[发明专利]具有检错纠错功能的LT码编译码方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其涉及一种具有检错纠错功能的LT码编译码方法。

背景技术

喷泉码是一种基于稀疏矩阵的纠删码，通过对数据进行随机编码，可以产生半无限长的编码序列。假设文件等分成K个数据包，当接收端接收到任意N(N比K稍大)个数据包，就能恢复源文件。采用设计完善的度函数，可以使喷泉码具有线性编译码复杂度，在基于包通信的系统中有接近理想的纠删性能。喷泉码的主要码字有随机线性码、LT码和Raptor码等。目前，一种Raptor码已经被3GPP标准采用，应用于3G网络的多媒体广播多播服务(MBMS)中。

由Luby M发明的LT(Luby Transform)码是第一种实用的喷泉码，具有简单的编译码方法、较小的译码开销以及编译码复杂度，为喷泉码的发展奠定了基础。

现有技术中，LT码的编码过程可以生成任意长度的编码数据流，每个编码包都按下列算法产生：

1.将原始数据等分为K个数据包，在1～k范围内按某一分布Ω(称为编码度分布)随机选取一个整数d，其中k为该码的码长，d称为编码包的度；

2.在数据包中均匀地随机选取d个不同的包；

3.对这d个包求异或，得到一个编码包。

4.重复步骤2、步骤3，直至编码完成。

而现有技术中，LT码的译码采用一种迭代算法，在译码的每一步，译码器都在编码包集合中找出度为1的编码包，将该值赋给与之相连的源包，并删除连接，此源包即可被译出。译码器将译出的源包与跟它相连的所有编码包进行异或，并删除它们之间的连接关系。重复上述过程，直到不存在度为1的编码包为止。如果所有源包都被成功译出则译码成功，否则译码失败。该过程称为喷泉码的BP(置信传播或置信度传播)译码过程。图1给出了一个译码实例，其中“○”代表源包，“●”代表编码包。源包和编码包的长度均为1比特。实际应用中包长可以根据需要设成任意的比特长度。

在通信中采用喷泉码作为应用层编码，可以解决信道环境恶劣时，采用ARQ(自动重传请求)方式出现“反馈风暴”而显著降低信道传输效率的问题。但作为一种纠删码，喷泉码严重依赖底层信道编码的纠错性能和检错能力。传递到应用层的数据在某些情况下会存在不可避免的错误，主要包括以下两种情况：

一是在空天通信等应用环境下，由于存在辐射影响带来的单粒子翻转等问题，即使采用如LDPC(低密度奇偶校验码)码等高性能信道纠错编码和校验，也不能完全保证信道译码后的正确数据可靠地传递到应用层；

二是对于一般信道环境下采用的信道编码，由于校验本身的缺陷可能存在不可检错误，导致错误数据传递到应用层。

根据喷泉码的迭代译码原理，如果接收到来自底层的错误编码包，将会引起严重的误码扩散，从而导致不可预知的源包错误。喷泉码的误码扩散可以从其生成矩阵的特性看出，如图2所示为码长k为20时的生成矩阵(a)和其逆矩阵(b)。该生成矩阵为稀疏矩阵，随着码长的增长，生成矩阵相应就越稀疏，通常码长的典型值为200～500之间，稀疏性非常明显。而解码矩阵由生成矩阵的求逆获得，为稠密矩阵，矩阵中的元素1占了矩阵元素中的大多数。而且，由于典型值码长下的生成矩阵越稀疏，对应的解码矩阵就越稠密，一旦稠密矩阵中某一行对应的编码包出现了错误，那么将会造成大部分解码包失效，在矩阵中就体现为某一列矩阵元素中为1的对应的解码包都会出错，从而导致解码失效，严重时还会使设备无法正常工作。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：如何降低LT码译码过程中误码扩散的影响。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有检错纠错功能的LT码编译码方法，包括以下步骤：

S1、将原始数据等分为K个源包，并对每个源包添加校验值；

S2、选取特定的度函数对所述K个源包进行LT编码；

S3、设由编码包组成的编码包序列为T、由源包组成的源包序列为S、源包出错指示序列为ES、源包成功译码时源包的源头指示序列为ST、从编码包译码时编码包的源头指示序列组合为TS、出错编码包序列为TE；然后根据接收到的编码包为序列T赋值，并将序列ES中的元素均赋值为0，且将序列ST、序列组合TS以及序列TE均置为空；