CN112367143A - 一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法 - Google Patents

一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112367143A
CN112367143A CN202011020185.4A CN202011020185A CN112367143A CN 112367143 A CN112367143 A CN 112367143A CN 202011020185 A CN202011020185 A CN 202011020185A CN 112367143 A CN112367143 A CN 112367143A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frame
data
frames
crc
transmission method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011020185.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112367143B (zh
Inventor
卢超
马荣
郑鹏
白晓萌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Research Institute of Telemetry
Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing Research Institute of Telemetry
Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Research Institute of Telemetry, Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd filed Critical Beijing Research Institute of Telemetry
Priority to CN202011020185.4A priority Critical patent/CN112367143B/zh
Publication of CN112367143A publication Critical patent/CN112367143A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112367143B publication Critical patent/CN112367143B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0056—Systems characterized by the type of code used
    • H04L1/0057—Block codes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0078—Avoidance of errors by organising the transmitted data in a format specifically designed to deal with errors, e.g. location
    • H04L1/0083—Formatting with frames or packets; Protocol or part of protocol for error control
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/12—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel
    • H04L1/16—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel in which the return channel carries supervisory signals, e.g. repetition request signals
    • H04L1/18—Automatic repetition systems, e.g. Van Duuren systems
    • H04L1/1812—Hybrid protocols; Hybrid automatic repeat request [HARQ]
    • H04L1/1816—Hybrid protocols; Hybrid automatic repeat request [HARQ] with retransmission of the same, encoded, message
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Detection And Prevention Of Errors In Transmission (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，通过拆包分解、编码、通信传输、译码和组包的流程，将发送端长数据包分解，并编码成数据帧和异或帧，包含帧序号、有效数据和CRC校验部分的信息，之后进行通信传输并译码组包还原成长数据包。本发明是为了解决现有自组网领域广播和多播时抗干扰编译码效率低，占用资源多，传输时延长的缺点，提供一种在编译码复杂度较低且译码开销较小的情况下的基于喷泉码的抗干扰传输设计方法。本方法设计编码结构简单，占用资源少，并且译码成功率高，保证了一定的抗干扰性能。

