CN103051424B - 一种不等错误保护喷泉码的无线传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不等错误保护喷泉码的无线传输方法，属于深空通信和通信信号处理技术领域。本发明采用基于不等错误保护喷泉码改进现有深空通信的文件传输过程，在充分考虑体现链路状况的链路参数E_b/N₀及丢包率的基础上，发送端添加冗余以及译码接收冗余，增强了深空通信中不可靠文件传输服务的可靠性性能，在等级r=1时可简化为基于等错误保护喷泉码的无线传输。

Description

一种不等错误保护喷泉码的无线传输方法

技术领域

本发明涉及一种不等错误保护喷泉码的无线传输方法，属于深空通信和通信信号处理技术领域。

背景技术

随着空间环境日益复杂和空间探测范围的扩大，点对点的深空通信场景已经不能满足未来深空探测的需求，基于中继协作方式实现深空中卫星、探测器及地面监控站的通信是目前深空通信领域的研究热点。喷泉码从其产生至今十多年的时间，已逐渐实用，并且被3GPP列为多媒体多播的应用层标准。两种典型的实用喷泉码：LT及Raptor喷泉码是等错误保护（EqualErrorProtection,EEP）喷泉码。文献“Video-on-demandbroadcastingprotocolusinguep-ratelesscodes”把加权类UEP-LT码用于视频传输系统中，相对于等错误保护的喷泉码，不等错误保护的喷泉码能起到可靠性及低延时两方面的性能改进。文献“DistributedratelesscodeswithUEPproperty”考虑了具有UEP特性的分布式喷泉码设计问题。UEP方法根据信息的优先级顺序，对信息进行不同码率的预编码，然后再对预编码后的数据进行传统LT编码，从而达到UEP的目的。2007年，Sedinovic等人又提出了结合UEP及不等恢复时间（UnequalRecoveryTime，URT）特性的喷泉码，即扩展窗喷泉码（ExpandingWindowFountain,EWF）。针对EWF码的研究，典型的研究文献有“Scalablevideomulticastusingexpandingwindow”和“Scalabledatamulticastusingexpandingwindowfountaincodes”；它们将EWF码用于实时多媒体信息的高效可靠传输，并进行验证。因此，研究基于UEP喷泉码用于协作的分布式系统中已成为喷泉码技术发展的又一个主要趋势。喷泉码用于协作的典型文献有：

（1）Castura和Mao最先在文献“Ratelesscodingforwirelessrelaychannels.”中研究了在三节点的无线中继网络中使用喷泉码的问题，他们证明了在发端未知CSI情况下，在时变信道中使用喷泉码可实现高效而可靠的传输。

（2）Molisch和Mehta等在文献“Performanceoffountaincodesincollaborativerelaynetworks”中对喷泉码在多节点两跳中继网络中的应用进行了深入研究，提出了基于喷泉码互信息累积的协作协议和异步协议。

所谓协作协议也称“准同步协议”，是指在第一个工作阶段信源采用喷泉码对信息进行编码然后发送出去，此时所有中继处于监听状态，一旦中继接收到足够的信息能够实现可靠译码，中继向信源反馈一个译码成功的确认信号，当信源获得确认信号后即停止传输；与此同时，中继由接收状态转入发送状态。在第二个工作阶段，成功译码的中继开始和目的端进行通信，此时中继可以采用两种传输策略，一种是所有传输的中继都使用相同的喷泉码，使得目的端在接收时实现能量累积，另一种是每一个中继使用一个喷泉码，从而使得目的端在接收时实现互信息累积，采用互信息累积的方法优于能量累积的方法，但实现更为复杂，当目的端接收到足够的信息能够成功译码后，向中继发送一个确认信号，终止传输。在准同步协议中，中继只能从信源获得信息，但是，通过使用喷泉码中继网络可以实现中继之间相互传递信息，加速整个信息传输过程。

所谓异步协议，是指在信息传输过程中，信源和每个中继使用不同的喷泉码，信源采用喷泉编码传输信息，当中继接收到足够信息成功译码后，立即转入传输状态，同时向目的端和未译码成功的中继节点传输信息，整个过程直到目的端译码成功为止。

