專利名稱：無冗余的抗干擾編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無冗余的抗干擾編碼方法，是一種提高數(shù)據(jù)包傳輸效率的高效編碼方法，關(guān)于無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸編碼技術(shù)，特別關(guān)于一種新型的無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)中的數(shù)據(jù)包傳輸編碼方法，屬于數(shù)據(jù)通信傳輸編碼技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在無線網(wǎng)絡(luò)里傳輸數(shù)據(jù)包，由于信號(hào)衰弱，信道間的干擾和沖突，丟失數(shù)據(jù)包是不可避免的。對(duì)于無線數(shù)據(jù)包廣播業(yè)務(wù)或者多播業(yè)務(wù)，例如蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的文本分發(fā)，手機(jī)固件更新或升級(jí)，如果接收端無法得到所有完整的數(shù)據(jù)包，那么將無法享受廣播業(yè)務(wù)，例如無法得到文本，手機(jī)固件更新或升級(jí)失敗。因此無線數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)需要考慮接收端接收數(shù)據(jù)包的完整性。由于廣播業(yè)務(wù)的特殊性，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫且粚?duì)多的，也就是說一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送端，多個(gè)數(shù)據(jù)接收端。同時(shí)由于不同數(shù)據(jù)接收端處于相異的物理環(huán)境中，所經(jīng)歷的無線環(huán)境參數(shù)不一樣，因此數(shù)據(jù)丟包率是不同的，從而導(dǎo)致了接收端接收到的數(shù)據(jù)包存在差異，例如發(fā)送端廣播了 10個(gè)數(shù)據(jù)包P1, p2，…，Pltl，由于接收端A和接收端B所處的環(huán)境不一樣，A接收到的數(shù)據(jù)包可能是P1, P3，P5, P7, P9, B接收到的數(shù)據(jù)包可能是p2, p4, p6, p8, P100如果要保證接收端A和B都能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)送端的廣播業(yè)務(wù)，那么發(fā)送端還需要發(fā)送數(shù)據(jù)包使得接收端A收到 P2' P4' P6' P8' Ρ ο，接收端 B 收到 P1, P3, P5, P7, P9O傳統(tǒng)的方法是發(fā)送端通過ARQ (自動(dòng)重傳請(qǐng)求)來保證所有接收端都收到這10個(gè)數(shù)據(jù)包。對(duì)于數(shù)據(jù)包Pi(1 ^ i ^ 10)，如果接收端收到該數(shù)據(jù)包，那么其反饋告知發(fā)送端， 當(dāng)發(fā)送端接收到所有接收端針對(duì)Pi的反饋，那么發(fā)送端開始發(fā)送pi+1，否則發(fā)送端重傳Pi。 雖然發(fā)送端通過ARQ可以保證所有接收端都收到數(shù)據(jù)包，但是這種方法會(huì)造成很大的傳輸冗余，例如已經(jīng)收到Pi數(shù)據(jù)包的接收端可能會(huì)再次收到數(shù)據(jù)包Pi，從而浪費(fèi)了正確的數(shù)據(jù)包傳輸。糾刪編碼(Erasure Code)通過進(jìn)行數(shù)據(jù)包間的編碼，使得每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包盡量避免與已收到的數(shù)據(jù)包重復(fù)，從而減少重復(fù)的數(shù)據(jù)包傳輸，提高數(shù)據(jù)包傳輸?shù)男?，表?1 是用于說明減少重復(fù)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)囊粋€(gè)簡單例子。在表格.1中，發(fā)送端需要將Pl，P2發(fā)送給接收端A和接收端B，當(dāng)發(fā)送端發(fā)送P1時(shí)，只有B接收到了數(shù)據(jù)包Pl，當(dāng)發(fā)送端發(fā)送P2時(shí)， 只有A接收到了數(shù)據(jù)包P2。當(dāng)傳輸完P(guān)l，P2后，發(fā)送端并沒有重復(fù)發(fā)送P1或者p2，而是發(fā)送了 P1 P2，當(dāng)A和B接收到P1 ρ2后通過異或操作可以得到P1和ρ2。如果發(fā)送端重復(fù)發(fā)送P1或者P2，那么A和B中至少有一個(gè)會(huì)收到兩個(gè)P1或者ρ2，從而浪費(fèi)了一次正確的數(shù)據(jù)包傳輸。
