一种基于部分信息反馈的分布式卢比变换编码方法技术

本发明专利技术提供一种适用于多信源单中继通信系统基于部分信息反馈的分布式卢比变换(LT)编码方法。使用该编码方法的通信系统，其接收端向发送端反馈已知信息包数n，每个信源获取反馈信息后根据n值同时调整分布式LT码编码分布并发送到中继端。中继端将各信源编码数据重构成一个优化的LT编码。在本发明专利技术方法中，接收端已经恢复部分信源信息，将已正确接收的部分信息状态反馈给信源，可以降低各信源发送端后续编码的不确定度，减少接收端恢复剩余信息所需的整体编码数据包数量，改进了传统分布式LT码的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分布式通信系统的编码
，尤其是一种基于部分信息反馈的分布式卢比变换编码方法。
技术介绍
卢比变换码(LubyTransformCodes，简称LT码)是第一种高效实用的数字喷泉码，喷泉码主要机制为通过产生无码率限制的编码数据，只要在接收端获取到略多于原始数据数量的编码数据后就可以以极高的概率恢复出原传输数据，这种机制使得喷泉码特别适合于某些场景，如：无反馈链路的系统，广播多播数据，深空通信等。删除信道可视作按包传输数据系统的网络层描述，Internet就是删除信道的典型实例，其他通信系统，如现在发展最为迅速的移动通信系统，若下层(物理层)通过纠错编码或自动请求重传后仍然没能正确恢复所传输的数据包，此时就相当于将数据包删除，因此也可视作删除信道。LT码的编码方案为若需要发送K个源数据包，首先通过一个度数分布函数，产生一个随机的度数值d，然后随机地从K个源数据包中选出d个，它们的异或值即为该编码数据包，且其度数为d；解码采用置信传播(BP)算法，首先从接收到的编码数据包中查找度数为1的数据包，恢复与之相连的唯一一个源数据包，将该源数据包异或加至与之相连的所有编码数据包，重复上述步骤，直至全部K个源数据包恢复。LT码所采用的较优的度数分布为RSD(RobustSolitonDistrubution，鲁棒孤波分布)，能够达到在解码过程中度数为1的编码数据包的数量趋于合理，对于需要发送K个源数据包的情况，RSD函数为：μ(d)＝[ρ(d)+τ(d)]/β，[d＝1,2,…,K/m]其中β、ρ(d)和τ(d)分别为归一化因子、LT的理想孤波分布函数和修正函数，其中：式中，c,δ为可调参数，满足c＞0,δ∈[0,1]；Z为每轮解码中度数为1的编码符号数。分布式LT码所用的度数分布函数解卷积孤波函数qDSD(d)(DSD，DeconvolvedDolionDistribution)通过对RSD函数μ(d)反卷积分解获得，满足是可实现的，即在定义范围内不能有负数值；满足在中继经过简单操作(主要是异或)后，所得的编码数据包的度数分布近似于RSD函数，即文献“TheDesignandPerformanceofDistributedLTCodes”中通过对RSD合理改动，使得分解之后的度数分布函数满足这两个条件，其构建过程如下：首先将对RSD函数分解为两部分，其中，μ2(d)中包含了RSD中导致不能直接解卷积的部分，β2＝β-β1是归一化因子，其中对μ1(d)反卷积分解，得到若令可以得到DSD函数为：p(d)＝λf(d)+(1-λ)μ2(d)但是这种方案的不足之处在于：如果接收端已经恢复部分信源信息，DSD中度数较低的度将会编出冗余的编码包，这无助于解码。而且接收端恢复出的信息包数越多，DSD越容易编出冗余的编码包，编码信息大大下降，所以这时需要对DSD进行改进。
技术实现思路
专利技术目的：为解决上述技术问题，降低各信源发送端后续编码的不确定度，减少接收端恢复剩余信息所需的整体编码数据包数量，本专利技术提出一种基于部分信息反馈的分布式卢比变换编码方法。技术方案：为实现上述技术效果，本专利技术提供的技术方案为：一种基于部分信息反馈的分布式卢比变换编码方法，适用于多信源单中继通信系统；所述多信源单中继通信系统包括中继节点R，信宿节点E和信源节点Sj，j＝[1,2,…,m]；设某一信源节点Sj需要与信宿节点E交互的源数据包为K个；Sj到R的信道删除概率为pj；该方法包括步骤：S101：信宿端将已正确接收的源数据包数量n反馈到信源节点Sj；S102:源节点Sj判断是否满足n≤K-m；若判断结果为满足，则转入步骤S103；否则，转入步骤S104；S103:Sj根据反馈的n值采用转移解卷积孤波分布函数PSDSD(d)[d＝1,2,…,K/m]随机产生一个度数值d＝dj；转入步骤S105；S104:Sj产生度数值转入步骤S105；S105:从Sj的K/m个源数据包中选出d个源数据包，并进入步骤S106；S106:Sj对步骤S105选出的源数据包进行编码：设选出的源数据包为生成编码数据包为异或符号；转入步骤S107；S107将步骤S106生成的编码数据包发送至中继节点R，中继节点R将各信源节点生成的编码数据包重构生成LT编码。进一步的，所述步骤S103中构建转移解卷积孤波分布函数PSDSD(d)的方法为：对Sj的解卷积孤波分布函数qDSD(d)做转移处理得到函数PSDSD(d)，包括步骤：S201：输入信宿端反馈的以正确接收信息包数n；S202：将PSDSD(d)(d＝1,2,…,K/m)全部初始化为0；S203：令x＝0；S204：令x＝x+1；S205：令x'＝x/(1-n/K)；S206：令d＝floor(x)，其中floor()是向下取整函数；S207：令α＝x'-d；S208：令pSDSD(d)＝pSDSD(d)+(1-α)qDSD(x)；S209：令pSDSD(d+1)＝pSDSD(d+1)+αqDSD(x)；S210：判断是否满足x＝K/m，若满足，则进入步骤S211；否则，转入步骤S204；S211：将pSDSD(d)归一化为合法的概率密度函数PSDSD(d)；S212：输出PSDSD(d)。