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无线网络通信中改进的前向纠错算法研究 　　摘 要：无线网络通信技术是具有巨大研究价值的新兴通信技术。随着通信技术的发展，用户要求更流畅更准确的音频通信。改进的前向纠错算法使用n阶曲线拟合预测下一时刻的无线网络环境下的丢包率，从而确定下一时刻所需要的冗余量，其目的在于给用户提供更加准确和流畅的音频通信服务。 　　关键词关键词：前向纠错技术；无线网络；丢包率预测；冗余量；n阶曲线拟合；二项式分布 　　中图分类号：TP312 文献标识码：A 文章编号文章编号2013）008006403 　　作者简介作者简介：梁瑞凡（1988-），男，武汉工业学院数学与计算机学院硕士研究生，研究方向为数字音频处理。 　　0 引言 　　随着移动通信和Internet的用户不断增加，各种通信技术陆续更新换代且相互融合，其中无线通信技术充当着核心角色。 　　无线传输的信道环境通常比较恶劣，动态变化范围很大，出现丢包和误码的概率很大。而压缩语音频流对误码非常敏感，即使接收到的数据丢包率很低，在解码时，语音频质量也会因为误码而受到严重影响。 　　虽然现在很多最新的通信技术，比如3G技术，具有一定的抗干扰、抗误码的能力，但是由于误码和丢包的无法避免，我们需要采用一些技术在发生误码和丢包情况时来恢复发生误码和丢包的语音频，这就需要用到丢包补偿技术来提高系统的抗干扰能力。 　　丢包补偿技术分为丢包恢复技术和丢包隐藏技术。其中基于发送端和接收端共同配合来避免数据丢包的丢包恢复技术在增强语音频质量的效果上比基于接收端的丢包隐藏技术要好，但它实现起来相对比较复杂，而且会占用更多的网络带宽，同时会造成一定的时延[1]。前向纠 　　错技术是比较常用的丢包恢复技术。 　　1 前向纠错技术 　　1.1 前向纠错技术介绍 　　前向纠错技术是一种属于信道编码的冗余编码技术，基本原理是对需要传输的数据进行纠错编码，编码的结果作为数据信息的冗余成分传输，若在传输中发生了丢包，可以利用冗余成分对在纠错范围内的丢包进行恢复，以减少丢包的影响。 　　目前，常用的前向纠错技术中最简单的是奇偶校验码[2]。这种办法是每隔n-1个数据包就传输一个包含先前n个数据包异或操作的奇偶校验包。当网络每n个数据包只丢失一个包时，可以从别的n-1个数据包来恢复丢失的数据包。基本的前向纠错算法的主要缺点在于，即便是在网络丢包错误率PRE（Packet Error Rate）比较低的情况下，使用前向纠错算法对原始数据进行编码，将导致固定数量的冗余数据，这些数据将占用很大部分的带宽[3]。 　　1.2 前向纠错技术的提出 　　为了提高网络传输的准确率，使用前向纠错技术来恢复丢包在VoIP业务中被广泛使用。RS码（ReedSolomon Coding，理德所罗门码）是一种重要的前向纠错技术。 　　传统的RS码在使用前向纠错技术的无线通信系统中是这样被应用的：将m帧的实时语音信息编码为n（nk）帧，这n帧就被成为一个FEC块，其中的n-k帧是冗余信息。在发生丢包时，接收端可以通过冗余信息对语音信号进行恢复，即RS码的纠错能力是n-k。通过前向纠错技术，使得由于无线网络不稳定而造成的丢包，在接收端被恢复到可以容忍的状态。 　　在传统的使用RS码的前向纠错的系统中，由于参数恒定，使得每个传输单元的最大纠错能力为nk，对于超过纠错能力的错误就无能为力了。在实际的无线网络中，根据具体环境的不同，数据的丢包率可能在一个很大的范围内浮动，这样导致恒定冗余量的前向纠错技术会造成两个方面的问题：一是，在当前网络环境较好的情况下，网络的丢包率常常低于预估的水平，由于冗余信息本身没有携带有用信息，在丢包率的情况下，大量的冗余信息占用了有限的带宽，同时这些冗余信息也没有被充分地用来丢包恢复，也就是说在传输信道中传输了大量没用的信息，这些没用的信息却占用了大量带宽，明显地降低了系统效率[4]；二是，在当前网络环境较差的情况下，网络丢包率可能常常高于预估水平，而预设的前向纠错冗余量处于较低水平，也就是说，预设的冗余量不足以抵消掉全部的网络丢包，从而导致前向纠错技术的恢复效果不明显，降低了实时语音质量。 　　综上所述，对于网络状态变化缓慢的有线信道来说，在前向纠错系统中设置一个预设的冗余量能够起到最好的综合效果，但是对于网络状态变化通常剧烈的无线信道来说，预先设定前向纠错的冗余量很可能导致系统的适应性不强，无法提供有效的前向纠错能力，从而导致资源的浪费或者语音质量下降[5]。 　　2 改进的前向纠错技术 　　针对网络状态剧烈变化的无线信道，本文提出了一种改进的前向纠错算法。通过不断地改变FEC块中的冗余量，达到对每个FEC块都采用最适合的冗余数量的效果。 　　在前向纠错技术中在接收端和发