数据帧中预留出长度为N的字符位用于放置增量模块；每个增量模块包含一个对应某个未成功传输的原始数据块的喷泉码编码符号块，设其长度为Δ；
(3)发送端以数据帧为传输单元连续向接收段发送数据，接收端对每个接收到的数据帧进行译码，若某个数据帧中的原始数据块能成功译码恢复，则认定该数据帧成功传输，接收端通过反馈信道向发送端传送一个ACK确认信号；否则，认定该数据帧传输失败，接收端将未成功译码的数据块暂存在缓存器中；
(4)发送端以时间长度t为间隔检查是否收到之前发送数据帧的ACK确认信号，若未收到某个数据帧的ACK确认信号，则针对该数据帧中的原始数据块生成一个增量模块，并将增量模块保存在增量模块库中；增量模块库中的增量模块会被放置在某个待发射数据帧中预留出的字符位上进行传输，发送端安置增量模块的时间间隔大于信道往返时延τ；若携带增量模块的数据帧未传输成功，则该数据帧中携带的增量模块将会被放置在后续待发射数据帧中传输，直至包含生成该增量模块的原始数据块的数据帧被成功接收；
(5)当接收端接收到足够用于恢复原始数据的原始数据块和增量模块时，传输流程终止，暂存在缓存器中的数据释放；接收端将成功译码恢复的原始数据数据发送给用户。
具体的，所述数据帧包括导频序列、FCH帧头和数据部分，数据部分由基本模块和增量模块组成，基本模块中包含长度为K的数据块和对应的长度为Kε的LT码已编码符号块。
具体的，原始数据块的长度K为系统LT码采用的度分布中最大的度值dmax。
进一步的，发送端检查是否收到之前发送数据帧的ACK确认信号的时间间隔t大于信道往返时延τ。
进一步的，所述步骤(4)中待发送的数据帧在携带增量模块库中的增量模块时，遵循的优先级排序为：
①重传次数少的增量块优先传输；
②在重传次数相同时，更早请求重传的增量模块优先传输。
进一步的，所述发送端和接收端之间的信道的调制方式为M阶相移键控调制或M阶正交振幅调制。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发明能使得时延对系统整体的影响大大减小；
2、本发明能提高了喷泉码传输的吞吐性能；
3、本发明所提供的技术方案对于远距离、高时延、信道状态不明情况下的数据传输有着很大的优势。
附图说明
图1是实施例中的数据帧结构图；
图2是数据帧结构中的数据部分结构图；
图3是实施例中以帧为单元的数据传输模式图；
图4是实施例的流程图；
图5是实施例提供的方案与传统的喷泉传输方案中加性高斯白噪声信道下时延对吞吐性能的影响对比图；
图6是实施例提供的方案与传统的喷泉传输方案中瑞利信道下时延对吞吐性能的影响对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例：如图1所示为数据帧结构图，主要由导频序列、FCH帧控头和数据部分组成。导频序列具有非常好的自相关特性，常被用于信号定时同步、自动增益控制、频偏估计、信道估计等方面。FCH帧控头部分包含了帧类型、数据长度、调制方式等重要信息。
数据部分组成如图2所示，由基本块部分和增量部分组成，基本块长度为K(1+ε),包含一个长度为K的原始数据块和一个长为Kε生成自该原始数据块的LT码已编码符号块，增量块包含一个长为Δ的已编码符号块。
如图3、图4所示为本实施例的具体流程，包括：
(1)接收端的操作
对于整个系统，接收端每接收到一帧完整的数据(如果有原始数据块成功译码恢复)，就会经由反馈信道向发送端传送ACK确认信号。而未成功译码的数据(接收端已接收到的)将会暂存在接收端缓存器中。其中接收端发送的ACK确认信号可能包含多个原始数据块的成功译码的确认信息，因为每次接收到的传输数据帧不仅包含基本传输部分(基本模块)，还包含某个已发送但未译码成功的原始数据块的LT码增量部分(增量模块)；
(2)发送端的操作。
原始数据块和Kε比特已编码符号被安置在传输数据帧的基本块中，并由发射端发送出去。发送端以时间长度t为间隔检查是否收到之前发送数据帧的ACK确认信号，如果未收到接收端发来的ACK确认信号，一个长为Δ的已编码符号块将会被放置在某个待发射数据帧的增量模块部分进行传输，如果对于这个携带增量模块的数据帧仍未收到ACK确认信号，将继续在另一个待发送的数据帧中放置这个增量模块，直到接收到ACK确认信号为止。每个原始数据块只会被传输一次，如果接收端不能顺利恢复出该原始数据块，发送端安置增量模块的时间间隔大于信道往返时延τ；
(3)发送端安置增量模块规则。
当发送端存在多个原始数据块的增量块需要传输时，系统可能发生冲突。故设定优先原则：①已重传次数少的增量模块优先传输；②在重传次数相同时，更早请求重传的增量模块优先传输；
