利用叠加调制进行无线数据组播的鲁棒系统和方法

专利名称：利用叠加调制进行无线数据组播的鲁棒系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信，更具体地说，涉及实现无线数据组播的技术。
背景技术：
无线通信系统被广泛布置，以提供各种通信服务，比如话音、数据、视频、它们的变 化或组合等等。通过共享可用系统资源，这些系统能够同时为多个用户(或接收器)提供 通信，其中所述多个接收器可期待一个或多个信息实例。这种系统的一些例子包括码分多 址访问(CDMA)系统、时分多址访问(TDMA)系统、频分多址访问(FDMA)系统、正交频分多址 访问(OFDMA)和时分同步码分多址访问(TD-SCDMA)系统。在对相同内容(例如，数据、视频、音频等)感兴趣的一组接收器间组播或共享带 有信息的传送信号通常是一种有效且可扩展的在无线基础结构，乃至有线基础结构中传递 带宽密集数据的方式，因为能够避免重复传送数据的相同副本。不过，多用户衰落分集是 无线介质中的内在性质，其中接收器一般在任意时刻具有关于基站(BS)(或者发射器)的 不同信道状态。在接收器之间的这种不均勻信道状态下，向有效地利用传输介质的所有接 收器发送(组播)公共信息的单一最佳传输速率或策略是困难的。图2图解说明在IEEE 802. 16点对点网络中，从BS向所有感兴趣的接收器-订户站(SS)传送代表来自源的数据 的组播信号的瞬间，在所述IEEE 802. 16点对点网络中，用高传输速率(例如，16QAM)方案 调制组播信号。由于在该瞬间，不同SS间的信道状态不均勻，因此按16QAM调制的组播信 号不能被在其信道中具有较低的信噪比(SNR)并且只支持BPSK(—种对解码来说要求较低 的SNR，而且具有较低传输速率的调制方案)的那些SS解码。每个接收器的信道状态是随 时间变化的，这意味只能支持BPSK的接收器在下一时刻可能能够支持16QAM，反之亦然。不 过，如果BS始终保守地继续使用BPSK来组播数据，那么对于具有良好信道状态的那些支持 16QAM的SS来说，信道未得到充分利用。在发射器可以采用叠加调制，从而把以不同接收器为目标的多个信息实例嵌入单 一无线信号中。当接收器的信道状态不好时，接收器可以使用这种特殊信号中的多分辨率 解调来部分解码信号，从而获得它自己的信息。然而，通过首先解码它不感兴趣的信息，并 从整个信号中除去该信息，信道良好的接收器能够完全解码同一信号，并获得它自己的有 关信息。不过，由于衰落信道的瞬时性和波动性，在信道状态不良的那些时刻，即使就具有 通常性能良好的信道的接收器来说，信号中的一定量的数据(尤其是关于较高视频质量的 有关信息)会被永久或者错误地丢失。对要求保证质量的许多商业应用来说，这产生重大 的限制。现有的无线组播途径有几种第一种途径
这种途径提出通过在跨层设计中，调整传输速率、功率分配、防错方案等，或者它 们的组合来适应信道状态，以便实现接收器的吞吐量的最佳利用和可达到的视频质量。但是，这些适应途径通常关注于一对一通信。为了发送相同的视频数据，在每个接 收器和BS之间通常需要重复的传送，这不能有效地消耗带宽，从而按照对于大量接收器的 大规模视频或数据流式传输扩展系统容量。第二种途径这种途径采取在BS的组播传输。对于所有接收器的组播信号选择单一的传输速 率或方案，以对所有接收器能够按照选择的方案同时接收视频数据。但是，由于多用户信道分集问题，选择的传输速率或方案并不是对所有接收器来 说都是最佳的。一些接收器的信道将得不到充分利用，或者一些接收器不能解码接收的信 号，因为达不到传输方案的SNR要求。按照这种途径的实现通常未同时考虑可扩展视频编 码的性质和叠加编码的使用来克服组播环境中的多用户信道分集。对于不同的接收器，现 有途径通常使用叠加调制在一个传输块内广播不同的数据。现有技术未提供在不均勻信道 状态下，向相同的有关群体发送相同视频的叠加调制。第三种途径这种途径采取在基站的组播传输和叠加调制，以致在一些接收器的信道状态好到 足以解码用高阶调制方案调制的附加数据的时机内，这些接收器偶尔能够接收附加数据。Qualcomm的W0/2005/032035 [1]提出一种进行叠加调制/解调，以在多天线通信 系统中进行广播的技术。