一種應(yīng)用于長期演進系統(tǒng)的跨層編解碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種長期演進通信系統(tǒng)的跨層編解碼方法，通過結(jié)合物理層的信道編碼和媒體接入控制層的數(shù)字噴泉碼，提高大文件的傳輸可靠性。本發(fā)明采用3GPP標準中的Turbo碼作為物理層編碼方案，MAC層采用RFC5053中定義的Raptor編碼方案。本發(fā)明提供的編碼方法能夠在兼容LTE標準方案的條件下，提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?，降低大文件傳輸失敗的概率?br> 【專利說明】一種應(yīng)用于長期演進系統(tǒng)的跨層編解碼方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種長期演進(Long Term Evolut1n,LTE)通信系統(tǒng)中的跨層編碼技術(shù)，特別是涉及結(jié)合媒體接入控制層(Medium Access Control Layer)和物理層(PhysicalLayer)構(gòu)造編碼方案的技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]3GPP LTE的信道編碼模塊具有廣泛的意義，它不僅包含嚴格意義上的信道編碼、檢錯和糾錯功能，還包括速率匹配、交織、傳輸和控制信道向物理信道的映射和反映射等功能，為MAC層的數(shù)據(jù)和控制信令提供物理層的傳輸服務(wù)，即將MAC層的下行數(shù)據(jù)和控制信令進行糾錯編碼后適配到相應(yīng)的物理信道，反之將接收到的上行數(shù)據(jù)和控制信令合并成相應(yīng)的格式進行糾錯譯碼，并上傳給MAC層。主要分為以下幾個子模塊:碼塊分割和CRC校驗、信道編碼、速率匹配、碼塊級聯(lián)等。
[0003]循環(huán)冗余校驗(CRC)計算和碼塊分割中包含傳輸塊的CRC和碼塊的CRC?？梢灾蛔龃a塊的CRC或是兩種CRC都做。第一種是對整個MAC層傳來的傳輸塊為單位計算和添加，如果添加CRC后傳輸塊長度超過了信道編碼器所允許的最大輸入長度6144，則需將傳輸塊分為若干個碼塊，再對每個碼塊添加各自的CRC。每個傳輸塊尾部添加一定長度的CRC比特，以便接收端判斷該傳輸中是否存在錯誤。
[0004]由于各種信道編碼具有不同的特性，3GPP LTE根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同而采用了不同的信道編碼方式，LTE標準針對多種不同信道的數(shù)據(jù)特征，規(guī)定了多種不同的信道糾錯編碼方案,主要有Turbo碼、咬尾卷積碼、重復碼和分組碼。其中，Turbo碼主要運用于上行共享信道(UplinkShared Channel, UL-SCH)、下行共享信道(Downlink Shared Channel,DL-SCH)、尋呼信道(Paging Channel)以及多播信道(Multicast Channel)中。速率匹配的作用是根據(jù)系統(tǒng)要求，將編碼器的輸出適配到所需要的碼率。碼塊級聯(lián)和輸出是構(gòu)造信道編碼模塊的最終輸出，需要將多個碼塊的輸出級聯(lián)起來，構(gòu)成該傳輸塊所對應(yīng)的總輸出。
[0005]Raptor 碼是一種優(yōu)秀的數(shù)字噴泉碼(Digital Fountain Code),是在 LT (LubyTransform)碼的基礎(chǔ)上改進提出的一種新型的噴泉碼。通過在源數(shù)據(jù)末尾添加一定量的冗余(Overhead)，只要在接收端總體獲取到略多于原數(shù)據(jù)數(shù)量的編碼數(shù)據(jù)后就可以以極高的概率恢復出原傳輸數(shù)據(jù)。IETF RFC 5053中采用了一種可實現(xiàn)的Raptor碼，其編解碼可分為兩個步驟:首先，采用一個高碼率的線性分組碼進行預編碼；然后將數(shù)據(jù)進行LT編碼。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于長期演進技術(shù)(Long Term Evolut1n,LTE)系統(tǒng)中跨層的編碼方法。通過結(jié)合物理層(Physical Layer)的信道編碼和媒體接入控制(MAC)層的數(shù)字噴泉碼，物理層采用3GPP標準中的Turbo碼編碼方案，MAC層采用RFC5053中定義的Raptor編碼方案，提高大文件的傳輸可靠性。本發(fā)明提供的編碼方法能夠在兼容LTE標準方案的條件下，提高整個系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?，降低大文件傳輸失敗的概率?br> [0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種應(yīng)用于LTE系統(tǒng)的跨層編解碼方法，其特征是，編碼步驟如下:
