系統(tǒng)分布式LT碼的構(gòu)造*

宋時(shí)立，劉國(guó)超，楊 玲，陳 霄，文 紅

(電子科技大學(xué) 通信抗干擾國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 611731)

0 引言

噴泉碼[1]作為一種新的糾刪編碼，不需要反饋信道，就可實(shí)現(xiàn)的一種高效可靠的前向糾錯(cuò)技術(shù)，避免了自動(dòng)請(qǐng)求重傳機(jī)制在深空通信應(yīng)用中的瓶頸，非常適合用于深空通信這一復(fù)雜環(huán)境。

LT碼[2-3]是噴泉碼的一種，是首先由Michael Luby提出，是一類可現(xiàn)實(shí)的噴泉碼。隨著深空通信技術(shù)的迅速發(fā)展，分布式編碼LT碼[4-6]的優(yōu)良表現(xiàn)，使得在有中繼傳輸?shù)纳羁胀ㄐ胖刑貏e適用。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)碼總會(huì)被優(yōu)先考慮，關(guān)于隨機(jī)構(gòu)造 LT系統(tǒng)碼[7]已有文獻(xiàn)研究，而系統(tǒng)分布式編碼 LT碼的構(gòu)造目前還有待研究。首先對(duì)系統(tǒng)LT碼和兩信源的分布式LT碼編碼進(jìn)行介紹，在此基礎(chǔ)上提出系統(tǒng)的兩信源分布式LT碼的編碼方法，通過仿真結(jié)果驗(yàn)證其性能。

1 兩信源分布LT碼

兩信源分布LT碼模型如圖1所示。假設(shè)每一個(gè)信源 si都含有一半的編碼符號(hào)。 X1是信源 s1生成度數(shù)為 d1的編碼符號(hào); X2代表信源 s2生成的度數(shù)為d2的編碼符號(hào)，考慮到 X1和 X2的度分布函數(shù)一樣。中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)從 s1和 s2接收到的符號(hào)異或操作，即X = X1⊕ X2。X1和 X2都是根據(jù)某個(gè)分布函數(shù)p（·）生成，則可知 X = X1⊕ X2的度為 d1+ d2，度分布為(p*p)（·），“*”代表卷積運(yùn)算。

在目的節(jié)點(diǎn)需要根據(jù) X = X1⊕ X2來恢復(fù)兩個(gè)數(shù)據(jù)源的原始數(shù)據(jù)，由于X服從魯棒孤波分布μ（·），那么要確定信源節(jié)點(diǎn)的度分布函數(shù)p（·），就要對(duì)魯棒孤波（RSD）分布μ（·）解卷積。

圖1 兩信源單中繼分布式LT碼模型

如果X1和 X2的生成相互獨(dú)立，而且度分布函數(shù)相同為p（·），那么隨機(jī)變量X=X1⊕ X2的度為d1+ d2,度分布函數(shù)為(p*p)（·），其中：

關(guān)于式（1）的解卷積運(yùn)算可參考文獻(xiàn)[5-6]。由于信源1s和信源2s到目的節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)包是服從RSD分布，所以在目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包的譯碼過程與LT碼的譯碼一樣。

2 系統(tǒng)LT碼

通過編碼圖來介紹LT碼。設(shè)G為一個(gè)LT碼的編碼圖，如圖2(a)，每個(gè)黑色節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)狀態(tài)比特is，每個(gè)白色節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)輸出比特jv，在二進(jìn)制的情況下，編碼規(guī)則為：

式中，si是所有與 vj有連接的節(jié)點(diǎn)，式（2）表明：vj等于與 vj節(jié)點(diǎn)有連接邊的所有節(jié)點(diǎn) si的模二和。

在傳統(tǒng)的LT碼中，狀態(tài)比特代表的就是輸入比特（信息包比特），在圖 G中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的度也就是每個(gè)節(jié)點(diǎn)所連接的邊的數(shù)量。這些邊是隨機(jī)地連接在黑色節(jié)點(diǎn)上。

圖2 LT碼與系統(tǒng)LT碼編碼

系統(tǒng) LT碼的結(jié)構(gòu)如圖 2(b),會(huì)發(fā)現(xiàn)圖 2(b)和圖2(a)中LT碼的結(jié)構(gòu)是基本一致的。唯一的不同是圖 2(b)中的輸入比特組成了輸出比特的一部分，剩下的輸出比特則是冗余比特。文中定義，如圖2(b)，為輸入比特形成的G的子圖。在中狀態(tài)比特n的數(shù)量為n k=，這樣即可定義x z= ，其中x是輸入的信息比特，z是狀態(tài)比特。得出了系統(tǒng)LT碼的編碼包括兩部分：

1）通過LT譯碼，由輸入比特得到狀態(tài)比特；

2）通過LT編碼，由狀態(tài)比特得到冗余比特。

3 系統(tǒng)兩源分布式LT碼的構(gòu)造

假設(shè)每一個(gè)信源Si都含有一半的編碼符號(hào)，編碼符號(hào)數(shù)為 K。X1是信源 S1生成度數(shù)為 d1的編碼符號(hào); X2代表信源 S2生成的度數(shù)為 d2的編碼符號(hào)。 d1和 d2的分布按式(1)確定，然后按章節(jié)1介紹的方式構(gòu)造兩個(gè)碼長(zhǎng)為K的兩信源LT碼和，然后把 S1和 S2中的K個(gè)狀態(tài)比特中的每一個(gè)比特分別重復(fù)r次，形成編碼比特；最后把這rK個(gè)比特隨機(jī)交織起來形成編碼線和對(duì)集合進(jìn)行累加操作。例如：設(shè)，那么和在編碼過程中，編碼器隨機(jī)選取作為校驗(yàn)比特。接收端同時(shí)接收到，n一般稍大于K 和，然后計(jì)算，其中然后用進(jìn)行譯碼操作。

4 仿真結(jié)果

文中仿真選用刪除概率取 0.05，源數(shù)據(jù)包(LT碼)的長(zhǎng)度分別為K=800、1 000。例如LT碼源數(shù)據(jù)包長(zhǎng)取K=800，則兩信源分布式LT碼的兩個(gè)信源取k1=k2=K/2=400。兩信源分布式 LT碼與系統(tǒng)兩信源分布式LT碼的仿真結(jié)果比較如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)兩信源LT碼與非系統(tǒng)碼的比較

由仿真結(jié)果可以看到：系統(tǒng)兩信源分布式LT碼性能非常接近兩信源分布式LT碼，但系統(tǒng)兩信源分布式LT碼有更低的編、譯碼復(fù)雜度。

5 結(jié)語

文中對(duì)一類常用的噴泉碼——LT碼在深空通信環(huán)境中的應(yīng)用進(jìn)行了一定的研究。討論了該環(huán)境下中繼模型中的度分布、編譯碼方法[8-10]，系統(tǒng) LT碼的構(gòu)造方法，在此基礎(chǔ)上提出了系統(tǒng)兩信源分布式LT碼的構(gòu)造方法，通過仿真驗(yàn)證表明：系統(tǒng)兩信源分布式LT碼與兩信源分布式LT碼的性能非常接近，而有更低的編、譯碼復(fù)雜度的系統(tǒng)兩信源分布式LT碼在深空通信中將有廣泛的用途。在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步對(duì)四信源以及更多信源的系統(tǒng)分布式LT碼進(jìn)行編譯碼方法研究。

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