一种基于深空通信环境的lt码编译码方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于深空通信环境的MLT码编译码方法，包括：步骤1)，在发送端，将待发送的数据信息进行分割，形成k个原始数据包；步骤2)，发送端对原始数据包进行MLT码编码，根据信道状态，生成K个编码包。如果收到反馈，则根据反馈信息补充编码包；步骤3)，编码包通过信道编码后由深空信道发送至接收端；步骤4)，在接收端，经过信道译码后恢复编码包；步骤5)，在接收端对正确译码的编码包进行MLT码译码，恢复全部k个原始数据包。如果译码失败，则反馈失败信息，返回第2步，直至译码成功。本发明降低了编译码复杂度，有效降低编码冗余，针对性解决了深空通信环境中时延巨大以及发送功率和存储空间受限的问题。
【专利说明】一种基于深空通信环境的LT码编译码方法
【技术领域】
[0001]本发明属于深空通信【技术领域】，涉及一种基于深空通信环境的LT码编译码方法。【背景技术】
[0002]深空通信环境具有传输距离遥远、时延巨大、信噪比低、误码率高、链路速率不对称以及发送功率受限等特点。构造适合深空通信环境、编译码复杂度低、可靠性高的信道编码一直是研究热点。传统的信道编码只对单个数据包进行编码，提高数据包的检错纠错能力。但是深空通信环境恶劣，链路间断连接以及较高的误码率都会造成数据包的丢失。针对数据包的丢失，传统信道编码无计可施，唯一的应对方法是重传。但深空中传播时延巨大，重传会浪费大量时间，进而浪费宝贵的链路资源。
[0003]近年来，利用数字喷泉编码提高深空文件传输的可靠性成为研究热点。所谓数字喷泉码，是指这种编码的发送端可以由k个数据包生成任意数量的编码包，接收端只要接收到任意k(l+e)个编码包，即可通过译码以较高的概率成功(和ε有关)恢复全部数据包，精心设计的数字喷泉码不仅具有较小的译码开销，而且具有较低的编译码复杂度。与传统信道编码相比，喷泉码的数据信息包含在各个编码包中，当出现丢包时，不需要重传，仅通过接收后续编码包即可恢复原始数据。喷泉码的编译码算法很简单，关键在于度分布的选择。
[0004]LT(Luby Transform, LT)码是第一种具有实用性能的喷泉编码方案。根据LT码的编译码理论分析，当数据包的个数达到IO4以上时，仅需要5%的冗余信息就能够保证较高的译码成功率。但是深空通信环境中，传输时延巨大、信噪比低、误码率高，较大的码长会增加译码时延，并需要更大的存储空间。因此中短码长的LT码(输入数据包个数少于IO3)在深空通信中更具有应用前景。但对于中短码长的LT码，需要至少50%的编码冗余信息才能达到深空通信要求的译码成功率。增大编码开销又会消耗额外的发送功率，因此限制了其在深空通信中的发展。LT码常用的置信传播(Belief Propagation, BP)译码算法在译码波动集为空时即停止译码，浪费了一定编码信息。实际上BP译码算法是一种次优译码算法，虽然复杂度较低，但也损失了一定的译码成功率，不利于深空文件的可靠传输。另一种高斯消元(Gaussian Elimination, GE)译码算法能充分利用编码信息,提高译码成功率,但其复杂度过高，不适于中长码的译码。
[0005]喷泉码的度分布函数，是编码和性能的关键设计。LT码的理想孤波分布如式I所示:
【权利要求】
1.一种基于深空通信环境的LT码编译码方法，其特征在于包括以下步骤: 101、在深空通信环境中，发送端将待发送的数据信息进行分割，形成k个原始数据包，并对这k个原始数据包依次编号为I?k号数据包； 102、发送端对步骤101中形成的原始数据包进行MLT码编码，首先利用信道的误码率P6、编码包码长L，根据公式算出丢包率P=1-(1-P6)L，然后再利用译码成功率和数据包数量k，根据丢包率得出需要的编码包个数K ; 103、发送端对步骤101中的I?k号数据包进行第一次编码时，设置前k个数据包度数为1，依次复制I?k号数据包作为I?k号编码包，然后进行第二次编码。按照选定的度分布函数随机选择度数d，从数据包中依次循环选择d个数据包进行异或运算，即生成一个编码包，重复第二次编码过程直到生成K个编码包。之后结束编码，得到K个编码包； 104、将步骤103中得到的K个编码包通过信道编码后由深空信道发送至接收端，信道编码采用Turbo码或LDPC码； 105、接收端接收到步骤104中经过信道编码的编码包后，采用信道译码得到K'个正确接收的编码包，跳转至步骤106 ； 106、接收端根据信道译码后得到的K'个编码包生成编码矩阵H，其中编码矩阵H的行数为编码包的数目K'，列数为原始数据包的数目k，采用BP译码算法进行译码；当I?k号数据包均被成功译出时，则表示译码成功，结束译码；若有数据包未成功译出时，则采用GE译码算法进行译码，直至成功译出所有的数据包。
2.根据权利要求1所述的基于深空通信环境的LT码编译码方法，其特征在于:步骤103中生成K个编码包后，当收到接收端译码失败后的反馈信号后，则补充生成编码包。
3.根据权利要求1所述的基于深空通信环境的LT码编译码方法，其特征在于:步骤103中第一次编码时度数均为I，第二次编码时所采用的度分布函数为鲁棒孤波分布函数。
4.根据权利要求1所述的基于深空通信环境的LT码编译码方法，其特征在于:步骤106中的GE译码算法译码，译码过程相当于求解线性方程: H' *X' =N' 其中，为未译出的数据包信息向量，大小为k' XI，N'为接收端未释放的编码包信息向量，大小为N' XI。
【文档编号】H04L1/00GK103944676SQ201410142424
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】王汝言, 方高峰, 赵辉, 李明慧, 王琴, 王晓冰 申请人:重庆邮电大学