基于原模图LDPC码的联合信源信道编译码系统的编码速率匹配问题的研究

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长期以来,香农的信源信道分离编码的设计观点占据了编码领域的主导地位。但它存在的诸多局限性使得它并不适用于当前的实际通信系统,因此,联合信源信道编译码(Joint Source-Channel Coding,JSCC)系统逐渐被人们所关注。  在众多的联合编译码系统中,利用低密度奇偶校验(Low-Density Parity Check,LDPC)码作为信源编码与信道编码码型的联合信源信道编译码系统以其低功耗的优异性能脱颖而出。由于原模图LDPC码性能优秀、结构简单且便于硬件实现,因此利用原模图LDPC码替代了传统LDPC码的联合信源信道编译码系统的误码率(Bit Error Rate,BER)性能可以被进一步改善。  由于联合信源信道编译码是考虑通信系统整体匹配优化的设计方法,因此,联合信源信道编码速率匹配是设计与优化联合信源信道编译码系统的关键因素之一。虽然率失真层面的联合信源信道联合编译码系统的编码速率匹配已经得到部分解决,但在BER测量系统上的研究尚且不足。因此,本文从系统优化的设计观点出发,探讨基于原模图LDPC码的联合信源信道编译码系统的编码速率匹配问题,以提高系统的BER性能。  本文首先在总码率一定的情况下,考虑信源编码码率、信道编码码率与信源属性、信道状态的匹配,并提出了考虑信源熵值与信道状况的自适应速率分配方式。仿真结果证明,自适应编码速率分配方式在低信噪比区域与高信噪比区域均能获得较佳的性能,并且将系统对信源统计特性的依赖性部分转移到对系统编码速率的设计上,增强系统鲁棒性。  其次,对基于原模图LDPC码的信源信道联合编译码系统的信源统计特性与信源编码速率的匹配标准做了更深层的探讨。本文通过一种预测信源原模图LDPC码译码收敛性能的外信息转移(Extrinsic Information Transfer, EXIT)算法,得到给定信源编码速率下的以信源熵值为度量的译码门限值。借助该门限值,本文揭示了信源统计特性与信源编码速率的匹配标准。通过系统仿真证明,该匹配标准能够对系统地板区性能起到预测作用,并且能够为联合信源信道编译码系统的编码速率设计提供理论指导。
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