进一步的，所述步骤S211中将pSDSD(d)归一化为合法的概率密度函数PSDSD(d)的方法为：S301：求出S302：令PSDSD(d)＝pSDSD(d)/S，(d＝1,2,…,K/m)。进一步的，所述Sj的解卷积弧波分布函数qDSD(d)的构建方法包括步骤：S401：构建Sj的鲁棒弧波分布函数：μ(d)＝[ρ(d)+τ(d)]/β；其中，式中，β、ρ(d)和τ(d)分别为归一化因子、卢比变换的理想孤波分布函数和修正函数：c,δ为可调参数，c＞0,δ∈[0,1]；Z为每轮解码中度数为1的编码符号数；S402：对μ(d)做m次反卷积分解，得到解卷积孤波分布函数qDSD(d)，qDSD(d)与μ(d)的关系式为：进一步的，所述步骤S103中通过函数PSDSD(d)产生度数值d的步骤为：S501：根据概率密度函数PSDSD(d)计算其概率分布函数pSDSD(d)；S502：利用计算机产生一个[0,1]区间内的随机数r；S503：令d＝0；S504：令d＝d+1；S505：判断r＜pSDSD(d)是否成立，若判断结果为是，则转入步骤S506；否则，转入步骤S504；S506：输出d。有益效果：本专利技术与现有技术相比具有以下优势：本专利技术提供的技术方案中，接收端反馈已正确接收的信息包数n到各信源节点，只需要非常少量的反馈信息，即可大幅度减少接收端恢复剩余信息所需的接收包数，改进传统LT码的性能附图说明图1为多信源单中继通信系统结构图；图2为本专利技术的实施例流程图；图3为实施例中产生PSDSD(d)函数的流程图；图4为实施例中根据PSDSD(d)函数产生一个随机的度数d的流程图；图5为实施例所提供的编码方案与DSD编码方法的仿真结果对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示为实施例中的多信源单中继通信系统结构图，包括中继节点R，信宿节点E和信源节点Sj，j＝[1,2,…,m]；设某一信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于部分信息反馈的分布式卢比变换编码方法，适用于多信源单中继通信系统；其特征在于，所述多信源单中继通信系统包括中继节点R，信宿节点E和信源节点Sj，j＝[1，2，…，m]；设某一信源节点Sj需要与信宿节点E交互的源数据包为K个；Sj到R的信道删除概率为pj；该方法包括步骤：S101：信宿端将已正确接收的源数据包数量n反馈到信源节点Sj；S102:源节点Sj判断是否满足n≤K‑m；若判断结果为满足，则转入步骤S103；否则，转入步骤S104；S103:Sj根据反馈的n值采用转移解卷积弧波分布函数PSDSD(d)[d＝1，2，…，K/m]随机产生一个度数值d＝dj；转入步骤S105；S104:Sj产生度数值转入步骤S105；S105:从Sj的K/m个源数据包中选出d个源数据包，并进入步骤S106；S106:Sj对步骤S105选出的源数据包进行编码：设选出的源数据包为生成编码数据包为异或符号；转入步骤S107；S107将步骤S106生成的编码数据包发送至中继节点R，中继节点R将各信源节点生成的编码数据包重构生成LT编码。

【技术特征摘要】
1.一种基于部分信息反馈的分布式卢比变换编码方法，适用于多信源单中继通信系统；其特征在于，所述多信源单中继通信系统包括中继节点R，信宿节点E和信源节点Sj，j＝[1，2，…，m]；设某一信源节点Sj需要与信宿节点E交互的源数据包为K个；Sj到R的信道删除概率为pj；该方法包括步骤：S101：信宿端将已正确接收的源数据包数量n反馈到信源节点Sj；S102:源节点Sj判断是否满足n≤K-m；若判断结果为满足，则转入步骤S103；否则，转入步骤S104；S103:Sj根据反馈的n值采用转移解卷积弧波分布函数PSDSD(d)[d＝1，2，…，K/m]随机产生一个度数值d＝dj；转入步骤S105；S104:Sj产生度数值转入步骤S105；S105:从Sj的K/m个源数据包中选出d个源数据包，并进入步骤S106；S106:Sj对步骤S105选出的源数据包进行编码：设选出的源数据包为生成编码数据包为异或符号；转入步骤S107；S107将步骤S106生成的编码数据包发送至中继节点R，中继节点R将各信源节点生成的编码数据包重构生成LT编码。2.根据权利要求1所述的一种基于部分信息反馈的分布式卢比变换编码方法，其特征在于，所述步骤S103中构建转移解卷积弧波分布函数PSDSD(d)的方法为：对Sj的解卷积弧波分布函数qDSD(d)做转移处理得到函数PSDSD(d)，包括步骤：S201：输入信宿端反馈的以正确接收信息包数n；S202：将PSDSD(d)(d＝1，2，…，K/m)全部初始化为0；S203：令x＝0；S204：令x＝x+1；S205：令x′＝x/(1-n/K)；S206：令d＝floor(x)，其中floor()是向下取整函数；S207：令α＝x′-d；S208：令pSDSD(d)＝pSDSD(d)+(1-α)qDSD(x)；S209：令pSDSD(d+1)＝pSDSD(d+1)+αqDSD(x)；S210：判断是否满足x＝K/m，若满足，则进入步骤S211；...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜明，王辰，赵春明，梁霄，黄鹤，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32