Description

一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法
技术领域
本发明涉及无线通信网络技术领域，具体涉及一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法。
背景技术
电磁波在传输时会产生反射折射等多径信号，也会受到同频段其他无线信号的干扰及各种热噪声污染，在移动通信领域，经常由于终端的运动和信道随机变化因素导致无线信号在接收端失真或直接丢失，从而误码率较高，因此为了对抗通信系统中各种干扰和信号衰落，提高通信质量，需要设计高效的抗干扰编译码方法。
常用的提高信息传输可靠性的方法有两种：一种是自动请求重传(ARQ)技术，一种是前向纠错(FEC)技术。自动请求重传技术是利用反馈信息将错误信息重新发送，但当信道环境恶劣时，大量信息需要重传会导致传输效率急剧下降，会造成信息时延大传输速率慢等问题。前向纠错技术是通过在发送端加入冗余信息，使其具有纠错能力，在能力范围内恢复原始信息。典型码有RS码和Tormado码，设计这些码字以最低误码率要求，会有资源浪费和无法解决各种原因造成的丢包问题。数字喷泉码技术是一种新型的前向纠错纠错技术，逻辑结构简单，无码率约束，较好的纠错能力。其思想是在发送端对原始数据编号，对属于同一编号的数据编码，不间断的发送编码包数据，接收端对不断接收的数据包进行解码，直到解码成功。传统编码在应用前预估信道并选择合适的编码方案，喷泉码只与原始信息和收到分组数量有关，可以在不同信道环境中传输。在广播多播中可应用喷泉码技术，目前的喷泉码需要设计良好的度分布函数来减少编译码复杂度和降低误码率，因此译码性能受限于度分布函数的设计，需要根据度分布函数随机产生编码结构，具有不固定性。
发明内容
本发明是为了解决现有自组网领域广播和多播时抗干扰编译码效率低，占用资源多，传输时延长的缺点，提供一种在编译码复杂度较低且译码开销较小的情况下的基于喷泉码的抗干扰传输设计方法。该方法设计编码结构简单，占用资源少，并且译码成功率高，保证了一定的抗干扰性能。
本发明提供一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，包括如下步骤：
S1、拆包分解：将发送端长数据包分解成n个同长同速率不同信息内容的短数据包X，第n个短数据包包含的有效数据为Xn；有效数据的全集为S，S＝{X1，X2，…，Xn}；
S2、编码：将短数据包X编辑成数据帧Y和异或帧Z；数据帧Y和异或帧Z均由帧序号、有效数据和CRC校验部分组成，数据帧Y帧序号由1到n，异或帧Z帧序号由n+1到2n；
数据帧Y包含的信息如下：
Y1包含1+X1+CRC；…；Yn包含n+Xn+CRC；
异或帧Z包含的信息如下：
Z1包含n+1+(S-X1)+CRC；…；Zn包含2n+(S-Xn)+CRC；
S3、通信传输：将数据帧Y1到Yn和异或帧Z1到Zn传输给接收端；
S4、译码：接收端收到数据帧Y和异或帧Z后，根据收到的数量和分布，进行译码处理，得到有效数据；
S5、组包：对有效数据进行组包处理，得到长数据包。
本发明所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，作为优选方式，步骤S1-S3中，n<6。
本发明所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，作为优选方式，步骤S2中,
Z1包含n+1+(S-X2)+CRC；…；Zn-m+1包含2n-m+1+(S-Xn)+CRC；Zn包含2n+(S-X1)+CRC。
本发明所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，作为优选方式，步骤S2中,
Z1包含n+1+(S-Xm)+CRC；…；Zn-m包含2n-m+(S-Xn)+CRC；Zn-m+1包含2n-m+1+(S-X1)+CRC；…；Zn包含2n+(S-Xm-1)+CRC；
其中，2＜m≤n。
本发明所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，作为优选方式，步骤S2中,
所述异或帧Z所包含的信息(S-Xm)随机分布，且互不相同，其中，1≤m≤n。
本发明所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，作为优选方式，帧序号设定为最小占用比特数。
本发明所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，作为优选方式，CRC校验部分为8或16比特校验位。