第一步，根據(jù)3GPP LTE標準信道編碼方案和所要傳輸文件的大小計算MAC層Raptor碼所需要的編碼參數(shù)，其中包括:
η:根據(jù)選定的傳輸塊大小(Transport Block Size, TBS)將文件分解為數(shù)據(jù)塊的個數(shù)，每個數(shù)據(jù)塊大小為I個TBS ;
m:根據(jù)LTE標準計算信道編碼中I個傳輸塊(TB)被分解為碼塊(Code Block, CB)的個數(shù)；
L:每個碼塊(CB)的大小。
[0008]第二步，對整個文件做一次Raptor碼編碼:
將文件數(shù)據(jù)分解為η個數(shù)據(jù)塊，對每一個數(shù)據(jù)塊，按照標準信道編碼方案分解為m個CB，每個CB包含L個比特，共得到K= nXm個CB;
將所述K個CB作為輸入的源數(shù)據(jù)符號(Source Symbols),根據(jù)設(shè)定的Raptor碼的碼率R進行Raptor編碼，其中R=K/N，N為設(shè)置輸出的編碼符號(Encoded Symbols)的個數(shù)；第三步，將編碼后的數(shù)據(jù)遞送至物理層，按照標準信道編碼方案進行編碼并傳輸:
在發(fā)送端，按照標準信道編碼方案對數(shù)據(jù)編碼傳輸；在接收端，信道解碼時記錄能夠正確解碼的CB數(shù)據(jù)以及該CB對應(yīng)的序號，并遞送到MAC層。
[0009]第四步，當發(fā)送端傳輸完所有的數(shù)據(jù)，接收端檢測是否正確地接收到了整個文件；若沒能完全正確接收，MAC層的Raptor編碼模塊開始工作，將正確接收到的所有CB數(shù)據(jù)，以及相應(yīng)的序號，送入Raptor碼的解碼模塊，若解碼成功則恢復出了原始文件。
[0010]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)合MAC層的Raptor編碼，對原始數(shù)據(jù)文件提供碼塊級上的保護，具有如下優(yōu)點:1)相比較于原來只利用物理層信道編碼對數(shù)據(jù)提供比特級上的保護，本發(fā)明能夠有效利用信道解碼正確的部分原始文件數(shù)據(jù)，通過和正確接收到的冗余數(shù)據(jù)一起進行MAC層的Raptor解碼，最終提高能夠?qū)⑼暾脑嘉募謴统鰜淼母怕省?)由于在MAC層提供了一個碼塊級的數(shù)據(jù)保護機制，可以適當?shù)靥岣呶锢韺有诺谰幋a的碼率，減少物理層傳輸?shù)谋忍亓髦蟹切畔⒈忍?校驗比特)的比重，提高效率。3)Raptor等數(shù)字噴泉碼特性是隨著源符號的數(shù)量增加，需要冗余符號的比例會隨之減小，因此當傳輸大文件時，可以分解到更多的源符號，此時能夠顯著減少Raptor碼的冗余。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的總體流程圖；
圖2為本發(fā)明的具體實施流程圖；
圖3為本發(fā)明的具體實施場景參數(shù)；
圖4為采用本發(fā)明方法的實施例一與采用傳統(tǒng)LTE標準編碼方法下文件傳輸失敗率對比圖；
圖5為采用本發(fā)明方法的實施例二與采用傳統(tǒng)LTE標準編碼方法下文件傳輸失敗率對比圖。

【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖1和附圖2對本發(fā)明流程作更進一步的說明。
[0013]實施場景為LTE標準中定義的傳輸環(huán)境，其具體參數(shù)如附圖3 ；
1)在發(fā)送端，首先根據(jù)物理層信道編碼模塊的參數(shù)，對源數(shù)據(jù)文件進行分塊，然后進行Raptor編碼，最后將數(shù)據(jù)遞送至物理層進行信道編碼。具體步驟為:
SlOl:按標準的I個傳輸塊長度(TBS)對源數(shù)據(jù)文件分解得到η個數(shù)據(jù)塊(DataBlock)，記為TB1, TB2,…，TBn，此時TBS=12960 ;當最后一個數(shù)據(jù)塊長度小于TBS時，采用補零的方式使之達到一個傳輸塊大小。
[0014]S102:將每一塊分解得到的數(shù)據(jù)塊按物理層信道編碼中的碼塊分割方法進行標準的碼塊分割。本實施例每個數(shù)據(jù)塊被分解為3個碼塊(Code Block, CB)，總共得到K=3Xn個碼塊，每個碼塊長度為4320 ；
S103:分解得到的K個碼塊作為Raptor編碼的源數(shù)據(jù)符號，記為S1, S2,…，Sk，進行Raptor編碼，此時編碼生成N=K/R個編碼數(shù)據(jù)符號S1, S2,…，SK, 0k+1,…，On，其中前K個為源數(shù)據(jù)符號，后面N-K個為冗余(Overhead), R是Raptor碼的碼率，0〈R〈1，本發(fā)明實施例中設(shè)定為0.909 ；
