專利名稱：利用疊加調制進行無線數(shù)據(jù)組播的魯棒系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及無線通信，更具體地說，涉及實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)組播的技術。
背景技術：
無線通信系統(tǒng)被廣泛布置，以提供各種通信服務，比如話音、數(shù)據(jù)、視頻、它們的變 化或組合等等。通過共享可用系統(tǒng)資源，這些系統(tǒng)能夠同時為多個用戶(或接收器)提供 通信，其中所述多個接收器可期待一個或多個信息實例。這種系統(tǒng)的一些例子包括碼分多 址訪問(CDMA)系統(tǒng)、時分多址訪問(TDMA)系統(tǒng)、頻分多址訪問(FDMA)系統(tǒng)、正交頻分多址 訪問(OFDMA)和時分同步碼分多址訪問(TD-SCDMA)系統(tǒng)。在對相同內容(例如，數(shù)據(jù)、視頻、音頻等)感興趣的一組接收器間組播或共享帶 有信息的傳送信號通常是一種有效且可擴展的在無線基礎結構，乃至有線基礎結構中傳遞 帶寬密集數(shù)據(jù)的方式，因為能夠避免重復傳送數(shù)據(jù)的相同副本。不過，多用戶衰落分集是 無線介質中的內在性質，其中接收器一般在任意時刻具有關于基站(BS)(或者發(fā)射器)的 不同信道狀態(tài)。在接收器之間的這種不均勻信道狀態(tài)下，向有效地利用傳輸介質的所有接 收器發(fā)送(組播)公共信息的單一最佳傳輸速率或策略是困難的。圖2圖解說明在IEEE 802. 16點對點網(wǎng)絡中，從BS向所有感興趣的接收器-訂戶站(SS)傳送代表來自源的數(shù)據(jù) 的組播信號的瞬間，在所述IEEE 802. 16點對點網(wǎng)絡中，用高傳輸速率(例如，16QAM)方案 調制組播信號。由于在該瞬間，不同SS間的信道狀態(tài)不均勻，因此按16QAM調制的組播信 號不能被在其信道中具有較低的信噪比(SNR)并且只支持BPSK(—種對解碼來說要求較低 的SNR，而且具有較低傳輸速率的調制方案)的那些SS解碼。每個接收器的信道狀態(tài)是隨 時間變化的，這意味只能支持BPSK的接收器在下一時刻可能能夠支持16QAM，反之亦然。不 過，如果BS始終保守地繼續(xù)使用BPSK來組播數(shù)據(jù)，那么對于具有良好信道狀態(tài)的那些支持 16QAM的SS來說，信道未得到充分利用。在發(fā)射器可以采用疊加調制，從而把以不同接收器為目標的多個信息實例嵌入單 一無線信號中。當接收器的信道狀態(tài)不好時，接收器可以使用這種特殊信號中的多分辨率 解調來部分解碼信號，從而獲得它自己的信息。然而，通過首先解碼它不感興趣的信息，并 從整個信號中除去該信息，信道良好的接收器能夠完全解碼同一信號，并獲得它自己的有 關信息。不過，由于衰落信道的瞬時性和波動性，在信道狀態(tài)不良的那些時刻，即使就具有 通常性能良好的信道的接收器來說，信號中的一定量的數(shù)據(jù)(尤其是關于較高視頻質量的 有關信息)會被永久或者錯誤地丟失。對要求保證質量的許多商業(yè)應用來說，這產(chǎn)生重大 的限制?，F(xiàn)有的無線組播途徑有幾種第一種途徑
這種途徑提出通過在跨層設計中，調整傳輸速率、功率分配、防錯方案等，或者它 們的組合來適應信道狀態(tài)，以便實現(xiàn)接收器的吞吐量的最佳利用和可達到的視頻質量。但是，這些適應途徑通常關注于一對一通信。為了發(fā)送相同的視頻數(shù)據(jù)，在每個接 收器和BS之間通常需要重復的傳送，這不能有效地消耗帶寬，從而按照對于大量接收器的 大規(guī)模視頻或數(shù)據(jù)流式傳輸擴展系統(tǒng)容量。第二種途徑這種途徑采取在BS的組播傳輸。對于所有接收器的組播信號選擇單一的傳輸速 率或方案，以對所有接收器能夠按照選擇的方案同時接收視頻數(shù)據(jù)。但是，由于多用戶信道分集問題，選擇的傳輸速率或方案并不是對所有接收器來 說都是最佳的。一些接收器的信道將得不到充分利用，或者一些接收器不能解碼接收的信 號，因為達不到傳輸方案的SNR要求。按照這種途徑的實現(xiàn)通常未同時考慮可擴展視頻編 碼的性質和疊加編碼的使用來克服組播環(huán)境中的多用戶信道分集。對于不同的接收器，現(xiàn) 有途徑通常使用疊加調制在一個傳輸塊內廣播不同的數(shù)據(jù)。現(xiàn)有技術未提供在不均勻信道 狀態(tài)下，向相同的有關群體發(fā)送相同視頻的疊加調制。第三種途徑這種途徑采取在基站的組播傳輸和疊加調制，以致在一些接收器的信道狀態(tài)好到 足以解碼用高階調制方案調制的附加數(shù)據(jù)的時機內，這些接收器偶爾能夠接收附加數(shù)據(jù)。Qualcomm的W0/2005/032035 [1]提出一種進行疊加調制/解調，以在多天線通信 系統(tǒng)中進行廣播的技術。所述系統(tǒng)可以是在發(fā)射器具有多個天線的多出單入(MISO)系統(tǒng)， 在接收器具有多個天線的單入多出(SIMO)系統(tǒng)，或者在發(fā)射器和接收器都具有多個天線 的多入多出(MIMO)系統(tǒng)。She等[3]提出使用合并分層視頻編碼的疊加調制通過WIMAX組播IPTV服務的視 頻流，通過產(chǎn)生組播信號的多分辨率調制，它能夠克服多用戶信道分集的固有問題。