本发明所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，作为优选方式，步骤S4中，接收端接收的数据帧Y和异或帧Z的总数小于或等于n-5时，判断为n帧数据都丢失，重复步骤S3-S5,直至接收端得到长数据包。
本发明具有以下优点：
(1)通过该基于喷泉码的抗干扰编译码传输处理方案相比于单纯数据重发机制提升了抗干扰成功率，并有效提高了数据传输效率；
(2)相比较于其他前向纠错编码方案更容易理解，只有一个异或组合的方式，无需复杂的公式计算，只需要根据n不同枚举出不同数据帧的组合方式，软件实现复杂度变低，接收译码时根据接收帧的组合能够简单通过异或处理恢复出完整一段数据帧。
附图说明
图1为一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法流程图；
图2为一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法数据帧和异或帧结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1-2所示，一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，包括如下步骤：
S1、拆包分解：将发送端长数据包分解成n个同长同速率不同信息内容的短数据包X，第n个短数据包包含的有效数据为Xn；有效数据的全集为S，S＝{X1，X2，…，Xn}；
S2、编码：将短数据包X编辑成数据帧Y和异或帧Z；数据帧Y和异或帧Z均由帧序号、有效数据和CRC校验部分组成，数据帧Y帧序号由1到n，异或帧Z帧序号由n+1到2n；
数据帧Y包含的信息如下：
Y1包含1+X1+CRC；…；Yn包含n+Xn+CRC；
异或帧Z包含的信息如下：
Z1包含n+1+(S-X1)+CRC；…；Zn包含2n+(S-Xn)+CRC；
S3、通信传输：将数据帧Y1到Yn和异或帧Z1到Zn传输给接收端；
S4、译码：接收端收到数据帧和异或帧后，根据收到的数量和分布，进行译码处理，得到有效数据；
S5、组包：对有效数据进行组包处理，得到长数据包。
实施例2
如图1-2所示，一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，包括如下步骤：
S1、拆包分解：将发送端长数据包分解成n个同长同速率不同信息内容的短数据包X，第n个短数据包包含的有效数据为Xn，n<6；有效数据的全集为S，S＝{X1，X2，…，Xn}；
S2、编码：将短数据包X编辑成数据帧Y和异或帧Z；数据帧Y和异或帧Z均由帧序号、有效数据和CRC校验部分组成，CRC校验部分为8或16比特校验位，数据帧Y帧序号由1到n，异或帧Z帧序号由n+1到2n；帧序号设定为最小占用比特数；
数据帧Y包含的信息如下：
Y1包含1+X1+CRC；…；Yn包含n+Xn+CRC；
异或帧Z包含的信息如下：
Z1包含n+1+(S-X1)+CRC；…；Zn包含2n+(S-Xn)+CRC；
或者Z1包含n+1+(S-X2)+CRC；…；Zn-m+1包含2n-m+1+(S-Xn)+CRC；Zn包含2n+(S-X1)+CRC。
或者Z1包含n+1+(S-Xm)+CRC；…；Zn-m包含2n-m+(S-Xn)+CRC；Zn-m+1包含2n-m+1+(S-X1)+CRC；…；Zn包含2n+(S-Xm-1)+CRC；其中，2＜m≤n。
或者异或帧Z所包含的信息(S-Xm)随机分布，且互不相同，其中，1≤m≤n。
S3、通信传输：将数据帧Y1到Yn和异或帧Z1到Zn传输给接收端；
S4、译码：接收端收到数据帧Y和异或帧Z后，根据收到的数量和分布，进行译码处理，得到有效数据；接收端接收的数据帧Y和异或帧Z的总数小于或等于n-5时，判断为n帧数据都丢失，重复步骤S3-S5,直至接收端得到长数据包
S5、组包：对有效数据进行组包处理，得到长数据包。
实施例3
如图1-2所示，一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，包括如下步骤：
S1、拆包分解：将发送端长数据包分解成n个同长同速率不同信息内容的短数据包X，第n个短数据包包含的有效数据为Xn，n<6；有效数据的全集为S，S＝{X1，X2，…，Xn}；
S2、编码：将短数据包X编辑成数据帧Y和异或帧Z；数据帧Y和异或帧Z均由帧序号、有效数据和CRC校验部分组成，CRC校验部分为8或16比特校验位，数据帧Y帧序号由1到n，异或帧Z帧序号由n+1到2n；帧序号设定为最小占用比特数；
数据帧Y包含的信息如下：
Y1包含1+X1+CRC；…；Yn包含n+Xn+CRC；
异或帧Z包含的信息如下：
Z1包含n+1+(S-X1)+CRC；…；Zn包含2n+(S-Xn)+CRC；
或者Z1包含n+1+(S-X2)+CRC；…；Zn-m+1包含2n-m+1+(S-Xn)+CRC；Zn包含2n+(S-X1)+CRC。
