噴泉碼編解碼技術(shù)與應(yīng)用研究.pdf

1、近年來，隨著因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展，基于分組傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)已經(jīng)處于主導(dǎo)地位。為了能夠更好地保障信息的無差錯傳輸，差錯控制編碼技術(shù)在通信協(xié)議的應(yīng)用層也獲得越來越多的應(yīng)用。傳統(tǒng)的基于TCP協(xié)議的重傳機(jī)制可靠性高，但在某些通信場景中并不適用，比如一點(diǎn)對多點(diǎn)廣播傳輸環(huán)境中，若較多的用戶信道條件不理想，導(dǎo)致多個終端發(fā)生錯誤要求重傳，這會嚴(yán)重降低系統(tǒng)傳輸效率。與傳統(tǒng)的物理層采用的比特級信道編碼不同，應(yīng)用層糾錯機(jī)制——數(shù)字噴泉碼面向應(yīng)用層數(shù)據(jù)包，其先對應(yīng)用

2、層數(shù)據(jù)進(jìn)行分包編碼后再進(jìn)行傳輸，只要接收端正確接收到的編碼數(shù)據(jù)包數(shù)量稍多于原始信息包數(shù)，就能夠以很大的概率恢復(fù)原始應(yīng)用層數(shù)據(jù)。本文將對數(shù)字噴泉碼的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用展開深入研究。
　　首先，論文詳細(xì)研究兩種主要的數(shù)字噴泉碼，LT（Luby transform）碼和Raptor碼。論文介紹LT碼的編碼過程以及相應(yīng)的置信傳播BP解碼算法，同時給出常用的度數(shù)分布函數(shù)。論文分析了不同長度的LT碼的性能，并且給出了BP解碼算法和高斯消去解碼算法

3、的性能對比。論文介紹了Raptor碼的原理，并詳細(xì)討論互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組IETF RFC5053中采用的R10 Raptor碼的編解碼方法。論文給出了R10 Raptor碼在不同刪除概率的信道中的性能，并對比了采用高斯消去解碼的LT碼和R10 Raptor碼的性能。
　　其次，論文研究了應(yīng)用于多路中繼系統(tǒng)的分布式LT碼。論文介紹了系統(tǒng)模型以及傳統(tǒng)的分布式LT碼——DLT方案的編碼方法，包括信源的編碼方法和中繼操作規(guī)則。我們還給出雙信

4、源的場景中采用DLT方案和傳統(tǒng)LT碼方案時的性能對比。論文列舉了近年來在DLT的基礎(chǔ)之上的其他改進(jìn)的分布式LT碼方案，并且詳細(xì)研究了類孤波噴泉編碼SLRC方案和增強(qiáng)型類孤波噴泉編碼ISLRC方案。論文研究了一種能夠適應(yīng)刪除信道的編碼方式:混合孤波度數(shù)分布編碼HSDC。論文結(jié)合不同度數(shù)分布函數(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計了一種新型的分布函數(shù)，同時設(shè)計了中繼節(jié)點(diǎn)的操作規(guī)則并利用與或樹方法分析了混合孤波度數(shù)分布編碼方案的理論性能。仿真結(jié)果顯示在有刪除的多路

5、中繼系統(tǒng)中混合孤波度數(shù)分布編碼方案HSDC明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的DLT方案以及其他改進(jìn)方案。
　　然后，論文以LTE系統(tǒng)為具體實例探索將R10 Raptor碼與物理層信道編碼跨層組合的方法。論文介紹了LTE系統(tǒng)中相關(guān)的信道編碼模塊中的碼塊分割方法和HARQ技術(shù)。論文提出了將R10Raptor碼應(yīng)用于LTE通信系統(tǒng)中的方案，并且給出該R10 Raptor碼應(yīng)用方案在給定場景下的仿真性能。仿真結(jié)果顯示該跨層組合的方法可以明顯提高數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)?/p>

6、概率，在某些特定的場景下能夠獲得0.25～1.25dB的增益。
　　最后，論文研究了一種應(yīng)用于星型網(wǎng)絡(luò)中的噴泉網(wǎng)絡(luò)編碼方案。論文介紹了星型網(wǎng)絡(luò)模型和該系統(tǒng)所承載的傳輸業(yè)務(wù)，并詳細(xì)研究了為保障數(shù)據(jù)傳輸而采用的兩種方案——隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼RLNC方案和TDMA重傳方案。論文詳細(xì)分析并求解兩種方案中可調(diào)參數(shù)的理論最優(yōu)值并且仿真對比了這兩種方案的系統(tǒng)吞吐率。仿真結(jié)果顯示通過將可調(diào)參數(shù)設(shè)置為理論優(yōu)化得到的最優(yōu)值能夠使得RLNC網(wǎng)絡(luò)編碼方案的