就相同 的組播信號來說，信道狀態(tài)良好的接收器能夠解調基本質量層和增強質量層的數(shù)據(jù)，從而 獲得全視頻質量，而信道狀態(tài)不良的接收器仍然能夠解調和獲得基本層質量的數(shù)據(jù)。[1]和[3]沒有討論結合疊加調制策略地使用保護碼，以便進一步在無線組播傳 輸情況下提高視頻質量的性能和魯棒性的可能性。根本沒有重新獲得在信道狀態(tài)不良期 間，接收器只獲得“基本層”數(shù)據(jù)的情況下丟失的高質量視頻數(shù)據(jù)，和/或利用在信道狀態(tài) 良好期間獲得的“增強層”數(shù)據(jù)的任何想法。Chan等[2]研究了通過擴展頻譜碼分多址訪 問(CDMA)蜂窩網(wǎng)絡傳送數(shù)字視頻的嵌入式組播/廣播途徑。通過考慮CDMA系統(tǒng)的干擾受 限特性和帶寬受限特性，作者提出合并自適應功率分配和信道編碼策略的跨層途徑，并有 效地匹配基于離散余弦變換的可擴展運動補償視頻編碼器和嵌入式多分辨率調制方案，從 而在使能力較高的接收器的QoS和系統(tǒng)容量最大化的同時，向能力較低的接收器提供基本 服務質量(QoS)。利用按照該途徑公開的方法，一定量的數(shù)據(jù)決不會被獲得，尤其是對于在 相關信道狀態(tài)不良或者不是很好的時隙期間，仍然丟失或者變得錯誤的高質量視頻層來說 更是如此。根據(jù)所涉及的視頻編碼，高質量層中的不完整的各組視頻數(shù)據(jù)可能對接收器來 說根本無用。于是，其中只獲得高質量層的部分數(shù)據(jù)的這些時隙中的接收數(shù)據(jù)仍然構成疊 加編碼組播的浪費使用。第四種途徑
這種途徑對視頻數(shù)據(jù)應用保護編碼，以便實現(xiàn)更魯棒的傳送。如果接收數(shù)據(jù)的數(shù) 量滿足選擇的保護編碼方案的恢復要求，那么能夠恢復由信道狀態(tài)不良而丟失的數(shù)據(jù)。通過重傳相同數(shù)據(jù)而恢復丟失數(shù)據(jù)在許多有線和無線通信中是常見的，不過當出 錯的頻率和接收器的數(shù)目較大時，尤其是對于需求帶寬的視頻流式傳輸服務來說，未能按 比例提高支持或效率。Mujumdar等[5]專注于解決單播和組播傳輸?shù)耐ㄟ^無線LAN的實時 視頻流式傳輸問題。在該公開文獻中提出一種有效結合前向差錯控制(FEC)編碼與ARQ協(xié) 議的新的混合自動重復請求(ARQ)算法。對多用戶情況來說，實時視頻組播的問題被公式 化為優(yōu)化跨組播用戶空間的最大遺憾成本(regret cost)函數(shù)。所提出的數(shù)據(jù)恢復思想是 向多個接收器發(fā)送單一奇偶校驗分組，以替代它們各自錯過的數(shù)據(jù)分組，而不單獨重傳各 個接收器丟失的分組。如文獻中所述，這種途徑只對小型組播局域網(wǎng)有效。根本未討論信 道分集問題。Chou等[4]研究了分層多描述碼(description code)，所述分層多描述碼產(chǎn)生描 述一組視頻信息，比如一組視頻幀(GoF)的一組MDC分組。每個MDC分組包含多個視頻質 量層的數(shù)據(jù)。通過獲得較小的一組MDC分組以接收基本MDC層，低帶寬客戶端能夠獲得基 本的視頻質量層，而通過獲得完整的或者更大的一組MDC分組，高帶寬客戶端能夠獲得基 本的視頻質量層和視頻質量更高的增強質量層。不過，根本沒有討論和舉例說明在無線組 播中應用這種保護碼，和對多用戶信道分集問題的解決方案。更重要的是，假定就其預期目 的來說，每個MDC分組被完全接收。不過，在無線通信中常常發(fā)生MDC分組的部分接收，在 該文獻中根本未關于任何應用假定或討論這一點。保護編碼，尤其是帶有多描述的保護編碼目前被用在有線基礎結構中，所述有線 基礎結構具有在發(fā)射器到接收器或一組接收器之間的多個網(wǎng)絡路徑，其中每個分組包含視 頻位流的所有質量層的受保護數(shù)據(jù)。與無線信道相比，連接發(fā)射器和接收器的這種有線介 質的連通性/可選性和傳輸容量通常更加可靠。于是，分組丟失的主要原因是由通信量擁 擠而引起的中間設備中的緩沖區(qū)溢出，或者由傳輸緩沖區(qū)中的等待時間較長而引起的傳輸 超時。當向接收器或一組接收器傳送一組MDC分組時，在沿著傳送路徑向每個分組提供 一致的傳輸容量的情況下，每個分組會存在或多或少的相同丟失可能性。重要的是確保收 到足夠數(shù)目的低質量層分組。否則，接收到的任何高質量層分組對于改善視頻質量沒有用 處。這自然會產(chǎn)生低質量層數(shù)據(jù)比高質量層數(shù)據(jù)更重要的感覺。于是，低質量數(shù)據(jù)需要 更魯棒的保護，以允許較低的分組接收要求(即，需要數(shù)目較少的MDC分組)。如果使用 Reed-Solomon[RS(N, K)]碼作為保護碼，那么這意味應選擇恒量N個受保護信息塊中的數(shù) 目較少的K個成功接收的信息塊，以便更容易地恢復低質量層數(shù)據(jù)，尤其是存在傳送受限 數(shù)目的MDC分組的帶寬約束的情況下。于是，現(xiàn)有技術通常決定使用從低層到高層順序漸 增的K值，其中低層的數(shù)據(jù)的重要性較高。在這樣的有線基礎結構中，包含多個質量層的位流數(shù)據(jù)的分組或者完全丟失，或 者整個被接收以有助于恢復效果。MDC分組的部分接收沒有意義，或者完全被以前提出的任 何方案所使用。相反，由于信道衰落效應的緣故，發(fā)射器和接收器之間的無線信道的傳輸容量和 連通性是隨時間變化的并且不可靠，所述信道衰落效應的特征在于傳輸容量波動，分組丟失率較高。