喷泉码编解码技术与应用研究

发布时间：2017-09-17 10:30

  本文关键词：喷泉码编解码技术与应用研究

  更多相关文章： 数字喷泉码 LT码 Raptor码 分布式LT码 喷泉码应用

【摘要】：近年来,随着因特网的迅猛发展,基于分组传输的通信网络已经处于主导地位。为了能够更好地保障信息的无差错传输,差错控制编码技术在通信协议的应用层也获得越来越多的应用。传统的基于TCP协议的重传机制可靠性高,但在某些通信场景中并不适用,比如一点对多点广播传输环境中,若较多的用户信道条件不理想,导致多个终端发生错误要求重传,这会严重降低系统传输效率。与传统的物理层采用的比特级信道编码不同,应用层纠错机制——数字喷泉码面向应用层数据包,其先对应用层数据进行分包编码后再进行传输,只要接收端正确接收到的编码数据包数量稍多于原始信息包数,就能够以很大的概率恢复原始应用层数据。本文将对数字喷泉码的关键技术与应用展开深入研究。首先,论文详细研究两种主要的数字喷泉码,LT (Luby transform)码和Raptor码。论文介绍LT码的编码过程以及相应的置信传播BP解码算法,同时给出常用的度数分布函数。论文分析了不同长度的LT码的性能,并且给出了BP解码算法和高斯消去解码算法的性能对比。论文介绍了Raptor码的原理,并详细讨论互联网工程任务组IETF RFC 5053中采用的R10 Raptor码的编解码方法。论文给出了R10 Raptor码在不同删除概率的信道中的性能,并对比了采用高斯消去解码的LT码和R10 Raptor码的性能。其次,论文研究了应用于多路中继系统的分布式LT码。论文介绍了系统模型以及传统的分布式LT码——DLT方案的编码方法,包括信源的编码方法和中继操作规则。我们还给出双信源的场景中采用DLT方案和传统LT码方案时的性能对比。论文列举了近年来在DLT的基础之上的其他改进的分布式LT码方案,并且详细研究了类孤波喷泉编码SLRC方案和增强型类孤波喷泉编码ISLRC方案。论文研究了一种能够适应删除信道的编码方式：混合孤波度数分布编码HSDC。论文结合不同度数分布函数各自的优点设计了一种新型的分布函数,同时设计了中继节点的操作规则并利用与或树方法分析了混合孤波度数分布编码方案的理论性能。仿真结果显示在有删除的多路中继系统中混合孤波度数分布编码方案HSDC明显优于传统的DLT方案以及其他改进方案。然后,论文以LTE系统为具体实例探索将R10 Raptor码与物理层信道编码跨层组合的方法。论文介绍了LTE系统中相关的信道编码模块中的码块分割方法和HARQ技术。论文提出了将R10Raptor码应用于LTE通信系统中的方案,并且给出该R10 Raptor码应用方案在给定场景下的仿真性能。仿真结果显示该跨层组合的方法可以明显提高数据正确传输的概率,在某些特定的场景下能够获得0.25～1.25dB的增益。最后,论文研究了一种应用于星型网络中的喷泉网络编码方案。论文介绍了星型网络模型和该系统所承载的传输业务,并详细研究了为保障数据传输而采用的两种方案——随机线性网络编码RLNC方案和TDMA重传方案。论文详细分析并求解两种方案中可调参数的理论最优值并且仿真对比了这两种方案的系统吞吐率。仿真结果显示通过将可调参数设置为理论优化得到的最优值能够使得RLNC网络编码方案的性能获得明显提升。
【关键词】：数字喷泉码 LT码 Raptor码 分布式LT码 喷泉码应用
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.22
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 缩略词12-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 论文的研究背景14-15
• 1.2 数字喷泉码的提出和发展15-16
• 1.3 喷泉码的应用研究概况16-17
• 1.4 硕士期间所做工作及本论文内容安排17-20
• 第二章 LT码和Raptor码20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 LT码20-25
• 2.2.1 LT码的编解码方法20-22
• 2.2.2 LT码的度数分布函数22-23
• 2.2.3 LT码的性能23-25
• 2.3 Raptor码25-33
• 2.3.1 R10 Raptor码的编码25-27
• 2.3.2 R10 Raptor码的解码27-30
• 2.3.3 R10 Raptor码的性能30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 分布式LT码的应用34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 LT码应用于多路中继网络34-38
• 3.2.1 RSD的反卷积分解方法34-37
• 3.2.2 分布式LT码的其他方案37-38
• 3.3 分布式LT码的混合方案HSDC38-47
• 3.3.1 HSDC方案39-40
• 3.3.2 HSDC方案的与或树分析40-43
• 3.3.3 HSDC方案和其他方案性能对比43-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 喷泉码与物理层信道编码的跨层组合48-60
• 4.1 引言48
• 4.2 LTE系统信道编码方案介绍48-52
• 4.2.1 CRC计算和码块分割48-51
• 4.2.2 HARQ技术介绍51-52
• 4.3 R10 Raptor码应用于LTE系统方案52-58
• 4.3.1 R-LTE方案介绍52-54
• 4.3.2 给定场景的仿真结果54-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 星型网络中喷泉网络编码60-76
• 5.1 引言60
• 5.2 网络模型60-61
• 5.3 RLNC方案和TDMA方案介绍61-63
• 5.3.1 RLNC方案61-62
• 5.3.2 TDMA方案62-63
• 5.4 两种方案的分析结果63-71
• 5.4.1 接入阶段的优化分析65-67
• 5.4.2 广播阶段的优化分析67-69
• 5.4.3 接入阶段和广播阶段的联合分析69-71
• 5.5 仿真结果71-75
• 5.5.1 接入阶段的仿真结果71-72
• 5.5.2 广播阶段的仿真结果72-74
• 5.5.3 接入阶段和广播阶段的联合仿真74-75
• 5.6 本章小结75-76
• 第六章 全文总结与展望76-78
• 6.1 论文工作总结76-77
• 6.2 进一步的研究方向77-78
• 参考文献78-82
• 作者简介82-84
• 致谢84

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