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信源编码是解决信息传输有效性问题,要求尽量压缩信源中的冗余度。信道编码是解决信息传输可靠性问题,根据某种规律在待发信息码中加入多余的码元。信源信道编码最终目标就是在保证有效性的基础上,提高抗干扰能力,实现通信的有效性和可靠性要求。
长久以来,通信理论一直基于信源信道分离原理,即信源编码和信道编码可以独立优化设计,系统的性能没有损失。但在实际通信中,特别是Internet和无线通信中,复杂的传输条件和多用户网络使分离系统不再具有最佳性能。此时,联合信源信道编码系统可以通过协调信源、信道、调制等之间的关系,使系统的整体性能达到最优。
LDPC码是一种性能非常接近Shannon容限的线性分组码,但在码长较短时性能较差。图像视频传输采用VLC码作为信源编码方式,它具有很高的压缩效率,但VLC译码时存在误码扩散。分离VLC和LDPC的信源信道系统中存在内在的矛盾:长LDPC码的纠错性能强,但为了保证系统的传输效率,信源序列也较长,他的误码扩散严重,系统延时较大、复杂性较高;短信源序列VLC编码,对应的LDPC码长较短,信道码纠错性能较差。在信源信道联合译码中,采用短信源序列控制误码扩散,同时利用VLC信源编码的冗余信息增强LDPC码的纠错能力。采用信源信道联合译码方法可以很好地解决可靠性和有效性之间的矛盾。
我们系统学习信源信道编码的理论基础,比如香农三大定理和信源编码模型、信道编码模型、联合信源信道编码定理等,重点分析信源信道分离原理的不足和信源信道联合编码的应用情况。
我们对分离信源信道译码问题进行详细分析,并结合仿真试验深入讨论。在分析VLC译码问题中,我们首先分析VLC译码的误码扩散和常用VLC译码方法的不足,然后详细说明基于最大后验概率译码的Viterbi网格搜索FLC和VLC译码算法,最后仿真实现Viterbi-VLC译码算法。在分析LDPC译码问题中,我们首先分析LDPC码的误码门限和误码平层,接着仿真实现置信传播译码算法和密度演化算法,最后用实验结果和有限长分析的结论分析LDPC码的误码门限。基于Viterbi-VLC译码算法,我们提出一种部分联合的信源信道译码方法。
我们提出一种基于VLC和LDPC迭代译码的联合信源信道译码方法。在仿真实验中,我们对JSCD和SSCD的运算复杂度、迭代收敛性等进行比较,说明本文提出的VLC-LDPC联合译码方法的性能。最后,我们提出对这种JSCD方法的改进方案,它可以满足实际通信系统的有效性和可靠性要求。