在实际无线通信系统传输数据时，当信道状态很好时，低码率会导致传输效率下降；信道状态很差时，高码率又会导致传输失败，因此，实际设计中码率必须在可靠性和有效性之间折中。此问题的一个解决办法是在发送方与接收方之间建立反馈信道，当接收端感知到信道状态变化时，通过反馈信道告知发送方，使发送方改变码率，从而实现高效而可靠的通信，深空通信中CCSDS标准的文件传输也采用此种设计思路。

在深空通信传输协议方面，2008年，ScottC.Burleigh在SpaceOps会议上“DynamicRoutingforDelay-TolerantNetworkinginSpaceFlightOperations”文中，提出一种关联图路由(ContactGraphRouting)的动态路由方法计算深空通信环境下的时变网络并基于调度与束通信关联，在不需要知道当前束协议节点状态及不耗费任意束路由的处理资源前提下，实现数据的高传输容量通信。

“基于中继存储-转发的深空文件传输方法”(申请号为201210184667.2)基于延时否定确认型CFDP并改进其延时性能,但没有涉及可靠性分析与对比。

发明内容

本发明的目的是为改善传统空间传输协议的链路资源消耗性能，提高基于喷泉码空间协议传输效率，基于空间通信协议的集束层提出了一种喷泉码无线传输方法，具体为一种基于不同错误等级保护喷泉码的无线空间或深空通信传输方法，通过增加协议前期处理过程，有效提高空间通信的抗干扰与可靠传输性能，大大降低了空间通信的反馈时延。

本发明具体通过如下步骤实现：

步骤一、发送端将空间通信协议的集束层传输来的K个待发送数据包按重要性大小依次分为r组数据包，各组包含的数据包的数量依次为k₁，k₂，…，k_r，且k₁≤k₂≤...≤k_r＝K，下一级数据包组包含上一等级数据包组中的所有数据包。且 $\frac{k_1}{K}+\mathrm{\Σ}\frac{(k_i-k_{i-1})}{K}=1,$ i=2，...,r,记 ${\mathrm{\α}}_1=\frac{k_1}{K},$ ${\mathrm{\α}}_i=\frac{(k_i-k_{i-1})}{K}.$

步骤二、分别给K个重要性级别的数据包组添加冗余，更新待发送数据包；并确定各数据包组喷泉编码的选择概率和度分布。

所述的添加冗余具体方法为：

从第i组数据包中随机抽取个数据包添加到该数据包组之后。

更新后的待发送数据包总数量为

其中，[·]表示取四舍五入的整数。冗余量参数优选为零，非零时的具体取值与空间链路的E_b/N₀(dB)成反比或对数反比：

成反比表达式为 ${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{source}}^{\left(i\right)}=\frac{1}{\mathrm{inv}*E_b/N_0},$ inv∈(0.5~2)；

成对数反比表达式为 ${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{source}}^{\left(i\right)}=\frac{1}{\log \mathrm{inv}*\sqrt{E_b/N_0}},$ loginv∈(0.8~2.6)。

各级的冗余量参数可以相同也可以不同。

所述的喷泉编码的各数据包组选择概率的确定方法为：

第i级数据包组的选择概率为 ${\mathrm{\Γ}}_i=\frac{d_i}{d}=\min (\frac{[1.86*{\mathrm{\α}}_i*d]}{d},{\mathrm{\α}}_i\frac{G}{d});$

其中d为喷泉编码的度，d_i为第i级数据包组参与构造度为d的码符号的数据包个数。

第i级数据包的喷泉编码度分布为Ωⁱ，各级数据包组喷泉编码的度分布可以相同也可以不同。

步骤三、采用可靠传输模式或者不可靠传输模式在发送端和接收端之间传输数据包。

所述不可靠传输模式的发送端传输步骤为：

步骤3.a1，建立“开始信息文件数据包”，其中包含源地址、目的地址、可传输的路径数量及每条路径中的中继节点地址、当前喷泉数据编码包的度及当前已编码的喷泉数据包的大小（计数单位为octet）。