權(quán)利要求
1.一種無冗余的抗干擾編碼方法，將長度為k的數(shù)據(jù)包序列編碼成長度為Ns(Ns ^ k) 的編碼數(shù)據(jù)包序列，其特征在于該編碼方法包括以下步驟(1)確定編碼矩陣化的大小在獲得了發(fā)送端需要傳輸?shù)膋個(gè)數(shù)據(jù)包后，本發(fā)明編碼方法確定用于對(duì)這k個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼的編碼矩陣Mc的大小為[Ns，k]，含Ns個(gè)行向量和k個(gè)列向量；(2)確定編碼矩陣Me中元素所屬有限域本發(fā)明編碼過程中矩陣的元素是在有限域中進(jìn)行運(yùn)算，有限域的大小直接影響著有限域運(yùn)算的復(fù)雜度。在確定完編碼矩陣Me的大小后， 本發(fā)明編碼對(duì)運(yùn)算的有限域進(jìn)行確定，包括有限域的大小和有限域內(nèi)的運(yùn)算；(3)確定編碼矩陣Me中的所有元素值通過確定Me矩陣的大小和矩陣元素運(yùn)算有限域的大小后，構(gòu)造Me的元素保證其具有編碼無冗余的性質(zhì)；(4)數(shù)據(jù)包編碼在確定了編碼矩陣Me后，本發(fā)明編碼方法利用編碼矩陣對(duì)需要進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行編碼；(5)利用接收端的反饋機(jī)制來保證本編碼方法在沒有編碼冗余的前提下，保證所有接收端正確解碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無冗余的抗干擾編碼方法，其特征是編碼矩陣Mc的大小為 [Ns, k]，并且在數(shù)據(jù)包接收接數(shù)量為Nu時(shí)，Ns彡NuXk，為便于實(shí)現(xiàn)的考慮，可選Ns = NuXk5 本編碼方法中的矩陣Me的行向量數(shù)Ns保證了 Nu個(gè)接收端在丟包網(wǎng)絡(luò)中能夠完全正確解碼出k個(gè)發(fā)送端所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無冗余的抗干擾編碼方法，其特征是編碼矩陣Me的有限域大小q是保證本編碼方法沒有冗余的最小的有限域大小，所有元素?cái)?shù)量大于q的有限域都可以構(gòu)造出M%但運(yùn)算復(fù)雜度均比q維有限域高，為便于實(shí)現(xiàn)的考慮，選擇q維有限域；本編碼方法同時(shí)包含了 q維有限域內(nèi)的運(yùn)算方式，進(jìn)一步降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無冗余的抗干擾編碼方法，其特征是本編碼方法包含了一種低開銷，并且高效魯棒的反饋機(jī)制來保證本發(fā)明編碼方法的正確運(yùn)行，本發(fā)明設(shè)計(jì)的接收端反饋具有可疊加的性質(zhì)，能夠在多接收端同時(shí)反饋情況下，提高發(fā)送端檢測(cè)反饋的正確性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無冗余的抗干擾編碼方法，是一種提高數(shù)據(jù)包傳輸效率的高效編碼方法，屬于數(shù)據(jù)通信傳輸編碼技術(shù)領(lǐng)域。該方法確定一個(gè)用于編碼的編碼矩陣，首先根據(jù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)和接收端數(shù)來確定編碼矩陣的大小。其次根據(jù)編碼矩陣無冗余的要求確定該編碼矩陣內(nèi)元素所屬的有限域大小和有限域內(nèi)的運(yùn)算，以及編碼矩陣中的元素值，以達(dá)到最小的編碼運(yùn)算復(fù)雜度。本發(fā)明編碼方法利用此編碼矩陣對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，編碼過程通過對(duì)數(shù)據(jù)包向量與編碼矩陣行向量之間進(jìn)行向量內(nèi)積運(yùn)算得到。本發(fā)明編碼方法的優(yōu)點(diǎn)是在編碼過程中沒有冗余編碼產(chǎn)生，并保證了接收端在丟包網(wǎng)絡(luò)中能夠正確解碼，同時(shí)編碼實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度非常低，具有很強(qiáng)的應(yīng)用背景。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102307076SQ201010283248
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者于洋, 任勇, 何能強(qiáng), 姜春曉, 李治華, 馬鑫 申請(qǐng)人:清華大學(xué)