這對在接收器和發(fā)射器之間的信道狀態(tài)不均勻的狀態(tài)下，同時向多個接收器組 播公共信息提出了巨大的挑戰(zhàn)。僅僅包含所有質量層的數(shù)據(jù)，并在BS利用單分辨率調制方 案傳送的組播信號將不能完全被所有接收器接收，因為在信道狀態(tài)不太好的情況下，這些 接收器的接收速率和解調能力有限。這造成用無線方式組播可擴展視頻位流的一個非常獨 特的問題，它需要在單一組播傳輸內支持多分辨率調制方案，而對于信道狀態(tài)不太好和信 道狀態(tài)良好的接收器來說，仍然能夠分別從相同的組播信號獲得部分視頻質量和完全視頻 質量。需要一種解決上述缺陷的能夠實現(xiàn)組播的系統(tǒng)和方法。特別地，需要一種高效地 解決不均勻的信道狀態(tài)，并且有效地解決接收器間分集錯誤(diverse error)的魯棒數(shù)據(jù) 恢復的組播系統(tǒng)和方法。需要一種尤其是在數(shù)據(jù)量較大(例如，高質量視頻)的情況下，提 供良好的數(shù)據(jù)容量利用的組播系統(tǒng)和方法。需要一種按照適合于各種接收器的方式提供 這些好處，從而利用現(xiàn)有接收器或者成本較低的接收器完成成本效果合算的實現(xiàn)的無線組 播系統(tǒng)和方法。需要一種在結合組播或廣播使用疊加編碼的情況下，進一步提高當其信道 不良時獲得“基本流”數(shù)據(jù)，當其信道良好時獲得一些“增強流”數(shù)據(jù)的接收器的數(shù)據(jù)容量 (即，如果傳送視頻位流，那么提高視頻質量)的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內容
在本發(fā)明的一個方面，提供一種經(jīng)無線網(wǎng)絡向與無線網(wǎng)絡連接的多個接收器傳送 數(shù)據(jù)的方法，所述方法的特征在于應用疊加編碼組播或廣播，以致產(chǎn)生多分辨率組播或廣 播信號，從而以可擴展組播的形式向多個接收器傳送數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的另一個方面，提供一種經(jīng)無線網(wǎng)絡向與無線網(wǎng)絡連接的多個接收器傳 送數(shù)據(jù)的方法，所述方法的特征在于(a)把數(shù)據(jù)分到一個或多個質量層；(b)通過應用保 護或魯棒方法，把每個質量層中的數(shù)據(jù)轉換成單獨的受保護層數(shù)據(jù)流；(c)利用調制方法 調制每個所述受保護層數(shù)據(jù)流，用于每個所述受保護層數(shù)據(jù)流的調制方法不必相同；(d) 把所有層的調制數(shù)據(jù)疊加成單一的廣播或組播傳輸塊；和(e)把所述單一的廣播或組播傳 輸塊傳送給與無線網(wǎng)絡鏈接的多個接收器。在本發(fā)明的一個特定方面，根據(jù)質量層改變調制方法。提供多種調制方法，為質量 層選擇每種調制方法，以形成疊加的無線信號。與較低SNR要求相關的調制方法被用于由 較低質量數(shù)據(jù)組成的質量層，以及與較高SNR要求相關的調制方法被用于由較高質量數(shù)據(jù) 組成的質量層。在本發(fā)明的另一個方面，對由較高質量數(shù)據(jù)組成的質量層應用相對魯棒的保護編 碼方法，以及對由較低質量數(shù)據(jù)組成的質量層應用不太魯棒的保護編碼方法。在本發(fā)明的另一個方面，提供一種經(jīng)無線網(wǎng)絡向多個接收器傳送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，所 述系統(tǒng)的特征在于與無線網(wǎng)絡鏈接的組播或廣播計算機，所述組播或廣播計算機通過操 作能夠(a)把數(shù)據(jù)分到一個或多個質量層；(b)通過應用保護或魯棒方法，把每個質量層 中的數(shù)據(jù)轉換成單獨的受保護層數(shù)據(jù)流；(c)利用調制方法調制每個所述受保護層數(shù)據(jù) 流，用于每個所述受保護層數(shù)據(jù)流的調制方法不必相同；(d)把所有層的調制數(shù)據(jù)疊加成 單一的廣播或組播傳輸塊；和(e)把所述單一的廣播或組播傳輸塊傳送給與無線網(wǎng)絡鏈接 的多個接收器；其特征在于所述多個接收器中的每個接收器通過操作能夠接收這樣的調制層，以及解調和解碼這樣的調制層，并根據(jù)所述層重構所述數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的另一個方面，提供一種經(jīng)無線網(wǎng)絡向多個接收器傳送數(shù)據(jù)的計算機程 序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品的特征在于與無線網(wǎng)絡鏈接的組播或廣播計算機，所述組播 或廣播計算機的特征在于(a)包括軟件指令的計算機可讀介質；和(b)使計算機執(zhí)行預定 操作的軟件指令，所述預定操作包括下述步驟(i)把數(shù)據(jù)分到一個或多個質量層；(ii)通 過應用保護或魯棒方法，把每個質量層中的數(shù)據(jù)轉換成單獨的受保護層數(shù)據(jù)流；(iii)利 用調制方法調制每個所述受保護層數(shù)據(jù)流，用于每個所述受保護層數(shù)據(jù)流的調制方法不必 相同；(iv)把所有層的調制數(shù)據(jù)疊加成單一的廣播或組播傳輸塊；和(ν)把所述單一的廣 播或組播傳輸塊傳送給與無線網(wǎng)絡鏈接的多個接收器；其特征在于所述多個接收器中的每 