5104:將編碼得到的N個數(shù)據(jù)符號遞送至物理層，采用LTE標準的物理層信道編碼方案，經(jīng)過信道編碼后發(fā)送至信道；
2)在接收端，首先進行數(shù)據(jù)的接收、解碼，然后完成傳輸后再根據(jù)接收到的原始文件是否完整決定是否進行Raptor解碼。其具體流程為:
5105:從信道接收發(fā)送端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，信道解碼時，記錄每一個成功解碼的碼塊的數(shù)據(jù)和序號，序號為對應(yīng)Raptor編碼輸出的編碼符號的序號；
5106:將所有成功解碼的碼塊的數(shù)據(jù)和序號遞送至MAC層；
S107:檢查接收到的原始數(shù)據(jù)文件是否完整，若文件完整，則表明該文件的傳輸正確，可以進行下一個文件傳輸；
5108:若文件不完整，進行Raptor解碼。若解碼成功，則表明該文件的恢復正確，可以進行下一個文件傳輸；若解碼失敗，表明該文件的傳輸失??；
5109:將Raptor解碼得到的完整的數(shù)據(jù)塊拼接為原始文件。
[0015]圖4、圖5分別顯示采用本發(fā)明方法的實施例一、實施例二與采用傳統(tǒng)LTE標準編碼方法下文件傳輸失敗率對比圖。
[0016]實施例一中，到達MAC層的需要傳輸?shù)脑嘉募笮?0X12960比特，橫坐標為信噪比(SNR)。首先LTE標準場景中，物理層Turbo編碼的碼率為0.5 ;然后采用了本發(fā)明的跨層編碼方案中根據(jù)物理層的碼塊分割原則會將源文件分解成為K=50X3=150個源符號，Raptor編碼后生成N=165個編碼符號，即Raptor的碼率為R=150/165，物理層信道編碼的碼率為0.55。此時兩種方案中傳輸?shù)目倲?shù)據(jù)量是相同的。
[0017]實施例二中，到達MAC層的需要傳輸?shù)奈募笮?00X12960比特，橫坐標為信噪比(SNR)。首先LTE標準場景中，物理層Turbo編碼的碼率為0.5，然后采用了本發(fā)明的跨層編碼方案中根據(jù)物理層的碼塊分割原則會將源文件分解成為K=100X3=300個源符號，Raptor編碼后生成N=330個編碼符號，即Raptor的碼率為R=300/330，物理層信道編碼的碼率為0.55。此時兩種方案中傳輸?shù)目倲?shù)據(jù)量是相同的。
[0018]從圖4、5可以看出，采用本發(fā)明的跨層編解碼方法能夠有效提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?，降低大文件傳輸失敗的概率?br> 【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于LTE系統(tǒng)的跨層編解碼方法，其特征是，編碼步驟如下: 第一步，根據(jù)3GPP LTE標準信道編碼方案和所要傳輸文件的大小計算MAC層Raptor碼所需要的編碼參數(shù)，其中包括: η:根據(jù)選定的傳輸塊大小將文件分解為數(shù)據(jù)塊的個數(shù)，每個數(shù)據(jù)塊大小為I個傳輸塊大??； m:根據(jù)LTE標準計算信道編碼中I個傳輸塊被分解為碼塊的個數(shù)； L:每個碼塊的大??； 第二步，對整個文件做一次Raptor碼編碼: 將文件數(shù)據(jù)分解為η個數(shù)據(jù)塊，對每一個數(shù)據(jù)塊，按照標準信道編碼方案分解為m個碼塊，每個碼塊包含L個比特，共得到K= nXm個碼塊； 將所述K個碼塊作為輸入的源數(shù)據(jù)符號，根據(jù)設(shè)定的Raptor碼的碼率R進行Raptor編碼，其中R=K/N，0〈R〈1，N為設(shè)置輸出的編碼符號的個數(shù)； 第三步，將編碼后的數(shù)據(jù)遞送至物理層，按照標準信道編碼方案進行編碼傳輸: 在發(fā)送端，按照標準信道編碼方案對數(shù)據(jù)編碼傳輸；在接收端，信道解碼時記錄能夠正確解碼的碼塊數(shù)據(jù)以及該碼塊對應(yīng)的序號，并遞送到MAC層； 第四步，當發(fā)送端傳輸完所有的數(shù)據(jù)，接收端檢測是否正確地接收到了整個文件；若沒能完全正確接收，MAC層的Raptor編碼模塊開始工作，將正確接收到的所有碼塊數(shù)據(jù)，以及相應(yīng)的序號，送入Raptor碼的解碼模塊，若解碼成功則恢復出了原始文件。
【文檔編號】H04L1/00GK104135345SQ201410402021
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】姜明, 楊海濤, 趙春明, 黃鶴, 梁霄 申請人:東南大學