自由空间光通信中混合自动请求重传系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自由空间光通信中混合自动请求重传系统及方法，主要解决现有自由空间光通信系统中的可靠性问题，本发明专利技术的分块检错编码模块在自适应控制模块的控制下，对发送数据进行自适应分块和检错译码；纠错编码模块对检错译码后的数据进行纠错译码；分集发送控制模块在自适应控制模块的控制下对纠错译码数据进行自适应分集发送；分集接收模块对接收数据进行分集接收；码合并与纠错译码模块在自适应控制模块的控制下对分集接收数据进行自适应码合并和纠错译码；分块检错译码模块对纠错译码数据进行分块译码并请求重传。本发明专利技术提高了通信系统的可靠性，兼顾了通信的实时性和传输效率，可以用于自由空间光通信领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，更进一步涉及自由空间光通信的差错控制
中的一种自由空间光通信(Free Space Optical, FS0)中混合自动请求重传(HybridAutomatic Repeat reQuest,HARQ)系统及方法。本专利技术可用于对实时性、可靠性和传输效率有较高要求的自由空间光通信系统中。
技术介绍
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、猫准和跟踪(AcquisitionPointing 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:1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。西南交通大学申请的专利“在混合自动重发请求系统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法”(公开号CN1444352A申请号02133719.5，申请日2002.9.9)中提出一种并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法。该方法的发送端将进行纠错编码后的数据分组经过N个穿孔模块的穿孔处理后，再时行数目为N的并行发送；接收端对并行接收到的数据分组经过N个解穿孔模块进行恢复，然后进行码合并处理。该方法存在的不足之处是，应用于CDMA系统中，并行发送数目N等于CDMA分组数据通信系统分配的正交信道码数目，为固定值，并不能随信道状况进行自适应的调整，不利于传输效率的提高；对于纠错译码后仍有错误的分组进行丢弃并请求重传，重传仍重新执行整个分组数据的并行冗余发送和并行冗余合并接收，这样即使错误只集中在分组的一小段，整个数据仍需重传，造成传输效率的降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于自由空间光通信的混合自动重传系统及方法，以满足自由空间光通信对实时性、可靠性和传输效率的要求。为实现上述目的，本专利技术的思路是:将自适应分块传输技术、自适应分集技术及自适应码合并技术应用到混合自动重传系统中，可以根据当前的信道条件，动态地调整数据帧的分块数、发送与接收的分集数、各分集的编码模式及码合并方法，从而提高了自由空间光通信系统的可靠性，并兼顾了实时性和传输效率。本专利技术的系统包括发送部分、接收部分及控制部分，其中:发送部分包括分块检错编码模块、纠错编码模块、分集发送模块；分块检错编码模块的输出端连接纠错编码模块的输入端，纠错编码模块的输出端连接分集发送模块的输入端；分块检错编码模块，用于在自适应控制模块控制下，对发送数据帧进行自适应分块和分块的检错编码，以及在分块出错时进行重传；纠错编码模块，用于对分块检错编码模块输出的数据帧进行纠错编码；分集发送模块，用于在自适应控制模块控制下，对纠错编码后的数据帧进行自适应分集发送。接收部分包括分集接收模块、码合并与纠错译码模块、分块检错译码模块；分集接收模块的输出端连接码合并与纠错译码模块的输入端，码合并与纠错译码模块的输出端连接分块检错译码模块的输入端；分集接收模块，用于对接收到的数据帧进行分集接收及译码；码合并与纠错译码模块，用于在自适应控制模块控制下对分集接收数据进行码合并和纠错译码；分块检错译码模块，用于对纠错译码后的数据帧进行分块检错译码，并给出相应的反馈信息。