步骤3.a2，发送“不可靠传输文件请求”。

步骤3.a3，发送“开始信息文件数据包”。

步骤3.a4，依据步骤二输出的数据包以及步骤三得到的各个级别数据包组的选择概率和度分布进行不等错误保护喷泉编码，生成喷泉编码后的数据包。

其中，喷泉编码方法选用商用LT或Raptor编码。

步骤3.a5，发送喷泉编码后的数据包。

步骤3.a6，重复步骤3.a4和步骤3.a5，直到发送完[G*(1+ε_trans)]个数据包。

其中，ε_trans∈(0.1~5)，且满足[G*(1+ε_trans)](1-p_f)>K，p_f是当前空间系统的丢包率。

步骤3.a7，发送端建立并发送“结束信息文件数据包”，其中包含源地址、目的地址、当前喷泉数据编码包的度、当前已编码的喷泉数据包大小（计数单位为octet）、喷泉数据编码包的总数K。

不可靠传输模式下，接收端传输步骤为：

步骤3.b1，接收端接收“开始信息文件数据包”，并初始化“接收数据包计数器”R_count＝0。

步骤3.b2，接收端分解接收到的“开始信息文件数据包”，得出当前喷泉数据编码包的度及当前已编码的喷泉数据包的大小（计数单位为octet）。

步骤3.b3，接收端接收发送端异步传输来的一个数据包，将“接收数据包计数器”R_count＝R_count+1。

步骤3.b4，重复“步骤3.b3”K次，当R_count=K时，启动喷泉译码过程。

步骤3.b5，重复“步骤3.b3”R-K次，继续接收R-K个喷泉数据包。

其中，R=[(1-p_f)[G*(1+ε_trans)]]。

步骤3.b6，接收端接收“结束信息文件数据包”，释放内存，结束文件传输过程。

所述可靠传输模式下，发送端传输步骤为：

步骤3.c1，建立“开始信息文件数据包”，其中包含源地址、目的地址、可传输的各路径数量及每个路径的中继节点地址、当前喷泉数据编码包的度及当前已编码的喷泉数据包的大小（计数单位为octet）。

步骤3.c2，发送端发送“可靠传输文件请求”。

步骤3.c3，发送端等待接收端反馈的“可靠传输文件请求”，一旦收到“可靠传输文件请求”，执行步骤3.c4。

步骤3.c4，发送端发送“开始信息文件数据包”。

步骤3.c5，发送端依据步骤二输出的数据包以及步骤三的选择概率和度分布进行不等错误保护喷泉编码，生成喷泉编码后的数据包。

其中，喷泉编码方法选择商用LT或Raptor编码。

步骤3.c6，发送端发送步骤3.c5输出的喷泉编码后的数据包。

步骤3.c7，重复步骤3.c5和步骤3.c6，并检查是否收到接收端发送来的译码成功信息（ACK），若接收到ACK，则进入步骤3.c8。

步骤3.c8，发送端发送文件传输结束信息给接收端。

可靠传输模式下接收端传输步骤如下：

步骤3.d1，接收端判断等待发送端发送的“可靠传输文件请求”，一旦收到则进入步骤3.d2。

步骤3.d2，接收端反馈“可靠传输文件请求”给发送端。

步骤3.d3，接收端接收“开始信息文件数据包”，并初始化“接收数据包计数器”R_count＝0。

步骤3.d4，接收端分解接收到的“开始信息文件数据包”，得出当前喷泉数据编码包的度及当前已编码的喷泉数据包的大小（计数单位为octet）。

步骤3.d5，接收端接收发送端异步传输来的一个数据包，将“接收数据包计数器”R_count＝R_count+1。

步骤3.d6，重复“步骤3.d5”K次，当R_count=K时，启动喷泉译码过程。

步骤3.d7，重复“步骤3.d5”接收喷泉数据包，直到译码成功后进入步骤3.d8。

步骤3.d8，接收端发送译码成功信息ACK给发送端。

步骤3.d9，接收端接收到发送端发送的发送文件传输结束信息后，释放内存，结束文件传输过程。

有益效果

1.本发明采用基于不等错误保护喷泉码改进现有深空通信的文件传输过程，增强了深空通信中不可靠文件传输服务的可靠性性能，同时也提供了可靠传输服务。

2.本发明发送端添加冗余以及译码接收冗余充分考虑了体现链路状况的链路参数E_b/N₀及丢包率，较传统传输方法进一步提高了链路传输可靠性。

3.本发明传输方法在等级r＝1时可简化为基于等错误保护喷泉码的无线传输。即使这样，由于在喷泉编码前增加了冗余，也能较普通喷泉编码传输方法，更进一步降低系统传输的误码率，增强系统可靠性。

