[发明专利]适合动态长时延信道传输的无速率编码前向差错控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种适合动态长时延信道传输的无速率编码前向差错控制方法。

背景技术

在动态长时延信道下，如深空信道，由于收方双方的距离非常远，编码包与反馈信息的传输需要经历很大的时延；同时由于通信环境的复杂性，信道是动态变化的，发送端只能通过学习获取信道状态随时间的动态变化分布，而很难获取每个时刻的瞬时信道状态。如深空信道，它可被建模为一个变参的加性白高斯噪声（AWGN）信道，其噪声方差按照一定统计分布在一个范围内变化。对这样的动态长时延信道，采用传统的码率固定的信道编码（如Turbo码、LDPC码等）需要发送端实时估计瞬时信道状态并调整编码码率以适应信道状态的宽范围变化，并且在传输过程中引入良好的反馈重传方法以保证每一个编码包的可靠传输。然而，由于信道的长时延与动态特性，瞬时信道状态很难估计，同时反馈经历的长时延也极大地降低了传输效率，这都对码率固定的信道编码在动态长时延信道的传输应用提出了挑战。近年来，一类具有自适应信道传输特性的新型信道编码——无速率码（Rateless code），被提出并广泛应用到无线通信中。采用无速率码进行通信传输时，发送端不必事先获取瞬时的信道状态，只需使用一个编码结构源源不断地随机产生发送编码包，直至接收到接收端返回的ACK反馈信息。接收端并不关心某一个具体的编码包是否被成功译码，而只接收到足够多的编码包后尝试译码，若译码失败则再多接收一些编码包继续尝试译码直到译码成功。一旦译码成功，接收端向发送端返回一个非常简单的ACK反馈信息。可见，采用无速率码传输，发送端可在不知道瞬时信道状态的条件下自适应地调整编码码率保证消息的可靠传输，同时在传输过程中只需要返回简单的ACK反馈信息减小开销。

在传统的无速率编码传输方法中，发送端需要在接收到接收端返回的ACK反馈信息才停止对当前消息包的无速率编码发送进入下一消息包的编码。然而，在长时延信道传输场景下，由于编码包与ACK反馈信息都经历了很大的时延，即使当前消息包已经被接收端正确译码且接收端返回了ACK反馈信息，在ACK反馈信息经过很大的时延到达发送端之前，发送端仍将继续发送当前消息包的编码符号，从而导致发送端多发送了很多无用的冗余编码符号。无用的冗余编码符号占用了信道资源与时隙资源，带来信道资源与时隙资源的损失，降低了传输工作效率。

另外，对消息包加以保护以抑制信道传输中的各种干扰的前向差错控制方法目前已经在HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）协议中得到了很好的应用。在HARQ协议中，这种保护主要是采用前向纠错码（FEC）对消息包进行增量冗余编码等方案实现的。对选择性重传HARQ方法，发送端连续无间隔地对各个消息包进行FEC编码传输，若该编码包未被接收端成功译码也不被丢弃，而是向发送端返回NAK反馈信息，发送端收到NAK反馈信息后以选择性重传的方式对未译码成功的消息包进行增量冗余编码后得到新的编码包进行发送，接收端每次都对当前接收的编码包与之前接收的所有编码包进行合并译码，译码成功则向发送端返回ACK反馈信息。另外，发送端为每个编码包维护一个计时器，当计时器发生超时时将重传该编码包。HARQ协议需要接收端根据译码情况对每个编码包返回不同类型的反馈信息，在长时延信道传输下很大影响了传输效率；同时，采用固定码率的FEC编码也不适合宽动态范围的信道传输。因此，在动态长时延信道传输中，如何借鉴选择性重传HARQ协议在完成前向差错控制的同时连续无间隔传输以避免信道资源与时隙资源的损失，同时利用无速率码自适应宽动态变化范围信道的特性保证可靠传输，成为一个具有重要意义的研究问题。

发明内容

本发明的目的是克服在动态长时延信道传输下现有前向差错控制方法与传统无速率编码传输的不足，提供一种适合动态长时延信道传输的无速率编码前向差错控制方法。

本发明针对动态长时延信道传输，收发双方距离远，数据传输经历很大的时延，且信道在传输过程中动态变化。收发双方的位置信息随时间的变化可以根据收发双方的运行轨道与运行速度获取，从而双程传播时延随时间的变化也可以得到很好的预估，记为RTD(t)。由于信道的动态变化，发送端只能通过运行轨道的变化规律获取信道状态随时间的变化分布，而不能获取瞬时的信道状态。用信噪比的随时间的分布来描述信道的变化分布，即发送端在已知时刻t₀的信噪比分布条件下，可以获得时刻t₁的信噪比分布，其分布用函数f(γ(t₁)|γ(t₀))表示，其中γ(t)表示时刻t的信噪比。