[发明专利]自由空间光通信中混合自动请求重传系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及自由空间光通信的差错控制技术领域中的一种自由空间光通信(Free Space Optical，FSO)中混合自动请求重传(Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ)系统及方法。本发明可用于对实时性、可靠性和传输效率有较高要求的自由空间光通信系统中。

背景技术

自由空间光通信是一种在自由空间中以光(主要指激光)为载体进行通信的新型宽带无线通信技术。它具有调制速率高、频带宽、容量大、不占用频谱资源、保密性好、成本低、安装快速、协议透明和组网灵活方便等诸多优点，是公认的未来宽带移动通信的最佳方式之一，因而有着广阔的应用前景。近年来，随着骨干网的基本建成，最后一公里问题的出现，各方面技术的不断发展，设备研制的逐渐成熟，以及宽带数据业务和快速应急业务的驱动，FSO作为通信热点技术之一，受到了人们的广泛重视。

FSO受天气因素、地形条件、外来物的影响较大，特别是大气信道中的时变、多径、阴影、多普勒频移等引起的随机错误和突发错误会严重恶化系统性能，影响FSO系统的稳定性和可靠性。同时，日益增长的宽带数据业务和快速应急业务也对系统的实时性和可靠性提出了更高的要求。FSO中传统提高通信质量的方法主要有大孔径接收技术、多光束传输的分集技术、多波长传输技术、部分相干光传输技术、捕获、瞄准和跟踪(Acquisition Pointing and Tracking，APT)技术、自适应光学技术以及调制解调技术等。但这些技术方法具有一定的局限性，它们往往只在条件较好时有效，当天气状况恶劣和其他条件恶化时，这些方法性能急剧下降甚至无效，并且还不同程度的存在应用范围小、复杂度高、带宽利用率低、时延长等缺点。

因此，提高通信的可靠性和稳定性是FSO的关键技术之一。HARQ作为一种差错控制技术结合了自动请求重传(Automatic Repeat reQuest，ARQ)的高可靠性和前向纠错(Forward Error Correction，FEC)的高有效性，相对传统的方法在恶劣条件下能更有效的保证FSO通信的稳定性和可靠性，因而受到人们的重视，但将其应用到FSO系统中的研究还处于起步阶段。

目前常用的HARQ方式主要有三种：I型HARQ将信息序列及其校验序列全部重传并进行码合并，II型HARQ将信息序列与校验序列交替重传并与已发送的信息序列或校验序列合并译码，III型HARQ将信息序列与校验序列按照穿孔矩阵部分重传。这3种HARQ方式存在着一些缺点，比如，在突发错误情况下，所有的错误通常集中在数据的一小部分，即使译码后只存在少量比特的错误，整个数据仍需重传，造成系统效率大幅降低；多次重传使数据传输时延长，无法保证实时接收；收发端存储重传数据的存储容量大，耗费资源；接收数据无法充分合并，容易损失有效接收信息等。在现有的HARQ系统中，一般采取以下方法改善系统性能。

周秦英等人在“基于分块数据传输的新型HARQ系统”(《西安电子科技大学学报》自然科学版200532(5)：720-723)中提出一种基于分块数据传输的新型HARQ方法。这种方法根据估计的信道情况确定每帧数据的分块数和正确传输所需的重传次数，对数据帧进行分块并且根据估计的重传次数对每个分块进行复制，然后对每个分块进行CRC校验，最后合并为一个数据帧进行发送。这种方法可以降低反馈延时，提高系统的实时性。但是，该方法存在的不足之处是，由于对数据帧的每个分块进行复制和CRC校验，使得数据量大，产生过多的冗余信息；复制的相同分块合并后一起发送，会增加分块间的相关性，使得接收数据无法充分合并，不利于改善码合并性能；而且译码后正确的分块接收，错误的分块丢弃，不进行重传，会破坏传输数据帧的完整性。