附图说明

图1是本发明的喷泉码无线传输方法在CCSDS协议族中的位置示意图；

图2是实施例1中地面站和行星探测器间并行的多跳传输路径示意图；

图3是实施例1中地面站和行星探测器间并行的多条两跳传输路径示意图；

图4是实施例1中地面站和行星探测器间并行的多条三跳传输路径示意图；

图5是实施例1中，不可靠传输模式情况下，译码开销ε_trans和系统误码率（BER）的关系；

图6是实施例3中，AWGN信道、可靠传输模式下，CFDP传输协议与喷泉传输方法的传输延时对比图；

图7是实施例3中，根据LT码在AWGN信道及衰落信道下的冗余度ε_trans，CFDP协议和喷泉编码传输的系统开销对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明和详细描述：

本发明的喷泉码无线传输方法在CCSDS协议族中的位置如图1所示。

发端预传输的数据符号先经过物理层、链路层的空间传输协议(SCPSTP)、空间网络协议(SCPSNP)或UDP等协议，到达传输层。本发明提出的“喷泉码无线传输方法”是基于CFDP不可靠传输协议的改进。为了完成一次文件传输，要传输的信息需要由本地用户传输给上层的“喷泉码无线传输方法”，再由本地CFDP实体传递到目的端的“喷泉码无线传输方法”。这些信息是用静态的以系统数据表的形式存储在存储介质中，以便用户通信时调用。存储的信息包括各跳地址映射关系，定时器的设定值等。

实施例1

以火星探测器与地球基站（简称“地面站”）之间的数据传输为例，阐述本发明“喷泉码的无线传输方法”的具体实施过程。

图2、图3和图4分别是本实施例中地面站和行星探测器之间并行的两跳或多跳传输路径示意图；其中，E代表地面站，M代表行星探测器，S₁，...，S_k为K个近地中继，R₁，...，R_T为T个行星中继。其中，两跳路径有如下两种：

1）地面站经近地中继和行星探测器双向通信；

2）地面站经行星中继和行星探测器双向通信。

其中，三跳路径为通过地面站经近地中继和行星中继与行星探测器的双向通信路径。

本实施例中参与喷泉码无线传输的系统包含地面站、行星中继、近地中继及行星探测器四部分。各通信方式关系如下：

1）地面站可以通过无线链路直接和近地中继双向通信；

2）地面站可以通过无线链路直接和行星中继双向通信；

3）近地中继可以通过无线链路直接和行星中继双向通信；

4）近地中继可以通过无线链路直接和行星探测器双向通信；

5）行星中继可以通过无线链路直接和行星探测器双向通信。

上述各部分之间都可基于本发明的可靠和不可靠传输模式实现数据传输。本发明的喷泉码无线传输方法包含两种模式：“可靠服务模式”和“不可靠服务模式”。其中，“可靠服务模式”，接收端接收一定数量的接收包并进行译码，译码成功后会向发送方返回ACK确认信息，保证了数据的完整性和正确性，适用于一些对服务质量要求高的传输任务；“不可靠服务模式”，接收端不会向发送方返回任何确认信息，因此无法保证数据的完整性和正确性，适用于对服务质量要求不高的传输任务，但也较传统CFDP不可靠模式的准确性高。由于将发送符号按照重要性等级分布且添加冗余并采用新型喷泉码进行高效传输，实现了整个系统的高传输效率和低系统开销。

本实施例以行星探测器和地面站之间的下行数据的“不可靠传输”为例，具体过程如下：

步骤一、发送端行星探测器将集束层传输来的待发送的10000个数据包中按重要性分为2个等级，第一级数据包组包含的数据包数为1000，第二级数据包组包含第一级数据包组中所有数据包，且α₁＝0.1和α₂＝0.9。

步骤二、按照两级数据包组添加冗余，更新待发送数据包。此处为简化系统设计，添加冗余参数和均选为0。并确定喷泉编码的两个重要等级数据包的选择概率为0.084和0.916。两级数据包组的度分布为：第一级数据包组的度分布Ω¹为参数c=0.03,δ=0.5的鲁棒孤波度分布，其中c为一个大于1的常数，δ为译码失败的概率上限。第二级数据包组采用固定度分布

