[發(fā)明專利]一種基于深空通信環(huán)境的LT碼編譯碼方法

有效

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• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN103944676B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發(fā)明（設計）人: 王汝言;方高峰;趙輝;李明慧;王琴;王曉冰
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司50102
• 代理人: 劉小紅

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于深空通信技術(shù)領域，涉及一種基于深空通信環(huán)境的LT碼編譯碼方法。

背景技術(shù)

深空通信環(huán)境具有傳輸距離遙遠、時延巨大、信噪比低、誤碼率高、鏈路速率不對稱以及發(fā)送功率受限等特點。構(gòu)造適合深空通信環(huán)境、編譯碼復雜度低、可靠性高的信道編碼一直是研究熱點。傳統(tǒng)的信道編碼只對單個數(shù)據(jù)包進行編碼，提高數(shù)據(jù)包的檢錯糾錯能力。但是深空通信環(huán)境惡劣，鏈路間斷連接以及較高的誤碼率都會造成數(shù)據(jù)包的丟失。針對數(shù)據(jù)包的丟失，傳統(tǒng)信道編碼無計可施，唯一的應對方法是重傳。但深空中傳播時延巨大，重傳會浪費大量時間，進而浪費寶貴的鏈路資源。

近年來，利用數(shù)字噴泉編碼提高深空文件傳輸?shù)目煽啃猿蔀檠芯繜狳c。所謂數(shù)字噴泉碼，是指這種編碼的發(fā)送端可以由k個數(shù)據(jù)包生成任意數(shù)量的編碼包，接收端只要接收到任意k(1+ε)個編碼包，即可通過譯碼以較高的概率成功(和ε有關)恢復全部數(shù)據(jù)包，精心設計的數(shù)字噴泉碼不僅具有較小的譯碼開銷，而且具有較低的編譯碼復雜度。與傳統(tǒng)信道編碼相比，噴泉碼的數(shù)據(jù)信息包含在各個編碼包中，當出現(xiàn)丟包時，不需要重傳，僅通過接收后續(xù)編碼包即可恢復原始數(shù)據(jù)。噴泉碼的編譯碼算法很簡單，關鍵在于度分布的選擇。

LT(Luby?Transform,LT)碼是第一種具有實用性能的噴泉編碼方案。根據(jù)LT碼的編譯碼理論分析，當數(shù)據(jù)包的個數(shù)達到10⁴以上時，僅需要5%的冗余信息就能夠保證較高的譯碼成功率。但是深空通信環(huán)境中，傳輸時延巨大、信噪比低、誤碼率高，較大的碼長會增加譯碼時延，并需要更大的存儲空間。因此中短碼長的LT碼(輸入數(shù)據(jù)包個數(shù)少于10³)在深空通信中更具有應用前景。但對于中短碼長的LT碼，需要至少50%的編碼冗余信息才能達到深空通信要求的譯碼成功率。增大編碼開銷又會消耗額外的發(fā)送功率，因此限制了其在深空通信中的發(fā)展。LT碼常用的置信傳播(Belief?Propagation，BP)譯碼算法在譯碼波動集為空時即停止譯碼，浪費了一定編碼信息。實際上BP譯碼算法是一種次優(yōu)譯碼算法，雖然復雜度較低，但也損失了一定的譯碼成功率，不利于深空文件的可靠傳輸。另一種高斯消元(Gaussian?Elimination,GE)譯碼算法能充分利用編碼信息，提高譯碼成功率，但其復雜度過高，不適于中長碼的譯碼。

噴泉碼的度分布函數(shù)，是編碼和性能的關鍵設計。LT碼的理想孤波分布如式1所示：

ρ(d)=1/kford=11/d(d-1)ford=2,3,,,k---(1)]]>

其中k是數(shù)據(jù)包的數(shù)目。理想孤波分布是最理想情況下的譯碼，即譯碼波動集的大小總保持為1。實際應用中，度分布的抽樣存在波動誤差，導致度為1的編碼信息的斷層，其實際性能并不好。因此Luby在理想孤波分布的基礎上提出了魯棒孤波分布。魯棒孤波分布由兩部分組成，一部分是ρ(d)，另一部分τ(d)。如式2所示：