[發明專利]一種噴泉碼的譯碼方法及噴泉碼的水聲通信傳輸方法

有效

• 申請號: 201610134341.7
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN107181533B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 武巖波;房小芳;朱敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04L1/00
• 代理公司: 11472 北京方安思達知識產權代理有限公司
• 代理人: 王宇楊;楊青<國際申請>=<國際公布>=

本發明提供了一種噴泉碼的譯碼方法；所述方法包括：接收端收到發送端發送的第n個生成矢量G_n和編碼矢量T_n時，對秩為j的生成矩陣G^(j)和生成矢量G_n構成的矩陣進行高斯消去法處理得到中間矩陣G′，如果G′的秩與G^(j)的秩相比增加，令G^(j+1)＝G′，并對編碼矩陣T^(j)和編碼矢量T_n構成的矩陣進行高斯消去法處理得到編碼矩陣T^(j+1)，反復進行上述過程，直至生成矩陣的秩j等于發送數據塊數K，則信息矩陣為T^(K)，譯碼結束。采用本發明的噴泉碼譯碼方法能夠降低譯碼延遲，同時保持低的冗余幀比例；基于該噴泉碼的譯碼方法，本發明還提供了一種噴泉碼的水聲通信傳輸方法；該傳輸方法能夠有效地避免了反饋信息傳播時間對信道利用率的影響，提高信道的利用率。

技術領域

本發明涉及水聲通信技術，特別涉及一種噴泉碼的譯碼方法及噴泉碼的水聲通信傳輸方法。

背景技術

水聲通信是水下進行無線信息傳輸的重要手段。然而，水聲信道時間頻率選擇性衰落嚴重，傳播延遲大，且帶寬低，造成傳輸質量下降。水下大量數據的可靠傳輸在海洋環境實時觀測、水下潛水器的數據回傳等方面有著重要的應用需求。考慮到水聲信道自身的時變性，通信機與其它聲學設備共享水聲信道，及通信機的存儲處理能力有限等限制因素，一次傳輸過程一般在10秒鐘以內，同時由于信道的通信速率受限，在一次傳輸過程中所傳輸的比特有限，因此需要將數據進行分幀傳輸，并采用合理的幀間糾錯機制。

為了克服信道惡化造成的數據幀傳輸失效，傳統方法為自動回傳機制(ARQ)，如選擇性重傳機制(S-ARQ)。然而水聲傳播速度低，約1500m/s，采用ARQ方式將造成信道反饋等待過程占據大量的時間。噴泉碼可以顯著地降低反饋信道開銷。噴泉碼(無速率碼)是一種應對刪除信道的有效方法。理想的無速率特性主要體現在兩個方面：一是對有限數量的信源塊進行編碼，可產生無限數量的編碼塊，因而不需要事先知道信道的刪除錯誤概率，二是對解碼所需要塊的數目盡可能接近信源塊的數目，即譯碼冗余接近0。噴泉碼方法在無線通信中已有應用，降低了無線通信中信道反饋的開銷，提高了大數據包在分幀傳輸時的信道利用率。

然而，噴泉碼用于水聲通信還存在一些問題。水聲通信帶寬窄，通信比特速率低，如中程水聲通信距離為5km，其通信速率一般在5kbps以下，所以一個包的幀數較小，一般為1000以下。而無線通信通常采用的包的數據量較大，一包可拆成的幀數在10000量級，在無線通信中采用和積算法譯碼的Luby碼、Raptor碼具有較好的性能和快速處理性能，而對于幀數少的數據包，Luby碼和Raptor碼所需冗余幀比例一般超過50％，冗余過大。隨機線性編碼對于幀數少的數據包能夠保持低的冗余幀比例，但傳統的高斯消去法譯碼計算量大，譯碼延遲過大，導致譯碼等待時間過大。

此外，由于水聲通信信道為半雙工信道，如果不利用信道傳播時間，在每幀發送完成后數據包發送端進行包成功標志的檢測，檢測等待的時間為雙向傳播時間，造成信道利用率低。

發明內容

本發明的目的在于克服目前噴泉碼傳輸過程中存在的上述問題，首先先給出一種噴泉碼的逐行累增高斯消去譯碼方法，該方法能夠降低譯碼延遲，同時保持低的冗余幀比例；在此基礎上本發明還給出一種降低反饋信道傳輸延遲的噴泉碼傳輸方法；該方法能夠利用信道傳播時間設置合理的包成功標志發射時隙，有效地避免了反饋信息傳播時間對信道利用率的影響。