基于极化码的信源信道联合编码研究

发布时间：2020-06-03 21:51

【摘要】：在香农信源信道分离理论的指导下,现有的通信系统几乎都是基于信源编码和信道编码分离设计的。该理论表明,码长趋于无穷时,信源和信道独立编码(separate source-channel coding,SSCC)可以达到联合优化的效果,但无限码长也意味着无限的时延及复杂度。在有限码长下,信源信道联合编码(joint source-channel coding,JSCC)可以取得比SSCC更优的性能。目前,信源编码和信道编码自身的发展已经非常逼近信息论的极限性能,更多的增益需要借助JSCC来获得。相比于把最优的信源编码和信道编码简单级联,JSCC通过信源编码和信道编码的交互操作和联合设计,可以达到系统的整体最优。极化码是近些年来提出的一种能达到香农极限的好码,该码一经发现便受到研究人员的重视。将极化码与JSCC技术相结合并用于设计JSCC系统,能够有效地提升通信系统的性能。鉴于将极化码应用于JSCC的研究,特别是分布式相关信源场景下,处于基本空白的状态,本文针对分布式信源,研究和设计基于极化码的JSCC方案.论文的主要工作及创新如下:1.对于信源信道联合译码问题,提出了一种基于系统极化码的分布式信源信道联合译码方案。这一方案利用分布式信源之间的天然相关性提高译码性能,从而节省发送功率。在迭代译码过程中,对数似然比(log likelihood ratio,LLR)被信道观察或硬判决值修正,有效地解决了极化码的典型译码器不是软输出的问题,极大地提高了正确译码的概率和系统端到端的性能。该方案适用于多个信源,多进制信源,高阶调制,甚至信源统计信息未知的情况。2.针对接收端己知边信息的信源信道联合编码问题,提出了该问题下的最优极化编码方案。该方案基于所提出的准均匀系统极化码,可以联合极化带有边信息的信源和传输信道。提出了准均匀分布,通过让系统码的系统位服从准均匀分布,保证了极化变换后随机变量熵的收敛性。为了构造出服从准均匀分布的系统码,提出了比特交换编码和高效的编码算法。通过对极化变换后的比特进行有限次的线性变换,保证了生成矩阵的子矩阵是可逆的,从而保证了该系统码的存在性。对于基于Arikan核的准均匀系统极化码做了扩展,使得一般的二进制极化核也适用。3.针对正交信道下多个信源的分布式信源信道联合编码问题,提出了一个分布式信源信道联合编码方案。为了适应不同码率,提出了打孔准均匀系统极化码。该码的打孔图样也服从准均匀分布,从而保证了极化变换后随机变量熵的收敛性。由于准均匀系统极化码和打孔准均匀系统极化码都是最优的,所以基于这两种类极化码构造的分布式信源信道联合编码也是渐进最优的。4.对于分布式信源在多址接入信道下的传输问题,提出了一种能达到CES界的联合编码方案。在该方案中,基于混合单调链式法则的极化编码能够联合极化分布式信源和多址接入信道,通过链构造保证可靠译码,随机近似保证输入信道的码字概率分布满足要求。
【图文】：

迭代译码过程与二进制方案一样，ｍ个并行的自适应ＳＣＬ译码器随着ＬＬＲ逡逑更新和列表的扩大，不断尝试译码。对于首次译码，利用式（２－２４）（ｍ邋＝邋２）和式逡逑２－２７）（ｗ邋＝邋３）修正ＬＬＲ；当来自其它信源的硬判决值可用时，利用式（２－２５）和式逡逑２－２８）修正ＬＬＲ。当任何一个译码器译码成功，它将停止ＬＬＲ的更新和后续码，但硬判决值仍然传递给其他译码器。逡逑．５仿真结果逡逑本节采用蒙特卡洛仿真来评估所提方案的性能。如前面所述，信道编码采用逡逑个码长＃邋＝邋１０２４的系统极化码，码的构造采用在３．５ｄＢ信噪比下的高斯近似逡逑１２］。系统比特的长度为炙＝邋７６８，其中包括一个长度为１６比特的ＣＲＣ校验。自逡逑应ＳＣＬ译码器的最大列表大小设为＾＾邋＝３２。信源和信道均为二进制，信道逡逑ＢＩ－ＡＷＧＮ信道。逡逑0逦＇￣－ｉ逡逑

第二章信源信道联合译码逡逑忽略了相关性，但信源相关性通过４和对ＬＬＲ的修正影响ＤＪＳＣＤ的译码逡逑能。通过改进ＬＬＲ的输入Ａｊ，译码性能受益于分布式信源的天然相关性。仿逡逑结果表明，相对于独立译码，所提方案的增益随着相关系数Ｐ的增大而增大。逡逑误率在１０＿２左右，所提方案的增益分别为０．６ｄＢ，１．２ｄＢ，邋１．５ｄＢ当ｐ＝0．６，０．８，０．９逡逑。图２－４还展示了基于Ｔｕｒｂｏ码的ＤＪＳＣＤ方案的码字错误率。在仿真中，Ｔｕｒｂｏ逡逑的码字生成式是１５／１３］（八进制）。为了保证公平性，，极化码和Ｔｕｒｂｏ码被逡逑设置为相同的码率，Ｔｕｒｂｏ最大迭代次数被设置为３２。可以看到，所提的方案优逡逑Ｔｕｒｂｏ码的方案大约０．２？０．５ｄＢ。逡逑－ｎ逡逑ｒ邋：逦ｒ逦！邋：逦＿邋￣！逦？邋＿邋ｖ￣邋—邋￣ｒ邋￣逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN911.22

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本文编号：2695450