基于喷泉码的不等差错保护传输方案研究

摘要

近年来伴随着第三代和第四代数字蜂窝移动通信网络的大规模建设、部署和未来第五代数字蜂窝移动通信网络的陆续商用，以及一些无线通信新技术的不断涌现，如可见光通信技术，使得智能移动终端得到了广泛的普及和使用，导致大量的多媒体信息将通过无线通信网络传输。在移动互联网和大数据时代，人们对作为信息传输载体的无线通信网络寄予了更高的期望，同时也提出了更高的要求，希望无线通信网络能够给我们提供更加卓越的网络服务，如更高的有效性和更好的可靠性。由于经过压缩后多媒体信息自身在空间和时间上存在的相关性，使得多媒体信息在无线通信网络中有效而可靠的传输仍然是一个挑战。
　　本文针对压缩多媒体信息自身的不等重要性的特点，以采用喷泉码进行 FEC为基础，对压缩多媒体信息中不同重要性等级的信息进行不等差错保护编码传输，从而提高了传输的有效性并改善了系统的性能。本文的主要研究工作和创新性内容如下：
　　1.针对在有损分组无线网络中，传输可扩展视频流时数据层丢失导致的在空间和时间上的错误传播效应问题，提出了在无线AWGN信道上可扩展视频的跨层优化传输方案。首先，基于应用层采用EWF码和物理层采用等级QPSK调制的不同组合，我们提出了5种可扩展视频跨层传输方案，并采用这5种跨层传输方案在AWGN信道上实现H.264 SVC视频序列的跨层传输；其次，为了实现优化传输以提高传输的有效性和改善系统性能，采用遗传算法对提出的5种传输方案进行跨层优化从而寻找优化的系统参数，理论优化结果和门特卡罗仿真结果的吻合性验证了跨层优化的正确性；最后，在对5种跨层优化传输方案分析的基础上，提出了可扩展视频的自适应传输方案。实验结果表明，相较于5种跨层传输方案，我们所提出的自适应传输方案能够提供更好的整体传输性能，尤其是在低信噪比区域。
　　2.针对在可见光通信系统中，压缩多媒体信息中重要性级别更高的符号需要进行更多的保护以提高接收端原始信息的恢复质量问题，提出了可调光的可见光通信系统中不等差错控制传输方案。首先，针对可见光通信系统的系统特性和组成特点，我们提出了 VLC系统中不等差错控制传输系统模型，并针对该模型提出了不等差错控制传输方案；然后，在采用编码开销为ε的EWF码编码信息符号、并且以调光值为12.5％时所需的传输时间作为传输时间标准的条件下，推导出发送端的实际编码开销、调光值及接收端实际译码开销之间的关系表达式；最后，在采用不等差错控制传输方案的VLC系统中实现H.264 SVC压缩视频序列的传输，并在不同信噪比的条件下对 EEC方案和 UEC方案的性能进行了对比分析。理论结果和仿真结果验证了VLC系统中采用UEC传输方案的有效性。
　　3.针对传统 EWF码所具有的 UEP特性和 URT特性，提出了在 BIAWGN信道下带中间反馈EWF码的编码传输方案。首先，为了改善EWF码的中间性能并提高传输效率，在BIAWGN信道下我们提出了带中间反馈EWF码的编码传输方案；然后，采用EXIT图方法对BIAWGN信道下带中间反馈EWF码在反馈前和反馈后的渐近性能进行了分析，理论结果和仿真结果验证了渐近性能分析的正确性；最后，对传统EWF码和提出的带中间反馈EWF码中LIB的BER性能进行了对比分析，结果表明本文提出的带中间反馈EWF码需要更小的译码开销就能恢复出LIB，从而证明了本文所提出的带中间反馈EWF码编码传输方案的有效性。

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第一章 绪 论

§1.1 课题研究背景及意义

§1.2 喷泉码研究现状

§1.3 本文的研究内容、研究方法与创新点

§1.4 本文的结构安排

第二章 喷泉码的理论基础

§2.1 喷泉码

§2.2 度分布

§2.3 EWF码

§2.4 编码信道模型

§2.5 LT码的译码算法

§2.6 喷泉码的渐近性能分析

§2.7 本章小结

第三章 无线 AWGN 信道中可扩展视频的跨层优化传输方案

§3.2 无线信道中可扩展视频跨层传输的原因

§3.3 跨层传输方案

§3.4 各跨层传输方案删除概率的分析

§3.5 无线 AWGN信道中可扩展视频的跨层优化传输方案

§3.6 本章小结

第四章 可调光的可见光通信系统中不等差错控制传输方案

§4.1 可见光通信系统

§4.2 VLC系统中不等差错控制传输的原因

§4.3 可调光的 VLC系统中不等差错控制传输系统模型

§4.4 可调光的 VLC系统中不等差错控制传输方案

§4.5 不等差错控制传输方案中不同调光值对应的删除概率

§4.6 采用 UEC方案的可调光 VLC系统中 H.264 SVC视频的传输

§4.7 本章小结

第五章 在 BIAWGN 信道下带中间反馈 EWF 码的编码传输方案

§5.1 带中间反馈 EWF码提出的背景

§5.2 在 BIAWGN信道下带中间反馈 EWF码的编码传输方案

§5.3 在 BIAWGN信道下带中间反馈 EWF码的性能分析

§5.4 在 BIAWGN信道下带中间反馈 EWF码的渐近分析和仿真

§5.5 在 BIAWGN信道下带中间反馈 EWF码与传统 EWF 码的对比分析

§5.6 本章小结

第六章 总结与展望

§6.2 展望及未来工作

参考文献

攻读博士学位期间完成的成果

致谢