无线分级广域覆盖发送/接收方法、系统、发送端和接收端

1.本发明涉及无线通信的技术领域，特别是涉及一种无线分级广域覆盖发送/接收方法、系统、发送端和接收端。


背景技术：

2.随着世界经济和社会的飞速发展，移动终端的数量和种类越来越多，人们对信息服务的需求也是与日俱增。利用无线广播进行信息业务的大规模分发是解决移动信息业务数据量快速增长和无线网络传输容量受限之间矛盾的有效途径。为了保证覆盖区域边缘的服务质量，传统的无线广播系统通常选用较为鲁棒的调制编码方式进行物理层信号传输，以保障覆盖区域边缘的用户的业务体验。然而，这种方式虽然能够保证覆盖区域边缘用户的覆盖性能，但是却以损失覆盖区域中心的信道容量和传输效率为代价。
3.喷泉码是一种无速率编码，在编码器端可以生成无限多个编码符号，而在译码器端只需接收到足够多的任意编码符号就能将源符号数据还原，而无需考虑接收到的是哪些编码符号，故特别适用于点到多点的广播/组播传输场景。喷泉码作为一种解决广域覆盖可靠数据分发的技术，已在移动通信3gpp mbms中得到应用。
4.喷泉码作为一种系统码，其生成的编码符号由信息符号和冗余符号构成。现有的基于喷泉码的传输方案中，所有冗余符号在物理层都是采用相同的编码方式传输，且信息符号和冗余符号一般也是采用相同的编码方式传输。对于广域覆盖传输，覆盖区域中心与覆盖区域边缘的用户信道质量相差很大。若为了兼顾覆盖区域边缘用户的性能，则所有应用层编码信息比特必须采用相同的鲁棒的物理层低码率低阶编码调制方式传输，从而降低的系统总体传输效率；若采用高效的高阶编码调制方式传输，则又无法保证覆盖区域边缘的用户接收性能。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无线分级广域覆盖发送/接收方法、系统、发送端和接收端，应用层数据的信息符号与冗余符号可采用不同的物理层编码调制方式，分段后的冗余符号的各段也可采用不同的编码调制方式，从而实现了广域覆盖区域内不同覆盖距离范围的传输可靠性和传输效率的有效兼顾。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无线分级广域覆盖发送方法，包括以下步骤：将应用层数据分割为数据块，每个数据块包含k个信息符号；对所述每个数据块采用相同的编码方式分别进行无速率编码，得到k个信息符号和m个冗余符号；将所述m个冗余符号分割为n段；对所述k个信息符号和各段冗余符号分别进行信道编码和星座调制，得到所述k个信息符号的星座调制符号序列和各段冗余符号的星座调制符号序列；其中，所述k个信息符号和各段冗余符号所采用的信道编码和星座调制方式根据覆盖距离分级设置；将所述k个信息符号的星座调制符号序列和各段冗余符号的星座调制符号序列合并，得到合并星座调制符号序列；对所述合并星座调制符号序列进行波形调制，得到发送基
带信号；将所述发送基带信号经由射频调制发送出去。
7.于本发明一实施例中，所述无速率编码采用喷泉码编码；所述信道编码采用但不限于turbo码或ldpc码编码；所述星座调制采用但不限于bpsk、qpsk、16qam或64qam调制；所述波形调制采用但不限于ofdm调制。
8.于本发明一实施例中，所述k个信息符号和各段冗余符号所采用的信道编码和星座调制方式的传输效率随覆盖距离的增大而减小。
9.于本发明一实施例中，在无反馈的广播或组播传输系统中，基于预设方式确定冗余符号分割段数n、信道编码方式和星座调制方式；在有反馈的双向单播与广播协同传输系统中，通过接收端反馈的接收性能信息，确定所述冗余符号分割段数n、所述信道编码方式和所述星座调制方式。
10.本发明提供一种发送端，包括第一分割模块、无速率编码模块、第二分割模块、编码调制模块、合并模块、波形调制模块和射频发送模块；
11.所述第一分割模块用于将应用层数据分割为数据块，每个数据块包含k个信息符号；
12.所述无速率编码模块用于对所述每个数据块采用相同的编码方式分别进行无速率编码，得到k个信息符号和m个冗余符号；
13.所述第二分割模块用于将所述m个冗余符号分割为n段；
14.所述编码模块用于对所述k个信息符号和各段冗余符号分别进行信道编码和星座调制，得到所述k个信息符号的星座调制符号序列和各段冗余符号的星座调制符号序列；其中，所述k个信息符号和各段冗余符号所采用的信道编码和星座调制方式根据覆盖距离分级设置；
