技術(shù)領(lǐng)域，

本發(fā)明涉及一種噴泉碼編碼方法，尤其涉及一種基于廣播環(huán)境下的噴泉碼編碼方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

基于tcp/ip協(xié)議的arq是基于反饋通道的傳輸機制，然而很多通信系統(tǒng)如廣播系統(tǒng)并不存在反饋信道，并且廣播環(huán)境具有多用戶特性，這在資源有限的情況下是一種極大的浪費。構(gòu)造適合廣播環(huán)境，編譯碼復(fù)雜度較低，逼近香農(nóng)極限的信道編碼一直是廣播環(huán)境下的一項重要研究內(nèi)容。

噴泉碼是一種基于刪除信道的信道編碼技術(shù)，主要用于保障傳輸?shù)目煽啃浴鹘y(tǒng)的前向糾錯技術(shù)是在經(jīng)典的ldpc碼和rs碼基礎(chǔ)上展開研究的，然而這兩種碼的應(yīng)用都是基于固定的信道模型，在傳輸數(shù)據(jù)之前預(yù)先確定碼長和碼率等傳輸參數(shù)。發(fā)送端將要傳送的信息數(shù)據(jù)分成特定長度的原始信息分組，根據(jù)度分布函數(shù)選出原始信息分組并對其進行異或操作來獲得不定數(shù)量的編碼分組。在經(jīng)過信道傳輸后，接收端不需要考慮信道條件只要保證接收到足夠數(shù)量的編碼分組，就一定可以成功譯碼從而恢復(fù)要傳送的原始信息。在這個過程中，接收端并不關(guān)心接收到的是編碼分組中的哪些數(shù)據(jù)以及編碼分組的順序。噴泉編碼的信息被分散在各個編碼分組內(nèi)，可通過后續(xù)信息分組的接收恢復(fù)原始信息而不需要頻繁的重傳和確認過程，且編譯碼復(fù)雜度較小，能夠提高傳輸效率。同時，噴泉碼具有能夠以任意概率逼近香農(nóng)極限的特點，有利于降低接收系統(tǒng)對于信噪比的要求。這些特點使得噴泉碼作為一種前向糾錯編碼傳輸技術(shù)應(yīng)用到廣播環(huán)境中來。

噴泉碼的編碼算法非常簡單，主要在于度分布的選擇。度分布函數(shù)是指編碼分組的度取某一數(shù)值所服從的概率分布函數(shù)。噴泉碼的編碼算法定義了一個連接原始信息分組和編碼分組的二分圖，一般情況下，可通過設(shè)計編碼二分圖來構(gòu)造性能良好的噴泉碼。噴泉碼可以分為隨機線性噴泉碼、lt（lubytransform）碼和raptor碼。lt碼是第一種具有實用性能的噴泉編碼方案，以lt碼的編譯碼方法為例：將要傳送的信息等分成個原始信息分組（為了湊成等分，可把最后一個包補0湊成等分），再使用預(yù)先選擇的度分布函數(shù)，隨機地產(chǎn)生編碼分組的度；在源信息符號構(gòu)成的集合中，隨機等概率地抽取個不同的源信息包；把抽取出來的個源信息包進行模二和運算，生成一個編碼分組；不斷重復(fù)以上步驟，直到編碼完成。接收端只需要接收略多于k個編碼就能夠以不低于的概率恢復(fù)出源信息。（為不可恢復(fù)概率）。

lt碼采用經(jīng)典的置信傳播譯碼算法（beliefpropagation，bp）。對于bp譯碼算法，接收端在接收到一定編碼分組后嘗試第一次譯碼。可用二分圖表示原始信息分組和編碼分組的連接關(guān)系：譯碼開始時，譯碼器首先找到輸出可譯集，此時可譯集僅僅由度為1的編碼分組組成。很明顯，與度為1編碼分組相連的原始信息分組可以直接譯出，因為度為1編碼分組的值和其對應(yīng)的原始信息分組是相等的，此時輸出可譯集被直接譯出，這些度為1的編碼分組對應(yīng)的原始信息組成輸入可譯集集合。然后，將恢復(fù)的原始信息分組和與其相連的編碼分組進行異或產(chǎn)生新的度為1的編碼分組，同時刪除它們之間的連接邊并不斷重復(fù)以上步驟。若恢復(fù)了所有的原始信息分組則譯碼成功，否則譯碼失敗。

編碼矩陣中的每一個列向量都對應(yīng)一個編碼分組，然而并不是所有的原始信息分組都能被編碼分組覆蓋，因此發(fā)送端生成的編碼矩陣具有一定概率的不可逆性，這在一定程度上增加了譯碼失敗概率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于廣播環(huán)境下的噴泉碼編碼方法，通過優(yōu)化編碼矩陣使其在發(fā)送前滿秩。

如果編碼矩陣不滿秩，那么即使接收到的編碼分組數(shù)大于原始信息分組也無法完全恢復(fù)原始信息。為了減少成功譯碼所需要的編碼分組數(shù)，提高原始信息的譯碼成功率，本文對編碼矩陣進行優(yōu)化。在發(fā)送之前，對編碼矩陣進行預(yù)處理從而達到編碼矩陣滿秩的目的。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明是一種基于廣播環(huán)境下的優(yōu)化噴泉碼編碼方法，包括以下步驟：