或者Z1包含n+1+(S-Xm)+CRC；…；Zn-m包含2n-m+(S-Xn)+CRC；Zn-m+1包含2n-m+1+(S-X1)+CRC；…；Zn包含2n+(S-Xm-1)+CRC；其中，2＜m≤n。
或者异或帧Z所包含的信息(S-Xm)随机分布，且互不相同，其中，1≤m≤n。
S3、通信传输：将数据帧Y1到Yn和异或帧Z1到Zn传输给接收端；
S4、译码：接收端收到数据帧Y和异或帧Z后，根据收到的数量和分布，进行译码处理，得到有效数据；接收端接收的数据帧Y和异或帧Z的总数小于或等于n-5时，判断为n帧数据都丢失，重复步骤S3-S5,直至接收端得到长数据包
S5、组包：对有效数据进行组包处理，得到长数据包。
实施例4
如图1-2所示，一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，包括如下步骤：
(1)将发送端长数据包分解成同长同速率不同信息内容的短数据包n(n<6)包，我们称之为n个时隙帧，然后对这n个时隙帧数据编码形成2n个时隙帧，发送时连续发送这2n个时隙帧数据；
(2)发送端具体编码方案如下，其中原始拆解数据帧格式如附图2所示，数据帧结构分为三部分：帧序号，有效数据部分，CRC校验部分。为了提高传输效率，帧序号根据2n编号值确定最小占用比特数，有效数据部分是实际传输信息比特数，原始数据信息数和异或编码后有效信息数相等，CRC校验部分可根据具体信道情况选择8或16比特校验位。因此对这n个时隙数据帧按如下表1-2编码：
表1发送端数据帧数据编码表
Figure BDA0002700362710000071
表2发送端异或帧数据编码表
Figure BDA0002700362710000072
(3)接收端首先通过CRC校验确认收到时隙数据中内容的正确性，先解析数前面的数据帧序号部分内容，然后根据帧序号分类进行分析处理，数据译码恢复时恢复的附图2数据帧的数据部分：
(4)如果2n帧数据都收到且CRC校验正确，说明直接收到原始数据，则恢复数据成功率为100％；
(5)如果收到任意2n-1帧数据，总共有
Figure BDA0002700362710000073
种组合，这些组合可分为两类：
①前n帧+后n帧中任意n-1帧；
②前n帧中任意n-1帧+后n帧；
针对①，不需要译码处理，直接得到n帧原始数据；针对②，前n帧中任意n-1帧数据，后n帧冗余信息数据都收到，通过n帧中任意n-1帧都可以与后n帧中某一帧进行异或可以译出丢失的一帧原始数据，原始数据恢复成功率为100％。
(6)当接收端收到任意2n-2(N≥1)帧数据，总共有
Figure BDA0002700362710000074
种接收帧组合，这些组合又可分为3类：
①前n帧+后n帧中任意n-2帧；
②前n帧中任意n-1帧+后n帧中任意n-1帧；
③前n帧中任意n-2帧+后n帧；
针对①，不需要译码处理，直接得到n帧原始数据；
针对②，需要根据后n-1帧冗余数据与前n-1帧数据中的2帧做异或处理得到另外丢失的一帧数据；
针对③，需要译出丢失的2帧原始数据，利用接收端成功收到前n帧中的n-2帧与后n帧中某一帧异或处理恢复一帧,同样的方式异或恢复出另一帧，这类组合的数据帧都可类似处理。
综上，当接收端收到任意2n-2帧数据包，原始数据恢复成功率100％。
(7)当接收端收到任意2n-3(N≥3)帧数据，总共有
Figure BDA0002700362710000081
种数据帧组合，这些组合可分为以下4类：
①前n帧+后n帧中任意n-3帧；
②前n帧中任意n-1帧+后n帧中任意n-2帧；
③前n帧中任意n-2帧+后n帧中任意n-1帧；
④前n帧中任意n-3帧+后n帧；
针对①，不需要做译码处理，直接收到n帧原始数据；
针对②，需要译出丢失1帧原始数据，利用收到的前n-1帧原始数据与后n-2帧中的某一帧冗余信息异或恢复丢失的一帧数据，这类组合都可做类似处理；
针对③，需要译出丢失的2帧原始数据，利用收到的前n-2帧原始数据与后n-1帧中其中两帧异或后恢复出丢失的两帧；
针对④，原始数据只有n-3帧，另外n帧都是冗余信息，因此可以通过另外n帧冗余信息异或处理得到另外3帧原始数据。
综上，当接收端任意接收到2n-3帧数据都可以100％成功恢复出原始数据。
(8)当接收端收到任意2n-4(N≥4)帧数据时，总共有
Figure BDA0002700362710000082
种接收帧组合，有以下5种情形需要讨论：
①前n帧+后n帧中任意n-4帧；
②前n帧中任意n-1帧+后n帧中任意n-3帧；
③前n帧中任意n-2帧+后n帧中任意n-2帧；
④前n帧中任意n-3帧+后n帧中任意n-1帧；
⑤前n帧中任意n-4帧+后n帧；
针对①，直接收到n帧原始数据信息，无需做任何处理；