15.所述合并模块用于将所述k个信息符号的星座调制符号序列和各段冗余符号的星座调制符号序列合并，得到合并星座调制符号序列；
16.所述波形调制模块用于对所述合并星座调制符号序列进行波形调制，得到发送基带信号；
17.所述射频发送模块用于将所述发送基带信号经由射频调制发送出去。
18.本发明提供一种无线分级广域覆盖接收方法，包括以下步骤：
19.获取采用上述的无线分级广域覆盖发送方法发送的发送基带信号对应的接收基带信号；
20.对所述接收基带信号进行波形解调，得到合并星座调制符号估计序列；
21.将所述合并星座调制符号估计序列分割为信息符号的星座调制符号估计序列和n段冗余符号的星座调制符号估计序列；
22.对所述信息符号的星座调制符号估计序列和所述n段冗余符号的星座调制符号估计序列进行星座解调和信道解码，得到k'个信息符号和n'段冗余符号，其中k'≤k，n'≤n，所述k'个信息符号为发送端的k个信息符号的子集，n'段冗余符号中的每段冗余符号为发送端中对应段冗余符号的子集；
23.将所述k'个信息符号和所述n'段冗余符号联合起来进行无速率码译码，并在译码成功时得到k个信息符号。
24.于本发明一实施例中，获取所述接收基带信号包括以下步骤：
25.接收采用上述的无线分级广域覆盖发送方法发送的信号；
26.对所述信号进行射频解调、同步处理和信道均衡处理，得到所述接收基带信号。
27.于本发明一实施例中，还包括预先获取上述的无线分级广域覆盖发送方法的波形调制方式、合并星座调制符号序列的合并方式、星座调制方式、信道编码方式和无速率编码方式，以得到对应的波形解调方式、合并星座调制符号估计序列的分割方式、星座解调方式、信道解码方式和无速率译码方式。
28.本发明提供一种接收端，包括获取模块、波形解调模块、分割模块、解调解码模块和无速率译码模块；
29.所述获取模块用于获取采用上述的无线分级广域覆盖发送方法发送的发送基带信号对应的接收基带信号；
30.所述波形解调模块用于对所述接收基带信号进行波形解调，得到合并星座调制符号估计序列；
31.所述分割模块用于将所述合并星座调制符号估计序列分割为信息符号的星座调制符号估计序列和n段冗余符号的星座调制符号估计序列；
32.所述解调解码模块用于对所述信息符号的星座调制符号估计序列和所述n段冗余符号的星座调制符号估计序列进行星座解调和信道解码，得到k'个信息符号和n'段冗余符号，其中k'≤k，n'≤n，所述k'个信息符号为发送端的k个信息符号的子集，n'段冗余符号中的每段冗余符号为发送端中对应段冗余符号的子集；
33.所述无速率译码模块用于将所述k'个信息符号和所述n'段冗余符号联合起来进行无速率码译码，并在译码成功时得到k个信息符号。
34.本发明提供一种无线分级广域覆盖传输系统，包括上述的发送端和上述的接收端。
35.如上所述，本发明的无线分级广域覆盖发送/接收方法、系统、发送端和接收端，具有以下有益效果：
36.(1)利用无速率编码特性和灵活的译码机制，将应用层编码的信息符号与冗余符号可采用不同的物理层编码调制方式，分段后的冗余符号的各段也可采用不同的编码调制方式；
37.(2)实现了广域覆盖区域内不同覆盖距离范围内的传输可靠性和传输效率的有效兼顾，有效提升了整个广域覆盖区域内传输效率。
附图说明
38.图1显示为本发明的无线分级广域覆盖发送方法于一实施例中的流程图；
39.图2显示为本发明的无速率编码符号于一实施例中的示意图；
40.图3显示为图2所示的无速率编码符号所采用的信道编码和星座调制方式于一实施例中的分级设置示意图；
41.图4显示为本发明的无线分级广域覆盖发送方法与现有技术中的广域覆盖发送方法于一实施例中的传输效率比对示意图；
42.图5显示为本发明的发送端于一实施例中的结构示意图；
43.图6显示为本发明的无线分级广域覆盖接收方法于一实施例中的流程图；
44.图7显示本发明的接收端于一实施例中的结构示意图；
45.图8显示为本发明的无线分级广域覆盖传输系统于一实施例中的结构示意图。
具体实施方式
46.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
