[发明专利]基于深空通信环境下的喷泉码编译方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷泉码编译方法，尤其涉及一种基于深空通信环境下的喷泉码编译方法。

背景技术

深空通信具有传播时延长、链路衰减大、信息传输非对称、链路易中断等特点。构造适合深空环境，编译码复杂度较低，逼近香农极限的信道编码一直是深空通信的一项重要研究内容。

近年来，利用数字喷泉编码提高传输可靠性成为研究热点，喷泉码从LDPC码和Tornado码演化而来，是一种以删除信道为背景的稀疏图编码。与传统的丢包重传相比，喷泉编码不需反馈信道，只需前向链路，发送端按选取的算法将全局信息随机分散在各个编码信息单元内，向接收端持续“喷射”数据包而不知道哪一个被正确接收，像喷泉一样；接收端只要成功接收到数据包仅比原文件数据包个数稍多一些，就能够恢复出整个文件。喷泉编码的信息被分散在各个编码信息单元内，不需要重传，可通过后续信息单元的接收恢复原始信息；不需要频繁的重传和确认过程，且编译码复杂度较小，能够提高传输效率。同时，喷泉码具有能够以任意概率逼近香农极限的特点，有利于降低接收系统对于信噪比的要求。这些特点使得喷泉码作为一种前向纠错分组文件传输技术应用到深空通信中来

喷泉码的编解码算法非常简单，关键因素在于度分布的选择。喷泉码的编码算法定义了一个连接输出符号到输入符号的二分图，度分布函数定义为喷泉编码输出节点与原始信息变量节点关联数的概率分布。度                                                的平均值是关键因子，解码的复杂度与图的关联数成正比。喷泉码可以分为随机线性喷泉码、LT码和Raptor码。LT码是第一种具有实用性能的喷泉编码方案，以LT码（Luby Transform）的编译码方法为例：

传统的LT码，在编码端首先按一定的度分布（通常为鲁棒孤波分布）从源数据包中随机选取个源数据包。然后对所选取的源数据包进行异或运算：，得到一个编码包并直接发送。在接收端只需接收（略大于）个编码包后就能以不低于的概率恢复出原始信息（为接收端对编码包的不可恢复概率）。

经典LT码所采用的译码方式是一种置信传播（Belief Propagation）算法，也是一种迭代算法。在译码迭代的每一步，译码器在接收缓存内的编码包集合中寻找度的编码包，直接令译出唯一与其相连的源数据包。接下来译码器将新译出的源数据包与缓存中跟它相连的所有编码包分别进行异或，计算结果取代对应编码包原来的值，相关编码包的度减1。重复上述过程直至不存在度为1的编码包为止。

根据LT码的编译码理论分析，输入数据量在以上时，需要5%的冗余信息就能保证较高的译码成功率。但面对传播时延长、链路衰减大的深空通信环境，较大的码长会增加译码时延，并需要更大的存储空间，因此中短码长的喷泉码在深空通信中更具有应用前景，也是近年来的热点研究问题。对于中短码长的LT码（输入数据量小于），采用传统的译码算法至少需要50%的编码冗余信息才能达到符合深空通信要求的10-4的译码失败概率。增大编码开销又会消耗额外的发送功率，因此这限制了中短码长的喷泉码在硬件设备小型化和功率消耗要求较高的深空通信环境中的应用。

在上述BP译码算法中，可以看到BP译码算法的优点是计算复杂度低，理想的解码过程相当于解一个线性方程，其复杂度与文件大小相关。但BP译码过程的延续需要每次译码算法运行之后有新的度为1的编码包。但由于深空信道误码率较高，当接收到固定的编码冗余后，可能因缺失度为1的编码包，无法以BP译码恢复所有的原始信息，译码提前终止。此时剩余的所有度大于1的译码包集合称为停止集。所以说，BP译码是一种次优译码算法，虽然降低了复杂度，但也损失了一定的译码成功率，不利于在信道误码率高、传播时延大的深空通信环境中对重要科学数据的高效、准确接收。

对于硬件存储空间较小、发送功率受限、文件传输可靠性要求较高的深空通信系统，喷泉码的使用无论在编码算法还是译码算法上都受到了一定的局限，并不能完全发挥无码率、不需反馈重传、译码开销较低等诸多优势。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于深空通信环境下的喷泉码编译方法。

一种基于深空通信环境下的喷泉码编译方法，包括以下步骤，

步骤A），在发送端，对待发送的信息比特进行分割，形成若干个原始信息分组；

步骤B），编码器对原始信息分组进行喷泉编码，形成编码分组；

步骤C），编码分组通过级联纠错编码后由深空信道发送至接收端；

步骤D），在接收端，以级联纠错译码恢复出编码分组；