RaptorQ喷泉码编译码算法分析及优化

RaptorQ喷泉码是喷泉码的最新研究成果,理论分析和仿真验证表明,RaptorQ喷泉码是性能最好的喷泉码,同时也是编译码复杂度最高的喷泉码。针对RaptorQ喷泉码编译码复杂度高这一问题,以国际标准RFC6330所设计的RaptorQ码编译码流程为基础,提出一种RaptorQ编译码算法的优化版本。新的编译码流程通过固定生成矩阵的方式提前计算好生成矩阵并存储,方便随时调用;通过提前列变换的方式规避多次寻找标准行和高斯消去操作,以及通过去稀疏化的方式,减少编译码过程中的矩阵乘法和异或运算。仿真比较优化前后的编译码算法,结果表明,优化后的RaptorQ码编译码流程能够在保证传输性能不变的同时,减少RaptorQ喷泉码编译码基本运算次数、缩短RaptorQ喷泉码编译码的时间,降低了编译码的计算复杂度,并保持了传输性能。     

深空通信中喷泉码技术研究

深空通信时延长、误码率和丢包率大、上下行链路带宽不对称和链路易中断等特点,决定了编译码技术成为深空通信中的一个难点问题。介绍了喷泉码的基本概念和特点,分析了喷泉码的全选问题、阶的分布问题和译码算法以及LDPC译码算法的性能等问题,提出了在深空通信中采用内码为LDPC码、外码为喷泉码的级联码方式,分析了该级联码的性能。结果表明,该码具有较好的性能以及与码长成线性关系的译码复杂度,能够满足深空通信对于信息传输可靠性的要求,满足通信质量要求,在深空通信中有很大的应用潜力。     

无码率码在无线传感器网络中的应用研究

传统固定码率通信方案在大规模网络中存在时延和多反馈情况,影响无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)的传输性能。无码率码能够根据信道状态实时改变传输码率,很好地解决这一问题。本文以多源多中继网络模型为基础,设计了基于累积无码率(accumulate rateless, AR)码的分布式协同传输机制,并对传输的广播、转发、译码等阶段进行了阐述和分析。结合使用外信息转移(extrinsic information transfer, EXIT)图和凸优化工具对方案中的AR码度分布进行了联合优化求解。仿真结果和对比分析表明,所提分布式AR码度优化方案,在错误平层上明显优于分布式卢比转换码方案,在译码性能上较现有Raptor方案和AR码单独度分布优化方案分别减小3.7%和1.3%的码率倒数。     

一种改进的UEP喷泉码算法及其在FGS系统中的应用

在网络视频流的传输中,针对可分级视频编码（scalable video coding, SVC）的精细粒度质量可分级(fine grain quality scalable, FGS)方式,提出了一种改进的不等差错保护(unequal error protected, UEP)的喷泉码算法,并将UEP喷泉码与FGS结合,得出了改进UEP喷泉码的FGS系统。其核心思想是对FGS中的基本层与增强层截取不等长度的原始信息,利用喷泉码译码概率对原始信息长度敏感的特性,使得FGS的基本层数据与增强层数据以不等的概率译码。在无反馈信道的情况下,保证了基本层的优先性,提高信道利用率,并且喷泉码可以自适应网络信道环境,接收端可以根据具体的网络环境,以最大概率恢复出当地的原始信息。理论分析和仿真结果表明,采用UEP喷泉码的FGS系统,能够很好地实现基本层与增强层的数据不等保护能力,提高了传统FGS系统的性能。     

基于EXIT图的PCGC码子码校验矩阵研究及仿真分析

传统的PCGC(Parallel Concatenated Gallager Code,并行级联Gallager码)在设计子码时主要依据子码的MCW(Mean Column Weight,平均列重)参数,没有考虑信息节点的度分布的影响。利用基于互信息的EXIT(Extrinsic Information Transfer,边信息转移)图工具,通过计算机仿真,分析获得子码输出增益曲线,并通过构造迭代轨迹来对比分析校验矩阵信息节点度分布对译码性能的影响。仿真结果表明,传统的LDPC(Low Density Parity Check,低密度奇偶校验)码校验矩阵设计的设计准则在PCGC子码设计中并不适用。     

码间干扰信道下叠加码系统的优化设计

针对码间干扰(inter-symbol interference,ISI)信道下的单载波叠加码编码调制系统,提出了一种在频域内可以快速实现用于发射信号频谱整形的预编码方案。该预编码的引入并不增加频域均衡接收机额外的开销。从信息论的角度证明了当应用基于功率"注水"原理的预编码时,基于理想码构造的叠加码可以随着层数的增加渐近实现ISI信道容量。同时,针对基于实际码构造的叠加码系统,提出了预编码和功率分配的联合优化问题。基于卷积码的仿真结果表明,联合优化大大改善了系统的性能。     

基于叠加度的有限长系统LT码编码方案

提出了一种基于叠加度的系统卢比变换(Luby transform, LT)码编码方案。与需要预编码的系统Raptor码或交织编码的准系统掺杂LT码方案不同,由掺杂度分量与弱鲁棒孤波分布进行叠加的叠加度分布,使得系统LT码的中间节点能以LT编码方式构造输出节点。理论分析了优化掺杂度分量叠加比例的系统LT码具有译码渐近性能,对给定码长k和冗余开销ε的编译码复杂度为O(k·ln(1/ε))。仿真验证了优化后的有限长系统LT码克服了系统Raptor码在信道删除概率大于0.01即出现误码平台的问题,在译码失败概率10e-4时相对于准系统掺杂LT码的所需译码冗余开销可降低12%~20%。     

