一种新型自纠错编码方法及编码格式—倍率码与流程

一种新型自纠错编码方法及编码格式
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倍率码
技术领域
1.适用于数据传输及数据存储。


背景技术：

2.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通信的方法，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可以因为传输错误而丢失，这会导致发送方始终等不到接收端的确认信息。在实际工程应用中我们苦苦探索，希望找到一种可以近视认为单向可靠通信的编码方法，于是诞生了turbo 码与喷泉码。在实际使用这两种编码的过程，我发现太多的不便之处，例如：turbo码绑定信道质量，喷泉码没有对序号及头信息保护，解码时需要编码的元信息，如果在信道传输这些数据，这些数据本身也会有发生错误的时候，因此我发现了一种新的编码可以解决这些缺陷，即既做到信道质量无关，也做到对头信息保护，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或无线传输，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。


技术实现要素：

3.编码、解码数学理论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，每个源符号4 位。源符号我们记为a b c d 构建代数方程式x1∧x2∧x3∧x4=r1x1∧x3∧x4=r2x1∧x2∧x4=r3x2∧x3∧x4=r4求解该方程得到x1=r1∧r4x2=r1∧r2x3=r1∧r3x4=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∧r4x2=r1∧r2x3=r1∧r3x4=r2∧r3∧r42、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，现在剩下一种常见情况，就是(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。
4.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：第一位为奇校验为，后面7为奇数个1 则为0，偶数个1 为0,因此所有源符号与修复符号字节始终不会为0。2 到4 位为序号0-7，用以标识对应方程式，后4 位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，用正确的部分进行解码，当源符号与修复符号和大于等于4，则可解码，否则不可解码抛弃。
5.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
6.图1是编解码详细格式及说明，详细描述请看[0004]编码格式说明部分。
[0007]
图2是实际编解码使用流程，详细描述请看[0005]编码、解码流程部分。


技术特征：
1.倍率码是一种新型数据传输编码方法，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，那么抛弃这组数据。2.如1描述，这种编码方法及格式，可以近似实现单向可靠数据传输，可以广泛用于计算机通信，无线通信等领域。3.如1描述，这种编码方法及格式，其特征在于独特构造的函数方程式，通过函数方程式只要修复符号加源符号总数大于等于4就可以解出源数据。4.如1描述，这种编码方法速度极快，时间复杂度与空间复杂度恒定且极低，所以在嵌入式设备均可获得很好的编码解码性能。5.如1描述，这种编码方法及格式，可以用于数据存储设备，即使存储设备某些块数据坏掉或错误，只要正确总数有50%，仍然可以读出数据。

技术总结
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。无法解码。无法解码。


技术研发人员：秦柏林
受保护的技术使用者：秦柏林
技术研发日：2021.12.25
技术公布日：2022/3/25