高誤碼率下的可靠性傳輸

◆陸文博

（國防科技大學湖南 410073）

通信的目的是立即可靠地將信息發送給另一方，以完成信息資源的共享。點對點傳輸系統軟件的物理模型如圖1所示。關鍵包括源代碼，通道代碼和部署的技術方面。源編碼與信號源有關。應盡可能避免的位指示必須推送的信息，并且應盡可能避免數據冗余信息。信道編碼與信道質量有關。通過增加一定的標準數據冗余度，提高了比特信息的抗干擾性能，保證了在有噪聲信道下的可靠傳輸。部署是為了匹配信道特性，減少信道傳輸中數據信號的損耗和噪聲，并結合頻分復用技術靈活地使用信道資源。在特定的通信中，信道中必須有噪聲，并且符號之間必須存在相互影響，因此接收到的數據信號將不可避免地引起一定的變形并引起誤碼。因此，為了確保通信質量，信道編碼是必不可少的，并且在通信中具有關鍵影響。

圖1 通信系統模型

通道編碼用于糾正錯誤，并廣泛用于通信和存儲。在非合作通信中，由于編碼方法未知，因此對信道編碼識別進行了科學研究。近年來，這已成為科學研究網絡的熱點。Turbo碼作為一種接近Shannon極限的代碼，近年來已在3G，4G和衛星通信中得到廣泛使用，并且對Turbo碼的識別也變得越來越流行。Turbo碼的詳細識別應包括卷積碼的識別和任意交織器的識別。這兩個問題可以分別解決。卷積碼的識別具有比較完整的科學研究成果，致力于識別任意交織器。馬俊，張燕平等清楚地提出了一種用樹結構進行分支的方法。該方法基于最大似然的基本原理，即使在噪聲很大的情況下也可以恢復交織器，但是這種方法對于Turbo碼是不夠的，因為它假定識別的目標是交織和排序后的輸出代碼序列，而接收到的特定對象是對該序列編號后的代碼序列。參考文獻[10]提出了一種非同尋常的方法，該方法需要假設信息序列是準確無誤的。通過將意見反饋卷積編碼器轉換為有理式（分子結構和分母均為代數），可以將其作為泰勒級數執行。下次恢復交織的數據信息，從而逐步恢復所有交織；當信息序列有錯誤時，創建者提出兩個對策：“刪除”和“更正”。規定了誤碼率極低，其仿真表明，當長度為100時，合理的誤碼率在1%和2%之間。當前的識別方法不能另外考慮高誤碼率和長交織器的條件。在特定情況下，并行處理級聯的Turbo代碼的1/3能夠糾正10%以上的錯誤率，并且其交織設備的長度也更長。針對這種情況，本文提出了一種逐點恢復交織器的方法，該方法使得交織器的單個部分的恢復僅依賴于多個相關部分，從而降低了問題的復雜性。

1 傳輸控制協議現狀

傳輸控制協議在20世紀末被明確提出，但當時條件下并不是可靠的傳輸層協議，它基本上為要按順序連接的網絡層提供了可靠的端到端數據流分析傳輸協議。它可以根據客戶的需求。當路由協議不可靠并且發生擁塞時，呈現傳輸數據服務項的各種服務級別還可以確?？煽康臄祿鬏?。作為道路互聯網應用中最常見的端到端傳輸協議，其擁塞控制系統基于優化算法。擁塞對話框限制了發起者在一段時間內的擁塞控制。大量傳輸的數據來自始發方的流量監視。通知對話框的接收端和發送端建立連接后，接收端會向發送端通知其更高的可接受速度，這是由接收端的流量監視產生的。

合理的對話框發送數據的特定對話框值定義可以理解為發件人的工作內容可以分為兩個步驟。每次發送方從接收方收到確認時，都會根據一種類型之一的大小展開擁塞對話框，也就是說，如果將在最近的往返時間內確認發送方推送的排序，發送者將添加兩個表示加減的概念以增強概念。

當數據信息傳輸請求超時，默認設置為路由協議擁塞，只是降低了發送數據信息推送的速度。每次產生請求超時，發起方都會根據兩個值再次計算擁塞對話框的值。

（1）慢啟動階段

剛創建連接或發生請求超時，它將進入慢啟動階段。第一次啟動數據文件時，慢啟動將重設為大小。從那時起，每次接收到外發消息格式的確認時，大小都會增加，即增加。在此階段，它呈指數增長。使用慢啟動算法可以避免在啟動新連接時推送過多的數據信息，從而導致內容丟失和Internet擁塞。另外，由于指數值的規則增加也防止了簡單算法引起貨運量緩慢增加的問題。Internet的不斷改進最終將導致Internet擁塞，因此引入了初始條件慢啟動閾值。當時實施了慢啟動算法，當它成指數增長時，進入了擁塞防止階段，并實施了擁塞防止算法來緩和增長速度。

