自由空間光通信中混合自動請求重傳系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種自由空間光通信中混合自動請求重傳系統及方法，主要解決現有自由空間光通信系統中的可靠性問題，本發明專利技術的分塊檢錯編碼模塊在自適應控制模塊的控制下，對發送數據進行自適應分塊和檢錯譯碼；糾錯編碼模塊對檢錯譯碼后的數據進行糾錯譯碼；分集發送控制模塊在自適應控制模塊的控制下對糾錯譯碼數據進行自適應分集發送；分集接收模塊對接收數據進行分集接收；碼合并與糾錯譯碼模塊在自適應控制模塊的控制下對分集接收數據進行自適應碼合并和糾錯譯碼；分塊檢錯譯碼模塊對糾錯譯碼數據進行分塊譯碼并請求重傳。本發明專利技術提高了通信系統的可靠性，兼顧了通信的實時性和傳輸效率，可以用于自由空間光通信領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于通信
，更進一步涉及自由空間光通信的差錯控制
中的一種自由空間光通信(Free Space Optical, FS0)中混合自動請求重傳(HybridAutomatic Repeat reQuest,HARQ)系統及方法。本專利技術可用于對實時性、可靠性和傳輸效率有較高要求的自由空間光通信系統中。
技術介紹
自由空間光通信是一種在自由空間中以光(主要指激光)為載體進行通信的新型寬帶無線通信技術。它具有調制速率高、頻帶寬、容量大、不占用頻譜資源、保密性好、成本低、安裝快速、協議透明和組網靈活方便等諸多優點，是公認的未來寬帶移動通信的最佳方式之一，因而有著廣闊的應用前景。近年來，隨著骨干網的基本建成，最后一公里問題的出現，各方面技術的不斷發展，設備研制的逐漸成熟，以及寬帶數據業務和快速應急業務的驅動，FSO作為通信熱點技術之一，受到了人們的廣泛重視。FSO受天氣因素、地形條件、外來物的影響較大，特別是大氣信道中的時變、多徑、陰影、多普勒頻移等引起的隨機錯誤和突發錯誤會嚴重惡化系統性能，影響FSO系統的穩定性和可靠性。同時，日益增長的寬帶數據業務和快速應急業務也對系統的實時性和可靠性提出了更高的要求。FSO中傳統提高通信質量的方法主要有大孔徑接收技術、多光束傳輸的分集技術、多波長傳輸技術、部分相干光傳輸技術、捕獲、貓準和跟蹤(AcquisitionPointing and Tracking,APT)技術、自適應光學技術以及調制解調技術等。但這些技術方法具有一定的局限性，它們往往只在條件較好時有效，當天氣狀況惡劣和其他條件惡化時，這些方法性能急劇下降甚至無效，并且還不同程度的存在應用范圍小、復雜度高、帶寬利用率低、時延長等缺點。因此，提高通信的可靠性和穩定性是FSO的關鍵技術之一。HARQ作為一種差錯控制技術結合了自動請求重傳(Automatic Repeat reQuest, ARQ)的高可靠性和前向糾錯(Forward Error Correction,FEC)的高有效性,相對傳統的方法在惡劣條件下能更有效的保證FSO通信的穩定性和可靠性，因而受到人們的重視，但將其應用到FSO系統中的研究還處于起步階段。目前常用的HARQ方式主要有三種:1型HARQ將信息序列及其校驗序列全部重傳并進行碼合并，II型HARQ將信息序列與校驗序列交替重傳并與已發送的信息序列或校驗序列合并譯碼，III型HARQ將信息序列與校驗序列按照穿孔矩陣部分重傳。這3種HARQ方式存在著一些缺點，比如，在突發錯誤情況下，所有的錯誤通常集中在數據的一小部分，即使譯碼后只存在少量比特的錯誤，整個數據仍需重傳，造成系統效率大幅降低；多次重傳使數據傳輸時延長，無法保證實時接收；收發端存儲重傳數據的存儲容量大，耗費資源；接收數據無法充分合并，容易損失有效接收信息等。在現有的HARQ系統中，一般采取以下方法改善系統性能。