個接收器能夠接收這樣的調制層，以及解調和解碼這樣的調制層，并根據(jù)所述層重構所述 數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的另一個方面，提供一種接收由一個或多個組播或廣播系統(tǒng)經(jīng)無線網(wǎng)絡 傳送的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，在傳輸之前，所述數(shù)據(jù)被編碼、調制和疊加，所述系統(tǒng)的特征在于與一 個或多個訂戶站鏈接的接收計算機通過操作能夠(a)接收傳送的信號塊；(b)把所述傳送 的信號塊解調成一組疊加的數(shù)據(jù)；(c)把疊加的一組數(shù)據(jù)分成一個或多個編碼層；(d)把所 述一個或多個編碼層解碼成一個或多個質量層；(e)恢復所述一個或多個質量層的丟失或 受損數(shù)據(jù)；和(f)從所述一個或多個質量層重構所述數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的另一個方面，提供一種接收由一個或多個組播或廣播系統(tǒng)經(jīng)無線網(wǎng)絡 傳送的數(shù)據(jù)的計算機程序產(chǎn)品，在傳輸之前，所述數(shù)據(jù)被編碼、調制和疊加，所述計算機程 序產(chǎn)品的特征在于與一個或多個訂戶站鏈接的組播或廣播計算機，所述組播或廣播計算機 的特征在于(a)包括軟件指令的計算機可讀介質；和(b)使計算機能夠執(zhí)行預定操作的軟 件指令，所述預定操作包括下述步驟(i)接收傳送的信號塊；( )把所述傳送的信號塊解 調成一組疊加的數(shù)據(jù)；(iii)把疊加的一組數(shù)據(jù)分成一個或多個編碼層；(iv)把所述一個 或多個編碼層解碼成一個或多個質量層；(ν)恢復所述一個或多個質量層的丟失或受損數(shù) 據(jù)；和(vi)從所述一個或多個質量層重構所述數(shù)據(jù)。


圖1圖解說明具有兩個質量層的壓縮的可擴展位流。圖2圖解說明在IEEE 802. 16點對點網(wǎng)絡中從BS向所有有關接收器-訂戶站(SS) 傳送組播信號的時刻。圖3圖解說明在每個Ki數(shù)據(jù)塊上增加魯棒性，從而形成層i的N個受保護單元的 過程。圖4圖解說明由RS碼(N，Ki)形成的層i的受保護單元。圖5圖解說明層1和層2的PU在Ll和L2緩沖區(qū)中的存儲，等待形成SPC組播信號。圖6圖解說明利用疊加編碼組播，傳送視頻位流的所有質量層的所有PU的基站。圖7圖解說明其中SS-1，SS-2和SS-3同時從BS接收連續(xù)的SPC組播信號的例證 實施例中的多用戶分集衰落情況。圖8圖解說明在本發(fā)明的一個方面，按照本發(fā)明的丟失PU的恢復。
圖9圖解說明即使在時隙之一中未收到任何PU時，也能夠恢復GoF的完整一組視 頻位流的過程。圖10圖解說明在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的部件的操作順序。圖11圖解說明在本發(fā)明的一個方面，由本發(fā)明實現(xiàn)的增益的典型例子。圖12圖解說明在本發(fā)明的一個方面，由本發(fā)明在一幀視頻中實現(xiàn)的改善的典型 例子。
具體實施例方式概述借助如下所述的高級聯(lián)合信源信道編碼方法和系統(tǒng)及其變形，本發(fā)明可增大無線 通信方案，比如利用WIMAX、LTE、任何類似或演進的無線標準的無線通信網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)組播 的容量和魯棒性。本發(fā)明的一個應用例子與保證一定質量的通過WIMAX的寬帶多媒體服 務，比如IPTV或移動TV服務、基于因特網(wǎng)的廣告、或者任何一對多的無線視頻通信有關。下面通過解釋本發(fā)明的四個主要方面，說明本發(fā)明。為了便于說明，以例證的情況 和建議的設計參數(shù)單獨說明所述四個主要方面。不過，本發(fā)明并不局限于給出的例子和相 關的參數(shù)，它們可被擴展、變換或歸納成合適的應用變形。應理解本發(fā)明并不局限于本發(fā)明 的任何特定實現(xiàn)。另外，本發(fā)明的公開不應被理解成要求特定的數(shù)目或序列。事實上，對本 領域的技術人員來說，實現(xiàn)本發(fā)明是顯而易見的，以致下面說明的一個或多個方法步驟可 被相互包含、或者被展開，以致提供與所述相比更多或更少的步驟，而不脫離本發(fā)明。在本發(fā)明的一個方面，提供一種組播/廣播系統(tǒng)和方法，其中通過(i)在信源應用 保護編碼，和(ii)在信道應用疊加編碼，多個接收器中的每一個均可從信源(在本公開中， 為了方便起見，單個或者一批數(shù)據(jù)文件，或者實時數(shù)據(jù)發(fā)生器也被稱為“信源”)，或者足以 提供相對于整個信源的部分信源的基本使用質量的數(shù)據(jù)文件的一部分接收數(shù)據(jù)，包括在信 道狀態(tài)因接收器而異的情況?？衫枚鄠€質量層從信源生成數(shù)據(jù)，和/或可在每一層應用 保護。在本發(fā)明的一個方面，可用不同的調制方案調制不同質量層的數(shù)據(jù)(1)可利用 SNR要求較低的方案調制較低質量層的數(shù)據(jù)，和(2)可利用SNR要求較高的方案調制增強質 量層或者較高質量層的數(shù)據(jù)。