喷泉码的编译码算法及应用研究

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随着无线通信系统的快速发展,用户对信息传输的可靠性提出了更高的要求。喷泉码作为一种基于删除信道的信道编码技术,被广泛应用于可靠广播传输场景中。其采用了随机编码的思想,具有无固定码率、鲁棒性、高效性、较低的编译码复杂度、无需反馈信道来确保传输的可靠性和适应实时变化的信道等优点。然而喷泉码作为一种依据某种启发思想设计出来的信道编码技术,其度分布函数和编译码算法仍然具有很大的改进空间。本文以喷泉码技术为主体,针对喷泉码的译码效率低、编码矩阵不满秩以及应用场景问题,研究了喷泉码的度分布算法、编译码算法及可靠传输方案。主要研究工作如下:第一,针对喷泉码较低的译码效率问题,MBRSD度分布算法通过控制度为1编码包的连接方式优化了平均可译集大小从而减少了译码时间。由于该算法中缺少度为1的编码包且其分布不均匀,通过把增加度为1的编码包的插值算法与MBRSD度分布算法相结合,本文提出了IMBRSD度分布算法。改进的算法减少了成功译码需要的编码包数,并且降低了系统的误码率。第二,针对喷泉码编码矩阵存在的不满秩情况会导致接收端无法正确译码的问题,本文在发送端对编码矩阵进行了满秩矩阵预处理。其通过对编码矩阵进行增广矩阵处理,选出少量列向量补充到原编码矩阵中来构成满秩矩阵。本文提出的编码矩阵满秩优化算法降低了喷泉码译码失败概率。第三,针对固定码率无法匹配实时变化的信道容量问题,本文将满秩优化后的喷泉码应用在广播传输方案中从而解决了不可靠传输问题。发送端依据接收端反馈的正确译码包的数目计算实际信道的删除概率,然后根据实际信道条件调整编码包输出个数。该传输方案可以减少反馈信道带来的能量消耗并且能够自适应地实现码率与时变信道容量的匹配,增加了广播的可靠性。
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