【摘要】：無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展及用戶數(shù)量急劇增加導(dǎo)致了多種問題。首先,用戶的增加導(dǎo)致數(shù)據(jù)總量劇增,使得無線頻譜資源緊張的問題更加明顯,對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸效率帶來更高的要求;其次,隨著用戶的增加,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,也使得數(shù)據(jù)的高效及可靠傳輸更加困難;與此同時(shí),用戶數(shù)量的增加,還導(dǎo)致業(yè)務(wù)種類激增,由于不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的可靠性及時(shí)效性需求往往不同,為了確保各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的高效可靠傳輸,需要對(duì)各類數(shù)據(jù)按可靠性及時(shí)效性需求劃分等級(jí),并設(shè)計(jì)相應(yīng)的傳輸策略使各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)按自身需求傳輸。這種按數(shù)據(jù)的可靠性或時(shí)效性劃分等級(jí)并傳輸?shù)姆绞酵ǔ７Q為分級(jí)傳輸。無線通信系統(tǒng)中的多種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需要同時(shí)傳輸時(shí),常常難以確保各類數(shù)據(jù)均得到高效可靠傳輸。本文針對(duì)這個(gè)問題,通過設(shè)計(jì)基于LT碼的高效分級(jí)噴泉編碼方法,來確保各類數(shù)據(jù)的高效可靠傳輸。本文的研究從以下幾個(gè)問題展開:第一,針對(duì)LT碼譯碼完成時(shí)刻的定義模糊,從而導(dǎo)致譯碼開銷難以確定的問題,提出一種最佳譯碼開銷的判定方法。該方法借鑒傳統(tǒng)前向糾錯(cuò)(Forward Error Control,FEC)編碼中編碼效率的思想,提出每符號(hào)譯出概率(Recovery Ratio Per Symbol,RRPS)的概念,并證明了每符號(hào)譯出概率具有唯一的最大值。由于每符號(hào)譯出概率的最大值對(duì)應(yīng)的開銷可以使LT碼獲得最佳的傳輸效率,該開銷被定義為LT碼的最佳譯碼開銷。最佳譯碼開銷的概念可以通過數(shù)值的方法對(duì)LT碼的傳輸效率進(jìn)行量化,從而為設(shè)計(jì)具有高效傳輸特性的噴泉編碼方法提供理論支撐。第二,針對(duì)現(xiàn)有的LT碼譯碼性能分析方法中普遍存在的分析結(jié)果誤差較大且與譯碼過程無關(guān)的問題,提出一種全新的分析方法,并將其命名為階段進(jìn)化分析法(Stage Evolution Analysis,SEA)。該方法通過將LT碼的置信傳播(Belief Propagation,BP)譯碼過程劃分為一系列階段化的并行過程,將復(fù)雜的BP譯碼過程等效為一個(gè)可量化的參數(shù)進(jìn)化過程,從而對(duì)各參數(shù)的狀態(tài)及變化規(guī)律進(jìn)行量化。該方法可以更精確地計(jì)算出LT碼譯碼差錯(cuò)性能,還可以對(duì)譯碼過程中的各種狀態(tài)進(jìn)行量化分析,從而為設(shè)計(jì)具有分級(jí)傳輸能力的噴泉編碼方法提供了理論依據(jù)。第三,針對(duì)單信源條件下各類數(shù)據(jù)可靠性需求不同導(dǎo)致傳輸效率降低的問題,提出了一種全新的不等差錯(cuò)保護(hù)(Unequal Error Protection,UEP)LT碼,該編碼可以在提供不等差錯(cuò)保護(hù)能力的同時(shí),具有低譯碼開銷特性。首先,通過階段進(jìn)化分析法的思想對(duì)LT碼譯碼過程中各度值輸出符號(hào)的變化規(guī)律及對(duì)譯碼性能的影響進(jìn)行量化分析,確定BP譯碼過程中不等差錯(cuò)保護(hù)及低譯碼開銷特性產(chǎn)生的原因。其次,設(shè)計(jì)了在編碼過程中對(duì)各分組內(nèi)輸入符號(hào)按特殊度值為邊界,邊界兩側(cè)分別采用不同的抽取方式的UEP-LT碼,并按其特點(diǎn)命名為邊界約束UEP-LT碼。最后,通過數(shù)值推導(dǎo)給出特殊度值的選取方法及分界抽取方式,從而使邊界約束UEP-LT碼在確保多種數(shù)據(jù)按其可靠性需求傳輸?shù)耐瑫r(shí)提高整體的傳輸效率。第四,針對(duì)單信源條件下各類數(shù)據(jù)時(shí)效性需求不同引發(fā)的傳輸效率低下問題,提出了階段漸增碼(Staged Growth Codes,SGC)。階段漸增碼在滿足各類數(shù)據(jù)傳輸時(shí)效性需求的基礎(chǔ)上,還具備低譯碼開銷性能。首先,將不等時(shí)效性需求劃分為同種數(shù)據(jù)內(nèi)和不同數(shù)據(jù)間時(shí)效性需求差異兩類,分別分析現(xiàn)存的兩類提供不等時(shí)效性需求差異傳輸?shù)膰娙幋a方法中存在的不足。接著,通過階段進(jìn)化分析法的思想對(duì)BP譯碼過程中輸出符號(hào)對(duì)不等恢復(fù)時(shí)間特性的影響進(jìn)行量化分析。最后,根據(jù)分析結(jié)果提出了采用階段化編碼過程,且各階段內(nèi)采用不同編碼策略的階段漸增碼。階段漸增碼可以同時(shí)提供中間譯碼性能、不等恢復(fù)時(shí)間特性及低譯碼開銷特性,從而使單信源條件下具有不等時(shí)效性需求的數(shù)據(jù)得到高效傳輸。最后,針對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)中各信源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)具有不等可靠性需求時(shí),LT碼設(shè)計(jì)復(fù)雜且整體譯碼開銷較大的問題,提出了低譯碼開銷分布式UEP-LT碼,在降低設(shè)計(jì)難度的同時(shí),提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。首先,簡(jiǎn)要介紹了現(xiàn)存的兩類分布式UEP-LT碼并分析了這兩類編碼的缺點(diǎn)。接著,通過每符號(hào)譯出概率的思想分析得出等差錯(cuò)保護(hù)(Equal Error Protection,EEP)LT碼相比于采用相同編碼參數(shù)的UEP-LT碼具有更小的譯碼開銷的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上,最終提出一種各節(jié)點(diǎn)均采用EEP-LT碼作為子編碼的分布式UEP-LT碼編碼策略。相比于傳統(tǒng)的分布式UEP-LT碼,本文提出的分布式UEP-LT碼設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且具有穩(wěn)定的低譯碼開銷特性,從而提高了分布式網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)不等差錯(cuò)保護(hù)傳輸過程中的傳輸效率。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN911.22

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