CN115102667B - 高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法，包括以下步骤：1)发送端将待发送数据分成K个信息包；2)根据K值计算优化后的度分布，并以此生成当前的编码度值d；3)根据当前的编码度值d，选择d个信息包进行异或运算，以生成编码包，然后发送所述编码包；4)接收端接收到所述编码包，再进行译码，完成高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化，该方法能够有效提高短码下的喷泉码译码性能。

Description

高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法。
背景技术
从过去的1G到5G，到如今的5G向6G的发展过程中，无线传输以及互联网技术已经深入我们日常生活的方方面面，人类信息社会发生着日新月异的变化。人们的需求也呈现出高端化、实时化，多样化。同时，这些需求具有数据密集，时延敏感等特性，在保证传输质量的前提下，实现高效和低延时传输的业务需求不断提升。研究人员对此常采用两种技术进行可靠性的保证：自动请求重传和前向纠错。自动请求重是以牺牲传输速率和时延作为代价换取传输的可靠性，同时存在可能引起反馈风暴的特点，不适合用于在高时延要求下的流媒体数据传输场景。喷泉码作为一种前向纠错码，有着无码率、无需反馈等特点，适用于无线传输信道。然而传统的喷泉码鲁棒孤波分布，在长码长(103以上)虽然拥有着良好的译码性能，但需要较长的译码时间，使得其难以满足传输时延的要求。在短码长(102以下)的情况下，由于总体编码包的数量较少，使得随机度值的选取与理论相比，相差较大，使得其译码性能差。
常用的度分布有：
1)理想孤波分布
理想孤波分布是一种理想状态下的分布，即为假定在译码的过程中，每一次的译码迭代过程总能够找到一个度为1的编码包，将其送入译码器进行译码后，剩余的编码包中仍能够找到一个度为1的编码包，以此依次迭代，直至解出全部的信息包。如果信息包数量K的情况下，理论上只需要平均K个编码包便能够完成译码工作。理想孤波分布如下：
2)鲁棒孤波分布
改进的度分布称为鲁棒孤波分布，在理想孤波分布中增加了两个参数c和δ，其中参数c为常数，δ为译码失败的概率；它们的引进将保证在每一次解码循环中度为1的编码包的数目而不是1个。参数c在验证Luby的主要理论的正确性时取常量1，在实际运用中可以看成一个自由变量。定义这样一个函数：
将理想度概率分布ρ(d)与τ(d)相加，然后进行归一化，得到鲁棒孤波分布：
其中，Z＝∑dρ(d)+τ(d)。
在鲁棒孤波分布中，由于度值为1的概率低，因此在短码长下，有可能不出现度值为1的编码包并导致译码的失败。因而需要增加冗余，使得译码效率下降。针对该问题，提出一种短码长喷泉码的度分布优化方法，以改进短码长下的喷泉码译码性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法，该方法能够有效提高短码下的喷泉码译码性能。
为达到上述目的，本发明所述的高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法包括以下步骤：
1)发送端将待发送数据分成K个信息包；
2)根据K值计算优化后的度分布，并以此生成当前的编码度值d；
3)根据当前的编码度值d，选择d个信息包进行异或运算，以生成编码包，然后发送所述编码包，编码包冗余数量为N；
4)接收端接收到所述编码包，再进行译码，完成高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化。
K小于60。
各信息包的长度相等，且均为L个字节。
步骤2)的具体过程为：
设K为总传输信息包的数量，θ为信息包丢失的数量，γ为当前K及θ下选取的度值，根据以下公式计算γ，从1至K遍历θ，以确定度值的分布，并根据该度值的分布计算度值分布函数，然后从中随机选取度值d，作为当前的编码度值；
当当前的编码度值d为1时，则随机选取信息包的同时优先选取未经过单独编码的信息包进行编码。
当当前的编码度值d不为1时，则进行随机选取信息包进行编码。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法在具体操作时，根据K值计算优化后的度分布，并以此生成当前的编码度值d，根据当前的编码度值d，选择d个信息包进行异或运算，以生成编码包，然后发送所述编码包，相比较于鲁棒孤波分布，可以有效提高喷泉码在短码长下的译码成功率，降低译码时间和译码开销，能够显著提高度值为1的概率来提供快速译码，并增加高度值的概率，以保证良好的覆盖，提供关联性，增强可译性，实现接收端对度值1编码包的快速检索及译码，相比于传统鲁棒孤波分布，在码长小于60的短码长条件下，在译码成功率、译码开销和译码时间方面都占优，即译码性能优异。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明与鲁棒孤波分布在相同编码冗余1.0(N/K＝1.0)下，不同码长下译码成功率的图；
图3为本发明与鲁棒孤波分布在相同编码冗余1.0下，不同码长下单个信息包平均译码时间的图；
图4为本发明与鲁棒孤波分布在相同编码冗余1.0下，不同码长下平均译码开销(译码成功时的冗余编码包数量/信息包数量)的图；
图5为本发明与鲁棒孤波分布在K＝50且相同编码冗余1.0下，不同丢包率下译码成功率的图；
图6为本发明与鲁棒孤波分布在K＝50且相同丢包率5％下，不同编码冗余下译码成功率的图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1，本发明所述的高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法包括以下步骤：
1)发送端将发送数据分成K个信息包(K小于60),其中，各信息包的长度相等，均为L个字节，K小于60；
2)根据K值计算优化后的度分布，并以此生成当前的编码度值d；
3)根据当前的编码度值d，优化选择d个信息包进行异或运算，以生成编码包，然后发送所述编码包，编码包冗余数量为N；
4)接收端接收到所述编码包，再进行译码，完成高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化。
步骤2)的具体过程为：
设定K为总传输信息包的数量，θ为信息包丢失的数量，γ为当前K及θ下选取的度值，根据以下公式计算γ，从1至K遍历θ，以确定度值的分布，并根据该度值的分布计算度值分布函数，然后从中随机选取度值d，作为当前的编码度值。
步骤3)的具体操作为：
当当前的编码度值d为1时，则随机选取信息包的同时优先选取未经过单独编码(d＝1)的信息包进行编码；当所有信息包均经过单独编码后仍有选取的度值d为1时，则重新进行上述操作，当当前的编码度值d不为1时，则进行随机选取。
仿真实验
为评估本发明的性能，将本发明与鲁棒孤波分布在短码长条件下进行译码成功率、译码时间等方面对比，两者均采用C++编写代码，并使用BP译码算法进行译码，同时设置仿真次数为103次。
为进一步验证本发明的系统性能，本实施通过蒙特卡洛仿真实验将本发明与鲁棒孤波分布在二进制删除信道下的译码性能进行对比，其中，鲁棒孤波分布中的参数c＝0.02，δ＝0.05。
图2为本发明与鲁棒孤波分布在相同编码冗余1.0下，不同码长下译码成功率的对比图，码长设置为从10至60，可见在相同编码冗余下，本发明的译码成功率在99％以上，相比较于鲁棒孤波分布有一定提升。
图3为本发明与鲁棒孤波分布在相同编码冗余1.0下，不同码长下单个信息包平均译码时间的对比图，在码长小于60的区域，本发明相比较于鲁棒孤波分布，译码时间更快。
图4为本发明与鲁棒孤波分布在相同编码冗余1.0下译码成功时，不同码长下的平均译码开销的对比图，在码长小于60的区域，本发明相比较于鲁棒孤波分布，拥有着更低的译码开销。
图5为本发明与鲁棒孤波分布在K＝50且相同编码冗余1.0下，不同丢包率下译码成功率的对比图，在相同译码条件下，本发明相比于鲁棒孤波分布，具有更好的抗丢包能力。
图6为本发明与鲁棒孤波分布在K＝50且相同丢包率5％下，不同编码冗余下译码成功率的对比图，在相同译码条件下，本发明相比于鲁棒孤波分布，具有更高的译码成功率。