所述系统可以是在发射器具有多个天线的多出单入(MISO)系统， 在接收器具有多个天线的单入多出(SIMO)系统，或者在发射器和接收器都具有多个天线 的多入多出(MIMO)系统。She等[3]提出使用合并分层视频编码的叠加调制通过WIMAX组播IPTV服务的视 频流，通过产生组播信号的多分辨率调制，它能够克服多用户信道分集的固有问题。就相同 的组播信号来说，信道状态良好的接收器能够解调基本质量层和增强质量层的数据，从而 获得全视频质量，而信道状态不良的接收器仍然能够解调和获得基本层质量的数据。[1]和[3]没有讨论结合叠加调制策略地使用保护码，以便进一步在无线组播传 输情况下提高视频质量的性能和鲁棒性的可能性。根本没有重新获得在信道状态不良期 间，接收器只获得“基本层”数据的情况下丢失的高质量视频数据，和/或利用在信道状态 良好期间获得的“增强层”数据的任何想法。Chan等[2]研究了通过扩展频谱码分多址访 问(CDMA)蜂窝网络传送数字视频的嵌入式组播/广播途径。通过考虑CDMA系统的干扰受 限特性和带宽受限特性，作者提出合并自适应功率分配和信道编码策略的跨层途径，并有 效地匹配基于离散余弦变换的可扩展运动补偿视频编码器和嵌入式多分辨率调制方案，从 而在使能力较高的接收器的QoS和系统容量最大化的同时，向能力较低的接收器提供基本 服务质量(QoS)。利用按照该途径公开的方法，一定量的数据决不会被获得，尤其是对于在 相关信道状态不良或者不是很好的时隙期间，仍然丢失或者变得错误的高质量视频层来说 更是如此。根据所涉及的视频编码，高质量层中的不完整的各组视频数据可能对接收器来 说根本无用。于是，其中只获得高质量层的部分数据的这些时隙中的接收数据仍然构成叠 加编码组播的浪费使用。第四种途径
这种途径对视频数据应用保护编码，以便实现更鲁棒的传送。如果接收数据的数 量满足选择的保护编码方案的恢复要求，那么能够恢复由信道状态不良而丢失的数据。通过重传相同数据而恢复丢失数据在许多有线和无线通信中是常见的，不过当出 错的频率和接收器的数目较大时，尤其是对于需求带宽的视频流式传输服务来说，未能按 比例提高支持或效率。Mujumdar等[5]专注于解决单播和组播传输的通过无线LAN的实时 视频流式传输问题。在该公开文献中提出一种有效结合前向差错控制(FEC)编码与ARQ协 议的新的混合自动重复请求(ARQ)算法。对多用户情况来说，实时视频组播的问题被公式 化为优化跨组播用户空间的最大遗憾成本(regret cost)函数。所提出的数据恢复思想是 向多个接收器发送单一奇偶校验分组，以替代它们各自错过的数据分组，而不单独重传各 个接收器丢失的分组。如文献中所述，这种途径只对小型组播局域网有效。根本未讨论信 道分集问题。Chou等[4]研究了分层多描述码(description code)，所述分层多描述码产生描 述一组视频信息，比如一组视频帧(GoF)的一组MDC分组。每个MDC分组包含多个视频质 量层的数据。通过获得较小的一组MDC分组以接收基本MDC层，低带宽客户端能够获得基 本的视频质量层，而通过获得完整的或者更大的一组MDC分组，高带宽客户端能够获得基 本的视频质量层和视频质量更高的增强质量层。不过，根本没有讨论和举例说明在无线组 播中应用这种保护码，和对多用户信道分集问题的解决方案。更重要的是，假定就其预期目 的来说，每个MDC分组被完全接收。不过，在无线通信中常常发生MDC分组的部分接收，在 该文献中根本未关于任何应用假定或讨论这一点。保护编码，尤其是带有多描述的保护编码目前被用在有线基础结构中，所述有线 基础结构具有在发射器到接收器或一组接收器之间的多个网络路径，其中每个分组包含视 频位流的所有质量层的受保护数据。与无线信道相比，连接发射器和接收器的这种有线介 质的连通性/可选性和传输容量通常更加可靠。于是，分组丢失的主要原因是由通信量拥 挤而引起的中间设备中的缓冲区溢出，或者由传输缓冲区中的等待时间较长而引起的传输 超时。当向接收器或一组接收器传送一组MDC分组时，在沿着传送路径向每个分组提供 一致的传输容量的情况下，每个分组会存在或多或少的相同丢失可能性。重要的是确保收 到足够数目的低质量层分组。否则，接收到的任何高质量层分组对于改善视频质量没有用 处。这自然会产生低质量层数据比高质量层数据更重要的感觉。于是，低质量数据需要 更鲁棒的保护，以允许较低的分组接收要求(即，需要数目较少的MDC分组)。