控制部分包括信噪比估计模块、自适应控制模块；信噪比估计模块的输出端连接自适应控制模块的输入端，自适应控制模块的输出端分别与分块检错编码模块的输入端、分集发送模块的输入端、码合并与纠错译码模块的输入端相连；信噪比估计模块，用于对当前信道的信噪比进行估计；自适应控制模块，用于根据反馈信息、信噪比估计信息及上一帧数据正确传输所需的重传次数估计当前信道条件，并按照估计的当前信道条件产生控制信息，实现对分块检错编码模块中发送数据帧的分块数、分集发送模块中分集数和编码模式、码合并与纠错译码模块中码合并方式的自适应控制。本专利技术的方法包括发送过程和接收过程中的两个步骤，其中:发送过程的具体步骤包括如下:(I)生成多个数据分块:数据拆分模块接收自适应控制模块的控制信息，按照控制信息中的分块控制信息对发送数据帧进行自适应分块，生成相应的多个数据分块。(2)生成多个检错编码分块:2a)多个检错编码单元对多个数据分块进行检错编码，并为每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自由空间光通信中混合自动请求重传系统，包括发送部分、接收部分及控制部分，其中：所述的发送部分包括分块检错编码模块、纠错编码模块、分集发送模块；分块检错编码模块的输出端连接纠错编码模块的输入端，纠错编码模块的输出端连接分集发送模块的输入端；所述的分块检错编码模块，用于在自适应控制模块控制下，对发送数据帧进行自适应分块和分块的检错编码，以及在分块出错时进行重传；所述的纠错编码模块，用于对分块检错编码模块输出的数据帧进行纠错编码；所述的分集发送模块，用于在自适应控制模块控制下，对纠错编码后的数据帧进行自适应分集发送；所述的接收部分包括分集接收模块、码合并与纠错译码模块、分块检错译码模块；所述的分集接收模块的输出端连接码合并与纠错译码模块的输入端，码合并与纠错译码模块的输出端连接分块检错译码模块的输入端；所述的分集接收模块，用于对接收到的数据帧进行分集接收及译码；所述的码合并与纠错译码模块，用于在自适应控制模块控制下对分集接收数据帧进行码合并和纠错译码；所述的分块检错译码模块，用于对纠错译码后的数据帧进行分块检错译码，并给出相应的反馈信息；所述的控制部分包括信噪比估计模块、自适应控制模块；信噪比估计模块的输出端连接自适应控制模块的输入端，自适应控制模块的输出端分别与分块检错编码模块的输入端、分集发送模块的输入端、码合并与纠错译码模块的输入端相连；所述的信噪比估计模块，用于对当前信道的信噪比进行估计；所述的自适应控制模块，用于根据反馈信息、信噪比估计信息及上一帧数据正确传输所需的重传次数估计当前信道条件，按照估计的当前信道条件产生控制信息，实现对分块检错编码模块中发送数据帧的分块数、分集发送模块中分集数和编码模式、码合并与纠错译码模块中码合并方式的自适应控制。...

【技术特征摘要】
1.一种自由空间光通信中混合自动请求重传系统，包括发送部分、接收部分及控制部分，其中: 所述的发送部分包括分块检错编码模块、纠错编码模块、分集发送模块；分块检错编码模块的输出端连接纠错编码模块的输入端，纠错编码模块的输出端连接分集发送模块的输入端；所述的分块检错编码模块，用于在自适应控制模块控制下，对发送数据帧进行自适应分块和分块的检错编码，以及在分块出错时进行重传；所述的纠错编码模块，用于对分块检错编码模块输出的数据帧进行纠错编码；所述的分集发送模块，用于在自适应控制模块控制下，对纠错编码后的数据帧进行自适应分集发送； 所述的接收部分包括分集接收模块、码合并与纠错译码模块、分块检错译码模块；所述的分集接收模块的输出端连接码合并与纠错译码模块的输入端，码合并与纠错译码模块的输出端连接分块检错译码模块的输入端；所述的分集接收模块，用于对接收到的数据帧进行分集接收及译码；所述的码合并与纠错译码模块，用于在自适应控制模块控制下对分集接收数据帧进行码合并和纠错译码；所述的分块检错译码模块，用于对纠错译码后的数据帧进行分块检错译码，并给出相应的反馈信息； 所述的控制部分包括信噪比估计模块、自适应控制模块；信噪比估计模块的输出端连接自适应控制模块的输入端，自适应控制模块的输出端分别与分块检错编码模块的输入端、分集发送模块的输入端、码合并与纠错译码模块的输入端相连；所述的信噪比估计模块，用于对当前信道的信噪比进行估计；所述的自适应控制模块，用于根据反馈信息、信噪比估计信息及上一帧数据正确传输所需的重传次数估计当前信道条件，按照估计的当前信道条件产生控制信息，实现对分块检错编码模块中发送数据帧的分块数、分集发送模块中分集数和编码模式、码合并与纠错译码模块中码合并方式的自适应控制。