周秦英等人在“基于分塊數據傳輸的新型HARQ系統”(《西安電子科技大學學報》自然科學版200532 (5) =720-723)中提出一種基于分塊數據傳輸的新型HARQ方法。這種方法根據估計的信道情況確定每幀數據的分塊數和正確傳輸所需的重傳次數，對數據幀進行分塊并且根據估計的重傳次數對每個分塊進行復制，然后對每個分塊進行CRC校驗，最后合并為一個數據幀進行發送。這種方法可以降低反饋延時，提高系統的實時性。但是，該方法存在的不足之處是，由于對數據幀的每個分塊進行復制和CRC校驗，使得數據量大，產生過多的冗余信息；復制的相同分塊合并后一起發送，會增加分塊間的相關性，使得接收數據無法充分合并，不利于改善碼合并性能；而且譯碼后正確的分塊接收，錯誤的分塊丟棄，不進行重傳，會破壞傳輸數據幀的完整性。西南交通大學申請的專利“在混合自動重發請求系統中并行冗余發送與并行合并接收分組數據的方法”(公開號CN1444352A申請號02133719.5，申請日2002.9.9)中提出一種并行冗余發送與并行合并接收分組數據的方法。該方法的發送端將進行糾錯編碼后的數據分組經過N個穿孔模塊的穿孔處理后，再時行數目為N的并行發送；接收端對并行接收到的數據分組經過N個解穿孔模塊進行恢復，然后進行碼合并處理。該方法存在的不足之處是，應用于CDMA系統中，并行發送數目N等于CDMA分組數據通信系統分配的正交信道碼數目，為固定值，并不能隨信道狀況進行自適應的調整，不利于傳輸效率的提高；對于糾錯譯碼后仍有錯誤的分組進行丟棄并請求重傳，重傳仍重新執行整個分組數據的并行冗余發送和并行冗余合并接收，這樣即使錯誤只集中在分組的一小段，整個數據仍需重傳，造成傳輸效率的降低。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種用于自由空間光通信的混合自動重傳系統及方法，以滿足自由空間光通信對實時性、可靠性和傳輸效率的要求。為實現上述目的，本專利技術的思路是:將自適應分塊傳輸技術、自適應分集技術及自適應碼合并技術應用到混合自動重傳系統中，可以根據當前的信道條件，動態地調整數據幀的分塊數、發送與接收的分集數、各分集的編碼模式及碼合并方法，從而提高了自由空間光通信系統的可靠性，并兼顧了實時性和傳輸效率。本專利技術的系統包括發送部分、接收部分及控制部分，其中:發送部分包括分塊檢錯編碼模塊、糾錯編碼模塊、分集發送模塊；分塊檢錯編碼模塊的輸出端連接糾錯編碼模塊的輸入端，糾錯編碼模塊的輸出端連接分集發送模塊的輸入端；分塊檢錯編碼模塊，用于在自適應控制模塊控制下，對發送數據幀進行自適應分塊和分塊的檢錯編碼，以及在分塊出錯時進行重傳；糾錯編碼模塊，用于對分塊檢錯編碼模塊輸出的數據幀進行糾錯編碼；分集發送模塊，用于在自適應控制模塊控制下，對糾錯編碼后的數據幀進行自適應分集發送。接收部分包括分集接收模塊、碼合并與糾錯譯碼模塊、分塊檢錯譯碼模塊；分集接收模塊的輸出端連接碼合并與糾錯譯碼模塊的輸入端，碼合并與糾錯譯碼模塊的輸出端連接分塊檢錯譯碼模塊的輸入端；分集接收模塊，用于對接收到的數據幀進行分集接收及譯碼；碼合并與糾錯譯碼模塊，用于在自適應控制模塊控制下對分集接收數據進行碼合并和糾錯譯碼；分塊檢錯譯碼模塊，用于對糾錯譯碼后的數據幀進行分塊檢錯譯碼，并給出相應的反饋信息?？刂撇糠职ㄐ旁氡裙烙嬆K、自適應控制模塊；信噪比估計模塊的輸出端連接自適應控制模塊的輸入端，自適應控制模塊的輸出端分別與分塊檢錯編碼模塊的輸入端、分集發送模塊的輸入端、碼合并與糾錯譯碼模塊的輸入端相連；信噪比估計模塊，用于對當前信道的信噪比進行估計；自適應控制模塊，用于根據反饋信息、信噪比估計信息及上一幀數據正確傳輸所需的重傳次數估計當前信道條件，并按照估計的當前信道條件產生控制信息，實現對分塊檢錯編碼模塊中發送數據幀的分塊數、分集發送模塊中分集數和編碼模式、碼合并與糾錯譯碼模塊中碼合并方式的自適應控制。