如果使用 Reed-Solomon[RS(N, K)]码作为保护码，那么这意味应选择恒量N个受保护信息块中的数 目较少的K个成功接收的信息块，以便更容易地恢复低质量层数据，尤其是存在传送受限 数目的MDC分组的带宽约束的情况下。于是，现有技术通常决定使用从低层到高层顺序渐 增的K值，其中低层的数据的重要性较高。在这样的有线基础结构中，包含多个质量层的位流数据的分组或者完全丢失，或 者整个被接收以有助于恢复效果。MDC分组的部分接收没有意义，或者完全被以前提出的任 何方案所使用。相反，由于信道衰落效应的缘故，发射器和接收器之间的无线信道的传输容量和 连通性是随时间变化的并且不可靠，所述信道衰落效应的特征在于传输容量波动，分组丢失率较高。这对在接收器和发射器之间的信道状态不均勻的状态下，同时向多个接收器组 播公共信息提出了巨大的挑战。仅仅包含所有质量层的数据，并在BS利用单分辨率调制方 案传送的组播信号将不能完全被所有接收器接收，因为在信道状态不太好的情况下，这些 接收器的接收速率和解调能力有限。这造成用无线方式组播可扩展视频位流的一个非常独 特的问题，它需要在单一组播传输内支持多分辨率调制方案，而对于信道状态不太好和信 道状态良好的接收器来说，仍然能够分别从相同的组播信号获得部分视频质量和完全视频 质量。需要一种解决上述缺陷的能够实现组播的系统和方法。特别地，需要一种高效地 解决不均勻的信道状态，并且有效地解决接收器间分集错误(diverse error)的鲁棒数据 恢复的组播系统和方法。需要一种尤其是在数据量较大(例如，高质量视频)的情况下，提 供良好的数据容量利用的组播系统和方法。需要一种按照适合于各种接收器的方式提供 这些好处，从而利用现有接收器或者成本较低的接收器完成成本效果合算的实现的无线组 播系统和方法。需要一种在结合组播或广播使用叠加编码的情况下，进一步提高当其信道 不良时获得“基本流”数据，当其信道良好时获得一些“增强流”数据的接收器的数据容量 (即，如果传送视频位流，那么提高视频质量)的系统和方法。

发明内容
在本发明的一个方面，提供一种经无线网络向与无线网络连接的多个接收器传送 数据的方法，所述方法的特征在于应用叠加编码组播或广播，以致产生多分辨率组播或广 播信号，从而以可扩展组播的形式向多个接收器传送数据。在本发明的另一个方面，提供一种经无线网络向与无线网络连接的多个接收器传 送数据的方法，所述方法的特征在于(a)把数据分到一个或多个质量层；(b)通过应用保 护或鲁棒方法，把每个质量层中的数据转换成单独的受保护层数据流；(c)利用调制方法 调制每个所述受保护层数据流，用于每个所述受保护层数据流的调制方法不必相同；(d) 把所有层的调制数据叠加成单一的广播或组播传输块；和(e)把所述单一的广播或组播传 输块传送给与无线网络链接的多个接收器。在本发明的一个特定方面，根据质量层改变调制方法。提供多种调制方法，为质量 层选择每种调制方法，以形成叠加的无线信号。与较低SNR要求相关的调制方法被用于由 较低质量数据组成的质量层，以及与较高SNR要求相关的调制方法被用于由较高质量数据 组成的质量层。在本发明的另一个方面，对由较高质量数据组成的质量层应用相对鲁棒的保护编 码方法，以及对由较低质量数据组成的质量层应用不太鲁棒的保护编码方法。在本发明的另一个方面，提供一种经无线网络向多个接收器传送数据的系统，所 述系统的特征在于与无线网络链接的组播或广播计算机，所述组播或广播计算机通过操 作能够(a)把数据分到一个或多个质量层；(b)通过应用保护或鲁棒方法，把每个质量层 中的数据转换成单独的受保护层数据流；(c)利用调制方法调制每个所述受保护层数据 流，用于每个所述受保护层数据流的调制方法不必相同；(d)把所有层的调制数据叠加成 单一的广播或组播传输块；和(e)把所述单一的广播或组播传输块传送给与无线网络链接 的多个接收器；其特征在于所述多个接收器中的每个接收器通过操作能够接收这样的调制层，以及解调和解码这样的调制层，并根据所述层重构所述数据。