47.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
48.本发明的无线分级广域覆盖发送/接收方法、系统、发送端和接收端能够根据覆盖距离的变化灵活选择编码调制方式，使得应用层编码的信息符号与冗余符号可采用不同的物理层编码调制方式，分段后的冗余符号的各段也可采用不同的编码调制方式，从而能够兼顾广域覆盖区域内不同覆盖距离范围的传输可靠性和传输效率，极具实用性。
49.如图1所示，于一实施例中，本发明的无线分级广域覆盖发送方法包括以下步骤：
50.步骤s11、将应用层数据分割为数据块，每个数据块包含k个信息符号。
51.具体地，将发送端将需要传输的一个或多个应用的应用层数据分割为z个的数据块，表示为{d0,d1,...,d
z-1
}。每个数据块包含k个信息符号，每个信息符号的包含t字节的信息比特。其中z、t和k均为正整数。
52.步骤s12、对所述每个数据块采用相同的编码方式分别进行无速率编码，得到k个信息符号和m个冗余符号。
53.具体地，对于第z个数据块dz，经过无速率码编码后生成k个信息符号{s0,s1,...,s
k-1
}和m个冗余符号{v0,v1,...,v
m-1
}。其中m为正整数。
54.于本发明一实施例中，所述无速率编码采用喷泉码编码。
55.步骤s13、将所述m个冗余符号分割为n段。
56.具体地，将m个冗余符号均匀分割为n段，每段冗余符号数为ln。第n段冗余符号可表示为并且优选地，将所述m个冗余符号均匀分割为n段。
57.步骤s14、对所述k个信息符号和各段冗余符号分别进行信道编码和星座调制，得到所述k个信息符号的星座调制符号序列和各段冗余符号的星座调制符号序列；其中，所述k个信息符号和各段冗余符号所采用的信道编码和星座调制方式根据覆盖距离分级设置。
58.具体地，将所述k个信息符号{s0,s1,...,s
k-1
}和各段冗余符号的信息比特，分别独立进行物理层信道编码和星座调制，得到所述k个信息符号的星座调制符号序列{x0,x1,...,x
q-1
}和n段独立的冗余符号的星座调制符号序列其中，n∈{0,1,...,n-1}，qn为第n段冗余符号的长度。于本发明一实施例中，所述信道编码
采用但不限于turbo码或ldpc码编码；所述星座调制采用但不限于bpsk、qpsk、16qam或64qam调制。
59.在进行信道编码和物理调制时，可以根据不同的覆盖距离选择不同的信道编码和星座调制方式。例如，所述信息符号和冗余符号采用不同的信道编码和星座调制方式；不同的冗余符号采用不同的信道编码和星座调制方式。再例如，所述信息符号和相邻的冗余符号采用相同的信道编码和星座调制方式，剩余的冗余符号分组采用不同的信道编码和星座调制方式。
60.为了兼顾广域覆盖区域内不同覆盖距离范围的传输可靠性和传输效率，于本发明一实施例中，所述k个信息符号和各段冗余符号所采用的信道编码和星座调制方式的传输效率随覆盖距离的增大而减小。
61.如图2所示无速率编码符号包括信息符号和3段等长的冗余符号。根据覆盖距离，将所述信号符号和第1段冗余符号设置为一组，第2段和第3段冗余符号分别设置为一组。
62.对于所述无速率编码符号进行如图3所示的分级信号编码和星座调制。其中，信息符号采用编码调制方式1(mcs1)，第1段冗余符号采用编码调制方式1(mcs1)，第2段冗余符号采用编码调制方式2(mcs2)，第3段冗余符号采用编码调制方式3(mcs3)。优选地，mcs1的传输效率不低于mcs2，mcs2的输效率不低于mcs3。
63.步骤s15、将所述k个信息符号的星座调制符号序列和各段冗余符号的星座调制符号序列合并，得到合并星座调制符号序列。
64.具体地，将所述k个信息符号的星座调制符号序列{x0,x1,...,x
q-1
}与n段冗余符号的调制符号序列进行合并，得到合并星座调制符号序列{a(k)}。
65.步骤s16、对所述合并星座调制符号序列进行波形调制，得到发送基带信号。
66.具体地，所述星座调制符号序列{a(k)}通过波形调制后，形成信息符号和冗余符号合并的发送基带信号{bc(t)}。于本发明一实施例中，所述波形调制采用ofdm调制。
