[发明专利]基于无率编码的无线网络系统吞吐量优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络领域，特别涉及基于无率编码的无线网络系统吞吐量优化方法。

背景技术

无率编码中一种已知的编码方式是喷泉码，它是针对大规模数据分发和可靠广播的应用特点而提出的一种理想的解决方案，日益受到产业界的关注，获得了越米越多的应用。喷泉码可以产生无限的编码数据包用于解码器恢复源数据。在编码发送端，当收到接收端发米的确认信息后，编码数据包就停止生成。对于具有固定、已知的删除率的二进制删除通道，无率LT编码和Raptor码是两组使用最广泛的喷泉码。作为应用层前向纠错编码的一个解决方案，Raptor码已经成为一种标准，用米支持3GPP多媒体广播/组播服务(MBMS)的文件下载服务。

为了能在无线信道条件下使用喷泉码的概念，需要在物理层进行通道编码米对抗衰落和噪声。例如，MBMS系统的两层都使用前向纠错编码：物理层使用Turbo码(也是喷泉码的一种)，应用层使用Raptor码。文献【M.Vehkapera and M.Medard，“A throughput-delay trade-off in packetized systems with erasures，”in Proc.of IEEE ISIT’05，Adelaide，Australia，Sep.2005，pp.1858-1862.】中假设物理层的删除概率是固定的，提出了多层次传输系统编码的概念以及吞吐量信息理论研究框架。文献【R.Gowaikar，A.Dana，R.Palanki，B.Hassibi and M.Effros，“On the capacity of wireless erasure relay networks，”in Proc.of IEEE ISIT’04，Chicago，USA，Jun.27-Jul.22004，p.400.】在不考虑物理层和网络层之间的连接时，研究了有损分组网络的信息理论的多层次的通信系统。

由于无线通道的时变特性，需要联合考虑网络层和物理层的编码方式。在网络层，用δ米表示解码失败概率。随着δ的设置不同，在接收端所需的确保完成解码运行的编码数据包的长度L_c是不同的。每个附带着头信息和循环冗余检查(CRC)信息的解码包，形成了一个有限长度的LDPC(低密度奇偶校验码)编码器的输入。从物理层角度看，不同码率R_c的LDPC编码器可以产生不同长度的码字。显然，在系统吞吐量和传输可靠性之间要有个权衡。R_c速率越低，系统传输可靠性越高但吞吐量也会越低。在考虑网络和物理层系统吞吐量时，R_c和δ这两个参数都是非常重要的。

有鉴于此，找寻最大限度地提高系统吞吐量的解决方法，使传输的数据能够被成功地接收解码，已成为一种现实的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无率编码的无线网络系统吞吐量优化方法，针对网络层和物理层联合设计数据包传输系统，优化每层编码的最佳参数以及两层之间的权衡，以实现两层都有码字长度约束系统的最佳吞吐量性能。

本发明的技术方案如下：

一种基于无率编码的无线网络系统吞吐量优化方法，包括如下步骤：

1)单一发射机向单个或多个接收端发送信息，将信息符号分为数据帧，每个数据帧包含K个源符号S＝{s₁，s₂，…，s_K}；

2)通过LT编码器将所述数据帧编码，连续产生长度为L_c的编码数据包；

3)为每个编码数据包加上头信息P_h符号和循环冗余校验P_CRC符号，形成长度L_s＝L_c+P_h+P_CRC的编码数据包；

4)通过LDPC编码器以R_c编码率将所述长度为L_s的编码数据包编码，获得长度N_t＝L_s/R_c的线性分组码字C，所述码字C通过BPSK调制进行无线通道传输；

5)对于每个数据帧，发射机不断发送编码数据包，直到发射机收到米自所有预定的接收端的确认信息或者已达到允许的最大编码数据包数量才停止发送，然后发送下个数据帧；

6)在每个接收端进行LDPC解码，任何在GF(2)域接收到的码字不满足条件的都将被认为无效而丢弃整个包；