多址访问中继信道下多边LDPC码

为逼近解码前传半双工多址访问中继信道容量,提出一种多边低密度奇偶校验(low density parity check, LDPC)码校验点联合编码（parity jointly coded multi-edge type LDPC codes, PJCMET-LDPC）结构及其度分布优化方法。该结构视中继校验比特为PJCME-TLDPC码的一部分,目的端利用从信源和中继接收的消息联合译码获得所有信源信息。为了分析该编码算法的渐进性能,推导了基于消息错误概率的多边外信息转移图噪声门限分析方法。在此基础上,提出PJCMET LDPC码度分布优化方法。实验仿真表明,与SCC LDPC码和NCC -LDPC码相比,PJCMET-LDPC码可以获得更大的编码增益。     

面向深空通信的中继协作喷泉码设计

针对未来深空超远距离通信无法建立有效的点对点链路及大路径损耗、大传播延时等难题,提出了一种基于中继协作网络模型下的喷泉编码转发方案。与现有的空间传输协议相比,喷泉码能够以较低的编译码复杂度为下行数据分组提供前向纠删保护,降低确认重传的次数,有效减少传输时延。在地球〖CD*2〗火星通信场景下,对中继编码协作转发方案的复杂度和能量开销进行了性能评估,并在理论上分析了中继卫星的位置对系统性能的影响。仿真结果表明,中继喷泉编码协作转发方案可有效节约深空环境下通信系统的能量开销。     

密度进化及其简化形式

密度进化方法是分析现代高效纠错编译码渐近性能的新方法.在简要阐述低密度奇偶校验码(LDPC码)及其和积算法的基础上,较系统地论述了密度进化方法的基本原理.该方法在不同信道下有不同的简化形式.针对规则LDPC码详细给出了在AWGN信道下确定其门限值的高斯近似及删除信道近似方法.该方法可操作性强,能在未进行误比特率(BER)仿真的情况下分析码字性能,对高效纠错编译码的优化设计具有重要的指导作用.     

基于单反馈SLT码的纠错码与MP联合译码

转移LT(shifted Luby transform,SLT)码是信源依据接收端的反馈信息进行的LT(Luby transform,LT)编码方法,这种编码方法可以有效地减少解码所需要的数据包个数,由此,本文针对基于单次反馈SLT码的信道纠错码与信息传递(message propagation,MP)联合译码方法,对原有的转移鲁棒孤立子分布(shifted robust soliton distribution,SRSD)函数进行改进得到适合MP联合译码的扩展转移鲁棒孤立子分布(expand shifted robust soliton distribution,ESRSD)函数。将本文提出的ESRSD用于MP联合译码方案分别与LT码、反馈SRSD MP联合译码相比,实验结果显示,采用本文提出的ESRSD进行编码在MP译码所需要数据包的个数最少。     

分布式存储系统中新型可修复喷泉码构造

为了缓解可修复喷泉码(repairable fountain codes,RFC)编码包传输需消耗大量带宽资源的难题,提出了一种基于改进压缩列存储算法的新型RFC构造方法(RFC based on improved compressed column storage,ICCS-RFC).对于ICCS-RFC方案,编码包...     

一种Frank码脉压信号的检测与参数估计方法

针对低截获概率(LPI)雷达中常用的一类多相编码(polyphase codes)信号(Frank码,P1,P3,P4码)的截获问题,研究了基于Radon-Wigner变换(RWT)的检测与参数估计方法。该方法利用这类多相编码信号具有与线性调频(LFM)信号相似的Wigner-Ville分布(WVD)的特性,通过Radon变换提取信号特征,同时实现信号的检测和参数估计。给出了应用该算法的具体步骤,分析了算法性能。以Frank码信号为例进行的仿真证明了该方法用于多相编码信号的联合检测与参数估计的有效性。     

Turbo decoding using two soft output values

It is well known that turbo decoding always begins from the first component decoder and supposes that the apriori information is "0" at the first iterative decoding. To alternatively start decoding at two component decoders, we can gain two soft output values for the received observation of an input bit. It is obvious that two soft output values comprise more sufficient extrinsic information than only one output value obtained in the conventional scheme since different start points of decoding result in different combinations of the a priori information and the input codewords with different symbol orders due to the permutation of an interleaver. Summarizing two soft output values for erery bit before making hard decisions, we can correct more errors due to their complement. Consequently, turbo codes can achieve better error correcting performance than before in this way. Simulation results show that the performance of turbo codes using the novel proposed decoding scheme can get a growing improvement wi     

基于共轭梯度求解代价函数的卷积码参数识别算法

卷积码常作为级联码、Turbo码等高性能编码的子码,正确识别出卷积码的参数是级联码、Turbo码参数识别的基础,这要求卷积码参数识别算法具有较强的抗噪能力。利用解调软判决序列可以有效提高识别算法的抗噪能力。根据递归系统卷积码编码码元间的线性约束关系构造了一个基于指数函数的代价函数模型,将生成矩阵的识别问题转化成求解代价函数极小值的最优化问题,并采用共轭梯度法不断逼近极小点。仿真结果显示,与现有算法相比,所提方法显著提高了抗噪能力,且适用性强、收敛速度快。     

水声网络中喷泉码的应用研究现状与发展前景

水声传感器网络能够在一定范围内实现信息的传输和处理,是实现海洋数据收集、污染监测、军事侦察等水下应用的重要途径。然而水声信道固有的时空频变参数以及窄带、高噪、长时延等特征,使得构建鲁棒性水声网络面临巨大挑战。基于数字喷泉码的数据传输模式不需要有序的数据序列,从而简化了网络中数据传输方式,使得喷泉码成为一类适用于水声网络可靠通信的有效编码技术。综述了数字喷泉码的算法原理及研究现状,探讨了数字喷泉码在水声网络中的研究应用,最后对喷泉码在水声网络中的研究方向及发展前景进行展望。