CN114244476B - 一种基于倍率码的数据编码传输方法 - Google Patents

Abstract

倍率码是一种新型数据传输编码，通过构造异或函数方程组，实现生成修复包，数据传输时发送源数据与修复数据，接收端只要收到一半的正确数据就可以解码出源数据。源数据两个字节一组，4位作为一个源符号，源符号通过异或方程式计算出修复符号，将源符号与修复符号从0‑7编号，0‑3为源符号，4‑7为修复符号，构成8个字节；每个字节的最高位为奇校验位，接着3位为序号；增加一个值为0的字节，作为单元间隔标识。接收端从0开始接收8个字节，通过校验值判断前四个字节是否正确，无误，得到源数据；如果其中一个或多个有误，取出后4个字节中的正确字节，正确总数大于等于4，通过方程组计算出源数据；如果正确字节小于4，无法解码。

Description

一种基于倍率码的数据编码传输方法

技术领域

适用于数据传输及数据存储。

背景技术

无论是有线通信还是无线通信，人们始终在致力于寻找一种单向可靠数据传输的方法，从最早的汉明码，到最近的喷泉码，都是如此。目前在有线与无线网络通信领域大量使用的应答重传机制，这种模式在信道质量不好的情况下，导致数据传输效率极其低下；应答机制中的应答确认本身也会因数据错误而丢失，这会导致发送方始终等不到接收端的确认信息。在工程应用中我们苦苦探索，希望找到一种单向可靠的传输编码方法，于是诞生了turbo码与喷泉码。在实际使用这两种编码的过程中，发现太多的不便之处，例如：turbo码绑定信道质量，喷泉码没有对分组序号及传输元信息保护，解码时需要编码的元信息，如果在信道传输这些关键数据，这些数据本身也会有发生错误的时候，因此我设计了一种新的编码来解决这些问题，即既做到信道质量无关，也做到对元信息保护，同时解码端不需要编码端任何信息。我们知道二进制数据无论有线传输还是无线传输，0,1错误概率始终为50％,基本错误率不会超过50％，因此冗余50％数据量，保证在错误率不大于50％的情况下，均可解码，现在的通信设备误码率都会低于50％(高于50％则降低收发速率)，因此近似于可靠单向传输。

发明内容

编码、解码数学原理

我们知道异或代数式有如下特性：

A XOR B＝D

A＝D XOR B

需要发送数据我们按2个字节一个单元，一个单元分为4个源符号，那么每个源符号长4位。源符号我们记为A B C D构建代数方程式

X1∧X2∧X3∧X4＝R1

X1∧X3∧X4＝R2

X1∧X2∧X4＝R3

X2∧X3∧X4＝R4

求解该方程得到

X1＝R1∧R4

X2＝R1∧R2

X3＝R1∧R3

X4＝R2∧R3∧R4

发送端源符号个数i＝4,修复符号个数j＝4,在接收端，我们能解码的必要条件是(i+j)>＝4；我们先考虑两种极端情况：

1、i＝0,j＝4

源码可以用以下公式解码得出：

X1＝R1∧R4

X2＝R1∧R2

X3＝R1∧R3

X4＝R2∧R3∧R4

2、i＝4,j＝0

无需解码，直接得到源数据除去上面两种极端情况，现在还剩下一种情况，即(i+j)>＝4,i>0,j<4

需要求解的源符号个数是4-i,未知的修复符号个数为4-j,对包含未知的修复符号方程式，我们把左边已知的任意源符号值与右边的未知修复符号调换，可得到一个降元方程组，通过消元法可求得所有错误或丢失的源符号。因此，我们传输的8个符号，只要有任意4个符号正确接收到，均可解码出源符号。对于实际应用则是将要传输数据按2字节分组进行编码，将很多编码数据组成大的数据包发送。

编码格式说明

编码格式如附图1所示，源数据两个字节，编码后有9个字节。第一个字节为0，用以标识数据单元头，同时如果中间出现错误，在解码端用以重新寻找数据起始位置。接着4个字节为源符号，后4个字节为修复符号。源符号和修复符号的字节结构为：第一位为奇校验位，后面7位奇数个1则为0，偶数个1为0。因此，所有源符号与修复符号构成的字节始终不会全部为0。2到4位作为序号(0-7)，用以标识对应方程式变量，后4位作为源符号或修复符号。这样设计的目的是便于识别源符号与修复符号及其对应方程式，同时也可以判断源符号或修复符号是否传输正确；错误的抛弃，正确的用来解码，当源符号与修复符号总数大于等于4，则可解码，否则不可解码抛弃。

编码、解码实际应用概述

在上面我们详细讲了编解码的数学原理及编码格式，接着我们详细描述实际应用流程。如附图2所示，将发送缓冲队列的数据取出编码，编码后的数据组成MCS传输大小，送入发送设备，这里的发送设备可能是无线调制器，也可能是网络通信发送设备；接收设备收到数据，通过检查第一个字节是否为0，判断解码数据起始位置，从第一个为0的字节后读取8个字节解码，解码数据放入接收缓冲，交给上层通信协议处理。

附图说明

图1是编解码详细格式及说明。

图2是实际编解码使用流程。

Claims (1)

1.一种基于倍率码的数据编码传输方法，其特征在于，通过构造异或函数方程组，实现生成修复包，数据传输时发送源数据与修复数据，接收端只要收到一半的正确数据就可以解码出源数据；源数据两个字节一组，4位作为一个源符号，源符号通过异或方程式计算出修复符号，将源符号与修复符号从0-7编号，0-3为源符号，4-7为修复符号，构成8个字节，每个字节的最高位为奇偶校验位，接着3位为序号，用以标识对应的方程式，后4位为数据位；在源符号之前再增加一个字节组成一个单元数据，其中，增加的字节值为0，作为单元数据间隔标识；接收端从0开始接收8个字节，通过校验值判断前四个字节是否正确，无误，得到源数据；如果其中一个或多个有误，取出后4个字节中的正确字节，源符号加修复符号的正确字节总数大于等于4，通过方程组计算出源数据；如果正确字节总数小于4，那么抛弃这组数据。