Ω²={{0.006495,1},{0.495044,2},{0.168010,3},{0.067900,4},{0.0892909,5},{0.041731,8},{0.050162,9},{0.038837,19},{0.015537,20},{0.016298,66},{0.010777,67}}。本实施例中增加冗余的比例取值即和均取值为0。因此更新后待发送数据包总量G=10000。

步骤三、基于发送端行星探测器和接收端地面站之间进行本发明传输方法喷泉编码数据包的传输。传输方法采用不可靠传输模式。

其中，发送端行星探测器不可靠传输模式的传输步骤如下：

步骤3.e1，建立“开始信息文件数据包”，此数据包中包含源地址：行星探测器、目的地址：地面站、喷泉编码度Ω¹和Ω²及数据包大小1024（以octet为计数单位）。

步骤3.e2，发送端行星探测器发送“不可靠传输文件请求”。

步骤3.e3，发送端行星探测器发送“开始信息文件数据包”。

步骤3.e4，发送端行星探测器依据步骤二输出的更新数量后的数据包以及选择概率和度分布进行不等错误保护喷泉编码，生成一个喷泉编码后的数据包。喷泉编码方法采用LT编码。

步骤3.e5，发送端行星探测器发送步骤3.e4输出的喷泉编码后的数据包。

步骤3.e6，重复步骤3.e4和步骤3.e5，直到发送完[G*(1+ε_trans)]=22000个数据包。其中，ε_trans的取值为ε_trans=1.2。

步骤3.e7，发送端行星探测器建立“结束信息文件数据包”，此数据包中包含源和目的地址、当前喷泉数据编码包的度、当前已编码的喷泉数据包的大小（以octet为计数单位）喷泉数据编码包的总数K=10000。

接收端地面站不可靠传输模式的传输步骤如下：

步骤3.f1，接收端地面站接收“开始信息文件数据包”，并初始化“接收数据包计数器”R_count=0。

步骤3.f2，接收端地面站分解接收到的“开始信息文件数据包”，得出当前喷泉数据编码包的度及当前已编码的喷泉数据包的大小（以octet为计数单位）。

步骤3.f3，接收端地面站接收发送端行星探测器传输来的一个数据包，将“接收数据包计数器”R_count=R_count+1。

步骤3.f4，重复“步骤3.f3”10000次，当R_count=K时，启动喷泉译码过程。

步骤3.f5，重复“步骤3.f3”R-K=21776-10000次，继续接收11776个喷泉数据包。

其中，R的计算过程如下：

假设系统误码率为10^-5，且根据丢包率公式：p_f＝1-(1-误码率)^{数据包长度}，数据包长度为1024bit；代入公式得丢包率p_f＝0.010187800378455≈0.010188。根据图5两种重要性等级分布前提下，译码开销ε_trans和系统误码率（BER）的关系，选择ε_trans=1.2。再根据公式R=[(1-p_f)[G*(1+ε_trans)]]计算出R=21776。

步骤3.f6，接收端地面站接收“结束信息文件数据包”。

实施例2

本实施例应用条件与实施例1相同，即：以行星探测器和地面站之间的下行数据传输，但是传输方式采用可靠传输模式，具体过程如下：

步骤一和步骤二与实施例1相同。

步骤三、基于发送端行星探测器和接收端地面站之间单跳路径进行本发明传输方法喷泉编码数据包的传输。传输方法采用可靠传输模式。

其中，发送端行星探测器可靠传输模式的传输步骤如下：

步骤3.g1与实施例2中的步骤3.e1相同：建立“开始信息文件数据包”，此数据包中包含源地址：行星探测器、目的地址：地面站、喷泉编码度及数据包大小也与实施例1中相同。

步骤3.g2，发送端行星探测器发送“可靠传输文件请求”。

步骤3.g3，发送端行星探测器判断是否接收到了接收端地面站反馈的“可靠传输文件请求”信息，若没有重复此步骤等待。若收到了接收端地面站反馈的“可靠传输文件请求”信息，即进入步骤3.g4。

