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有限长喷泉码的系统码字构造机理研究

李云鹏  
【摘要】:近年来,能够以较低编译码复杂度逼近删除信道容限的喷泉码受到了相关研究者的极大关注。喷泉码将传统的信道纠错编码拓展到了数据分组,提供了一种无需反馈链路的高效纠删传输机制。尤其是码长103数量级的短码长喷泉码,适用于节点运算能力受限的容迟网络场景的信息分组纠删(如物联网、深空探测等)。但是,在实际应用中往往需要系统码字,而LT码和Raptor码的随机编码方式难以获得系统码字结构。为降低现有系统喷泉码方案的高复杂度以及能容忍的删除概率较小的限制,本文以系统喷泉码编码过程中的中间节点为突破口,通过设计新的叠加度分布以及预编码矩阵优化,设计了新型的有限长系统喷泉码编码方案,主要研究工作分为以下三个方面: 首先,通过对现有的系统喷泉编码方案的调研发现,现有的系统喷泉编码方案中,需要通过对喷泉码生成矩阵进行复杂度为O(k3)的逆变换,获得中间节点进而构造系统喷泉码。同时为降低冗余译码开销,接收端需要使用复杂度为O(k2)的高斯消去译码算法。因此,首先提出了一种省略了Raptor码的预编码结构,通过中间节点的交织设计的系统LT码方案,并为中间节点设计了叠加度分布,获得了线性的编译码复杂度。 其次,现有的度分布往往是基于非系统结构的RSD LT码进行渐近最优设计,对于有限长度的信息分组难以获得复杂度与译码性能的折衷。而且RSD LT码需要译码端接收到绝大多数码字才能进入BP译码的瀑布区,利用已接收的部分编码包尽快恢复原始信息成为近年的热点研究问题。本文进一步优化叠加度分布和掺杂分量的比例,使得叠加度分布系统LT码获得了BP译码渐近性能。 最后,针对实际应用,在短码长的条件下根据码长、信道删除概率以及译码冗余开销等参数优化了叠加度分布系统LT码的预编码矩阵,获得了具有实用参数的系统LT码。通过仿真验证,所提出的有限长系统LT码方案在短码长条件下在较差信道环境或是广播环境仍能够具备相当的译码性能。


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