针对②，n帧原始数据收到n-1帧，丢失的1帧需要利用已有的n-1帧和后面的n-3帧冗余数据帧异或处理恢复。此类组合中存在数据帧不可恢复的组合，存在n种该数据帧结果不可恢复；
针对③，n帧原始数据收到n-2帧，丢失的2帧需要利用已有的n-2帧原始数据和n-2帧冗余数据异或处理来恢复。但在此类收到的多种组合中；类似也有
Figure BDA0002700362710000091
种数据帧接收结果不可译出另外2帧。
针对④，n帧原始数据收到n-3帧，后面n帧冗余信息收到n-1帧，此类组合中也存在两种组合，一种是利用已有的数据帧和冗余帧恢复出丢失数据帧，另一种是无论如何组合异或处理都无法完整恢复出丢失数据帧。n不同时恢复成功率不同。
针对⑤，收到后n帧所有冗余信息帧，利用后n帧冗余信息帧异或处理可恢复丢失的前n帧原始数据。
(9)当接收端收到任意2n-5(N≥5)帧数据时，总共有
Figure BDA0002700362710000092
种接收帧组合，有以下6种情形需要讨论：
①前n帧+后n帧中任意n-5帧；
②前n帧中任意n-1帧+后n帧中任意n-4帧；
③前n帧中任意n-2帧+后n帧中任意n-3帧；
④前n帧中任意n-3帧+后n帧中任意n-2帧；
⑤前n帧中任意n-4帧+后n帧中任意n-1帧；
⑥前n帧中任意n-5帧+后n帧；
针对①，直接收到n帧原始数据信息，无需做任何处理；
针对②，n帧原始数据收到n-1帧，丢失的1帧需要利用已有的n-1帧和后面的n-4帧冗余数据帧异或处理恢复。此类组合中存在数据帧不可恢复的组合，存在n种该数据帧结果不可恢复；
针对③，n帧原始数据收到n-2帧，丢失的2帧需要利用已有的n-2帧原始数据和n-3帧冗余数据异或处理来恢复。此类组合中也存在两种组合，一种是利用已有的数据帧和冗余帧恢复出丢失数据帧，另一种是无论如何组合异或处理都无法完整恢复出丢失的2帧数据，此类组合总共有
Figure BDA0002700362710000101
针对④，n帧原始数据收到n-3帧，后面n帧冗余信息收到n-2帧，此类组合中也存在两种组合，一种是利用已有的数据帧和冗余帧恢复出丢失数据帧，另一种是无论如何组合异或处理都无法完整恢复出所有丢失的3帧数据。
针对⑤，n帧原始数据收到n-4帧，后面n帧冗余信息收到n-3帧，此类组合中也存在两种组合，一种是利用已有的数据帧和冗余帧恢复出丢失数据帧，另一种是无论如何组合异或处理都无法完整恢复出所有丢失的4帧数据。
针对⑥，收到后n帧所有冗余信息帧，利用后n帧冗余信息帧进行组合异或处理可恢复丢失的前n帧原始数据。
如果接收端收到少于或等于n-5帧任意数据帧，我们认为n帧数据都丢失，认为这一长帧数据结果丢失，此类情况可不再讨论。
实施例5
如图1-2所示，针对LTE或自组网通信中采用TDMA协议的数据业务的时隙帧，设计一种基于喷泉码的抗干扰编码译码处理方案(n＝4帧)。
(1)发送端每个长数据包分解成同长比特或字节数的n＝4个数据帧，为每个数据帧在前端添加帧序号部分，在后端添加校验部分。
(2)将每4帧数据定义为A，B，C，D，按照如下表方式编码生成8帧数据，数据帧结构如附图2所示，对上述四个时隙帧做异或处理，可以生成4
Figure BDA0002700362710000102
种组合方式，总共有8帧发送端数据，如下表所示：
表3发送端数据编码表
Figure BDA0002700362710000111
(3)由于接收端接收数据状态是随机的，但是可以包含以下多种情景，本发明所涉及的方案是根据接收端收到的数据帧个数和组合类型做相应的译码处理，假设接收端收到的数据帧个数按照下表所示且是正确帧，即CRC校验通过的帧，CRC校验不通过认为此帧丢失。软件先对接收的数据帧解析出前端的数据帧序号值，然后根据不同的帧数和帧序号做分类处理。
表4接收端帧组合分类表
Figure BDA0002700362710000112
(4)如上表4所示，8帧数据都收到且CRC校验正确，则恢复数据成功率为100％；
(5)如上表所示，接收端收到任意7帧，总共有
Figure BDA0002700362710000113
种组合，该8种组合可分为2类：
①前4帧+后4帧中任意3帧
Figure BDA0002700362710000114
②后4帧+前4帧中任意3帧
Figure BDA0002700362710000115
针对①，不需要译码处理，直接得到4帧原始数据。
针对②，接收端收到前4帧中任意3帧和后4帧数据，通过3帧中任意两帧都可以与后4帧中一帧进行异或可以译出另外一帧原始数据，以收到1,2,3,5,6,7,8组合为例,利用1,2,6异或得到D，或者1,3,7异或得到D，或者2,3,8异或得到D，最终得到原始数据A,B,C,D，类似其他的组合做相同处理；所以接收到任意收到7帧数据，原始数据恢复成功率为100％。
(6)接收端收到任意6帧,总共有
Figure BDA0002700362710000121
