可变长码的联合信源信道编译码方法研究

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目前,随着移动互联网应用和数字多媒体通信业务的高速增长,无线信道中传输的数据量日益庞大。对于无线通信而言,由于会受到噪声、干扰、衰落等影响,且受带宽、能耗、物理媒介等资源限制,如何在资源有限的情况下实现高效可靠的通信成为迫切需要解决的问题。为此,目前工业界通行的方式是根据香农的分离编码理论采用两个做法相反的步骤,即通过压缩数据以节省带宽资源的信源编码,以及通过增加纠错冗余以提高传输可靠性的信道编码。随着无线移动通信需求的激增,这种信源和信道分离的解决方案已经开始显现出一定极限,而联合信源信道(JSC)的技术逐渐开始显示出其潜力,引起了足够关注并被广泛研究。  对于可变长编码(VLC)的联合信源信道编译码方法研究,是JSC技术领域的一个重要子类。在已有的诸多研究工作中,采用Turbo码或类Turbo码的思路,通过VLC的迭代信源信道译码(ISCD),取得了比传统的分离系统更优异的性能。然而,当前关于VLC的联合信源信道编译码技术仍然存在译码复杂度过高、译码延迟过大等缺点,使该技术的实际应用受到限制。因此,本文针对VLC联合信源信道编译码技术的复杂度和延迟问题进行了研究。  本文以香农信息论为基础,介绍了传统的信源信道分离系统中的信道编码及调制技术,以当前热点的迭代检测与迭代译码为切入点,研究了VLC软译码在迭代联合信源信道译码系统中的特点,从译码性能、计算复杂度、适用码字长度(直接关系到译码延迟)等多个因素进行考虑和权衡,进而指导VLC本身以及JSC-VLC系统整体的设计。本文的工作和创新点主要有以下几点:  1.提出了基于先验知识的VLC块网格状态删减方法,删减状态后的次优网格相对于满状态网格,译码复杂度有所降低。不同大小的删减门限产生不同状态数的次优网格。通过仿真实验发现,该方法可以在迭代译码性能与计算复杂度之间可以取得一个灵活的权衡。  2.在研究了VLC的比特级Balakirsky网格和符号级块网格的基础上,将符号级网格的边信息融入到比特级网格中,提出了比特级VLC块网格。对于迭代译码系统,该网格等效于符号级块网格,但译码复杂度更低;而与比特级Balakirsky网格相比,基于该网格的译码性能更好。  3.为了适用于对延迟敏感的数据传输场景,比如实时通信,提出了适合小码长VLC的比特交织编码调制(BICM)系统。通过非规则映射并优化各个子映射比例,将某固定迭代次数之后的外互信息最大化,适合小码长、小延迟情况下的迭代译码。该优化方法与渐进的接近信道容量准则所优化的非规则码系统相比,取得了较为明显的编码增益。  4.提出了一种针对BICM系统的子映射搜索算法,用于寻找一组软解调特性差异较大的映射方式。由于BICM的行为很大程度上受映射方式的影响,而非规则映射BICM的优化需要一组特征差异足够大的子映射,所以该搜索算法对于非规则映射的BICM系统意义重大。
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