如果信道狀態(tài)良好的接收器能夠解調源于SNR要求較高的調 制方案的數(shù)據(jù)，那么它也能夠解調源于SNR要求較低的調制方案的數(shù)據(jù)。否則，當信道狀態(tài) 不太好時，接收器仍能夠解調源于SNR要求較低的調制方案的數(shù)據(jù)。在具備SCM的BS的一 段傳輸時隙內，接收器的信道狀態(tài)可能在所述時隙的一部分內狀態(tài)良好，這導致解調和接 收基本質量層的數(shù)據(jù)的機會，及解調和接收增強質量層的數(shù)據(jù)的另一機會(假定在數(shù)據(jù)流 中只有兩個質量層)。而在所述時隙的其信道狀態(tài)不良的另一部分內，接收器仍然有可能解 調和接收基本質量層的數(shù)據(jù)。如果在有線基礎結構內組播的話，那么就不會發(fā)生單一傳輸 內的這種粒度更細的部分數(shù)據(jù)接收，每個傳輸中的組播分組或者被成功接收，或者不被接 收。與根據(jù)現(xiàn)有技術所做的調制相反，發(fā)生按照本發(fā)明的選擇性調制，所述選擇性調 制提供良好的結果。現(xiàn)有技術假定低質量數(shù)據(jù)重要性更高。但是實際上，由于信道衰落效 應導致傳輸容量和發(fā)射器與接收器之間的連通性隨時間變化，因此在無線組播的情況下，本發(fā)明提供更好的結果。在本發(fā)明的另一個方面，可對由較高質量數(shù)據(jù)組成的質量層應用相對魯棒的保護 編碼手段，對由較低質量數(shù)據(jù)組成的質量層應用不太魯棒的保護編碼手段。這是因為按照 在本發(fā)明中使用的SCM，與接收較高質量層的數(shù)據(jù)的機會(或時隙)相比，接收較低質量層 的數(shù)據(jù)的機會(或時隙)通常更多和更容易，與時隙的總周期無關。因此，按照本發(fā)明，可 利用更魯棒的保護碼保護源自解調SNR要求較高的較高質量層的數(shù)據(jù)，以致通過在高質量 層的保護碼中使用較小數(shù)目的Ki,能夠更容易地恢復來自信源的整層信息。同樣，盡管現(xiàn)有技術提到從低層開始使用順序漸增的K值，以降低魯棒性/保護的 影響，不過本發(fā)明同樣違反直覺地反其道而行之，在這里所述的參數(shù)的條件下，就無線組播 來說結果得到改善。在從第一層到后續(xù)各層對K值排序方面，本發(fā)明采用與現(xiàn)有技術相反的方法(降 序)，這也與現(xiàn)有技術使用的保護編碼相反。即使與低層相比，較高層的數(shù)據(jù)的重要性較低， 但仍然更魯棒地保護較高層的數(shù)據(jù)。本發(fā)明意圖利用高級聯(lián)合信源信道編碼技術及其變形，提高無線通信網(wǎng)絡，比如 WIMAX、LTE、TD-SCDMA系統(tǒng)或者任何未來的無線寬帶系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)組播的容量和魯棒性。對 保證一定質量的通過WIMAX的現(xiàn)代寬帶多媒體服務，比如IPTV或移動TV服務、基于因特網(wǎng) 的廣告、或者任何一對多的無線視頻通信來說，這尤其重要。本發(fā)明的一個可能的實施例同時向多個無線接收器傳送視頻位流。該實施例將被 用于舉例說明本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，不過如上所述，本發(fā)明并不局限于該實施例。I.利用可擴展視頻編碼的視頻位流利用高級編碼方案，可把代表一組信息，比如一組視頻幀(GoF)的數(shù)據(jù)編碼和壓 縮成具有兩個或者更多的概念質量層的可擴展位流(即，具有分層結構的連續(xù)信息，其中 較高層的數(shù)據(jù)將修正較低層的數(shù)據(jù)，以提供更好的整體信息)。GoF可以由從一個到許多個 的任意數(shù)目的視頻幀組成。這里描述一些參數(shù)和編碼方法，不過本發(fā)明并不局限于這種概 念質量層或者質量分割的特定可擴展視頻編碼，或者局限于質量等級的總數(shù)。具有不均勻 接收性能的接收器仍然能夠重構一定質量的信息，取決于接收的數(shù)據(jù)的層數(shù)。圖1圖解說明具有兩個質量層11、13(質量層的數(shù)目可以是從一層到許多層的任 意數(shù))的壓縮可擴展位流，每個GoF 17由可擴展視頻編碼19實現(xiàn)。該GoF 17的最低可接 受視頻質量的最重要信息或者視頻數(shù)據(jù)的子集通常包括在位流的基本層13(或者說層1) 中，而相同GoF 17的其它信息或者子集通常可被放入位流的一般稱為增強層(或者說層2) 的第二層或者說下一層U中。如果完全或者甚至部分獲得增強層U中的數(shù)據(jù)，那么能夠 一定程度地改善由接收器設備中的解碼器感知的視頻幀的質量。II.利用保護/冗余編碼增加視頻位流的魯棒性層i中的位流的數(shù)據(jù)可被分成許多數(shù)據(jù)塊，每個塊中的字節(jié)大小Ki具有在所有各 層中Ki ^ Ki+Ι的獨特性質，其中較小的i值指的是較低的質量層。隨后對數(shù)據(jù)塊的每Ki字 節(jié)應用保護編碼，從而使之變成N字節(jié)長的受保護單元(PU)(或者如果每個分組是包括分 組ID在內大小為1字節(jié)，那么變成數(shù)據(jù)的N字節(jié)長的受保護單元)。本發(fā)明并不局限于產(chǎn)生這些N個分組或者擴大數(shù)目的分組的特定保護編碼方案， 只要當成功接收到至少Ki個或者更少的分組時，即使在接收時一些分組丟失和/或錯誤，該方案也能夠恢復層i的所有N個或者擴大數(shù)目的分組即可。