基于无速率码的无线传输机制研究

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1、基于无速率码的无线传输机制研究摘要：本文对无速率编码的特性进行了分析，介绍了两种经典的无速率编码技术，并对无速率编码的传输通信进行建模，发送方通过信道感知的结果决定是否发送数据，接收方在收到足够多的报文进行译码恢复数据。分析了通信过程中影响无速率编码吞吐量的制约因素、传输粒度对抗干扰的影响、发送时长对能量消耗的影响。中国8/vie　　关键词：无速率编码信道感知传输粒度吞吐量　　中图分类号：TN925文献标识码：A：1007-9416（2016）12-0029-02　　无线网络技术的高速发展对人们的工作与生活产生了巨大的影响，在任何通信信号覆盖的地区，终

2、端用户都能随时随地相互通信。特别是随着智能终端的发展与普及，用户对数据的需示已不再仅局限于语音通信，数据业务及多媒体业务占通信业务的比重越来越高。数据显示，2014年移动数据业务比上年增长22.3%，占通信服务收入比43.5%，其中无线上网业务收入达到人民币1，539亿元，比上年增长42.2%。2015年，中国移动数据业务收入规模首次超过语音业务，占通信服务收入比达到52.0%，无线上网收入达到人民币2，009亿元，较上年增长30.5%。预计2017年底，移动业务的增速将会超过每月11.2Eb，为当前业务量的十多倍，这就意味着用户可以体验更为丰富的多媒

3、体业务，同时这也是无线通信的巨大挑战。无线通信受能量和基站的限制，通信具有一定的不稳定性和开放性，在通信过程中会出衰落，对于这些制约限制，提出了协作中继技术、多接入中继信道等技术来进行解决，同时采用相应的信道编码来对抗信道的噪声和干扰。应用于移动多媒体广播系统的无速度编码具有码率自适应信道状态传输的特点，为高效、可靠的多用户无线通信提供了一种新的方向。　　1无速率码特性　　无速率编码，也称数字喷泉码，本质是向前纠错码，因其码率不固定而得名。最初无速率编码是针对广播通信和时延敏感业务而设计出来的。由于网络信道具有时变性，发送方和接收方的网络信道质量不同，

4、对于质量较差的信道链路需要使用低码率的编码以保证传输的可靠性，而高质量的信道则需采用高码率的编码来提高传输效率，这就会造成传输的浪费。为避免这种传输浪费，具有自适应匹配特性的无速率编码被设计出来，利用它实现高效而可靠的传输。　　传统无线网络中信息编码先通过测量信道来估计信道的实际状态参数，再根据参数设计一个固定的编码速率，但是信道质量是变化的，信道估计很难确定，信道利用率不高。而无速率编码在发送点不设固定编码速率，而是根据输入的待编码数据包，采用无速率编码算法，源源不断地向接收点发送码字，当收到接收点的ACK（acknocodes）是Luby在2002

5、年提出的第一种实用数字喷泉码，在编码时不需要事先确定码率。发送点进行数据分组传输时，先将长度为L的文件分割成k个数据分组（encodedmicro-packet），随机取一个在1～k的整数d，其中k称为该码的码长，d称为编码分组的度，在数据分组中均匀地随机选取d个不同包，按照对应的比特进行异或运算，得到编码包。原始数据包作为编码的输入符号，编码包作为编码的输出符号，参与编码运算的数据包个数称为度数。　　接收点收到编码包时，译码器先找度数为1的编码包，若没找到，则暂停译码，继续接收寻找。若找到，则通过简单运算，将与之相连的唯一原始分组恢复出来，并将消去之

6、间的连接关系，相应的编码分组的度数也将减1。当某个编码分组的度数减少到1时，该编码分组则被“释放”。不断重复这一过程，直到译码停止。若所有原始分组均被恢复，则译码成功，否则表示译码失败，需要接收更多的编码分组才能继续进行译码。　　2.2Raptor码　　Raptor码是Shokrollahi于2006年提出的一种改进的无速率码，降低了编码译码复杂度。Raptor码采用串行级联码思想，采用两层的编码结构：预编码和内码。首先对原始信息的分组进行预编码（LDPC码和IRA码），然后对预编码得到的中间码字采用弱化的LT码进行编码，以产生源源不断的编码包。弱化指

7、的是生成的编码包没有高连接度包，平均度数更低，单独使用时不能完全译出原始数据，但可以恢复大部分源符号。　　译码时，Raptor码先采用置信传播算法（BeliefPropagation，BP）对接收到的数据进行正常译码，大部分的源符号会被弱化LT码高概率恢复，剩下小部未能解码的数据通过预编码的纠错能力进行恢复。这种级联结构中，LT码部分的纠错要求被放宽，编码包的平均度数降低，可以使Raptor可以获得更低的编译码复杂度，预编码部分可以进一步纠正LT码的译码中的差错，能实现更高的译码成功率。　　3无速率编码的传输性能　　基于MATLAB来评估无速率编码通信

8、的性能，设定网络有一群主用户和一个从用户，主用户之间的活动性相互独立，主用户与从用户之间相互独