种组合，该28种组合可分为3类：
①前4帧+后4帧中任意2帧
Figure BDA0002700362710000122
②前4帧中任意2帧+后4帧
Figure BDA0002700362710000123
③前4帧中任意3帧+后4帧中任意3帧
Figure BDA0002700362710000124
针对①，不需要译码处理，直接得到4帧原始数据。
针对②，需要译出丢失的2帧原始数据，以接收端收到1,2,5,6,7,8为例,则利用1,2,5做异或处理得到C，利用1,2,6异或得到D，最终恢复完整原始数据A,B,C,D，此类中其他组合都做相同处理恢复。
针对③，需要利用后3帧数据与前3帧数据中的2帧原始数据异或处理得到丢失的1帧。以收到1,2,3,5,6,7为例，利用1,2,6做异或得到D帧数据，或者通过2,3,8做异或得到D数据；此类中其他组合都做相同处理恢复。
综上，当收到任意6帧数据包，原始4帧数据恢复成功率100％。
(7)接收端收到任意5帧，总共有
Figure BDA0002700362710000125
Figure BDA0002700362710000126
种数据帧组合，该56种数据帧可分为4类：
①前4帧+后4帧中任意一帧；
②前4帧中任意3帧+后4帧中任意2帧；
③前4帧中任意2帧+后4帧中任意3帧；
④前4帧中任意1帧+后4帧；
针对①，不需要做译码处理，直接收到A,B,C,D这4帧原始数据；
针对②，需要译出丢失1帧原始数据，以收到1,2,3,5,6数据帧组合为例，利用1,2,6异或译出D数据，该类组合共4种，任意一种组合都可异或译出丢失1帧的数据。
针对③，需要译出另外2帧原始数据，例如收到1,2,5,6,7这5帧数据，可通过1,2,6异或后得到D数据(即4号数据)，然后通过译出的4及1,7得到剩余的C数据(即3号数据)，其他其中情形做类似处理，最终可以译出A,B,C,D四帧原始数据。
针对④，原始数据只有一帧，另外3帧都是冗余信息，因此可以通过另外4帧冗余信息异或处理得到另外3帧原始数据，例如收到1,5,6,7,8这5帧数据，可通过1,5,8异或处理后得到D数据(即4号数据)，然后利用4,1,7异或处理得到C数据(即3号数据)，其他情形都做类似处理最终可得到A,B,C,D。
综上可知，当接收端任意接收到5帧数据都可以100％成功恢复出原始数据。
(8)接收端收到任意4帧数据，总共有
Figure BDA0002700362710000131
Figure BDA0002700362710000132
种组合，这些组合分为5类：
①前4帧
Figure BDA0002700362710000133
②前4帧中任意3帧+后4帧中任意1帧
Figure BDA0002700362710000134
③前4帧中任意2帧+后4帧中任意2帧
Figure BDA0002700362710000135
④前4帧中任意1帧+后4帧中任意3帧
Figure BDA0002700362710000136
⑤后4帧
Figure BDA0002700362710000137
针对①，直接收到4帧原始数据信息，无需做任何处理。
针对②，4帧原始数据收到3帧，丢失帧需要做译码处理恢复。此类中存在无法完整恢复的数据组合，以收到1,2,3,5为例，该组合无法恢复D(即4号)帧，类似共4种数据帧组合无法译出另1帧。
针对③，4帧原始数据只收到2帧，另外2帧需要做译码处理来恢复。以收到1,2,5,6为例，利用1,2,5异或可以得到C数据(即为3号数据帧)，利用1,2,6异或可以得到D数据(即为4号数据帧)；如果收到1,2,6,7，可利用1,2,6异或得到D数据(即4号数据帧)，利用1,4,7得到C数据(即3号数据帧)；如果收到1,2,7,8，则无法恢复C和D数据帧。类似共6种组合无法完整译出丢失2帧。
针对④，4帧中只收到1帧数据，后面4帧冗余信息中收到任意3帧。以收到1,5,6,7为例，该例无法译出剩余3帧信息，类似共4种数据帧组合无法恢复完整帧；如果收到1,6,7,8，利用1,7,8可以恢复出B(即2号)帧，利用1,2,6可以恢复出D(即4号)帧，利用1,4,7可以恢复出C(即3号)帧，类似数据帧组合都可成功恢复；如果收到1,5,6,8，利用1,5,8异或可得到D(即4号)帧，利用1,4,6异或得到B(2号)帧，利用1,2,5异或得到C(3号)帧，类似共4种组合都可恢复；如果收到1,5,7,8数据帧，利用1,7,8异或可得到B(即2号)帧，利用1,2,5异或可得到C(即3号)帧，利用1,3,7异或可得到D(即4号)帧。因此该类组合中共4种是无法完整恢复丢失3帧。
针对⑤，只有收到后面4帧冗余信息帧，利用5,6,8异或处理可得到D(即4号)帧，利用4,5,6异或可得到C(即3号)帧，利用3,4,7和3,4,8分别异或可得到A(1号)帧和B(2号)帧。
