无线通信中基于数字喷泉码的传输策略研究

摘要

数字喷泉码作为一种典型的无码率编码，无须信道先验信息即可实现不同信道环境下自适应传输，对于复杂多变的无线信道表现出良好的适应性。但是，其传统编译码方法存在编码冗余、译码失败概率较高等问题，并且如何将数字喷泉码从删除信道延伸至无线信道也有待进一步研究。论文以无线通信为研究背景，首先对数字喷泉码编译码算法及传输方案进行优化研究，然后在此基础上，深入探讨数字喷泉码在无线信道下的两种应用方案并仿真分析其性能。主要研究内容包括: 1)在研究数字喷泉码编译码原理及其度分布函数特性基础上，通过仿真分析不同鲁棒孤波度分布(Robust Solition Distribution，RSD)参数下LT(Luby Transform)码的性能，为编码选取合适的度分布参数;并仿真对比置信传播(Belief Propagation，BP)和高斯消元(Gaussian Elimination，GE)译码算法性能，分析其各自优缺点。 2)针对LT均匀选择编码算法效率低，以及BP和GE算法难以兼顾算法复杂度和译码效率的问题，提出改进的联合编译码算法。编码时调整信源符号选取概率以实现非均匀选择编码，在BP和GE联合译码基础上进行即时译码，进一步分散译码复杂度。并通过仿真验证改进的联合编译码算法在译码失败概率、编码冗余和复杂度等方面均具有一定优势。 3)为使得数字喷泉码在不同信道条件下均能以较低的编码冗余实现信息的可靠传输，在对现有结合反馈的数字喷泉码传输方案研究基础上，深入分析未译码信源符号的重要性，从反馈信息提取和重传编码两方面进行设计，提出基于关键信息反馈的数字喷泉码传输方案。与现有方案相比，能以较小的综合代价实现成功译码。 4)研究数字喷泉码在无线通信中的两种应用方案——直接作为信道编码和与信道编码级联，并分别进行仿真分析。数字喷泉码直接作为信道编码时类似于固定码率编码，在无线信道下性能受限。将LT码与LDPC(Low-Density Parity-Check)码级联时，利用LDPC码的编译码处理可将无线信道等效为删除信道，使得LT码能继续发挥无码率优势。在改进的编译码算法和基于关键信息反馈的传输方案基础上，以信源符号数和信源符号长度为变量，从误帧率、编码冗余和反馈重传次数等角度对级联传输方案进行仿真分析。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景及意义

1．2．1数字喷泉码理论研究现状

1．2．2无线通信中数字喷泉码研究现状

1．3论文研究内容及结构安排

第2章数字喷泉码原理概述

2．1数字喷泉码相关基本概念

2．1．1删除信道

2．1．2数字喷泉码定义

2．2 LT码

2．2．1 LT码编码

2．2．2 LT码译码

2．2．3度分布函数

2．3 Raptor码

2．4本章小结

第3章数字喷泉码编译码算法研究

3．1数字喷泉码性能分析

3．1．1度分布函数参数仿真分析

3．1．2数字喷泉码基本性能仿真

3．2数字喷泉码编码算法分析

3．2．1基于记忆的非均匀选择编码算法

3．2．2编码算法性能仿真

3．3数字喷泉码译码算法分析

3．3．1 BP与GE联合即时译码算法

3．3．2译码算法性能仿真

3．4编译码算法联合性能仿真

3．5本章小结

第4章结合反馈的数字喷泉码传输方案研究

4．1现有几种差错控制传输技术

4．1．1 FEC技术

4．1．2 ARQ技术

4．1．3 HARQ技术

4．2结合反馈的数字喷泉码传输技术

4．2．1结合反馈的数字喷泉码传输原理

4．2．2仿真结果及分析

4．3基于关键信息反馈的数字喷泉码传输方案

4．3．1反馈信息设计

4．3．2重传编码方案设计

4．3．3仿真结果及分析

4．4本章小结

第5章无线通信中数字喷泉码传输方案研究

5．1数字喷泉码在无线通信中的两种应用方案

5．1．1数字喷泉码直接作为信道编码

5．1．2数字喷泉码与信道编码级联

5．2仿真结果及分析

5．2．1数字喷泉码直接作为信道编码性能仿真

5．2．2数字喷泉码与信道编码级联性能仿真

5．3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