保護編碼算法的非窮舉列表 可由諸如Reed-Solomon、Fountain、Tornado之類的編碼組成，所有這些編碼算法為本領域 的技術人員公知。對基于Reed-Solomon (RS)的保護碼來說，可用兩個數(shù)字N，K描述RS碼，其中N是 代碼字的長度，K是代碼字中的數(shù)據(jù)符號的數(shù)目。利用Tornado碼[6] [7]，為了恢復初始的K個信息單元，需要稍大于K的N個受保 護單元。不過它具有更快和線性的編碼和解碼時間。N和K的選擇較重要，因為本發(fā)明的目的是高質量并且魯棒地向多個接收器組播 視頻或連續(xù)信息。影響N和K的值的一個主要參數(shù)是組中接收器的最壞信道狀態(tài)。通過利用接收器的所有信道狀態(tài)的反饋，實現(xiàn)下面說明的自適應算法，并與保護 編碼程序交互作用，可按照接收器中目前的或者平均的最壞信道，自適應地在線(實時)確 定每個質量層的最終N和K。對于預期的視頻質量(PSNR)或者其它必要的參數(shù)，值的選擇 應保持由接收器獲得的預期數(shù)據(jù)量，或者使之最大化。理想地，應使K/N(冗余開銷比)的 值最小化。由于固定接收器的信道變化具有長期平均值，因此通過利用在部署的組播地點的 所有固定接收器的信道狀態(tài)的統(tǒng)計記錄，也能夠實現(xiàn)N和K值的離線確定?？梢蕴暨xN和K 值的選擇，以對于預期的視頻質量(PSNR)或者其它必要的參數(shù)，覆蓋在所有統(tǒng)計記錄中發(fā) 現(xiàn)的最壞信道狀態(tài)，同時使K/N(冗余開銷比)的值最小化。圖3圖解說明對每個Ki數(shù)據(jù)塊31增加魯棒性，從而形成層i 35的N個受保護單 元的過程。例如，假定GoF被編碼成具有N個概念質量層35的可擴展位流。層i 35的視 頻位流可被分割成大小均為Ki字節(jié)的許多數(shù)據(jù)塊31。例如，可對每個Ki數(shù)據(jù)塊應用參數(shù)為 N和Ki的Reed-Solomon碼(即，RS (N, Ki))，從而形成層i 35的N個分組33 (或者說PU)圖4圖解說明由RS碼(N，Ki)形成的層i的PU 33。在如圖3中所示增加魯棒性 之后，位流數(shù)據(jù)的不同質量層的這些PU 33可以對應于其質量層(或者說等級)被臨時保 存在不同的緩沖區(qū)中(不過不是必需的)。III.含疊加編碼組播的調制此時，位流的PU可在緩沖區(qū)中等待由基站(BS)(或者說發(fā)射器)以組信號的形式 進行無線傳輸，所述組信號能夠同時被一組有關接收器接收。在許多無線技術，比如IEEE 802. 16d/e (或者說 WIMAX)、IEEE 802. 11 (或者說 WiFi)、HSDPA、CDMA，和其它正在出現(xiàn)的 無線技術中都支持這種一對多傳輸，這種一對多傳輸也被稱為“組播”。調制能夠把數(shù)字信息轉換成一組無線電波形式(或者調制信號)，以便進行無線 傳輸。諸如WIMAX之類的高級寬帶無線技術支持按照BS和SS(或者說接收器)之間的信 道狀態(tài)自適應地在多種調制方案之間切換。代替在BS的無線組播傳輸中使用單調制方案，在本發(fā)明的一個方面，可以使用疊 加調制，其中可同時采用不同的調制方案，從而同時從不同的多組數(shù)據(jù)形成調制信號。隨后 可疊加多個調制信號，以形成組播信號的單一傳輸塊。根據(jù)應用情形，可用具有一定的傳輸 速率的特定調制方案調制每個緩沖區(qū)(對應于一個質量層)的PU，以致可同時調制不同緩 沖區(qū)中屬于相同分組ID的所有PU，從而同時形成這樣的疊加編碼(SPC)組播信號。發(fā)送每個》力Dll^馬傳輸Φ的一的傳輸諫庫
圖5圖解說明Ll和L2緩沖區(qū)51、52中的等待形成SPC組播信號63的層1和層2 的PU的存儲。同樣假定在視頻位流中只有兩個質量層，通過利用具有下面如圖4中所示參 數(shù)的RS碼，本發(fā)明能夠為每一層產(chǎn)生保護單元。層1和層2的所有PU可被分別保存在Ll 和L2緩沖區(qū)51、53中。對于無線傳輸?shù)闹付〞r隙(例如，在時間t = 1)，Ll緩沖區(qū)51中 的分組ID = 1的PU可用BPSK57(層1數(shù)據(jù))來調制，BPSK要求信道的較低信噪比(SNR)， 以實現(xiàn)具有特定誤碼率(BER)的解調。另一方面，對于無線傳輸?shù)南嗤瑫r隙，同時可用QPSK 59調制L2緩沖區(qū)53中的分組ID = 1的PU，QPSK需要較高的SNR，以實現(xiàn)相同BER的解調。 來自Ll和L2緩沖區(qū)51、53的兩個調制信號可被疊加61，從而形成組合的調制信號63，以 便同時組播傳輸。圖6圖解說明利用疊加編碼組播，傳送視頻位流的所有質量層的所有PU的基站。 在下一個可用時隙內(例如在時間t = 2)，對于所有緩沖區(qū)中分組ID = 2的下一組PU，BS 可重復上面概述的相同過程，依次類推。一旦相同GoF中的所有PU都被調制和組播，隨后就 對下一個GoF重復相同的過程，依次類推，直到視頻位流的結尾為止。借助本發(fā)明的操作， BS可按照最佳調度策略，并且更重要的是以最少的必需傳輸資源傳送視頻位流(例如)。在每個時隙t內，應用于層1的緩沖區(qū)的調制方案Rm, ！的傳輸速率必須快到足以 組播屬于該層MDC分組的所有PU。否則，應調整PU的數(shù)目，PU的大小和時隙的持續(xù)時間。 這是BS實現(xiàn)長期穩(wěn)定性的必要條件，從而可用公式表示成用于選擇每個傳輸中的調制方 案的下述約束條件
