[发明专利]去除喷泉码生成矩阵中长度为4的小环的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于深空通信领域，涉及一种信道编码——喷泉编码技术，具体涉及一种通过改进喷泉编码中LT码的生成矩阵的结构特性去除喷泉码生成矩阵中长度为4的小环的方法及其应用。

背景技术

深空通信与传统地面通信有巨大的差别，主要表现为：第一，上行链路和下行链路不对称。第二，距离遥远，延时巨大。第三，信号衰减大，易中断。传统的信道编码不再适用。而具有误码率特性的喷泉码在深空通信系统中则具有更大的优势。

喷泉编码的概念由M.Luby等人于1998年提出，它是删除信道的一种无码率的纠错码。喷泉编码可以由一个原始数据均分成任意数量K的编码分组，而接收方只要收到其中任意N个编码分组，就可通过译码以高概率成功地恢复全部原始数据分组。这与接收到的到底是哪些数据无关。一般情况下，这里的N略大于K，从而引入一定的译码开销ε，定义为ε＝N/K-1，也即N＝K(1+ε)。

LT码是M.Luby在2002年提出的，LT码是第一个将数字喷泉的的概念全面实现的码字，称之为通用擦除码(Universal erasure codes)。LT码是无码率传输的，完全符合喷泉编码的概念。事实上，只要接收到数据报的数目比信源数目稍多就可以将数据恢复出来，这样就是说LT码对任何删除信道来说都是优化的。在。经过对现有技术的文献检索发现：M.Luby等人在《43^rd Annual IEEE Symposium on Foundations of Computer Science》2002年发表的“LT codes”(IEEE第43届基于计算科学的年度会议2002年)。该文中对LT码的编解码过程进行了详细的介绍。LT码的生成矩阵是一个稀疏矩阵，矩阵中“1”的数目远小于“0”的数目。矩阵中每一列1的数目表示生成一个码字所需要的原始数据包的数目，这个数目叫做阶(degree)，服从一定的概率分布(常用的有理想孤波分布和鲁棒孤波分布)。“1”的位置代表取了哪些原始数据进行异或操作。LT码字的编码的运算过程就是异或操作。生成矩阵的结构直接影响LT码字的性能。若生成矩阵中有四个位置为“1”，且这四个位置两两位相同行不同列，则这四个“1”就构成了长度为4的小环。相应的还有长度为6，8的小环(环长为偶数)。小环的存在对编解码都带来了危害。对编码而言，编码后的码字所包含的原数据的信息量越多越好，而小环的存在，使得原数据的信息出现了重复，影响了编码的信息量。对译码来说，小环的存在，破坏了节点传递信息的独立性这一假设，使得经过一个节点传出的信息，经过一个环长，又传回了本身，增加了译码的复杂度，长度为4的小环对编译码的影响最大。针对去小环问题对现有技术的文献检索发现：S.Li，D.J.Costello等人编著的《差错控制编码》一书中针对LDPC码的去小环问题，介绍了列分裂法(机械工业出版社，2007年，588～592页)。但是该方法并不适用于LT码，首先LT码的生成矩阵每行和每列的个数都是不规则的；其次这些方法在一定程度上会影响阶的分布；再次这些方法操作起来较为复杂。

发明内容

为了解决现有技术中存在的当喷泉码在深空通信系统中应用时，对编码而言，当小环存在时，会使得原数据的信息出现重复，影响了编码的信息量。对译码而言，当小环存在时，会破坏节点传递信息的独立性这一假设，使得经过一个节点传出的信息，经过一个环长，又传回了本身，增加了译码的复杂度等技术问题，本发明提供了一种去除喷泉码生成矩阵中长度为4的小环的方法及其应用。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案为提供一种去除喷泉码生成矩阵中长度为4的小环的方法，所述去除喷泉码生成矩阵中长度为4的小环的方法为在生成稀疏矩阵时只关注矩阵中“1”的分布情况，其中，第一列“1”的位置为随机生成，其他列中“1”的位置是在提取相关列并对其进行检测后，在保证不产生长度为4的小环的位置随机的选取一个位置写入“1”。