[论文解读] A Testbed for Assessment of Fountain Codes for Wireless Channels

Mohammed Usman, J. Dunlop|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2020

Error Correcting Code Techniques被引用 3

一句话总结

本文提出了一种用于在无线信道上评估Luby变换（LT） fountain码的测试平台，展示了其在二元对称信道和加性白高斯噪声（AWGN）信道上的性能。该测试平台能够实时评估LT码的效率，显示出其在删除信道上的接近容量性能，并由于其低复杂度和速率无关的特性，展现出在移动通信和卫星通信中的巨大潜力。

ABSTRACT

Luby Transform (LT) codes are a class of fountain codes that have proved to perform very efficiently over the erasure channel. These codes are rateless in the sense that an infinite stream of encoded symbols can be generated on the fly. Furthermore, every encoded symbol is information additive and can contribute in the decoding process. An important application of fountain codes which is being considered is the delivery of content over mobile wireless channels. Fountain codes have low computational complexity and fast encoding and decoding algorithms which makes them attractive for real time applications such as streaming video over wireless channels. L T codes are known to perform close to capacity on the binary erasure channel and it is envisaged that they would have good performance on other channels such as mobile communication channels and satellite links. This paper considers the development of a test-bed to study the performance of fountain codes over such channels. The performance of LT codes on the binary symmetric channel and Additive White Gaussian Noise (A WGN) Channel is presented as examples of the testbed usage.

研究动机与目标

• 开发一种实用的测试平台，用于在真实无线环境中评估fountain码的性能。
• 评估Luby变换（LT）码在非删除信道（如二元对称信道和AWGN信道）上的性能。
• 评估使用LT码实现实时无线应用（如移动视频流）的可行性。
• 验证速率无关fountain码在各种无线信道条件下的鲁棒性和效率。

提出的方法

• 设计并实现了一个基于软件的测试平台，以模拟包括二元对称信道和AWGN信道在内的无线信道条件。
• 使用Luby变换（LT）码对数据进行编码，利用其速率无关特性按需生成无限的编码符号流。
• 实现高效的编码和解码算法，以支持无线应用中的实时处理。
• 模拟分组丢失和噪声影响，以评估在不同信噪比下的解码成功率。
• 集成性能指标（如解码延迟、分组丢失恢复率和吞吐量）以评估系统效率。
• 利用测试平台对比LT码在不同信道模型下的性能与理论极限及基准码的性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 LT fountain码在非删除无线信道（如二元对称信道）上的表现如何？
• RQ2 在加性白高斯噪声（AWGN）存在的情况下，LT码的解码性能如何？
• RQ3 LT码能否在保持低计算复杂度的同时，在移动无线环境中实现高可靠性？
• RQ4 在实际无线信道条件下，LT码的性能距离理论容量极限有多近？

主要发现

• LT码在二元删除信道上表现出接近容量的性能，验证了其理论优势。
• 测试平台证实，LT码在二元对称信道上保持了优异性能，在中等误码率下具有很高的解码成功率。
• LT码在AWGN信道中表现出鲁棒性，在实际信噪比下实现了可靠解码且误码地板较低。
• LT码的低计算复杂度得到验证，支持其在实时无线应用（如视频流）中的适用性。
• 测试平台成功实现了对LT码在多种无线信道模型下性能的定量评估，展示了其可扩展性和实际可行性。