Hierarchical Modulation (HM) is quite efficient for multimedia broadcast in wireless networks. It exploits the wireless broadcast advantage and allows a transmission to reach different users with various qualities. However, existing HM related schemes are based on specially designed hardware, leading to extra hardware and deployment cost in practice. As a remedy for this, we design and implement a software-based HM scheme, named as SoftHM. By carefully tuning the Physical Layer input of a packet (a sequence of “0” or “1” bits, known as PHY payload), a transmitter simply broadcasts the packet with a single rate (e.g., 54Mbps, the highest rate in 802.11g WLAN), while diverse receivers can decode and extract different amount of information (with different reception rate, e.g., 12Mbps or 54Mbps) from it based on their link qualities. Reverse engineering techniques are adopted so that SoftHM works in a plug-in mode, offering it high potentials for wireless systems without any changes in existing modulation and coding modules. We implement SoftHM based on Universal Software Radio Peripheral (USRP) B210 and Commercial of the Shelf (COTS) Wi-Fi devices. Both rigorous analysis on its performance and comprehensive implementation-based experiments show that compared with the traditional time-sharing approach, to support low-quality users with the same bandwidth, high-quality users in SoftHM achieve 111.1% to 616.7% higher throughput. Likewise, to serve high-quality users with the same bandwidth, low quality users in softHM achieve 176.9% to 390.9% higher throughput.

中文翻译：

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SoftHM：无线系统的基于软件的分层调制设计

分层调制（HM）对于无线网络中的多媒体广播非常有效。它利用了无线广播的优势，并允许传输以各种质量到达不同的用户。但是，现有的与HM相关的方案基于特殊设计的硬件，因此在实践中会导致额外的硬件和部署成本。为此，我们设计并实现了一个基于软件的HM方案，称为SoftHM。通过仔细调整数据包的物理层输入（序列“ 0”或“ 1”位，称为PHY有效负载），发送器可以简单地以单个速率（例如54Mbps，802.11g中的最高速率）广播数据包WLAN），而不同的接收器可以根据其链路质量从中解码和提取不同数量的信息（具有不同的接收速率，例如12Mbps或54Mbps）。采用了逆向工程技术，因此SoftHM以插入模式工作，从而为无线系统提供了很高的潜力，而无需更改现有的调制和编码模块。我们基于通用软件无线电外围设备（USRP）B210和商用货架（COTS）Wi-Fi设备实施SoftHM。对性能的严格分析和基于实现的综合实验均表明，与传统的分时方法相比，SoftHM中的高质量用户可以支持11％到616.7％的吞吐量，以支持具有相同带宽的低质量用户。同样，为了为具有相同带宽的高质量用户提供服务，softHM中的低质量用户可以实现176.9％到390.9％的更高吞吐量。它为无线系统提供了巨大的潜力，而无需更改现有的调制和编码模块。我们基于通用软件无线电外围设备（USRP）B210和商用货架（COTS）Wi-Fi设备实施SoftHM。对性能的严格分析和基于实现的全面实验均表明，与传统的分时方法相比，SoftHM中的高质量用户可以支持11％到616.7％的吞吐量，以支持具有相同带宽的低质量用户。同样，为了为具有相同带宽的高质量用户提供服务，softHM中的低质量用户可以实现176.9％到390.9％的更高吞吐量。它为无线系统提供了巨大的潜力，而无需更改现有的调制和编码模块。我们基于通用软件无线电外围设备（USRP）B210和商用货架（COTS）Wi-Fi设备实施SoftHM。对性能的严格分析和基于实现的综合实验均表明，与传统的分时方法相比，SoftHM中的高质量用户可以支持11％到616.7％的吞吐量，以支持具有相同带宽的低质量用户。同样，为了为具有相同带宽的高质量用户提供服务，softHM中的低质量用户可以实现176.9％到390.9％的更高吞吐量。对性能的严格分析和基于实现的综合实验均表明，与传统的分时方法相比，SoftHM中的高质量用户可以支持11％到616.7％的吞吐量，以支持具有相同带宽的低质量用户。同样，为了为具有相同带宽的高质量用户提供服务，softHM中的低质量用户可以实现176.9％到390.9％的更高吞吐量。对性能的严格分析和基于实现的综合实验均表明，与传统的分时方法相比，SoftHM中的高质量用户可以支持11％到616.7％的吞吐量，以支持具有相同带宽的低质量用户。同样，为了为具有相同带宽的高质量用户提供服务，softHM中的低质量用户可以实现176.9％到390.9％的更高吞吐量。