面向无线链路压缩数据可靠传输的高效纠删编码

发布时间：2020-08-27 16:50

【摘要】：机上载荷获取的视频图像数据经压缩后在误码率为1×10-5的无线通信链路中传输时极易受到干扰,从而使得地面终端无法正常解码显示。本文通过分析无人机测控下行链路数据传输误码模型,设计了一种高效的纠删编码技术以提高压缩后码流的抗误码性能。该算法首先将编码后的数据按照一定数量的字节数进行分帧,对分帧后的数据按列进行改进后的快速范德蒙纠删编码;然后对编码后的数据再按帧格式进行快速循环冗余校验(CRC)编码;最后将编码后的码流送入信道传输。仿真结果表明,该纠删编码抗误码技术能够将误码率为1×10-5信道降低到1×10-8左右,可以使得经过高压缩比后的视频码流正确解码显示。此外设计时使用的纠删编解码技术运算量低、延迟小、非常易于硬件实现。提出的高效纠删编码技术已成功应用于多项无人机测控系统。
【图文】：

模型图,无人飞行器,下行链路,数据传输

提出并实现了一种低复杂度、高效率的抗信道误码的保护措施。该算法较好地解决了高效视频压缩码流在误码率较高的无线通信链路传输后，在终端系统无法正确解码显示这一实际工程难题。另外，还解决了传统纠删编码算法中编译码复杂度高，难以在嵌入式软件系统中实时实现的问题，且大幅度提高了纠错效率。整个算法复杂度低，资源消耗少，同时也非常易于全硬件电路实现。２算法的提出与实现２．１算法背景为了设计出合理的针对飞行器测控系统下行链路数据传输的误码保护措施，本文根据ＣＣＳＤＳ标准，建立了如图１所示的飞行器下行信道数据传输模型。该传输模型外面采用ＲＳ纠删编码，内码采用卷积码。其中：ＲＳ参数为（２５５，２３９）；纠正错误比特数为８；交织采用２×８卷积；交织编码参数为（２，１，１）；调制方式为ＢＰＳＫ。为了使经过Ｖｉｔｅｒｂｉ译码、解交织和解ＲＳ后的信道误码率为１．０×１０－５，ＡＷＧＮ信道的信噪比（ＳＮＲ）设置为１．１４ｄＢ，模型末端对误码进行统计。对上述模型进行误码仿真，其误码统计如图２所示。从图２可以看出，误码不再体现ＡＷＧＮ信道的随机特性，而是以数据包的形式出现，且误图１无人飞行器下行链路数据传输模型Ｆｉｇ．１ＭｏｄｅｌｏｆｄｏｗｎｌｉｎｋｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｆｏｒＵＡＶ１９３９第７期李其虎，等：面向无线链路压缩数据可靠传输的高效纠删编码

统计分布图,误码

图２误码统计分布图Ｆｉｇ．２Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂｉｔｅｒｒｏｒ图３纠删编码原理图Ｆｉｇ．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｒａｓｕｒｅｃｏｄｉｎｇ码出现的时间间隔较大。这种误码形式表明在信源端先采用纠删编码可以起到抗误码保护的作用。纠删编译码的原理如图３所示，其可以简单概括描述为：信源端将ｋ个信源数据包按照一定的策略编码为ｎ个数据包（ｎ＞ｋ），编码后产生的ｎ个数据包被送入信道进行传输。只需在接收端收到一定数据的编码数据包ｋ′就可以正确恢复原始数据。目前纠删编码主要分为ＲＳ（ＲｅｅｄＳｏｌｏｍｏｎ）码，ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ－ＤｅｎｓｉｔｙＰａｒｉｔｙ－Ｃｈｅｃｈ）码和数字喷泉码（ＦｏｕｎｔａｉｎＣｏｄｅ）。虽然ＬＤＰＣ码和数字喷泉码的纠错性能好于ＲＳ码，在卫星通信和深空通信中应用也较为广泛，但是由于它们受编码算法的复杂度和应用机制的限制，如喷泉码需要反馈信道，这两种编码方式并不适用于飞行器测控系统下行链路数据抗误码传输。而ＲＳ码也是一类有着很强纠错能力的编码方式，它不仅能纠正突发错误，还可以纠正随机错误。本文所设计的抗误码保护措施就是基于范德蒙纠删编码方式的。２．２算法数学原理范德蒙纠删编码的纠删编码生成矩阵采用了范德蒙矩阵。范德蒙纠删编码的数学过程是将待编码的数据矩阵Ｄｋ×ｍ与生成矩阵进行矩阵Ｇｎ×ｋ相乘，从而得到传输矩阵Ｅｎ×ｍ，再在接收端利用伴随矩阵Ｓ找出错误行，并利用校验矩阵Ｓ进行错误恢复。对于标准纠删编码，其编译码过程中最大的问题是算法复杂度太高，算法的复杂度主要集中在计

编码原理

【参考文献】