在本发明的另一个方面，提供一种经无线网络向多个接收器传送数据的计算机程 序产品，所述计算机程序产品的特征在于与无线网络链接的组播或广播计算机，所述组播 或广播计算机的特征在于(a)包括软件指令的计算机可读介质；和(b)使计算机执行预定 操作的软件指令，所述预定操作包括下述步骤(i)把数据分到一个或多个质量层；(ii)通 过应用保护或鲁棒方法，把每个质量层中的数据转换成单独的受保护层数据流；(iii)利 用调制方法调制每个所述受保护层数据流，用于每个所述受保护层数据流的调制方法不必 相同；(iv)把所有层的调制数据叠加成单一的广播或组播传输块；和(ν)把所述单一的广 播或组播传输块传送给与无线网络链接的多个接收器；其特征在于所述多个接收器中的每 个接收器能够接收这样的调制层，以及解调和解码这样的调制层，并根据所述层重构所述 数据。在本发明的另一个方面，提供一种接收由一个或多个组播或广播系统经无线网络 传送的数据的系统，在传输之前，所述数据被编码、调制和叠加，所述系统的特征在于与一 个或多个订户站链接的接收计算机通过操作能够(a)接收传送的信号块；(b)把所述传送 的信号块解调成一组叠加的数据；(c)把叠加的一组数据分成一个或多个编码层；(d)把所 述一个或多个编码层解码成一个或多个质量层；(e)恢复所述一个或多个质量层的丢失或 受损数据；和(f)从所述一个或多个质量层重构所述数据。在本发明的另一个方面，提供一种接收由一个或多个组播或广播系统经无线网络 传送的数据的计算机程序产品，在传输之前，所述数据被编码、调制和叠加，所述计算机程 序产品的特征在于与一个或多个订户站链接的组播或广播计算机，所述组播或广播计算机 的特征在于(a)包括软件指令的计算机可读介质；和(b)使计算机能够执行预定操作的软 件指令，所述预定操作包括下述步骤(i)接收传送的信号块；( )把所述传送的信号块解 调成一组叠加的数据；(iii)把叠加的一组数据分成一个或多个编码层；(iv)把所述一个 或多个编码层解码成一个或多个质量层；(ν)恢复所述一个或多个质量层的丢失或受损数 据；和(vi)从所述一个或多个质量层重构所述数据。


图1图解说明具有两个质量层的压缩的可扩展位流。图2图解说明在IEEE 802. 16点对点网络中从BS向所有有关接收器-订户站(SS) 传送组播信号的时刻。图3图解说明在每个Ki数据块上增加鲁棒性，从而形成层i的N个受保护单元的 过程。图4图解说明由RS码(N，Ki)形成的层i的受保护单元。图5图解说明层1和层2的PU在Ll和L2缓冲区中的存储，等待形成SPC组播信号。图6图解说明利用叠加编码组播，传送视频位流的所有质量层的所有PU的基站。图7图解说明其中SS-1，SS-2和SS-3同时从BS接收连续的SPC组播信号的例证 实施例中的多用户分集衰落情况。图8图解说明在本发明的一个方面，按照本发明的丢失PU的恢复。
图9图解说明即使在时隙之一中未收到任何PU时，也能够恢复GoF的完整一组视 频位流的过程。图10图解说明在本发明的一个方面，本发明的部件的操作顺序。图11图解说明在本发明的一个方面，由本发明实现的增益的典型例子。图12图解说明在本发明的一个方面，由本发明在一帧视频中实现的改善的典型 例子。
具体实施例方式概述借助如下所述的高级联合信源信道编码方法和系统及其变形，本发明可增大无线 通信方案，比如利用WIMAX、LTE、任何类似或演进的无线标准的无线通信网络中的数据组播 的容量和鲁棒性。本发明的一个应用例子与保证一定质量的通过WIMAX的宽带多媒体服 务，比如IPTV或移动TV服务、基于因特网的广告、或者任何一对多的无线视频通信有关。下面通过解释本发明的四个主要方面，说明本发明。为了便于说明，以例证的情况 和建议的设计参数单独说明所述四个主要方面。不过，本发明并不局限于给出的例子和相 关的参数，它们可被扩展、变换或归纳成合适的应用变形。应理解本发明并不局限于本发明 的任何特定实现。另外，本发明的公开不应被理解成要求特定的数目或序列。事实上，对本 领域的技术人员来说，实现本发明是显而易见的，以致下面说明的一个或多个方法步骤可 被相互包含、或者被展开，以致提供与所述相比更多或更少的步骤，而不脱离本发明。在本发明的一个方面，提供一种组播/广播系统和方法，其中通过(i)在信源应用 保护编码，和(ii)在信道应用叠加编码，多个接收器中的每一个均可从信源(在本公开中， 为了方便起见，单个或者一批数据文件，或者实时数据发生器也被称为“信源”)，或者足以 提供相对于整个信源的部分信源的基本使用质量的数据文件的一部分接收数据，包括在信 道状态因接收器而异的情况。可利用多个质量层从信源生成数据，和/或可在每一层应用 保护。