喷泉码概念

如题所述

在传统的ARQ通信中,当用户众多时,可能会出现一种问题,即用户发送的ARQ反馈信息占据大量网络资源,导致正常通信受阻,这种情况被称为“反馈风暴”。传统的重传和前向纠错方法在此情况下效果不佳。数字喷泉码作为一种解决方案,有效地解决了这个问题。它通过源节点S向多个接收端缓存(桶K)持续发送随机组合的数据包,即“水滴”,每个桶在缓存满时发送反馈。发送的组合包是由帧中随机选择的包组成,可以是线性或非线性的。接收端解码后,源节点根据所有桶的反馈决定是否发送新的一帧,以提高信道容量和网络鲁棒性。


数字喷泉码的独特之处在于其生成的编码分组数量不限,只要接收端获得k(1+ε)个编码分组,便能以高概率恢复原始数据。这种编码过程如同源源不断的喷泉产生水滴,接收者仅需收集足够数量的水滴即可。编码过程中不存在固定码长和码率的概念,因此被称为无率码(Rateless Codes)。与分组码相比,数字喷泉码是在线编码,编码方法不预设,接收端需通过额外信息获取编码方式;而分组码则在传输前确定编码结构。


设计数字喷泉码时,关键在于平衡译码开销ε和编译码复杂度。目标是生成每个编码分组的运算量与k无关,并且成功解码所需的运算量对k的依赖性尽可能低。最初,喷泉码主要针对删除信道设计,其码率无关性使其在各种信道环境下表现出色,包括BSC和AWGN等。LT码和Raptor码作为喷泉码的两个主要分支,前者由Michael Luby提出,后者由Amin Shokrollahi改进,它们在无线广播和协作中继网络等领域有着广泛应用。




扩展资料

John Byers及Michael Luby等人于1998年首次提出了数字喷泉(Digital Fountian)的概念,它是针对大规模数据分发和可靠广播的应用特点而提出的一种理想的解决方案,但当时并未给出实用数字喷泉码设计方案。2002年,Luby提出了第一种实用数字喷泉码——LT码1。之后,Shokrollahi又提出了性能更佳的Raptor码2,实现了近乎理想的编译码性能。在学术理论日渐完善的同时,数字喷泉码也日益受到产业界的关注,获得了越来越多的应用

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