2.根据权利要求1所述的用于自由空间光通信的混合自动请求重传系统，其特征在于:所述发送部分中的分块检错编码模块包括数据拆分模块、多个检错编码单元及分块缓存合并模块；数据拆分模块的多个输出端连接多个检错编码单元的输入端，多个检错编码单元的输出端分别与分块缓存合并模块的多个输入端连接，分块缓存合并模块的输出端连接纠错编码模块的输入 端，自适应控制模块的输出端分别与数据拆分模块的输入端和分块缓存合并模块的输入端相连；其中: 所述的数据拆分模块，用于在自适应控制模块控制下，对发送数据帧进行自适应分块，并将分块发送到检错编码单元； 所述的多个检错编码单元，用于对每个分块进行检错编码，并将检错编码后的分块发送到分块缓存合并模块，检错编码单元的数目为大于I的整数，其最大值由系统的应用环境及分块策略确定，实际中用到的单元数与每一发送数据帧经过数据拆分模块进行分块后的实际分块数相同； 所述的分块缓存合并模块，用于对经过检错编码后的分块数据帧进行缓存及合并，并将合并后的数据帧发送到纠错编码模块，在自适应控制模块的控制下对出错的分块进行重传。3.根据权利要求1所述的用于自由空间光通信的混合自动请求重传系统，其特征在于:所述发送部分中的分集发送模块包括分集发送控制模块及多个发送单元；纠错编码模块的输出端连接分集发送控制模块的输入端，分集发送控制模块的多个输出端分别与多个发送单元的输入端连接，自适应控制模块的输出端连接分集发送控制模块的输入端；其中: 所述的分集发送控制模块，用于根据自适应控制模块的控制信息对数据发送的分集数和每个分集的编码模式进行自适应选择； 所述的多个发送单元，用于对每个分集的数据帧进行发送，发送单元的数目为大于I的整数，其最大值由系统的应用环境及分集策略确定，实际中用到的单元数与分集发送控制模块所选分集数相同。4.根据权利要求1所述的用于自由空间光通信的混合自动请求重传系统，其特征在于:所述接收部分中的分集接收模块包括多个接收单元及分集译码缓存模块；多个接收单元的输出端分别与分集译码缓存模块的多个输入端连接，分集译码缓存模块的输出端连接码合并与纠错译码模块的输入端；其中: 所述的多个接收单元，用于对每个分集的数据帧进行接收，接收单元的数目为大于I的整数，接收单元的数目与发送分集模块中发送单元的数目相同； 所述的分集译码缓存模块，用于对每个分集接收的数据帧进行译码和缓存，并将译码后的数据帧发送到码合并与纠错译码模块。5.根据权利要求1所述的用于自由空间光通信的混合自动请求重传系统，其特征在于:所述接收部分中的分块检错译码模块包括数据拆分模块、多个检错译码单元及分块缓存合并模块；数据拆分模块的多个输出端分别与多个检错译码单元的输入端连接，多个检错译码单元的输出端分别与分块缓存合并模块的多个输入端连接，码合并与纠错译码模块的输出端连接数据拆分模块的输入端；其中: 所述的数据拆分模块，用于对纠错编码后的接收数据帧进行分块，并将分块发送到检错译码单元； 所述的多个检错译码单元，用于对每个分块进行检错编码，并将检错编码后的分块发送到分块缓存合并模块，检错译码单元的数目为大于I的整数，接收部分中检错译码单元的数目与发送部分中检错编码单元的数目相同； 所述的分块缓存合并模块，用于对经过检错编码后的分块进行缓存，请求重传错误的检错译码分块，当所有分块都正确接收或重传次数达到系统设定的最大值后，将各分块合并成一个数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚韬，吴继峰，杨银堂，田阗，张龙，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：