步骤3.g4，发送端行星探测器发送步骤3.g1产生的“开始信息文件数据包”。

步骤3.g5，发送端行星探测器依据步骤二输出的更新数量后的数据包以及步骤三的选择概率和度分布进行不等错误保护喷泉编码，生成一个喷泉编码后的数据包，喷泉编码方法采用LT喷泉编码。

步骤3.g6，发送端行星探测器发送步骤3.g5输出的喷泉编码后的数据包。

步骤3.g7，重复步骤3.g5和步骤3.g6，发送端行星探测器重复发送数据包，并检查是否收到接收端地面站发送来的ACK信息，若接收到ACK信息，则进入步骤3.g8。

步骤3.g8，发送端行星探测器发送文件传输结束信息给接收端地面站。

至此，本实施例发送端行星探测器发送10000个数据包到接收端地面站的可靠传输过程结束。

接收端地面站可靠传输模式的传输步骤如下：

步骤3.h1，接收端地面站判断是否接收到了发端行星探测器发送的“可靠传输文件请求”信息，若没有重复此步骤等待。若收到了则进入步骤3.h2。

步骤3.h2，接收端地面站反馈“可靠传输文件请求”给发送端行星探测器。

步骤3.h3，接收端地面站接收“开始信息文件数据包”，并初始化“接收数据包计数器”R_count＝0。

步骤3.h4，接收端地面站分解接收到的“开始信息文件数据包”，得出当前喷泉数据编码包的度及当前已编码的喷泉数据包的大小（以octet为计数单位）。

步骤3.h5，接收端地面站接收发送端行星探测器异步传输来的一个数据包，将“接收数据包计数器”增一操作，即R_count=R_count+1。

步骤3.h6，重复“步骤3.h5”K=10000次，当R_count=K时，启动喷泉译码过程。

步骤3.h7，继续重复“步骤3.h3”接收喷泉数据包，直到译码成功，后进入步骤3.h8。

步骤3.h8，接收端地面站发送译码成功信息ACK给发送端行星探测器。

步骤3.h9，接收端地面站接收到发送端行星探测器发送的发送文件传输结束信息后，释放内存，结束文件传输过程。

这样，发送端行星探测器和接收端地面站分别经过“步骤3.g1到步骤3.g8”和以及“步骤3.h1到步骤3.h9”完成了可靠数据传输。

实施例3

本发明的“喷泉码的无线传输”有两大优势：降低传输延迟和系统开销。

首先，在传输延迟方面：使用本发明提出的喷泉码传输方法和CFDP的对比。首先假设CFDP文件发送时间为T_CFDP：

$T_{\mathrm{ARQ}}=T_{\mathrm{prop}}(1+2*(\stackrel{\‾}{n}-1))+T\_\mathrm{CFDP}---\left(1\right)$

其中T_prop=通信距离/电磁波传播速度，统一按照200秒最小传输；

假设K=1000个喷泉包喷泉编码的时间是T_FT，则在丢包率p_f时，恢复1000个原始包需要发送的编码包期望为：传输个喷泉包需要的时间为：T_FTTr=(1+ε_trans)*T_CFDP；

本实施例中步骤一发送端将集束层传输来的待发送1000个数据包分为1个重要等级，且采用LT编码，即采用普通喷泉编码方式传输。在步骤二不添加随机冗余数据包，且喷泉编码的度分布采用参数为c=0.03,δ=0.5的鲁棒孤波度分布。

采用喷泉码作为深空文件传输方法下，需要的传输延迟为：

T_FTD=T_prop+T_FT+T_FTTr=T_prop+T_FT+(1+ε_trans)T_CFDP(2)图7是AWGN信道下，CFDP传输协议与喷泉传输协议的传输延时对比。

其次，在系统开销方面：

CFDP传输协议在丢包率p_f时，p_f=1-(1-p_b)^L，文件被接收端正确金额手总共需要发送的PDU数量的期望值：

喷泉编码的系统开销主要是为了达到一定的误码率或误包率需要增加传输的冗余PDU包数，在丢包率p_f时，恢复K个原始包需要发送的编码包期望为：再根据LT码在AWGN信道及衰落信道下的冗余度ε_trans，CFDP协议和喷泉编码传输的系统开销比较如图7所示。

