一种用于深空衰落信道环境的LT码编码方法技术

本发明专利技术提供一种用于深空衰落信道环境的LT码编码方法，能够提高深空衰落信道环境中LT码的性能。所述方法包括：在发送端，将待传输的原始数据等分为K个数据包，作为K个信源符号；确定编码符号服从的度分布函数，其中，所述度分布函数为：将弱鲁棒孤子分布与全1度分布相结合构造的部分弱鲁棒孤子分布；基于确定的度分布函数，对信源符号进行LT编码，形成编码符号。本发明专利技术涉及深空通信技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种用于深空衰落信道环境的LT码编码方法
本专利技术涉及深空通信
，特别是指一种用于深空衰落信道环境的LT码编码方法。
技术介绍
深空通信是深空探测的重要手段，通过深空通信可以实现对航天器的引导和控制，同时航天器才能将探测得到的科学数据传回地球。而深空通信具有距离远、高延时、能量衰减严重等特点，因此寻求一种保证传输可靠性的信道纠错码技术是深空通信研究的一个重要内容。从上个世纪五十年代开始，深空通信先后采用了卷积码、Reed-Muller、Golay码、RS码组成的级联码、Turbo码以及LDPC码，其中Turbo码和LDPC码的先后出现，使得深空通信有了很大的进步。但是以上这些码字都是采用自动反馈重传机制(AutomaticRepeatRequest，ARQ)来实现纠错，提高传输可靠性。而深空通信环境复杂恶劣，具有通信距离远、时延长、误码率高、通信往返时间长、电磁波传播衰减严重、链路易中断等特点。如果利用自动反馈重传机制来可靠传输，将会面临如下问题：第一，反馈传机制需要建立反馈信道，在深空环境中成本较高；第二，通信距离远，反馈时间长，会降低数据传输效率；第三，空间环境中，缓存资源有限，长反馈时延会给中继存储资源造成巨大浪费。而且，由于深空通信环境链路复杂多变，固定码率的纠删码技术的灵活性难以满足多变的多链路状态，中继卫星必须逐一解码恢复，造成系统设计复杂。喷泉码是1988年首次提出的基于分组的前向纠错的编码方法。首先将原始数据分解成若干的分组，对这些数据分组进行编码。喷泉码可以源源不断的产生并发送编码符号，接收端只要接收到足够的信息码字就能够成功译码，恢复原始数据。它具有良好的编译码性能，能够减轻硬件设备的压力。其次，由于接收码字的数量并不确定，因此喷泉码是一种无码率码。它独特的无码率特性，能够灵活地适应多变的信道状态。最后，喷泉码不需要反馈信道确认信息来完成信息的可靠传输，因此可以避免反馈时延。因此相比其他反馈重传编码和固定码率的编码，LT码(LubyTransformCodes)作为第一种实用的喷泉码，因为其良好的编译码性能，可以解决传统深空通信高延迟的问题，提高了实时性和可靠性，非常适用于延时长、误码率大、衰减大的深空通信信道。在莱斯衰落信道下，由于接收到的信号的信噪比较低，传统LT码性能较差，有较高的误码率，不能满足深空通信环境下对传输可靠性和缓存资源的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于深空衰落信道环境的LT码编码方法，以解决现有技术所存在的LT码在深空衰落信道环境中传输时误码率高的问题。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种用于深空衰落信道环境的LT码编码方法，包括：在发送端，将待传输的原始数据等分为K个数据包，作为K个信源符号；确定编码符号服从的度分布函数，其中，所述度分布函数为：将弱鲁棒孤子分布与全1度分布相结合构造的部分弱鲁棒孤子分布；基于确定的度分布函数，对信源符号进行LT编码，形成编码符号。进一步地，确定的编码符号服从的度分布函数p(d)表示为：其中，α表示两种度分布中全1分布所占的比重，K为信源符号个数，N为生成的编码符号个数，d代表某个编码符号的度数大小，Ω(x)为弱鲁棒孤子分布。进一步地，Ω(x)表示为：Ω(x)＝0.00797x+0.49357x2+0.16622x3+0.07265x4+0.08255x5+0.05606x8+0.03723x9+0.05559x19+0.02502x65+0.00314x66其中，x表示信源符号。进一步地，所述基于确定的度分布函数，对信源符号进行LT编码，形成编码符号包括：步骤B1，构造包含K个信源符号节点和N个编码符号节点的Tanner图，根据度分布函数p(d)，随机产生N个数d，作为N个编码符号的度数；步骤B2，对于任一编码符号ti，如果为其随机选择的度数等于1，则在当前Tanner图中选取连接边最多/度数最大且不属于集合Γ中的信源符号节点并连接，将选取的信源符号节点添加到集合Γ中，其中，Γ是一个初始为空的集合；步骤B3，将选取的信源符号进行异或，得到对应编码符号的值。进一步地，所述B2还包括：对于任一编码符号ti，如果为其随机选择的度数不等于1，则在当前Tanner图中选取连接边最少/度数最小的信源符号节点并连接，作为ti的第一条边，并将ti已连接的信源符号节点添加到树中，连接ti与各个信源符号节点，作为树的第0层，将本层中信源符号节点所连接的所有编码符号节点添加到下一层，并将这些编码符号节点连接的所有信源符号节点加入到下一层，作为第l层，将第l层中所包含的信源符号节点集合定为判断其是否满足而或者集合包含节点的数目不再继续增加但仍小于K，则在集合中选择选择最少连接边/度数最小的信源符号节点进行连接，否则继续执行该步骤，直到所有边选择完成后，执行步骤B3。