（2）擁塞避免階段

在擁塞防止階段，當檢測到Internet即將發生擁塞時，不會立即使用校準，并且從頭開始的速度很慢。一旦發生擁塞，必須將其恢復很長時間。慢啟動優化算法的指數增長看起來有些激進，并且可能會加劇Internet擁塞。因此，在此階段，選擇相對和更傳統的調整機制來更改值，從而使其從指數增長變為線性增長。在擁塞預防階段，當請求超時發生時。再次設置它并進入慢速啟動，這將減小地面上發送窗口的大小，并減少連接到非常大級別的貨運量。為了改善特性，引入了快速重傳和快速恢復系統。

在快速重傳階段，當推送端收到一個或多個重復確定結果時，即感覺數據文件已經丟失，則將其設置為當前值的一半，即丟失的數據文件將再次傳輸，然后進入快速恢復階段。

2 連續重傳機制

在數據信息傳輸的整個過程中，針對錯誤代碼的情況有兩種解決方案：一種是根據LD-PC，RC等的各種修正，添加大量數據冗余信息內容。通過錯誤編號解決糾錯，選擇糾錯解決，并完成校驗和糾錯，改善了系統軟件數據信息的傳輸；另一種是重傳，即重復進行數據信息的傳輸，要根據多次傳輸來保證傳輸的準確性，但是，數據信息的重傳必須增加系統軟件的負擔。在此階段，存在用于水下通信，可見光通信和其他高線錯誤通信自然環境的各種重傳優化算法。

使用糾錯碼不能實現100%的糾錯。另外，一般的糾錯處理方法是由傳輸層完成的，光學吊艙不具有相對糾錯解決能力。從光端機的角度出發，為解決控制命令傳輸全過程中由于錯誤碼導致數據信息網絡丟包的問題，可以選擇數據文件重發系統。無人機數據鏈路通常連續且規則地執行合理或無效的數據信息的傳輸，并使用數據信息的傳輸狀態來監視數據鏈路的運行狀態。這確定了數據文件的連續重傳不容易增加數據鏈接系統軟件的傳輸負載。

在存在數據丟包的情況下，采用數據包連續重傳機制會在K次數據包重傳時才收到正確的數據包。T的期望值EK即為正確接收一個數據包平均最少需要的傳輸次數 Td。正確接收一個數據包平均最少需要的傳輸次數Td僅為數據包傳輸一次丟包的概率Pe（1）的函數。Td與Pe（1）在[0.1，0.95]的區間的關系曲線如圖2所示。由圖2可以看出，隨著丟包概率Pe（1）的增大，正確接收一個數據包平均所需要的最少傳輸次數Td逐漸增大。高誤碼率情況下，Pe（1）可能超過0.6，此時Td急劇增長。為了降低正確接收一個數據包平均所需要的最少傳輸次數 Td，需要將丟包概率 Pe（1）控制在盡量小的范圍。丟包概率Pe（1）與誤碼率Pebit和數據包長度LBYTE有關。光電吊艙與數據鏈通信接口為異步串口，最常用設置情況下，傳輸一個字節包含1bit起始位、1bit停止位、8bits有效數據位，總共10bits。這樣Pe（1）與Pebit和LBYTE就存在和圖1-2所示的關系：Pe（1）=1-（1-Pebit）10Lbyte（4）丟包概率與數據包長度之間為非線性關系。

圖2 丟包概率與數據包長度之間的關系曲線

從圖3可以看出，在良好的信道標準和低誤碼率的情況下，數據包的長度對丟包概率的危害較小，而丟包概率相對較小。在高錯誤率信道標準下，數據包長度會嚴重影響數據包丟失的可能性。如果誤碼率為0.01，則如果數據包的長度超過15個字節，則丟包的可能性將超過0.8。為了正確接收數據包的平均值，傳輸頻率必須至少為5倍，以進一步改善操作命令。

圖3 最少傳輸次數與丟包概率關系曲線

3 結論

Turbo碼具有很強的糾錯能力，并且近年來已廣泛用于具有低頻穩定性的無線信道中。對于視頻比特率為1/3的Turbo碼，本文中明確提出的算法可以合理地解決 10%的問題，即在高錯誤碼下修復任何交織器的問題。從算法分析和仿真中可以看出，該算法的存儲和度量很小，可以在通用計算機上進行操作。識別時間短，適用性強。