在本发明的一个方面，可用不同的调制方案调制不同质量层的数据(1)可利用 SNR要求较低的方案调制较低质量层的数据，和(2)可利用SNR要求较高的方案调制增强质 量层或者较高质量层的数据。如果信道状态良好的接收器能够解调源于SNR要求较高的调 制方案的数据，那么它也能够解调源于SNR要求较低的调制方案的数据。否则，当信道状态 不太好时，接收器仍能够解调源于SNR要求较低的调制方案的数据。在具备SCM的BS的一 段传输时隙内，接收器的信道状态可能在所述时隙的一部分内状态良好，这导致解调和接 收基本质量层的数据的机会，及解调和接收增强质量层的数据的另一机会(假定在数据流 中只有两个质量层)。而在所述时隙的其信道状态不良的另一部分内，接收器仍然有可能解 调和接收基本质量层的数据。如果在有线基础结构内组播的话，那么就不会发生单一传输 内的这种粒度更细的部分数据接收，每个传输中的组播分组或者被成功接收，或者不被接 收。与根据现有技术所做的调制相反，发生按照本发明的选择性调制，所述选择性调 制提供良好的结果。现有技术假定低质量数据重要性更高。但是实际上，由于信道衰落效 应导致传输容量和发射器与接收器之间的连通性随时间变化，因此在无线组播的情况下，本发明提供更好的结果。在本发明的另一个方面，可对由较高质量数据组成的质量层应用相对鲁棒的保护 编码手段，对由较低质量数据组成的质量层应用不太鲁棒的保护编码手段。这是因为按照 在本发明中使用的SCM，与接收较高质量层的数据的机会(或时隙)相比，接收较低质量层 的数据的机会(或时隙)通常更多和更容易，与时隙的总周期无关。因此，按照本发明，可 利用更鲁棒的保护码保护源自解调SNR要求较高的较高质量层的数据，以致通过在高质量 层的保护码中使用较小数目的Ki,能够更容易地恢复来自信源的整层信息。同样，尽管现有技术提到从低层开始使用顺序渐增的K值，以降低鲁棒性/保护的 影响，不过本发明同样违反直觉地反其道而行之，在这里所述的参数的条件下，就无线组播 来说结果得到改善。在从第一层到后续各层对K值排序方面，本发明采用与现有技术相反的方法(降 序)，这也与现有技术使用的保护编码相反。即使与低层相比，较高层的数据的重要性较低， 但仍然更鲁棒地保护较高层的数据。本发明意图利用高级联合信源信道编码技术及其变形，提高无线通信网络，比如 WIMAX、LTE、TD-SCDMA系统或者任何未来的无线宽带系统中的数据组播的容量和鲁棒性。对 保证一定质量的通过WIMAX的现代宽带多媒体服务，比如IPTV或移动TV服务、基于因特网 的广告、或者任何一对多的无线视频通信来说，这尤其重要。本发明的一个可能的实施例同时向多个无线接收器传送视频位流。该实施例将被 用于举例说明本发明的系统和方法，不过如上所述，本发明并不局限于该实施例。I.利用可扩展视频编码的视频位流利用高级编码方案，可把代表一组信息，比如一组视频帧(GoF)的数据编码和压 缩成具有两个或者更多的概念质量层的可扩展位流(即，具有分层结构的连续信息，其中 较高层的数据将修正较低层的数据，以提供更好的整体信息)。GoF可以由从一个到许多个 的任意数目的视频帧组成。这里描述一些参数和编码方法，不过本发明并不局限于这种概 念质量层或者质量分割的特定可扩展视频编码，或者局限于质量等级的总数。具有不均勻 接收性能的接收器仍然能够重构一定质量的信息，取决于接收的数据的层数。图1图解说明具有两个质量层11、13(质量层的数目可以是从一层到许多层的任 意数)的压缩可扩展位流，每个GoF 17由可扩展视频编码19实现。该GoF 17的最低可接 受视频质量的最重要信息或者视频数据的子集通常包括在位流的基本层13(或者说层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称为增强层(或者说层2) 的第二层或者说下一层U中。如果完全或者甚至部分获得增强层U中的数据，那么能够 一定程度地改善由接收器设备中的解码器感知的视频帧的质量。II.利用保护/冗余编码增加视频位流的鲁棒性层i中的位流的数据可被分成许多数据块，每个块中的字节大小Ki具有在所有各 层中Ki ^ Ki+Ι的独特性质，其中较小的i值指的是较低的质量层。随后对数据块的每Ki字 节应用保护编码，从而使之变成N字节长的受保护单元(PU)(或者如果每个分组是包括分 组ID在内大小为1字节，那么变成数据的N字节长的受保护单元)。