博文
无线多媒体应用中的近似通信
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Design and Implementation of an "Approximate" Communication System for Wireless Media Applications
SIGCOMM 2010
摘要：
在无线系统中，数据传输容易产生错误。在符号级别有一个良好定义的结构：当接收端接收到错误符号，解码出得符号很可能是传输符号很好的近似，比起一个在所有可能传输符号中随机选择的符号。基于这个特性，我们定义了近似通信，利用这个错误结构，简单地提供对数据位不均衡地错误保护。不像传统的不均衡错误保护机制一样，消耗额外的网络和频谱资源，来编码冗余数据，这个近似通信技术在物理层获得这个特性，不消耗任何额外的网络和频谱资源。近似通信对媒体传递应用尤其有用。我们证明了这个方法对设计和实现一个端对端的媒体传递系统的用处，系统是Apex，我们验证了，无线条件下不同的集合之间，Apex可以获得峰值信噪比5-20dB的增益，与传统方法相比时。我们相信像Apex这样的机制，可以成为未来无线多媒体传递系统的设计基础。
介绍：
传统的网络中，接收端确定和处理数据包中的错误位，而且发送端没有哪个位更容易出错这样的先验知识。在这篇文章中，有一个无线误码的系统结构，那么这个无线发送端可以利用这个结构，保证确定的位更少可能的出现错误。如果发送端知道这些数据位相应的重要程度，就可以把相对重要的数据位放到更容易保护的位置，不太重要的数据位放到不太重要的位置。这就是不均衡的数据保护（unequal error protection）。
对于一些不太重要的数据，当一个无线的符号解码错误，这个错误的符号对应于原来传递的符号依然有很好的近似。这就是近似通信（Approximate communication）。
近似通信在多媒体系统中尤其有用，比如说在MPEG的视频结构中，几帧图像组成一个图像组，一个图像组分为I帧、P帧等，可以表示为IPP...PIPP...P，I帧需要帧内编码，保存整幅图像，而P帧需要帧间编码，保存的是与I帧的不同的地方。如果P帧出现错误，只会影响一帧，而I帧如果出错就会影响到整个图像组，可能连续几帧都出错。
”近似通信的直觉和方法“
当接受符号并映射到比特序列上时，就可能产生误码，然而误码并不一定是所有的比特都出现错误。当接收机解码错误时，解码符号很可能是传输符号的近似。比如在QAM中出现了解码错误，那解码符号应该是传输符号附近的符号。符号相隔越远，解码错误的概率越低，比如A和C的欧氏距离很远，那么即便A出现误码，也很难解码成C。
利用上面的结论，我们可以得到近似通信的启发。我们选择合适的星座图，可以使得MSB的误码率比LSB小。这样可以将高优先级的数据位放在MSB的位置上，将低优先级的数据位放在LSB上。
Apex的设计与实现
在MAC-PHY层上，需要做出两个简单的决策：1）给定一个星座图，如何将应用层的比特流放置在期望的保护等级上；2）使用哪一个星座图。
将比特流放置在对应的比特位上：利用的是贪婪算法，先将最优先的比特流放置到保护等级最高的数据位上，直到放置完成，如果保护等级最高的数据位耗尽，则移动到保护等级次一级的数据位上；然后放置优先级次一级的比特流，直到完成放置。
选择星座图：根据对不同比特流保护性能，选择星座图。首先是估计不同星座图的不同比特位上的误码率，在每一帧数据中放入少量的测试符号，接收机根据不同的星座图解码测试符号，并根据解码结果估计不同位置上的误码率，并将估计的误码率反馈给发射机。
选择调制方案和物理层速率：好的速率和调制方案可以保证符号误码的近似特性，我们利用SoftRate算法实现这一选择。
PHY PLCP包头和负载的修正：需要很小的修正。首先，添加2bit星座图选择器，通过1/2速率发送，保证最小的误码。另外还要添加比特位优先级的分布信息。
PHY layer pipeline的数字元件修正：这些I,P,B帧的都需要逐个独立地通过加扰器和卷积编码，然后到达交织器。在交织器中，各帧信号依然分布在不同的序列中，然后根据贪婪算法放置到比特位上。
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