综上可知，所有70种数据帧组合中可完整恢复出4帧原始数据的有56种组合，有14种组合无法完整恢复，我们认为无效恢复，恢复成功率可达80％。
(9)如果接收端收到3帧及少于3帧任意数据帧，我们认为4帧数据都丢失，判定数据丢失，此类情况可不再详细讨论。综上，根据成功收到的数据帧数，不同数据帧组合下恢复数据帧的抗干扰能力评估表如下：
表5抗干扰能力评估表
Figure BDA0002700362710000141
由表可知，经过编码后接收端任意成功收到4个或4个以上信息帧能恢复出完整的4个信息帧的概率高达80％以上，而单纯重发下恢复的概率只有22.8％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、拆包分解：将发送端长数据包分解成n个同长同速率不同信息内容的短数据包X，第n个所述短数据包包含的有效数据为Xn；所述有效数据的全集为S，S＝{X1，X2，…，Xn}；
S2、编码：将所述短数据包X编辑成数据帧Y和异或帧Z；所述数据帧Y和所述异或帧Z均由帧序号、所述有效数据和CRC校验部分组成，所述数据帧Y帧序号由1到n，所述异或帧Z帧序号由n+1到2n；
所述数据帧Y包含的信息如下：
Y1包含1+X1+CRC；…；Yn包含n+Xn+CRC；
所述异或帧Z包含的信息如下：
Z1包含n+1+(S-X1)+CRC；…；Zn包含2n+(S-Xn)+CRC；
S3、通信传输：将所述数据帧Y1到Yn和所述异或帧Z1到Zn传输给接收端；
S4、译码：所述接收端收到所述数据帧Y和所述异或帧Z后，根据收到的数量和分布，进行译码处理，得到所述有效数据；
S5、组包：对所述有效数据进行组包处理，得到所述长数据包。
2.根据权利要求1所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，其特征在于：步骤S1-S3中，n<6。
3.根据权利要求1所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，其特征在于：步骤S2中,
Z1包含n+1+(S-X2)+CRC；…；Zn-m+1包含2n-m+1+(S-Xn)+CRC；Zn包含2n+(S-X1)+CRC。
4.根据权利要求1所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，其特征在于：步骤S2中,
Z1包含n+1+(S-Xm)+CRC；…；Zn-m包含2n-m+(S-Xn)+CRC；Zn-m+1包含2n-m+1+(S-X1)+CRC；…；Zn包含2n+(S-Xm-1)+CRC；其中，2＜m≤n。
5.根据权利要求1所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，其特征在于：步骤S2中,
所述异或帧Z所包含的信息(S-Xm)随机分布，且互不相同，其中，1≤m≤n。
6.根据权利要求1所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，其特征在于：步骤S2中，所述帧序号设定为最小占用比特数。
7.根据权利要求1所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，其特征在于：步骤S2中，所述CRC校验部分为8或16比特校验位。
8.根据权利要求1所述的一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法，其特征在于：步骤S4中，所述接收端接收的所述数据帧Y和所述异或帧Z的总数小于或等于n-5时，判断为n帧数据都丢失，重复步骤S3-S5,直至所述接收端得到所述长数据包。
CN202011020185.4A 2020-09-25 2020-09-25 一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法 Active CN112367143B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011020185.4A CN112367143B (zh) 2020-09-25 2020-09-25 一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011020185.4A CN112367143B (zh) 2020-09-25 2020-09-25 一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112367143A true CN112367143A (zh) 2021-02-12
CN112367143B CN112367143B (zh) 2023-09-29