实施例4

由图7可见，基于普通喷泉编码传输方法的系统开销较CFDP协议开销大很多，系统开销性能不理想。为改善此性能，本发明步骤3.a4和步骤3.c5中明确指出，优选的喷泉编码方法为性能良好的商用LT或Raptor编码。另外，根据文献报告的数据，在DigitalFountain公司设计的商用LT码中，译码开销ε_trans不超过5%，而译码失败概率可以低于10^-8。可见，喷泉编码不仅编译码方法简单直观，而且性能相当优良。因此，更进一步的，本发明选用性能优良的商用喷泉编码，并结合不等错误保护条件下的喷泉编码，进一步降低误码率，提高系统传输的可靠性。

以上实施例1到实施例4所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种用于深空通信的喷泉码无线传输方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、发送端将空间通信协议的集束层传输来的K个待发送数据包按重要性大小依次分为r组数据包，各组包含的数据包的数量依次为k₁，k₂，…，k_r，且k₁≤k₂≤...≤k_r＝K，下一级数据包组包含上一等级数据包组中的所有数据包；且 $\frac{k_1}{K}+\mathrm{\Σ}\frac{(k_i-k_{i-1})}{K}=1,i=2,...,r;$

步骤二、分别给K个重要性级别的数据包组添加冗余，更新待发送数据包；并确定各数据包组喷泉编码的选择概率和度分布；

所述添加冗余的具体方法为：

从第i组数据包中随机抽取个数据包添加到该数据包组之后；

更新后的待发送数据包总数量为

其中，[·]表示取四舍五入的整数；冗余量参数 非零时的具体取值与空间链路的E_b/N₀(dB)成反比或对数反比：

成反比表达式为inv∈(0.5～2)；

成对数反比表达式为loginv∈(0.8～2.6)；

所述喷泉编码的各数据包组选择概率的确定方法为：

第i级数据包组的选择概率为其中d为喷泉编码的度，d_i为第i级数据包组参与构造度为d的码符号的数据包个数；

步骤三、采用不可靠传输模式在发送端和接收端之间传输数据包；

所述不可靠传输模式的发送端传输步骤为：

步骤3.a1，建立“开始信息文件数据包”，其中包含源地址、目的地址、可传输的路径数量及每条路径中的中继节点地址、当前喷泉数据编码包的度及当前已编码的喷泉数据包大小；

步骤3.a2，发送“不可靠传输文件请求”；

步骤3.a3，发送“开始信息文件数据包”；

步骤3.a4，依据步骤二输出的更新后的数据包选择概率和度分布进行不等错误保护喷泉编码，生成喷泉编码后的数据包；

步骤3.a5，发送喷泉编码后的数据包；

步骤3.a6，重复步骤3.a4和步骤3.a5，直到发送完[G*(1+ε_trans)]个数据包；

其中，ε_trans∈(0.1～5)，且满足[G*(1+ε_trans)](1-p_f)＞K，p_f是当前空间系统的丢包率，G为步骤二添加冗余后的待发送数据包总数量；

步骤3.a7，发送端建立并发送“结束信息文件数据包”，其中包含源地址、目的地址、当前喷泉数据编码包的度、当前已编码的喷泉数据包大小、喷泉数据编码包的总数K；

不可靠传输模式下，接收端传输步骤为：

步骤3.b1，接收端接收“开始信息文件数据包”，并初始化“接收数据包计数器”R_count＝0；

步骤3.b2，接收端分解接收到的“开始信息文件数据包”，得出当前喷泉数据编码包的度及当前已编码的喷泉数据包大小；

步骤3.b3，接收端接收发送端异步传输来的一个数据包，将“接收数据包计数器”R_count＝R_count+1；

步骤3.b4，重复“步骤3.b3”K次，当R_count＝K时，启动喷泉译码过程；

步骤3.b5，重复“步骤3.b3”R-K次，继续接收R-K个喷泉数据包；

其中，R＝[(1-p_f)[G*(1+ε_trans)]]；

步骤3.b6，接收端接收“结束信息文件数据包”，释放内存，结束文件传输过程。

2.根据权利要求1所述的一种用于深空通信的喷泉码无线传输方法，其特征在于：各级冗余量参数相同或者不同；第i级数据包的喷泉编码度分布为Ωⁱ相同或者不同。