權利要求
一種經(jīng)無線網(wǎng)絡向與無線網(wǎng)絡連接的多個接收器傳送數(shù)據(jù)的方法，所述方法的特征在于應用疊加編碼組播或廣播，以致產(chǎn)生多分辨率組播或廣播信號，從而以可擴展組播的形式向多個接收器傳送數(shù)據(jù)。
2.一種經(jīng)無線網(wǎng)絡向與無線網(wǎng)絡連接的多個接收器傳送數(shù)據(jù)的方法，所述方法的特征 在于(a)把數(shù)據(jù)分到一個或多個質量層；(b)通過應用保護或魯棒方法，把每個質量層中的數(shù)據(jù)轉換成單獨的受保護層數(shù)據(jù)流；(c)利用調制方法調制每個所述受保護層數(shù)據(jù)流，用于每個所述受保護層數(shù)據(jù)流的調 制方法不必相同；(d)把所有層的調制數(shù)據(jù)疊加成單一的廣播或組播傳輸塊；和(e)把所述單一的廣播或組播傳輸塊傳送給與無線網(wǎng)絡鏈接的多個接收器。
3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于在最低層中提供基本信息，在逐次漸高的 層中提供逐次豐富的或者修正的信息。
4.按照權利要求2所述的方法，其特征在于提供或獲得多種調制方法，以及為了減少 數(shù)據(jù)丟失，根據(jù)在不同接收器的無線網(wǎng)絡狀態(tài)的差異，選擇特定的調制方法。
5.按照權利要求2所述的方法，其特征在于對由較低質量數(shù)據(jù)組成的質量層使用與較 低SNR要求相關的調制方法，對由較高質量數(shù)據(jù)組成的質量層使用與較高SNR要求相關的 調制方法。
6.按照權利要求2所述的方法，其特征在于對由較低質量數(shù)據(jù)組成的質量層使用與較 低傳輸速率相關的調制方法，對由較高質量數(shù)據(jù)組成的質量層使用與較高傳輸速率相關的 調制方法。
7.按照權利要求2所述的方法，其特征在于對由較高質量數(shù)據(jù)組成的質量層應用相 對更魯棒的保護編碼方法，以致能夠利用在這些層中成功接收的少量數(shù)據(jù)實現(xiàn)這些層的恢 復，以及對由較低質量數(shù)據(jù)組成的質量層應用相對不太魯棒的保護編碼方法，以致能夠利 用在這些層中成功接收的數(shù)量相對更多的數(shù)據(jù)實現(xiàn)這些層的恢復。
8.—種經(jīng)無線網(wǎng)絡向多個接收器傳送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)的特征在于與無線網(wǎng)絡 鏈接的組播或廣播計算機，所述組播或廣播計算機能夠通過操作(a)把數(shù)據(jù)分到一個或多個質量層；(b)通過應用保護或魯棒方法，把每個質量層中的數(shù)據(jù)轉換成單獨的受保護層數(shù)據(jù)流；(c)利用調制方法調制每個所述受保護層數(shù)據(jù)流，用于每個所述受保護層數(shù)據(jù)流的調 制方法不必相同；(d)把所有層的調制數(shù)據(jù)疊加成單一的廣播或組播傳輸塊；和(e)把所述單一的廣播或組播傳輸塊傳送給與無線網(wǎng)絡鏈接的多個接收器；其特征在于所述多個接收器中的每個接收器能夠通過操作接收這樣的調制層，以及解 調和解碼這樣的調制層，并根據(jù)所述層重構所述數(shù)據(jù)。
9.按照權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于在最低層中提供基本信息，在逐次漸高的 層中提供逐次豐富的或者修正的信息。
10.按照權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于提供或獲得多種調制方法，以及為了減少 數(shù)據(jù)丟失，根據(jù)在不同接收器的無線網(wǎng)絡狀態(tài)的差異，選擇特定的調制方法。
11.按照權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于對由較低質量數(shù)據(jù)組成的質量層使用與 較低SNR要求相關的調制方法，以及對由較高質量數(shù)據(jù)組成的質量層使用與較高SNR要求 相關的調制方法。
12.按照權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于對由較低質量數(shù)據(jù)組成的質量層使用與 較低傳輸速率相關的調制方法，以及對由較高質量數(shù)據(jù)組成的質量層使用與較高傳輸速率 相關的調制方法。
13.按照權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于對由較高質量數(shù)據(jù)組成的質量層應用相 對更魯棒的保護編碼方法，以致能夠利用在這些層中成功接收的少量數(shù)據(jù)實現(xiàn)這些層的恢 復，以及對由較低質量數(shù)據(jù)組成的質量層應用相對不太魯棒的保護編碼方法，以致能夠利 用在這些層中成功接收的數(shù)量相對更多的數(shù)據(jù)實現(xiàn)這些層的恢復。