本專利技術的方法包括發送過程和接收過程中的兩個步驟，其中:發送過程的具體步驟包括如下:(I)生成多個數據分塊:數據拆分模塊接收自適應控制模塊的控制信息，按照控制信息中的分塊控制信息對發送數據幀進行自適應分塊，生成相應的多個數據分塊。(2)生成多個檢錯編碼分塊:2a)多個檢錯編碼單元對多個數據分塊進行檢錯編碼，并為每本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種自由空間光通信中混合自動請求重傳系統，包括發送部分、接收部分及控制部分，其中：所述的發送部分包括分塊檢錯編碼模塊、糾錯編碼模塊、分集發送模塊；分塊檢錯編碼模塊的輸出端連接糾錯編碼模塊的輸入端，糾錯編碼模塊的輸出端連接分集發送模塊的輸入端；所述的分塊檢錯編碼模塊，用于在自適應控制模塊控制下，對發送數據幀進行自適應分塊和分塊的檢錯編碼，以及在分塊出錯時進行重傳；所述的糾錯編碼模塊，用于對分塊檢錯編碼模塊輸出的數據幀進行糾錯編碼；所述的分集發送模塊，用于在自適應控制模塊控制下，對糾錯編碼后的數據幀進行自適應分集發送；所述的接收部分包括分集接收模塊、碼合并與糾錯譯碼模塊、分塊檢錯譯碼模塊；所述的分集接收模塊的輸出端連接碼合并與糾錯譯碼模塊的輸入端，碼合并與糾錯譯碼模塊的輸出端連接分塊檢錯譯碼模塊的輸入端；所述的分集接收模塊，用于對接收到的數據幀進行分集接收及譯碼；所述的碼合并與糾錯譯碼模塊，用于在自適應控制模塊控制下對分集接收數據幀進行碼合并和糾錯譯碼；所述的分塊檢錯譯碼模塊，用于對糾錯譯碼后的數據幀進行分塊檢錯譯碼，并給出相應的反饋信息；所述的控制部分包括信噪比估計模塊、自適應控制模塊；信噪比估計模塊的輸出端連接自適應控制模塊的輸入端，自適應控制模塊的輸出端分別與分塊檢錯編碼模塊的輸入端、分集發送模塊的輸入端、碼合并與糾錯譯碼模塊的輸入端相連；所述的信噪比估計模塊，用于對當前信道的信噪比進行估計；所述的自適應控制模塊，用于根據反饋信息、信噪比估計信息及上一幀數據正確傳輸所需的重傳次數估計當前信道條件，按照估計的當前信道條件產生控制信息，實現對分塊檢錯編碼模塊中發送數據幀的分塊數、分集發送模塊中分集數和編碼模式、碼合并與糾錯譯碼模塊中碼合并方式的自適應控制。...

【技術特征摘要】
1.一種自由空間光通信中混合自動請求重傳系統，包括發送部分、接收部分及控制部分，其中: 所述的發送部分包括分塊檢錯編碼模塊、糾錯編碼模塊、分集發送模塊；分塊檢錯編碼模塊的輸出端連接糾錯編碼模塊的輸入端，糾錯編碼模塊的輸出端連接分集發送模塊的輸入端；所述的分塊檢錯編碼模塊，用于在自適應控制模塊控制下，對發送數據幀進行自適應分塊和分塊的檢錯編碼，以及在分塊出錯時進行重傳；所述的糾錯編碼模塊，用于對分塊檢錯編碼模塊輸出的數據幀進行糾錯編碼；所述的分集發送模塊，用于在自適應控制模塊控制下，對糾錯編碼后的數據幀進行自適應分集發送； 所述的接收部分包括分集接收模塊、碼合并與糾錯譯碼模塊、分塊檢錯譯碼模塊；所述的分集接收模塊的輸出端連接碼合并與糾錯譯碼模塊的輸入端，碼合并與糾錯譯碼模塊的輸出端連接分塊檢錯譯碼模塊的輸入端；所述的分集接收模塊，用于對接收到的數據幀進行分集接收及譯碼；所述的碼合并與糾錯譯碼模塊，用于在自適應控制模塊控制下對分集接收數據幀進行碼合并和糾錯譯碼；所述的分塊檢錯譯碼模塊，用于對糾錯譯碼后的數據幀進行分塊檢錯譯碼，并給出相應的反饋信息； 所述的控制部分包括信噪比估計模塊、自適應控制模塊；信噪比估計模塊的輸出端連接自適應控制模塊的輸入端，自適應控制模塊的輸出端分別與分塊檢錯編碼模塊的輸入端、分集發送模塊的輸入端、碼合并與糾錯譯碼模塊的輸入端相連；所述的信噪比估計模塊，用于對當前信道的信噪比進行估計；所述的自適應控制模塊，用于根據反饋信息、信噪比估計信息及上一幀數據正確傳輸所需的重傳次數估計當前信道條件，按照估計的當前信道條件產生控制信息，實現對分塊檢錯編碼模塊中發送數據幀的分塊數、分集發送模塊中分集數和編碼模式、碼合并與糾錯譯碼模塊中碼合并方式的自適應控制。