Family

ID=74507847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011020185.4A Active CN112367143B (zh) 2020-09-25 2020-09-25 一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112367143B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009055207A (ja) * 2007-08-24 2009-03-12 Yokohama National Univ マルチレベル符号化変調を用いた再送方法、送信機および受信機
CN101667904A (zh) * 2009-10-19 2010-03-10 上海奇微通讯技术有限公司 基于喷泉码的多合一反馈重传方法
DE102011115100B3 (de) * 2011-10-07 2012-12-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zum Wiederherstellen von verloren gegangenen und/oder beschädigten Daten
WO2018009468A1 (en) * 2016-07-05 2018-01-11 Idac Holdings, Inc. Latency reduction by fast forward in multi-hop communication systems
CN109510687A (zh) * 2018-11-28 2019-03-22 南通先进通信技术研究院有限公司 一种基于卫星通信的喷泉码编码方法
US20200296792A1 (en) * 2019-03-14 2020-09-17 University Of Electronic Science And Technology Of China Method of two-way multiple-hop wireless relay based on network coding

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009055207A (ja) * 2007-08-24 2009-03-12 Yokohama National Univ マルチレベル符号化変調を用いた再送方法、送信機および受信機
CN101667904A (zh) * 2009-10-19 2010-03-10 上海奇微通讯技术有限公司 基于喷泉码的多合一反馈重传方法
DE102011115100B3 (de) * 2011-10-07 2012-12-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zum Wiederherstellen von verloren gegangenen und/oder beschädigten Daten
WO2018009468A1 (en) * 2016-07-05 2018-01-11 Idac Holdings, Inc. Latency reduction by fast forward in multi-hop communication systems
CN109510687A (zh) * 2018-11-28 2019-03-22 南通先进通信技术研究院有限公司 一种基于卫星通信的喷泉码编码方法
US20200296792A1 (en) * 2019-03-14 2020-09-17 University Of Electronic Science And Technology Of China Method of two-way multiple-hop wireless relay based on network coding

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘蓓;郑林;蒙瑰;徐?;郗洪柱;: "基于DSP的中断冲突避免机制的研究与实现", 遥测遥控, no. 02 *
吴伟仁;林一;节德刚;谌明;: "喷泉码的遥测抗闪断技术应用研究", 宇航学报, no. 01 *
黄胜;季瑞军;杨晓非;: "基于卢比变换码的分解重组编码算法", 光通信研究, no. 04 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112367143B (zh) 2023-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5745502A (en) Error detection scheme for ARQ systems
JP5180273B2 (ja) 効果的な自動反復要求の方法および装置
US6418549B1 (en) Data transmission using arithmetic coding based continuous error detection
CN101390292B (zh) 用于多播消息的阶层编码
CN101867448B (zh) 用于降低通信系统中解码复杂度的方法和系统
JP4990298B2 (ja) 無線通信システムにおいてデータブロックを送受信するための方法及び装置
EP1391042B1 (en) Hierarchical block coding for a packet-based communications system
EP1357691B1 (en) A method for encoding a user identifier in a communication system
US6819718B1 (en) Apparatus and method for transmitting punctured or repeated data
CN1262004A (zh) 为空中文件转发提供差错保护的方法和装置
US6901083B2 (en) Method and system for code combining at an outer decoder on a communication system
US6279132B1 (en) Concatenated error control method and system for a processing satellite uplink
CN101001127B (zh) 对传输信息做校验和编码的设备和方法
Li et al. N-in-1 retransmission with network coding
CN109565371B (zh) 针对marc/mamrc系统利用全双工中继器和有限反馈对数字信号的动态和选择性fd-dsdf传输
US6678854B1 (en) Methods and systems for providing a second data signal on a frame of bits including a first data signal and an error-correcting code
CN1246227A (zh) 解码信道编码信号的接收机解码器电路及其方法
US20030007487A1 (en) Method and an apparatus for use of codes in multicast transmission
US6134696A (en) Encoding and decoding rate-1/n convolutional codes and their punctured versions
CN1881866A (zh) 数据传输错误监测与纠正的方法及其架构
CN112367143A (zh) 一种基于喷泉码的抗干扰编码传输方法
US20190319645A1 (en) Method and device for correcting low-latency errors for retrieving data packets
CN113965293A (zh) 基于rs编码最佳冗余位的pam4信号前向纠错方法
CN111245568A (zh) 一种在低轨卫星中基于反馈重传技术的极化码译码方法
CN116388937A (zh) 一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Lu Chao

Inventor after: Wang Xiaoting

Inventor after: Ma Rong

Inventor after: Zheng Peng

Inventor after: Bai Xiaomeng

Inventor after: Wang Bo

Inventor after: ShangGuan Yong

Inventor before: Lu Chao

Inventor before: Ma Rong

Inventor before: Zheng Peng

Inventor before: Bai Xiaomeng