[发明专利]基于中国变换码的信道编解码方法

说明书

技术领域

本发明涉及信道编解码技术领域，特别涉及基于中国变换码的信道编解码方法。

背景技术

在传统的采用固定码率编码的单点通信中，通信协议的应用层和传输层采用ARQ(Auto Repeat reQuest)技术来保证可靠传输，例如广泛采用的TCP(Transmission Control Protocol)协议。但是在带宽受限、延时不确定的的宽带无线通信网络中，TCP协议的性能表现不佳。ARQ技术不易解决反馈内爆问题，大量的用户反馈加重了发送方的负担，限制了多播的可扩展性，基于固定码率编码技术和ARQ拥塞控制体系的信道纠错技术已经难以满足下一代高速无线通信日益增长的实际需求。

喷泉码目前最为典型代表是LT码和Raptor码。Raptor码是2005年提出的基于LT码的一种次优级联方案，它以LDPC(Low Density Parity-check Codes)码作为外码，以弱化的LT码作为内码，先将原始分组用LDPC码实施编码，再用LT码编码，解码端在收到LT码后，只需恢复部分LT编码分组，其余的原始分组就能够利用LDPC码强大的迭代译码算法予以恢复，因此目前喷泉码的核心内容还是集中体现在对LT码的研究上。

对于喷泉码而言，具有以下传统编码技术所没有的先天优势：

(1)理想的可扩展性：由于喷泉码的单项组播不需要ARQ反馈，所以在基于喷泉码的系统中用户数量的增长对于编码端而言没有任何影响，编码端可以随时服务于任意数量的用户。

(2)近乎理想的接收效率：为了获取k个原始分组，用户需要接收K个编码分组，接收效率约等于1。相对而言，在基于传统编码的数据轮播解决方案中，用户如果在第一轮传输中没有得到足够的编码分组，就必须为了获取剩下的少数几个编码分组，而在第二轮传输中接收大量的重复分组，显然降低了用户的接收效率。而在喷泉码系统中每一个传输分组都是有用的，在传输分组的利用效率上与传统轮播方式不可同日而语。

(3)适应时变信道：在喷泉码系统中用户何时能够收到K个编码分组，完全取决于当时当地的实际信道条件。丢包率低或带宽高则早收到，反之则晚收到，为了译码获取k个原始分组，用户需要的接收时间趋近于在实际信道下所能达到的最短时间。

(4)适应异质用户：具有不同丢包率或带宽的用户互不影响，劣质用户不会或最低程度牵制优质用户。与此同时，在基于ARQ技术的组播方案中，发送方为劣质用户重传的分组绝大部分对优质用户毫无用处，实际上相当于牵制了优质用户的接受进度。

(5)异步接收和断续接收：用户可以在不同时间随意加入多播，也可以加入后退出再重新加入，异步性能较好。由于各个编码分组完全等价，用户不必在意何时收到哪些分组，而只需关心收到的编码分组数量。与此相对，其他多播方案则不易解决异步接收和断续接收问题。

表1是以LT codes，Fountain Codes，Rateless Codes为关键词在SCI/EI/IEEE文献中联合检索的文献数量，可以看出，从2002年Luby正式提出喷泉码的具体实现方案LT码以来，有关喷泉码的研究呈递增趋势，尤其是在近3年国内外相关研究更是呈高速增长态势，因此对喷泉码方面的技术实施跟踪创新研究，能够为我国下一代宽带无线通信网相关标准的形成及专利技术储备打下一定的基础。

表12002-2008喷泉码重要检索文献数量一览表

目前国内相关文献还仅限于综述和具体应用讨论的层面，对于LT码度分布设计和实现、保密性能及整体系统的研究在国内少有深入研究的相关资料。喷泉码的应用前景是毋庸置疑的，对于高速移动通信、卫星通信和水声通信等具有恶劣信道条件的应用领域，喷泉码具有传统FEC和ARQ技术不具备的巨大优势，目前国内对于喷泉码的研究主要集中在深空通信领域，以清华大学陆建华教授课题组和哈尔滨工业大学、深圳大学张乃通院士课题组为代表。