步驟a：對待發(fā)送的信息比特進行分割，形成若干個原始信息分組；

步驟b：對原始信息分組進行噴泉碼編碼，包括如下步驟：

步驟b1：對根據(jù)原始信息分組和度分布函數(shù)生成的編碼矩陣g進行滿秩判斷，其中g(shù)是由各編碼分組構(gòu)成的編碼矩陣；

步驟b2：若編碼矩陣g滿秩，則編碼發(fā)送；若不滿秩則進行步驟b3；

步驟b3：在編碼矩陣g后面增加一個大小為k的單位矩陣，得到增廣矩陣，將增廣矩陣化簡為最簡形式，找出使增廣矩陣滿秩對應(yīng)的列；

步驟b4：根據(jù)滿秩矩陣進行編碼生成編碼分組；

步驟c：編碼分組通過刪除信道發(fā)送至接收端；

步驟d：獲得足夠編碼分組后進行噴泉碼譯碼，恢復(fù)全部原始信息分組。

優(yōu)選地，在步驟b中，按照魯棒孤波度分布均勻隨機地選取若干個原始信息分組。

優(yōu)選地，每一次編碼發(fā)送的編碼矩陣都是滿秩的。

優(yōu)選地，在步驟b中，所述編碼通過編碼器實現(xiàn)。

優(yōu)選地，在步驟d中，所述譯碼通過譯碼器實現(xiàn)。

本發(fā)明是基于廣播環(huán)境下的噴泉碼編碼方法應(yīng)用于信道編碼。本發(fā)明采用對初始生成的編碼矩陣進行補充少量列向量使編碼矩陣滿秩，該算法在沒有增加編碼復(fù)雜度的情況下，僅僅對編碼矩陣補充少量列向量，也就是增加少量編碼包就降低了噴泉碼譯碼失敗概率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：

相較于現(xiàn)有編碼矩陣不滿秩技術(shù)，本發(fā)明的基于廣播環(huán)境下的噴泉碼編譯方法在保持原有低復(fù)雜度的前提下，改進了傳統(tǒng)的編碼方式，設(shè)計了編碼矩陣滿秩優(yōu)化算法，解決了發(fā)送前無法譯碼的問題，增加了譯碼成功率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種基于廣播環(huán)境下的噴泉碼編碼方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明一種基于廣播環(huán)境下的噴泉碼編碼方法的優(yōu)化算法與lt碼的性能比較示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖說明及具體實施方式對本發(fā)明進一步說明。

請參閱圖1，本發(fā)明提供了一種基于廣播環(huán)境下的噴泉碼編譯方法，包括以下步驟：

步驟a：對待發(fā)送的信息比特進行分割，形成若干個原始信息分組。

步驟b：采用魯棒孤波度分布均勻隨機地選取若干個原始信息分組，通過編碼器對原始信息分組進行編碼。

具體地，該噴泉碼編碼過程包括步驟，

步驟b1：對根據(jù)原始信息分組和度分布函數(shù)生成的編碼矩陣g進行滿秩判斷，其中g(shù)是由各編碼分組構(gòu)成的編碼矩陣；

步驟b2：若編碼矩陣g滿秩，則編碼發(fā)送；若不滿秩則進行步驟b3；

步驟b3：在編碼矩陣g后面增加一個大小為k的單位矩陣，得到增廣矩陣，將增廣矩陣化簡為最簡形式，找出使增廣矩陣滿秩對應(yīng)的列；

步驟b4：根據(jù)滿秩矩陣進行編碼生成編碼分組。

因此，在完成步驟b時，每一次編碼發(fā)送的編碼矩陣g都是滿秩的。

步驟c：編碼分組通過刪除信道發(fā)送至接收端。

步驟d：獲得足夠編碼分組后通過譯碼器進行噴泉碼譯碼，恢復(fù)全部原始信息分組。

圖2是一種基于廣播環(huán)境下的噴泉碼編碼方法的優(yōu)化算法與lt碼的性能比較示意圖，隨著接收編碼包個數(shù)的增加，滿秩編碼矩陣優(yōu)化算法對譯碼失敗率的影響越來越小。因為當發(fā)送較多的編碼包時，矩陣滿秩的概率大大增加。因此，在發(fā)送較少編碼時，滿秩矩陣下lt碼的譯碼失敗率更低。滿秩優(yōu)化的編碼矩陣通過解決發(fā)送前無法譯碼的問題，增加了譯碼成功率，因而降低了廣播環(huán)境中信息無法被完全恢復(fù)的概率。

本文提出了一種基于廣播環(huán)境下的噴泉碼編碼方法，主要是對編碼矩陣進行滿秩優(yōu)化。其針對廣播環(huán)境的特點，通過在編碼發(fā)送前優(yōu)化編碼矩陣，使其滿秩后再編碼發(fā)送，減少了能量的消耗，降低了收端無法譯碼的概率。在降低譯碼失敗概率的同時，減少了譯碼冗余開銷，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ摲椒ú粌H適用于廣播環(huán)境，也適用于其他應(yīng)用環(huán)境中，如深空通信等。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。