本发明并不局限于产生这些N个分组或者扩大数目的分组的特定保护编码方案， 只要当成功接收到至少Ki个或者更少的分组时，即使在接收时一些分组丢失和/或错误，该方案也能够恢复层i的所有N个或者扩大数目的分组即可。保护编码算法的非穷举列表 可由诸如Reed-Solomon、Fountain、Tornado之类的编码组成，所有这些编码算法为本领域 的技术人员公知。对基于Reed-Solomon (RS)的保护码来说，可用两个数字N，K描述RS码，其中N是 代码字的长度，K是代码字中的数据符号的数目。利用Tornado码[6] [7]，为了恢复初始的K个信息单元，需要稍大于K的N个受保 护单元。不过它具有更快和线性的编码和解码时间。N和K的选择较重要，因为本发明的目的是高质量并且鲁棒地向多个接收器组播 视频或连续信息。影响N和K的值的一个主要参数是组中接收器的最坏信道状态。通过利用接收器的所有信道状态的反馈，实现下面说明的自适应算法，并与保护 编码程序交互作用，可按照接收器中目前的或者平均的最坏信道，自适应地在线(实时)确 定每个质量层的最终N和K。对于预期的视频质量(PSNR)或者其它必要的参数，值的选择 应保持由接收器获得的预期数据量，或者使之最大化。理想地，应使K/N(冗余开销比)的 值最小化。由于固定接收器的信道变化具有长期平均值，因此通过利用在部署的组播地点的 所有固定接收器的信道状态的统计记录，也能够实现N和K值的离线确定。可以挑选N和K 值的选择，以对于预期的视频质量(PSNR)或者其它必要的参数，覆盖在所有统计记录中发 现的最坏信道状态，同时使K/N(冗余开销比)的值最小化。图3图解说明对每个Ki数据块31增加鲁棒性，从而形成层i 35的N个受保护单 元的过程。例如，假定GoF被编码成具有N个概念质量层35的可扩展位流。层i 35的视 频位流可被分割成大小均为Ki字节的许多数据块31。例如，可对每个Ki数据块应用参数为 N和Ki的Reed-Solomon码(即，RS (N, Ki))，从而形成层i 35的N个分组33 (或者说PU)图4图解说明由RS码(N，Ki)形成的层i的PU 33。在如图3中所示增加鲁棒性 之后，位流数据的不同质量层的这些PU 33可以对应于其质量层(或者说等级)被临时保 存在不同的缓冲区中(不过不是必需的)。III.含叠加编码组播的调制此时，位流的PU可在缓冲区中等待由基站(BS)(或者说发射器)以组信号的形式 进行无线传输，所述组信号能够同时被一组有关接收器接收。在许多无线技术，比如IEEE 802. 16d/e (或者说 WIMAX)、IEEE 802. 11 (或者说 WiFi)、HSDPA、CDMA，和其它正在出现的 无线技术中都支持这种一对多传输，这种一对多传输也被称为“组播”。调制能够把数字信息转换成一组无线电波形式(或者调制信号)，以便进行无线 传输。诸如WIMAX之类的高级宽带无线技术支持按照BS和SS(或者说接收器)之间的信 道状态自适应地在多种调制方案之间切换。代替在BS的无线组播传输中使用单调制方案，在本发明的一个方面，可以使用叠 加调制，其中可同时采用不同的调制方案，从而同时从不同的多组数据形成调制信号。随后 可叠加多个调制信号，以形成组播信号的单一传输块。根据应用情形，可用具有一定的传输 速率的特定调制方案调制每个缓冲区(对应于一个质量层)的PU，以致可同时调制不同缓 冲区中属于相同分组ID的所有PU，从而同时形成这样的叠加编码(SPC)组播信号。发送每个》力Dll^马传输Φ的一的传输谏庫
图5图解说明Ll和L2缓冲区51、52中的等待形成SPC组播信号63的层1和层2 的PU的存储。同样假定在视频位流中只有两个质量层，通过利用具有下面如图4中所示参 数的RS码，本发明能够为每一层产生保护单元。层1和层2的所有PU可被分别保存在Ll 和L2缓冲区51、53中。对于无线传输的指定时隙(例如，在时间t = 1)，Ll缓冲区51中 的分组ID = 1的PU可用BPSK57(层1数据)来调制，BPSK要求信道的较低信噪比(SNR)， 以实现具有特定误码率(BER)的解调。另一方面，对于无线传输的相同时隙，同时可用QPSK 59调制L2缓冲区53中的分组ID = 1的PU，QPSK需要较高的SNR，以实现相同BER的解调。 来自Ll和L2缓冲区51、53的两个调制信号可被叠加61，从而形成组合的调制信号63，以 便同时组播传输。