喷泉码及其在通信网络中的应用

喷泉码是一种新颖的信道编码技术,可有效应用于分组级前向纠删技术中。喷泉码可以由k个原始分组生成任意数量的编码分组,而只要收到其中任意k(1 ε)个编码分组,即可通过译码以高概率成功恢复全部原始分组。精心设计的喷泉码不仅具有很小的译码开销ε,而且具有简单的编译码方法和很小的编译码复杂度。本文介绍了喷泉码的基本概念和LT码、Raptor码等实用喷泉码,并且从单点对单点、单点对多点、多点对单点通信等三个方面阐述了喷泉码在通信网络中的应用。     

一种用于水声通信的喷泉码最大似然译码方法

针对水声通信特点,研究随机线性喷泉码及最大似然译码,在分块数较小的包传输中纠正删除错误。传统的最大似然译码为整包统一处理,译码延迟大。该文提出一种逐行累增的高斯消去方法,将译码过程划分到各块到达时隙中执行,利用二进制分布求和的概率公式对单块到达所需计算量进行分析。在实际水声通信处理平台上进行了验证,满足实时计算需求,可用于水下图像、传感器数据等的传输。     

深空通信中的喷泉编译码技术

针对深空通信长时延、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,提出利用喷泉码的编译码技术解决上述问题。阐述了喷泉码的编译原理、类型、典型应用、关键技术,并提出利用喷泉码不需要反馈的思想,将喷泉编码与深空通信中的协议技术相结合,以简化协议,减少确认-重传过程,缩短长距离文件传输时延,增大系统的吞吐量。     

一种多进制喷泉码短码的编译码方法

喷泉码在码长较长时,采用复杂度与码长呈近线性关系的置信传播译码,可靠性接近香农限,编码效率接近1。由于喷泉码在编码效率和译码复杂度方面具有优势,因而在多媒体广播多播、分布式存储、容迟容断网络等领域得到广泛应用。但基于二进制的传统喷泉编码,为了获得较好的译码性能和编码效率,码长比较长,一般都需要达到几千甚至几万个符号;应用于短文件的存储、传输,编码效率大为下降,带来存储和效率的急剧下降。文章介绍了一种多进制喷泉编译码,其效率与二进制编码相比,在效率和性能方面得到显著提升,但译码复杂度仅略有上升。     

数字喷泉码及其应用的研究进展与展望

 基于TCP协议的大部分网络通信都将接收到的数据包当作一个有序序列进行处理.TCP协议的这种有序序列模式限制了其在大量数据传输或将数据分布到大量用户的应用.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的传输方式,使得数字喷泉码成为一类适用于可靠通信的有效编码技术,而具有广阔的应用前景.本文综述了几类典型数字喷泉码的原理及其优缺点;探讨了这几类数字喷泉码的具体应用;指出了数字喷泉码研究中需要解决的一些关键问题.最后,对数字喷泉码的发展前景及研究方向进行展望.     

Turbo码在深空通信中应用

Turbo码具有逼近Shannon容量限的优异性能,介绍了应用于深空通信的Turbo码编码方案和相应的译码算法,并给出了采用修正Max-Log-Map译码算法的深空CCSDS标准Turbo码的软件仿真性能和硬件系统实测性能。通过计算机仿真和硬件实测结果表明,采用该修正Max-Log-Map译码算法的Turbo码译码器易于硬件实现,同时Turbo码仿真性能和实际性能一致,适用于实际工程应用。     

窄带通信中基于Jordan标准型矩阵的喷泉码研究

针对在窄带通信系统中应用分组级喷泉码技术面临分组数量很少导致译码失败率高的问题,提出采用类Jordan标准型编码图案的编译码算法,推导了改进算法的理论译码成功率,给出了分组长度的最佳取值范围。分析比较了在窄带通信系统中应用传统ARQ机制与分组级喷泉码机制时的时延性能以及信道利用率,仿真结果证明应用分组级喷泉码机制可以提升窄带通信系统的性能。     

LT码在深空通信中的应用研究

深空通信具有时延长、误码率大、链路易中断等特点,链路中断将导致数据不可恢复的丢失。针对深空通信误码率大、数据易丢失等特点,对LT(Luby Transform)码与LDPC/TPC码的级联进行了研究,描述了喷泉码的原理和主要实现方法,给出了LT码与LDPC/TPC码的级联方法及Matlab仿真分析结果,实现了LT码与LDPC/TPC码的级联编解码,并通过设计闪断试验测试了级联码的性能,给出了分析结果,以期为深空通信数据的获得提供更为可靠的解决方案。     

喷泉码在P2P流媒体中的应用研究

针对P2P流媒体应用中数据分发调度算法复杂的问题,文章提出使用基于Ratpor码的信道编码技术来保证稳定的视频流服务。通过实验实现P2P流媒体中Raptor码的编解码过程,并对Raptor码的基本参数进行评估,使其在吞吐量、计算复杂度和灵活性中达到最佳平衡,采用Raptor码之后视频播放速度最大达到25-30Mbit/s,并且接收端在多接收9个纠删符号后,成功解码的概率达到99%。     