2.根據權利要求1所述的用于自由空間光通信的混合自動請求重傳系統，其特征在于:所述發送部分中的分塊檢錯編碼模塊包括數據拆分模塊、多個檢錯編碼單元及分塊緩存合并模塊；數據拆分模塊的多個輸出端連接多個檢錯編碼單元的輸入端，多個檢錯編碼單元的輸出端分別與分塊緩存合并模塊的多個輸入端連接，分塊緩存合并模塊的輸出端連接糾錯編碼模塊的輸入 端，自適應控制模塊的輸出端分別與數據拆分模塊的輸入端和分塊緩存合并模塊的輸入端相連；其中: 所述的數據拆分模塊，用于在自適應控制模塊控制下，對發送數據幀進行自適應分塊，并將分塊發送到檢錯編碼單元； 所述的多個檢錯編碼單元，用于對每個分塊進行檢錯編碼，并將檢錯編碼后的分塊發送到分塊緩存合并模塊，檢錯編碼單元的數目為大于I的整數，其最大值由系統的應用環境及分塊策略確定，實際中用到的單元數與每一發送數據幀經過數據拆分模塊進行分塊后的實際分塊數相同； 所述的分塊緩存合并模塊，用于對經過檢錯編碼后的分塊數據幀進行緩存及合并，并將合并后的數據幀發送到糾錯編碼模塊，在自適應控制模塊的控制下對出錯的分塊進行重傳。3.根據權利要求1所述的用于自由空間光通信的混合自動請求重傳系統，其特征在于:所述發送部分中的分集發送模塊包括分集發送控制模塊及多個發送單元；糾錯編碼模塊的輸出端連接分集發送控制模塊的輸入端，分集發送控制模塊的多個輸出端分別與多個發送單元的輸入端連接，自適應控制模塊的輸出端連接分集發送控制模塊的輸入端；其中: 所述的分集發送控制模塊，用于根據自適應控制模塊的控制信息對數據發送的分集數和每個分集的編碼模式進行自適應選擇； 所述的多個發送單元，用于對每個分集的數據幀進行發送，發送單元的數目為大于I的整數，其最大值由系統的應用環境及分集策略確定，實際中用到的單元數與分集發送控制模塊所選分集數相同。4.根據權利要求1所述的用于自由空間光通信的混合自動請求重傳系統，其特征在于:所述接收部分中的分集接收模塊包括多個接收單元及分集譯碼緩存模塊；多個接收單元的輸出端分別與分集譯碼緩存模塊的多個輸入端連接，分集譯碼緩存模塊的輸出端連接碼合并與糾錯譯碼模塊的輸入端；其中: 所述的多個接收單元，用于對每個分集的數據幀進行接收，接收單元的數目為大于I的整數，接收單元的數目與發送分集模塊中發送單元的數目相同； 所述的分集譯碼緩存模塊，用于對每個分集接收的數據幀進行譯碼和緩存，并將譯碼后的數據幀發送到碼合并與糾錯譯碼模塊。5.根據權利要求1所述的用于自由空間光通信的混合自動請求重傳系統，其特征在于:所述接收部分中的分塊檢錯譯碼模塊包括數據拆分模塊、多個檢錯譯碼單元及分塊緩存合并模塊；數據拆分模塊的多個輸出端分別與多個檢錯譯碼單元的輸入端連接，多個檢錯譯碼單元的輸出端分別與分塊緩存合并模塊的多個輸入端連接，碼合并與糾錯譯碼模塊的輸出端連接數據拆分模塊的輸入端；其中: 所述的數據拆分模塊，用于對糾錯編碼后的接收數據幀進行分塊，并將分塊發送到檢錯譯碼單元； 所述的多個檢錯譯碼單元，用于對每個分塊進行檢錯編碼，并將檢錯編碼后的分塊發送到分塊緩存合并模塊，檢錯譯碼單元的數目為大于I的整數，接收部分中檢錯譯碼單元的數目與發送部分中檢錯編碼單元的數目相同； 所述的分塊緩存合并模塊，用于對經過檢錯編碼后的分塊進行緩存，請求重傳錯誤的檢錯譯碼分塊，當所有分塊都正確接收或重傳次數達到系統設定的最大值后，將各分塊合并成一個數據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：尚韜，吳繼峰，楊銀堂，田闐，張龍，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：