图6图解说明利用叠加编码组播，传送视频位流的所有质量层的所有PU的基站。 在下一个可用时隙内(例如在时间t = 2)，对于所有缓冲区中分组ID = 2的下一组PU，BS 可重复上面概述的相同过程，依次类推。一旦相同GoF中的所有PU都被调制和组播，随后就 对下一个GoF重复相同的过程，依次类推，直到视频位流的结尾为止。借助本发明的操作， BS可按照最佳调度策略，并且更重要的是以最少的必需传输资源传送视频位流(例如)。在每个时隙t内，应用于层1的缓冲区的调制方案Rm, ！的传输速率必须快到足以 组播属于该层MDC分组的所有PU。否则，应调整PU的数目，PU的大小和时隙的持续时间。 这是BS实现长期稳定性的必要条件，从而可用公式表示成用于选择每个传输中的调制方 案的下述约束条件
权利要求
一种经无线网络向与无线网络连接的多个接收器传送数据的方法，所述方法的特征在于应用叠加编码组播或广播，以致产生多分辨率组播或广播信号，从而以可扩展组播的形式向多个接收器传送数据。
2.一种经无线网络向与无线网络连接的多个接收器传送数据的方法，所述方法的特征 在于(a)把数据分到一个或多个质量层；(b)通过应用保护或鲁棒方法，把每个质量层中的数据转换成单独的受保护层数据流；(c)利用调制方法调制每个所述受保护层数据流，用于每个所述受保护层数据流的调 制方法不必相同；(d)把所有层的调制数据叠加成单一的广播或组播传输块；和(e)把所述单一的广播或组播传输块传送给与无线网络链接的多个接收器。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于在最低层中提供基本信息，在逐次渐高的 层中提供逐次丰富的或者修正的信息。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于提供或获得多种调制方法，以及为了减少 数据丢失，根据在不同接收器的无线网络状态的差异，选择特定的调制方法。
5.按照权利要求2所述的方法，其特征在于对由较低质量数据组成的质量层使用与较 低SNR要求相关的调制方法，对由较高质量数据组成的质量层使用与较高SNR要求相关的 调制方法。
6.按照权利要求2所述的方法，其特征在于对由较低质量数据组成的质量层使用与较 低传输速率相关的调制方法，对由较高质量数据组成的质量层使用与较高传输速率相关的 调制方法。
7.按照权利要求2所述的方法，其特征在于对由较高质量数据组成的质量层应用相 对更鲁棒的保护编码方法，以致能够利用在这些层中成功接收的少量数据实现这些层的恢 复，以及对由较低质量数据组成的质量层应用相对不太鲁棒的保护编码方法，以致能够利 用在这些层中成功接收的数量相对更多的数据实现这些层的恢复。
8.—种经无线网络向多个接收器传送数据的系统，所述系统的特征在于与无线网络 链接的组播或广播计算机，所述组播或广播计算机能够通过操作(a)把数据分到一个或多个质量层；(b)通过应用保护或鲁棒方法，把每个质量层中的数据转换成单独的受保护层数据流；(c)利用调制方法调制每个所述受保护层数据流，用于每个所述受保护层数据流的调 制方法不必相同；(d)把所有层的调制数据叠加成单一的广播或组播传输块；和(e)把所述单一的广播或组播传输块传送给与无线网络链接的多个接收器；其特征在于所述多个接收器中的每个接收器能够通过操作接收这样的调制层，以及解 调和解码这样的调制层，并根据所述层重构所述数据。
9.按照权利要求8所述的系统，其特征在于在最低层中提供基本信息，在逐次渐高的 层中提供逐次丰富的或者修正的信息。
10.按照权利要求8所述的系统，其特征在于提供或获得多种调制方法，以及为了减少 数据丢失，根据在不同接收器的无线网络状态的差异，选择特定的调制方法。
11.按照权利要求8所述的系统，其特征在于对由较低质量数据组成的质量层使用与 较低SNR要求相关的调制方法，以及对由较高质量数据组成的质量层使用与较高SNR要求 相关的调制方法。
12.按照权利要求8所述的系统，其特征在于对由较低质量数据组成的质量层使用与 较低传输速率相关的调制方法，以及对由较高质量数据组成的质量层使用与较高传输速率 相关的调制方法。