基于不等差错保护喷泉码的LTP协议

Licklider传输协议(LTP)是深空通信中一个重要协议,但其自动重传(ARQ)机制无法满足传输时延的要求。为了利用喷泉码无需反馈的特点,降低LTP协议传输时延,同时满足LTP协议中红色数据和绿色数据不同可靠性的要求,将具有不等差错保护(UEP)特性的喷泉码引入LTP协议,得到具有不等差错保护特性的LTP(UEP-LTP)。对喷泉码不同的度分配不同的选窗概率,构造一个指数型的选窗概率函数并对该函数进行优化,由此获得性能更优的UEP-LTP(AUEP-LTP)。仿真结果表明,AUEP-LTP的红、绿色数据误码率可分别达到10-10.473 2和10-3.687 8,满足红、绿色数据不同可靠性要求,同时可减少LTP重传,提高协议性能,更适用于深空通信。     

喷泉码编译码原理研究和分析

喷泉码是一种新颖的基于图的纠删码技术,在工程应用上有广阔的前景。本文针对几种典型分布数字喷泉码的编码方式进行综合比较和规律总结,同时对喷泉码的两类译码方式和适用范围进行了分析与探讨,通过仿真数据和图形比较了不同分布编码方式的性能差异和不同译码方式的优缺点所在。     

Fountain Codes Over GF(q)

Binary fountain codes such as Luby transform codes are a class of erasure codes which have demonstrated an asymptotic performance close to the Shannon limit when decoded with the belief propagation algorithm. When these codes are generalized to GF(q) for q > 2, their performance approaches the Shannon limit much faster than the usual binary fountain codes. In this paper, we extend binary fountain codes to GF(q). In particular, we generalize binary Luby transform codes to GF(q) to develop a low complexity maximum likelihood decoder. The proposed codes have numerous advantages, including low coding overhead, low encoding and decoding complexity, and good performance over various message block lengths, making them practical for real‐time applications. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Raptor码译码算法的改进方案

喷泉码是一类重要的纠删码,特别是Raptor码,由于其非固定码率、逼近信道容量、可以有效纠删等方面的内在特点,非常适合作为应用层FEC而使用到各类系统中。主要就Raptor码的译码算法展开深入的讨论,在介绍现有译码算法的基础上,提出了Raptor码译码算法的优化思路,它能更好的平衡译码失败率和译码计算复杂度两个指标之间的关系,以更好的适用于某些特定应用场景的需要。     

低密度纠删码稳定收敛条件的证明

基于数学分析中著名的不动点原理,对于低密度纠删码本文证明了其删除错误译码算法稳定收敛的一充分条件.而且指出此条件优于现有的稳定收敛条件.最后对给定的度分布对证明了此译码算法能成功译码时可接受的最大损失δ的几个上界.     

低密度纠删码度分布序列的研究

本文对低密度纠删码的度分布序列进行了研究,提出了低密度纠删码度分布序列可达信道容量的充分必要条件,给出了Heavy-Tail/Poisson和右边正则的两种度分布序列的性质,证明了低密度纠删码达信道容量度分布序列的一个分析性质.这些分析性质对低密纠删码达信道容量度分布序列的设计有着重要的理论指导意义.     

基于纠删码的分布式存储系统中针对多数据失效的树型并行修复技术

To reduce the time required to complete the regeneration process of erasure codes, we propose a Tree-structured Parallel Regeneration (TPR) scheme for multiple data losses in distributed storage systems. Under the scheme, two algorithms are proposed for the construction of multiple regeneration trees, namely the edge-disjoint algorithm and edge- sharing algorithm. The edge-disjoint algorithm constructs multiple independent trees, and is simple and appropriate for environments where newcomers and their providers are dis-tributed over a large area and have few inter-sections. The edge-sharing algorithm constructs multiple trees that compete to utilize the bandwidth, and make a better utilization of the bandwidth, although it needs to measure the available bandwidth and deal with the bandwidth changes; it is therefore difficult to implement in practical systems. The parallel regeneration for multiple data losses of TPR primarily includes two op-timizations: firstly, transferring the data thr-ough the bandwidth optimized-paths in a pipeline manner; secondly, executing data regeneration over multiple trees in parallel. To evaluate the proposal, we implement an event- based simulator and make a detailed comparison with some popular regeneration methods. The quantitative comparison results show that the use of TPR employing either the edge-disjoint algorithm or edge-sharing algorithm reduces the regeneration time significantly.     

基于停止集的喷泉编码有限长性能估计

喷泉编码是一类基于删除信道、面向数据分组的前向纠错编码技术。该文分析了停止集的尺度分布对固定码率喷泉编码解码性能的影响,提出了一种估算低误码条件下喷泉编码有限长性能的方法以及一种低复杂度的停止集尺度分布搜索算法。比较结果表明,该文给出的喷泉码解码性能上下界与实际仿真结果非常接近。