【摘要】：在香農(nóng)信源信道分離理論的指導(dǎo)下,現(xiàn)有的通信系統(tǒng)幾乎都是基于信源編碼和信道編碼分離設(shè)計的。該理論表明,碼長趨于無窮時,信源和信道獨立編碼(separate source-channel coding,SSCC)可以達到聯(lián)合優(yōu)化的效果,但無限碼長也意味著無限的時延及復(fù)雜度。在有限碼長下,信源信道聯(lián)合編碼(joint source-channel coding,JSCC)可以取得比SSCC更優(yōu)的性能。目前,信源編碼和信道編碼自身的發(fā)展已經(jīng)非常逼近信息論的極限性能,更多的增益需要借助JSCC來獲得。相比于把最優(yōu)的信源編碼和信道編碼簡單級聯(lián),JSCC通過信源編碼和信道編碼的交互操作和聯(lián)合設(shè)計,可以達到系統(tǒng)的整體最優(yōu)。極化碼是近些年來提出的一種能達到香農(nóng)極限的好碼,該碼一經(jīng)發(fā)現(xiàn)便受到研究人員的重視。將極化碼與JSCC技術(shù)相結(jié)合并用于設(shè)計JSCC系統(tǒng),能夠有效地提升通信系統(tǒng)的性能。鑒于將極化碼應(yīng)用于JSCC的研究,特別是分布式相關(guān)信源場景下,處于基本空白的狀態(tài),本文針對分布式信源,研究和設(shè)計基于極化碼的JSCC方案.論文的主要工作及創(chuàng)新如下:1.對于信源信道聯(lián)合譯碼問題,提出了一種基于系統(tǒng)極化碼的分布式信源信道聯(lián)合譯碼方案。這一方案利用分布式信源之間的天然相關(guān)性提高譯碼性能,從而節(jié)省發(fā)送功率。在迭代譯碼過程中,對數(shù)似然比(log likelihood ratio,LLR)被信道觀察或硬判決值修正,有效地解決了極化碼的典型譯碼器不是軟輸出的問題,極大地提高了正確譯碼的概率和系統(tǒng)端到端的性能。該方案適用于多個信源,多進制信源,高階調(diào)制,甚至信源統(tǒng)計信息未知的情況。2.針對接收端己知邊信息的信源信道聯(lián)合編碼問題,提出了該問題下的最優(yōu)極化編碼方案。該方案基于所提出的準均勻系統(tǒng)極化碼,可以聯(lián)合極化帶有邊信息的信源和傳輸信道。提出了準均勻分布,通過讓系統(tǒng)碼的系統(tǒng)位服從準均勻分布,保證了極化變換后隨機變量熵的收斂性。為了構(gòu)造出服從準均勻分布的系統(tǒng)碼,提出了比特交換編碼和高效的編碼算法。通過對極化變換后的比特進行有限次的線性變換,保證了生成矩陣的子矩陣是可逆的,從而保證了該系統(tǒng)碼的存在性。對于基于Arikan核的準均勻系統(tǒng)極化碼做了擴展,使得一般的二進制極化核也適用。3.針對正交信道下多個信源的分布式信源信道聯(lián)合編碼問題,提出了一個分布式信源信道聯(lián)合編碼方案。為了適應(yīng)不同碼率,提出了打孔準均勻系統(tǒng)極化碼。該碼的打孔圖樣也服從準均勻分布,從而保證了極化變換后隨機變量熵的收斂性。由于準均勻系統(tǒng)極化碼和打孔準均勻系統(tǒng)極化碼都是最優(yōu)的,所以基于這兩種類極化碼構(gòu)造的分布式信源信道聯(lián)合編碼也是漸進最優(yōu)的。4.對于分布式信源在多址接入信道下的傳輸問題,提出了一種能達到CES界的聯(lián)合編碼方案。在該方案中,基于混合單調(diào)鏈式法則的極化編碼能夠聯(lián)合極化分布式信源和多址接入信道,通過鏈構(gòu)造保證可靠譯碼,隨機近似保證輸入信道的碼字概率分布滿足要求。
【圖文】：

迭代譯碼過程與二進制方案一樣，ｍ個并行的自適應(yīng)ＳＣＬ譯碼器隨著ＬＬＲ逡逑更新和列表的擴大，不斷嘗試譯碼。對于首次譯碼，利用式（２－２４）（ｍ邋＝邋２）和式逡逑２－２７）（ｗ邋＝邋３）修正ＬＬＲ；當來自其它信源的硬判決值可用時，利用式（２－２５）和式逡逑２－２８）修正ＬＬＲ。當任何一個譯碼器譯碼成功，它將停止ＬＬＲ的更新和后續(xù)碼，但硬判決值仍然傳遞給其他譯碼器。逡逑．５仿真結(jié)果逡逑本節(jié)采用蒙特卡洛仿真來評估所提方案的性能。如前面所述，信道編碼采用逡逑個碼長＃邋＝邋１０２４的系統(tǒng)極化碼，碼的構(gòu)造采用在３．５ｄＢ信噪比下的高斯近似逡逑１２］。系統(tǒng)比特的長度為炙＝邋７６８，其中包括一個長度為１６比特的ＣＲＣ校驗。自逡逑應(yīng)ＳＣＬ譯碼器的最大列表大小設(shè)為＾＾邋＝３２。信源和信道均為二進制，信道逡逑ＢＩ－ＡＷＧＮ信道。逡逑0邐＇￣－ｉ逡逑

第二章信源信道聯(lián)合譯碼逡逑忽略了相關(guān)性，但信源相關(guān)性通過４和對ＬＬＲ的修正影響ＤＪＳＣＤ的譯碼逡逑能。通過改進ＬＬＲ的輸入Ａｊ，譯碼性能受益于分布式信源的天然相關(guān)性。仿逡逑結(jié)果表明，相對于獨立譯碼，所提方案的增益隨著相關(guān)系數(shù)Ｐ的增大而增大。逡逑誤率在１０＿２左右，所提方案的增益分別為０．６ｄＢ，１．２ｄＢ，邋１．５ｄＢ當ｐ＝0．６，０．８，０．９逡逑。圖２－４還展示了基于Ｔｕｒｂｏ碼的ＤＪＳＣＤ方案的碼字錯誤率。在仿真中，Ｔｕｒｂｏ逡逑的碼字生成式是１５／１３］（八進制）。為了保證公平性，，極化碼和Ｔｕｒｂｏ碼被逡逑設(shè)置為相同的碼率，Ｔｕｒｂｏ最大迭代次數(shù)被設(shè)置為３２�？梢钥吹�，所提的方案優(yōu)逡逑Ｔｕｒｂｏ碼的方案大約０．２？０．５ｄＢ。逡逑－ｎ逡逑ｒ邋：邐ｒ邐！邋：邐＿邋￣！邐？邋＿邋ｖ￣邋—邋￣ｒ邋￣逡逑
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN911.22

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本文編號：2695450