67.步骤s17、将所述发送基带信号经由射频调制发送出去。
68.具体地，所述信息符号和冗余符号合并的发送基带信号{bc(t)}，经过射频调制后，统一通过广播或组播信道发送。
69.需要说明的是，在无反馈的广播或组播传输系统中，基于预设方式确定冗余符号分割段数n、信道编码方式和星座调制方式。在有反馈的双向单播与广播协同传输系统中，通过接收端反馈的接收性能信息，确定所述冗余符号分割段数n、所述信道编码方式和所述星座调制方式。
70.下面通过具体实施例来进一步阐述本发明的无线分级广域覆盖发送方法。
71.在该实施例中，在物理层采用三种编码调制方式(mcs)，采用的参数配置如表1所示。其中，应用层数据的冗余符号分为3段，分别采用16qam-1/2、qpsk-2/3和qpsk-1/2进行编码调制。对比系统为信息符号和冗余符号采样单一的16qam-1/2、qpsk-2/3或qpsk-1/2编码调制方式，且冗余符号与信息符号采样的编码调制方式相同。
72.表1、编码调制参数
[0073][0074]
如图4所示，采用本发明的本发明的无线分级广域覆盖发送方法与采用单一编码调制(16qam-1/2、qpsk-2/3和qpsk-1/2)的传输方案相比，在远距离覆盖区域可获得更高的传输效率；与采用传输效率最低、远距离覆盖性能最好的单一编码调制(qpsk-1/2)的传输方案相比，在保证远距离覆盖传输效率的条件下，在近距离覆盖区域可获得更高的传输效率。
[0075]
如图5所示，于一实施例中，本发明的发送端包括第一分割模块51、无速率编码模块52、第二分割模块53、编码调制模块54、合并模块55、波形调制模块56和射频发送模块57。
[0076]
所述第一分割模块51用于将应用层数据分割为数据块，每个数据块包含k个信息符号。
[0077]
所述无速率编码模块52与所述第一分割模块51相连，用于对所述每个数据块采用相同的编码方式分别进行无速率编码，得到k个信息符号和m个冗余符号。
[0078]
所述第二分割模块53与所述无速率编码模块52相连，用于将所述m个冗余符号均匀分割为n段。
[0079]
所述编码模块54与所述无速率编码模块52和所述第二分割模块53相连，用于对所述k个信息符号和各段冗余符号分别进行信道编码和星座调制，得到所述k个信息符号的星座调制符号序列和各段冗余符号的星座调制符号序列；其中，所述k个信息符号和各段冗余符号所采用的信道编码和星座调制方式根据覆盖距离分级设置。
[0080]
所述合并模块55与所述编码模块54相连，用于将所述k个信息符号的星座调制符号序列和各段冗余符号的星座调制符号序列合并，得到合并星座调制符号序列。
[0081]
所述波形调制模块56与所述合并模块55相连，用于对所述合并星座调制符号序列进行波形调制，得到发送基带信号。
[0082]
所述射频发送模块57与所述波形调制模块56相连，用于将所述发送基带信号经由射频调制发送出去。
[0083]
其中，第一分割模块51、无速率编码模块52、第二分割模块53、编码调制模块54、合并模块55、波形调制模块56和射频发送模块57的结构和原理与上述无线分级广域覆盖发送方法中的步骤一一对应，故在此不再赘述。
[0084]
如图6所示，于一实施例中，本发明的无线分级广域覆盖接收方法包括以下步骤：
[0085]
步骤s61、获取采用权利要求1至4中任一项所述的无线分级广域覆盖发送方法发送的发送基带信号对应的接收基带信号。
[0086]
具体地，接收端接收采用上述的无线分级广域覆盖发送方法发送的信号，并对所述信号进行射频解调、同步处理和信道均衡处理，即可获取所述接收基带信号{yc(t)}。
[0087]
步骤s62、对所述发送基带信号进行波形解调，得到合并星座调制符号估计序列。
[0088]
具体地，根据发射端的波形调制方式，对所述接收基带信号{yc(t)}进行波形解调，获得合并星座调制符号估计序列
[0089]
步骤s63、将所述合并星座调制符号估计序列分割为信息符号的星座调制符号估计序列和n段冗余符号的星座调制符号估计序列。
[0090]
具体地，根据发射端的星座调制符号序列和各段冗余符号的星座调制符号序列的合并方式，将合并星座调制符号估计序列分割为信息符号的星座调制符号估计序列与n段冗余符号的星座调制符号估计序列与n段冗余符号的星座调制符号估计序列