Claims (5)

1.一种高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)发送端将待发送数据分成K个信息包；
2)根据K值计算优化后的度分布，并以此生成当前的编码度值d；
3)根据当前的编码度值d，选择d个信息包进行异或运算，以生成编码包，然后发送所述编码包，编码包冗余数量为N；
4)接收端接收到所述编码包，再进行译码，完成高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化；
步骤2)的具体过程为：
设K为总传输信息包的数量，θ为信息包丢失的数量，γ为当前K及θ下选取的度值，根据以下公式计算γ，从1至K遍历θ，以确定度值的分布，并根据该度值的分布计算度值分布函数，然后从中随机选取度值d，作为当前的编码度值；
2.根据权利要求1所述的高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法，其特征在于，K小于60。
3.根据权利要求1所述的高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法，其特征在于，各信息包的长度相等，且均为L个字节。
4.根据权利要求1所述的高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法，其特征在于，当当前的编码度值d为1时，则随机选取信息包的同时优先选取未经过单独编码的信息包进行编码。
5.根据权利要求1所述的高速无线端到端传输的短码长喷泉码的度分布优化方法，其特征在于，当当前的编码度值d不为1时，则进行随机选取信息包进行编码。
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基于短码长的喷泉码度分布设计;敖;卢亚军;马春波;;计算机与数字工程(12);全文 *

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