高误码率下的可靠性传输

◆陆文博

（国防科技大学湖南 410073）

通信的目的是立即可靠地将信息发送给另一方，以完成信息资源的共享。点对点传输系统软件的物理模型如图1所示。关键包括源代码，通道代码和部署的技术方面。源编码与信号源有关。应尽可能避免的位指示必须推送的信息，并且应尽可能避免数据冗余信息。信道编码与信道质量有关。通过增加一定的标准数据冗余度，提高了比特信息的抗干扰性能，保证了在有噪声信道下的可靠传输。部署是为了匹配信道特性，减少信道传输中数据信号的损耗和噪声，并结合频分复用技术灵活地使用信道资源。在特定的通信中，信道中必须有噪声，并且符号之间必须存在相互影响，因此接收到的数据信号将不可避免地引起一定的变形并引起误码。因此，为了确保通信质量，信道编码是必不可少的，并且在通信中具有关键影响。

图1 通信系统模型

通道编码用于纠正错误，并广泛用于通信和存储。在非合作通信中，由于编码方法未知，因此对信道编码识别进行了科学研究。近年来，这已成为科学研究网络的热点。Turbo码作为一种接近Shannon极限的代码，近年来已在3G，4G和卫星通信中得到广泛使用，并且对Turbo码的识别也变得越来越流行。Turbo码的详细识别应包括卷积码的识别和任意交织器的识别。这两个问题可以分别解决。卷积码的识别具有比较完整的科学研究成果，致力于识别任意交织器。马俊，张燕平等清楚地提出了一种用树结构进行分支的方法。该方法基于最大似然的基本原理，即使在噪声很大的情况下也可以恢复交织器，但是这种方法对于Turbo码是不够的，因为它假定识别的目标是交织和排序后的输出代码序列，而接收到的特定对象是对该序列编号后的代码序列。参考文献[10]提出了一种非同寻常的方法，该方法需要假设信息序列是准确无误的。通过将意见反馈卷积编码器转换为有理式（分子结构和分母均为代数），可以将其作为泰勒级数执行。下次恢复交织的数据信息，从而逐步恢复所有交织；当信息序列有错误时，创建者提出两个对策：“删除”和“更正”。规定了误码率极低，其仿真表明，当长度为100时，合理的误码率在1%和2%之间。当前的识别方法不能另外考虑高误码率和长交织器的条件。在特定情况下，并行处理级联的Turbo代码的1/3能够纠正10%以上的错误率，并且其交织设备的长度也更长。针对这种情况，本文提出了一种逐点恢复交织器的方法，该方法使得交织器的单个部分的恢复仅依赖于多个相关部分，从而降低了问题的复杂性。

1 传输控制协议现状

传输控制协议在20世纪末被明确提出，但当时条件下并不是可靠的传输层协议，它基本上为要按顺序连接的网络层提供了可靠的端到端数据流分析传输协议。它可以根据客户的需求。当路由协议不可靠并且发生拥塞时，呈现传输数据服务项的各种服务级别还可以确保可靠的数据传输。作为道路互联网应用中最常见的端到端传输协议，其拥塞控制系统基于优化算法。拥塞对话框限制了发起者在一段时间内的拥塞控制。大量传输的数据来自始发方的流量监视。通知对话框的接收端和发送端建立连接后，接收端会向发送端通知其更高的可接受速度，这是由接收端的流量监视产生的。

合理的对话框发送数据的特定对话框值定义可以理解为发件人的工作内容可以分为两个步骤。每次发送方从接收方收到确认时，都会根据一种类型之一的大小展开拥塞对话框，也就是说，如果将在最近的往返时间内确认发送方推送的排序，发送者将添加两个表示加减的概念以增强概念。

当数据信息传输请求超时，默认设置为路由协议拥塞，只是降低了发送数据信息推送的速度。每次产生请求超时，发起方都会根据两个值再次计算拥塞对话框的值。

（1）慢启动阶段

刚创建连接或发生请求超时，它将进入慢启动阶段。第一次启动数据文件时，慢启动将重设为大小。从那时起，每次接收到外发消息格式的确认时，大小都会增加，即增加。在此阶段，它呈指数增长。使用慢启动算法可以避免在启动新连接时推送过多的数据信息，从而导致内容丢失和Internet拥塞。另外，由于指数值的规则增加也防止了简单算法引起货运量缓慢增加的问题。Internet的不断改进最终将导致Internet拥塞，因此引入了初始条件慢启动阈值。当时实施了慢启动算法，当它成指数增长时，进入了拥塞防止阶段，并实施了拥塞防止算法来缓和增长速度。