13.按照权利要求8所述的系统，其特征在于对由较高质量数据组成的质量层应用相 对更鲁棒的保护编码方法，以致能够利用在这些层中成功接收的少量数据实现这些层的恢 复，以及对由较低质量数据组成的质量层应用相对不太鲁棒的保护编码方法，以致能够利 用在这些层中成功接收的数量相对更多的数据实现这些层的恢复。
14.一种经无线网络向多个接收器传送数据的计算机程序产品，所述计算机程序产品 的特征在于与无线网络链接的组播或广播计算机，所述组播或广播计算机的特征在于(a)包括软件指令的计算机可读介质；和(b)使计算机执行预定操作的软件指令，所述预定操作包括下述步骤(i)把数据分到一个或多个质量层；( )通过应用保护或鲁棒方法，把每个质量层中的数据转换成单独的受保护层数据流；(iii)利用调制方法调制每个所述受保护层数据流，用于每个所述受保护层数据流的 调制方法不必相同；(iv)把所有层的调制数据叠加成单一的广播或组播传输块；和(ν)把所述单一的广播或组播传输块传送给与无线网络链接的多个接收器；其特征在于所述多个接收器中的每个接收器能够通过操作接收这样的调制层，并且解 调和解码这样的调制层，并根据所述层重构所述数据。
15.按照权利要求14所述的计算机程序产品，其特征在于在最低层中提供基本信息， 以及在逐次渐高的层中提供逐次丰富的或者修正的信息。
16.按照权利要求14所述的计算机程序产品，其特征在于提供或获得多种调制方法， 以及为了减少数据丢失，根据在不同接收器的无线网络状态的差异，选择特定的调制方法。
17.按照权利要求14所述的计算机程序产品，其特征在于对由较低质量数据组成的质 量层使用与较低SNR要求相关的调制方法，以及对由较高质量数据组成的质量层使用与较 高SNR要求相关的调制方法。
18.按照权利要求14所述的计算机程序产品，其特征在于对由较低质量数据组成的质 量层使用与较低传输速率相关的调制方法，以及对由较高质量数据组成的质量层使用与较 高传输速率相关的调制方法。
19.按照权利要求14所述的计算机程序产品，其特征在于对由较高质量数据组成的质 量层应用相对更鲁棒的保护编码方法，以致能够利用在这些层中成功接收的少量数据实现 这些层的恢复，以及对由较低质量数据组成的质量层应用相对不太鲁棒的保护编码方法， 以致能够利用在这些层中成功接收的数量相对更多的数据实现这些层的恢复。
20.一种接收由一个或多个组播或广播系统经无线网络传送的数据的系统，在传输之 前，所述数据被编码、调制和叠加，所述系统的特征在于与一个或多个订户站链接的接收计 算机能够通过操作(a)接收传送的信号块；(b)把所述传送的信号块解调成一组叠加的数据；(c)把叠加的一组数据分成一个或多个编码层；(d)把所述一个或多个编码层解码成一个或多个质量层；(e)恢复所述一个或多个质量层的丢失或受损数据；和(f)从所述一个或多个质量层重构所述数据。
21.一种接收由一个或多个组播或广播系统经无线网络传送的数据的计算机程序产 品，在传输之前，所述数据被编码、调制和叠加，所述计算机程序产品的特征在于与一个或 多个订户站链接的组播或广播计算机，所述组播或广播计算机的特征在于(a)包括软件指令的计算机可读介质；和(b)使计算机能够执行预定操作的软件指令，所述预定操作包括下述步骤 (i)接收传送的信号块；( )把所述传送的信号块解调成一组叠加的数据；(iii)把叠加的一组数据分成一个或多个编码层；(iv)把所述一个或多个编码层解码成一个或多个质量层； (ν)恢复所述一个或多个质量层的丢失或受损数据；和 (vi)从所述一个或多个质量层重构所述数据。
全文摘要
本发明涉及利用叠加调制进行无线数据组播的鲁棒系统和方法。提供一种经无线网络向与无线网络连接的多个接收器传送数据的方法，所述方法包括应用叠加编码组播或广播，以致产生多分辨率组播或广播信号，从而以可扩展组播或广播的形式向多个接收器传送数据。所述方法包括下述步骤把数据分到一个或多个质量层；通过应用保护或鲁棒方法，把每个质量层中的数据转换成单独的受保护层数据流；利用调制方法调制每个所述受保护层数据流，用于每个所述受保护层数据流的调制方法不必相同；把所有层的调制数据叠加成单一的广播或组播传输块；和把所述单一的广播或组播传输块传送给与无线网络链接的多个接收器。
文档编号H04H20/20GK101939931SQ200880116670
公开日2011年1月5日 申请日期2008年9月26日 优先权日2007年9月28日
发明者何品翰, 许丕文 申请人:何品翰;许丕文