进一步地，所述在当前Tanner图中选取连接边最多/度数最大且不属于集合Γ中的信源符号节点并连接，将选取的信源符号节点添加到集合Γ中包括：在当前Tanner图中选取连接边最多/度数最大且节点下标不属于集合Γ中的信源符号节点并连接，并将所述连接节点的下标添加到集合Γ中。进一步地，在基于确定的度分布函数，对信源符号进行LT编码，形成编码符号之后，所述方法还包括：对形成的编码符号进行二进制相移键控调制后通过深空环境信道发送至接收端，以便接收端对接收到的编码符号采用软迭代译码，恢复出发送端的信源符号。进一步地，所述接收端对接收到的编码符号采用软迭代译码包括：将接收端接收到的编码符号y的对数似然比L(y)作为软信息来进行译码。进一步地，L(y)表示为：其中，x表示经过LT编码和二进制相移键控调制后±1的信号，即经过0→-1，1→1的映射；h表示复衰落系数；n表示加性高斯白噪声，σn2表示方差；uc表示衰落系数，nc表示噪声，本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，在发送端，将待传输的原始数据等分为K个数据包，作为K个信源符号；确定编码符号服从的度分布函数，其中，所述度分布函数为：将弱鲁棒孤子分布与全1度分布相结合构造的部分弱鲁棒孤子分布；基于确定的度分布函数，对信源符号进行LT编码，形成编码符号。这样，从度分布角度，将弱化的鲁棒孤子分布和全1度分布结合，增加度为1的编码符号的概率，解决深空软译码时信息迭代更新慢或不更新而造成的误码传播和译码失败的问题，从而保证LT码在深空衰落信道环境中的可靠传输。附图说明图1为本专利技术实施例提供的用于深空衰落信道环境的LT码编码方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的用于深空衰落信道环境的LT码编码方法的详细流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的度为1的编码符号邻居节点选择过程的Tanner示意图；图4为本专利技术实施例提供的编码符号节点展开树示意图；图5为本专利技术实施例提供的深空衰落信道环境下信息传递流程示意图；图6为本专利技术实施例提供的LT码与传统LT码在数据包长度K＝1000条件下各信噪比对应的误码率对比示意图；图7为本专利技术实施例提供的LT码与传统LT码在数据包长度K＝1000条件下各译码开销对应的误码率对比示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于深空衰落信道环境的LT码编码方法，其特征在于，包括：在发送端，将待传输的原始数据等分为K个数据包，作为K个信源符号；确定编码符号服从的度分布函数，其中，所述度分布函数为：将弱鲁棒孤子分布与全1度分布相结合构造的部分弱鲁棒孤子分布；基于确定的度分布函数，对信源符号进行LT编码，形成编码符号。

【技术特征摘要】
1.一种用于深空衰落信道环境的LT码编码方法，其特征在于，包括：在发送端，将待传输的原始数据等分为K个数据包，作为K个信源符号；确定编码符号服从的度分布函数，其中，所述度分布函数为：将弱鲁棒孤子分布与全1度分布相结合构造的部分弱鲁棒孤子分布；基于确定的度分布函数，对信源符号进行LT编码，形成编码符号。2.根据权利要求1所述的用于深空衰落信道环境的LT码编码方法，其特征在于，确定的编码符号服从的度分布函数p(d)表示为：其中，α表示两种度分布中全1分布所占的比重，K为信源符号个数，N为生成的编码符号个数，d代表某个编码符号的度数大小，Ω(x)为弱鲁棒孤子分布。3.根据权利要求1所述的用于深空衰落信道环境的LT码编码方法，其特征在于，Ω(x)表示为：Ω(x)＝0.00797x+0.49357x2+0.16622x3+0.07265x4+0.08255x5+0.05606x8+0.03723x9+0.05559x19+0.02502x65+0.00314x66其中，x表示信源符号。4.根据权利要求1所述的用于深空衰落信道环境的LT码编码方法，其特征在于，所述基于确定的度分布函数，对信源符号进行LT编码，形成编码符号包括：步骤B1，构造包含K个信源符号节点和N个编码符号节点的Tanner图，根据度分布函数p(d)，随机产生N个数d，作为N个编码符号的度数；步骤B2，对于任一编码符号ti，如果为其随机选择的度数等于1，则在当前Tanner图中选取连接边最多/度数最大且不属于集合Γ中的信源符号节点并连接，将选取的信源符号节点添加到集合Γ中，其中，Γ是一个初始为空的集合；步骤B3，将选取的信源符号进行异或，得到对应编码符号的值。5.根据权利要求4所述的用于深空衰落信道环境的LT码编码方法，其特征在于，所述B2还包括：对于任一编码符号ti，如果为其随机选择的度数不等于1，则在当前...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽娜，李姚姚，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11