（2）拥塞避免阶段

在拥塞防止阶段，当检测到Internet即将发生拥塞时，不会立即使用校准，并且从头开始的速度很慢。一旦发生拥塞，必须将其恢复很长时间。慢启动优化算法的指数增长看起来有些激进，并且可能会加剧Internet拥塞。因此，在此阶段，选择相对和更传统的调整机制来更改值，从而使其从指数增长变为线性增长。在拥塞预防阶段，当请求超时发生时。再次设置它并进入慢速启动，这将减小地面上发送窗口的大小，并减少连接到非常大级别的货运量。为了改善特性，引入了快速重传和快速恢复系统。

在快速重传阶段，当推送端收到一个或多个重复确定结果时，即感觉数据文件已经丢失，则将其设置为当前值的一半，即丢失的数据文件将再次传输，然后进入快速恢复阶段。

2 连续重传机制

在数据信息传输的整个过程中，针对错误代码的情况有两种解决方案：一种是根据LD-PC，RC等的各种修正，添加大量数据冗余信息内容。通过错误编号解决纠错，选择纠错解决，并完成校验和纠错，改善了系统软件数据信息的传输；另一种是重传，即重复进行数据信息的传输，要根据多次传输来保证传输的准确性，但是，数据信息的重传必须增加系统软件的负担。在此阶段，存在用于水下通信，可见光通信和其他高线错误通信自然环境的各种重传优化算法。

使用纠错码不能实现100%的纠错。另外，一般的纠错处理方法是由传输层完成的，光学吊舱不具有相对纠错解决能力。从光端机的角度出发，为解决控制命令传输全过程中由于错误码导致数据信息网络丢包的问题，可以选择数据文件重发系统。无人机数据链路通常连续且规则地执行合理或无效的数据信息的传输，并使用数据信息的传输状态来监视数据链路的运行状态。这确定了数据文件的连续重传不容易增加数据链接系统软件的传输负载。

在存在数据丢包的情况下，采用数据包连续重传机制会在K次数据包重传时才收到正确的数据包。T的期望值EK即为正确接收一个数据包平均最少需要的传输次数 Td。正确接收一个数据包平均最少需要的传输次数Td仅为数据包传输一次丢包的概率Pe（1）的函数。Td与Pe（1）在[0.1，0.95]的区间的关系曲线如图2所示。由图2可以看出，随着丢包概率Pe（1）的增大，正确接收一个数据包平均所需要的最少传输次数Td逐渐增大。高误码率情况下，Pe（1）可能超过0.6，此时Td急剧增长。为了降低正确接收一个数据包平均所需要的最少传输次数 Td，需要将丢包概率 Pe（1）控制在尽量小的范围。丢包概率Pe（1）与误码率Pebit和数据包长度LBYTE有关。光电吊舱与数据链通信接口为异步串口，最常用设置情况下，传输一个字节包含1bit起始位、1bit停止位、8bits有效数据位，总共10bits。这样Pe（1）与Pebit和LBYTE就存在和图1-2所示的关系：Pe（1）=1-（1-Pebit）10Lbyte（4）丢包概率与数据包长度之间为非线性关系。

图2 丢包概率与数据包长度之间的关系曲线

从图3可以看出，在良好的信道标准和低误码率的情况下，数据包的长度对丢包概率的危害较小，而丢包概率相对较小。在高错误率信道标准下，数据包长度会严重影响数据包丢失的可能性。如果误码率为0.01，则如果数据包的长度超过15个字节，则丢包的可能性将超过0.8。为了正确接收数据包的平均值，传输频率必须至少为5倍，以进一步改善操作命令。

图3 最少传输次数与丢包概率关系曲线

3 结论

Turbo码具有很强的纠错能力，并且近年来已广泛用于具有低频稳定性的无线信道中。对于视频比特率为1/3的Turbo码，本文中明确提出的算法可以合理地解决 10%的问题，即在高错误码下修复任何交织器的问题。从算法分析和仿真中可以看出，该算法的存储和度量很小，可以在通用计算机上进行操作。识别时间短，适用性强。