一种用于水声通信的喷泉码最大似然译码方法.pdf

第38卷第2期
电子与信息学报
Vol38NO.2
2016年2月
Journal of Electronics &c Information Technology
Feb.2016
种用于水声通信的喷泉码最大似然译码方法
武岩波”朱敏
(中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190)
(中国科学院声学研究所海洋声学技术中心北京100909
摘要:针对水声通信特点,研究随机线性喷泉码及最大似然译码,在分块数较小的包传输中纠正删除错误。传统
的最大似然译码为整包统一处理,译码延迟大。该文提出一种逐行累增的高斯消去方法,将译码过程划分到各块到
达时隙中执行,利用二进制分布求和的概率公式对单块到达所需计算量进行分析。在实际水声通信处理平台上进行
了验证,满足实时计算需求,可用于水下图像、传感器数据等的传输。
关键词:水声通信;喷泉码;高斯消去法;随机线性喷泉码
中图分类号:TN929.3
文献标识码
文章编号:1009-5896(2016)02-028806
DOI:10.11999JEIT150572
Maximum Likelihood Decoding of Fountain Codes in
Underwater Acoustic Communication
WU Yanbo ZHU Min
(State Key Laboratory of Acoustics, Institute of Acoustics, Chinese Academy of ciences, Beifing 100190, China)
e (0cean Acoustic Technology Center, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beiing 100190, China)
Abstract Considering the characteristics of underwater acoustic communication, random linear fountain codes
rith maximum likelihood decoding are studied to correct erasure errors in the short packet transmission. In
existing maximum likelihood decoding methods, processing begins when all the necessary blocks are available
resulting to the unacceptable decoding delay. An increment Gaussian elimination method is proposed
ecrease
the decoding delay by utilizing the time-slots of every block. The computation complexity is analyzed based on the
principle of the probability distribution of the summation of binary random variables. The real-time ability of the
proposed method is verified on the low-cost DSP chip for the underwater acoustic modem. The method is
applicable to underwater transmissions of images, and sense data
Key words: Underwater acoustic communication; Fountain code; Gaussian elimination; Random linear fountain
无速率码)是一种应对删除信道的有效方法。理想
水声通信信道时变性强,信道冲击响应、环境的无速率特性主要体现在两个方面:(1)对有限数量
背景噪声和干扰是非平稳过程,造成信道容量是时的信源块进行编码,可产生无限数量的编码块,因
变的,数据块传输错误或丢失的比例较高。目前,
而不需要事先知道信道的删除错误概率,()解码所
实际水声通信系统中多采用选择性重传的反馈机需要块的数目尽可能接近信源块的数目,即可以译
制。水声传播速度小且水声通信为半双工方式,因码冗余接近0。经典的 Reed-solomon码,冗余为0
而反馈信道造成信道利用率低。从信崽论来看,反时可以100%正确译码,但编码输出数量是有限的,
馈信道对信息传输是不必要的。
不满足喷泉码特性,且其译码复杂度高。喷泉码中
喷泉码可以显著地降低反馈信道开销。喷泉码关注最多的为LT码,及在其基础上构造的 Raptor
码。2002年,LUBY叫提出工T码,根据优化的度分
收稿日期:20150513:改回日期:2051030:网络出版:20151204布函数进行随机编码,满足无限输出的特征,在大
通信作者:武岩波wuyanbo@mail.ioa.c.cn
数据包下仅需要少量的冗余,译码为线性复杂度,
基金项目:国家自然科学基金(61471351),中国科学院声学研究所
是最早出现的实用性喷泉码。采用工T码,当信源
所长择优基金(Y454101231
Foundation Items: The National Natural Science Foundation of
块数目为10000,冗余为5%时,成功译码概率为
China(1413), ferred Foundation of Director of Institute of90%。2006年, SHOKROLLAHI2Z在LT码的基础
Acoustics, CAS(Y454101231)