14.一種經(jīng)無線網(wǎng)絡向多個接收器傳送數(shù)據(jù)的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品 的特征在于與無線網(wǎng)絡鏈接的組播或廣播計算機，所述組播或廣播計算機的特征在于(a)包括軟件指令的計算機可讀介質；和(b)使計算機執(zhí)行預定操作的軟件指令，所述預定操作包括下述步驟(i)把數(shù)據(jù)分到一個或多個質量層；( )通過應用保護或魯棒方法，把每個質量層中的數(shù)據(jù)轉換成單獨的受保護層數(shù)據(jù)流；(iii)利用調制方法調制每個所述受保護層數(shù)據(jù)流，用于每個所述受保護層數(shù)據(jù)流的 調制方法不必相同；(iv)把所有層的調制數(shù)據(jù)疊加成單一的廣播或組播傳輸塊；和(ν)把所述單一的廣播或組播傳輸塊傳送給與無線網(wǎng)絡鏈接的多個接收器；其特征在于所述多個接收器中的每個接收器能夠通過操作接收這樣的調制層，并且解 調和解碼這樣的調制層，并根據(jù)所述層重構所述數(shù)據(jù)。
15.按照權利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于在最低層中提供基本信息， 以及在逐次漸高的層中提供逐次豐富的或者修正的信息。
16.按照權利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于提供或獲得多種調制方法， 以及為了減少數(shù)據(jù)丟失，根據(jù)在不同接收器的無線網(wǎng)絡狀態(tài)的差異，選擇特定的調制方法。
17.按照權利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于對由較低質量數(shù)據(jù)組成的質 量層使用與較低SNR要求相關的調制方法，以及對由較高質量數(shù)據(jù)組成的質量層使用與較 高SNR要求相關的調制方法。
18.按照權利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于對由較低質量數(shù)據(jù)組成的質 量層使用與較低傳輸速率相關的調制方法，以及對由較高質量數(shù)據(jù)組成的質量層使用與較 高傳輸速率相關的調制方法。
19.按照權利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于對由較高質量數(shù)據(jù)組成的質 量層應用相對更魯棒的保護編碼方法，以致能夠利用在這些層中成功接收的少量數(shù)據(jù)實現(xiàn) 這些層的恢復，以及對由較低質量數(shù)據(jù)組成的質量層應用相對不太魯棒的保護編碼方法， 以致能夠利用在這些層中成功接收的數(shù)量相對更多的數(shù)據(jù)實現(xiàn)這些層的恢復。
20.一種接收由一個或多個組播或廣播系統(tǒng)經(jīng)無線網(wǎng)絡傳送的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，在傳輸之 前，所述數(shù)據(jù)被編碼、調制和疊加，所述系統(tǒng)的特征在于與一個或多個訂戶站鏈接的接收計 算機能夠通過操作(a)接收傳送的信號塊；(b)把所述傳送的信號塊解調成一組疊加的數(shù)據(jù)；(c)把疊加的一組數(shù)據(jù)分成一個或多個編碼層；(d)把所述一個或多個編碼層解碼成一個或多個質量層；(e)恢復所述一個或多個質量層的丟失或受損數(shù)據(jù)；和(f)從所述一個或多個質量層重構所述數(shù)據(jù)。
21.一種接收由一個或多個組播或廣播系統(tǒng)經(jīng)無線網(wǎng)絡傳送的數(shù)據(jù)的計算機程序產(chǎn) 品，在傳輸之前，所述數(shù)據(jù)被編碼、調制和疊加，所述計算機程序產(chǎn)品的特征在于與一個或 多個訂戶站鏈接的組播或廣播計算機，所述組播或廣播計算機的特征在于(a)包括軟件指令的計算機可讀介質；和(b)使計算機能夠執(zhí)行預定操作的軟件指令，所述預定操作包括下述步驟 (i)接收傳送的信號塊；( )把所述傳送的信號塊解調成一組疊加的數(shù)據(jù)；(iii)把疊加的一組數(shù)據(jù)分成一個或多個編碼層；(iv)把所述一個或多個編碼層解碼成一個或多個質量層； (ν)恢復所述一個或多個質量層的丟失或受損數(shù)據(jù)；和 (vi)從所述一個或多個質量層重構所述數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用疊加調制進行無線數(shù)據(jù)組播的魯棒系統(tǒng)和方法。提供一種經(jīng)無線網(wǎng)絡向與無線網(wǎng)絡連接的多個接收器傳送數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括應用疊加編碼組播或廣播，以致產(chǎn)生多分辨率組播或廣播信號，從而以可擴展組播或廣播的形式向多個接收器傳送數(shù)據(jù)。所述方法包括下述步驟把數(shù)據(jù)分到一個或多個質量層；通過應用保護或魯棒方法，把每個質量層中的數(shù)據(jù)轉換成單獨的受保護層數(shù)據(jù)流；利用調制方法調制每個所述受保護層數(shù)據(jù)流，用于每個所述受保護層數(shù)據(jù)流的調制方法不必相同；把所有層的調制數(shù)據(jù)疊加成單一的廣播或組播傳輸塊；和把所述單一的廣播或組播傳輸塊傳送給與無線網(wǎng)絡鏈接的多個接收器。
文檔編號H04H20/20GK101939931SQ200880116670
公開日2011年1月5日 申請日期2008年9月26日 優(yōu)先權日2007年9月28日
發(fā)明者何品翰, 許丕文 申請人:何品翰;許丕文