[0091]
步骤s64、对所述信息符号的星座调制符号估计序列和所述n段冗余符号的星座调制符号估计序列进行星座解调和信道解码，得到k'个信息符号和n'段冗余符号，其中k'≤k，n'≤n，所述k'个信息符号为发送端的k个信息符号的子集，n'段冗余符号中的每段冗余符号为发送端中对应段冗余符号的子集。
[0092]
具体地，根据发射端的信道编码和星座调制方式，分别对信息符号的星座调制符号估计序列与n段冗余符号的星座调制符号估计序列与n段冗余符号的星座调制符号估计序列进行物理层星座解调和信道解码，获得正确接收的k'(k'≤k)个信息符号{s'0,s
’1,...,s'
k'-1
}和n'(n'≤n)段冗余符号其中，{s'0,s
’1,...,s'
k'-1
}∈{s0,s1,...,s
k-1
}；并且当m＝n时，lm为n'段冗余符号中第m段冗余符号数。
[0093]
步骤s65、将所述k'个信息符号和所述n'段冗余符号联合起来进行无速率码译码，并在译码成功时得到k个信息符号。
[0094]
具体地，根据发射端的无速率码编码方式，将正确接收的k'(k'≤k)个信息符号{s'0,s
’1,...,s'
k'-1
}与n'(n'≤n)段冗余符号联合，进行无速率码译码；当译码成功时，即可获得k个信息符号{s0,s1,...,s
k-1
}。
[0095]
于本发明一实施例中，本发明的无线分级广域覆盖接收方法还包括预先获取上述的无线分级广域覆盖发送方法的波形调制方式、合并星座调制符号序列的合并方式、星座调制方式、信道编码方式和无速率编码方式，以得到对应的波形解调方式、合并星座调制符号估计序列的分割方式、星座解调方式、信道解码方式和无速率译码方式。其中，所述波形解调方式、合并星座调制符号估计序列的分割方式、星座解调方式、信道解码方式和无速率译码方式可以是预先设置在接收端中，也可以由发送端在通信时发送给所述接收端的。
[0096]
如图7所示，于一实施例中，本发明的接收端包括获取模块71、波形解调模块72、分割模块73、解调解码模块74和无速率译码模块75。
[0097]
所述获取模块71用于获取采用上述的无线分级广域覆盖发送方法发送的发送基带信号。
[0098]
所述波形解调模块72与所述获取模块71相连，用于对所述发送基带信号进行波形解调，得到合并星座调制符号估计序列。
[0099]
所述分割模块73与所述波形解调模块72相连，用于将所述合并星座调制符号估计序列分割为信息符号的星座调制符号估计序列和n段冗余符号的星座调制符号估计序列。
[0100]
所述解调解码模块74与所述分割模块73相连，用于对所述信息符号的星座调制符号估计序列和所述n段冗余符号的星座调制符号估计序列进行星座解调和信道解码，得到k'个信息符号和n'段冗余符号，其中k'≤k，n'≤n，所述k'个信息符号为发送端的k个信息符号的子集，n'段冗余符号中的每段冗余符号为发送端中对应段冗余符号的子集。
[0101]
所述无速率译码模块75与所述解调解码模块74相连，用于将所述k'个信息符号和所述n'段冗余符号联合起来进行无速率码译码，并在译码成功时得到k个信息符号。
[0102]
其中，获取模块71、波形解调模块72、分割模块73、解调解码模块74和无速率译码模块75的结构和原理与上述无线分级广域覆盖接收方法中的步骤一一对应，故在此不再赘述。
[0103]
如图8所示，于一实施例中，本发明的无线分级广域覆盖传输系统包括上述的发送端81和上述的接收端82，从而实现无线分级广域覆盖传输。
[0104]
综上所述，本发明的无线分级广域覆盖发送/接收方法、系统、发送端和接收端利用无速率编码特性和灵活的译码机制，将应用层编码的信息符号与冗余符号可采用不同的物理层编码调制方式，分段后的冗余符号的各段也可采用不同的编码调制方式；实现了广域覆盖区域内不同覆盖距离范围内的传输可靠性和传输效率的有效兼顾，有效提升了整个广域覆盖区域内传输效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0105]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。