(4)成功译码恢复的数据将会根据传输数据帧中提供的次序信息发送给用户。
本实施例中对提出的基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法进行了仿真。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
信道调制方式为BPSK，K为200，初始开销ε为0，Δ为10；信道为加性高斯白噪声信道和瑞利衰落信道；假设传输帧的导频序列和FCH帧控头等于0.2K，在往返延迟时间τ内系统能够传输的符号数为K。
如图5所示为上述实施例和传统喷泉传输方案在加性高斯白噪声信道下时延对吞吐性能的影响对比图，其中带方形的曲线是传统的喷泉传输方案的性能仿真曲线，不带符号的曲线是本方法提出方案的仿真曲线。可以看出，本实施例的性能曲线比传统的喷泉传输方案的吞吐性能更优秀，在信道往返迟延增加的情况下，本实施例的优势就越明显。
如图6所示为上述实施例和传统喷泉传输方案在加性瑞利衰落信道下时延对吞吐性能的影响对比图，其中带方形的曲线是传统的喷泉传输方案的性能仿真曲线，不带符号的曲线是本方法提出方案的仿真曲线。可以看出，本实施例的性能曲线比传统的喷泉传输方案的吞吐性能更优秀，在信道往返迟延增加的情况下，本实施例的优势就越明显。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法，其特征在于，包括步骤：
(1)在发送端将原始数据划分为多个长度为K的原始数据块，对原始数据块进行喷泉码编码，生成与之对应的长度为Kε的LT码已编码符号块，ε为LT码的初始发送开销；
(2)将每个长度为K的数据块和对应的长度为Kε的LT码已编码符号块按照一定的规则组合形成一个数据帧，并在数据帧中预留出长度为N的字符位用于放置增量模块；每个增量模块包含一个对应某个未成功传输的原始数据块的喷泉码编码符号块，设其长度为Δ；
(3)发送端以数据帧为传输单元连续向接收端发送数据，接收端对每个接收到的数据帧进行译码，若某个数据帧中的原始数据块能成功译码恢复，则认定该数据帧成功传输，接收端通过反馈信道向发送端传送一个ACK确认信号；否则，认定该数据帧传输失败，接收端将未成功译码的数据块暂存在缓存器中；
(4)发送端以时间长度t为间隔检查是否收到之前发送数据帧的ACK确认信号，若未收到某个数据帧的ACK确认信号，则针对该数据帧中的原始数据块生成一个增量模块，并将增量模块保存在增量模块库中；增量模块库中的增量模块会被放置在某个待发射数据帧中预留出的字符位上进行传输，待发送的数据帧在携带增量模块库中的增量模块时，遵循的优先级排序为：①重传次数少的增量块优先传输；②在重传次数相同时，更早请求重传的增量模块优先传输；发送端安置增量模块的时间间隔大于信道往返时延τ；若携带增量模块的数据帧未传输成功，则该数据帧中携带的增量模块将会被放置在后续待发射数据帧中传输，直至包含生成该增量模块的原始数据块的数据帧被成功接收；
(5)当接收端接收到足够用于恢复原始数据的原始数据块和增量模块时，传输流程终止，暂存在缓存器中的数据释放；接收端将成功译码恢复的原始数据发送给用户。
2.根据权利要求1所述的一种基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法，其特征在于，所述数据帧包括导频序列、FCH帧头和数据部分，数据部分由基本模块和增量模块组成，基本模块中包含长度为K的数据块和对应的长度为Kε的LT码已编码符号块。
3.根据权利要求1所述的一种基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法，其特征在于，原始数据块的长度K为系统LT码采用的度分布中最大的度值dmax。
4.根据权利要求1所述的一种基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法，其特征在于，发送端检查是否收到之前发送数据帧的ACK确认信号的时间间隔t大于信道往返时延τ。
5.根据权利要求1所述的一种基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法，其特征在于，所述发送端和接收端之间的信道的调制方式为M阶相移键控调制或M阶正交振幅调制。
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