基于DP-LDPC码的JSCC系统连接矩阵优化设计

摘要

香农的经典分离定理已证明，信源和信道编码分别达到最优时，整个系统的性能仍能保持最优。然而分离系统适用于码长无限长的点对点传输系统，并不适用于实际的传输系统中，联合信源信道编译码系统因为其良好的传输性能和低功耗的特点吸引了更多的关注。
　　目前存在很多联合信源信道编译码系统的设计方案，其中低密度奇偶校验码（LDPC码）由于其良好的逼近香农限的特点且较低的译码复杂度，被引入到信源和信道的编译码联合系统(JSCC)中，称之为D-LDPC的JSCC系统，为了更好的改进联合系统的性能和降低译码复杂度，原模图LDPC码被引入到联合信源信道编译码系统中，即DP-LDPC的JSCC系统，较之D-LDPC系统，DP-LDPC系统的误码率(BER)曲线有相对低的错误地板。然而研究发现基于DP-LDPC的联合系统对信源的统计特性非常敏感，即当系统传输的整体码率较高时，需要非常稀疏的信源才能实现可靠传输，但这在实际传输系统中，往往有极大的局限性。
　　DP-LDPC的JSCC系统的BER性能主要有两部分构成，即瀑布区性能和错误地板区性能，一般而言，信源压缩编码主要影响错误地板区性能，信道编码主要影响瀑布区性能;然而，鉴于联合译码时，外信息在信源码与信道码间通过连接关系相互传递，对系统性能很是关键，且信源码和信道码都可以通过校验矩阵来表示，因此可以通过优化信源码与信道码之间的连接关系来改善DP-LDPC的JSCC系统的整体性能。本文将联合译码的因子图看作一个整体的联合矩阵，主要有四个模块阵构成，分别为信源矩阵，信道矩阵和两个连接矩阵;其中，两个连接矩阵表示的是因子图中信源校验节点到信道变量节点的连接关系，及信道校验节点到信源变量节点的连接关系。在传统的DP-LDPC的JSCC系统中，信道校验节点到信源变量节点是没有进行连接的，因此对应的连接矩阵是全零矩阵。
　　本文通过分别对两个连接矩阵进行优化设计，来提高系统的BER曲线瀑布区和地板区性能，并进一步将这种连接关系一般化为多边连接来适应实际传输的需求，通过修改的联合原模图外信息转移(JPEXIT)算法来分析改进设计的联合系统的迭代译码阈值，探究其不同连接关系对系统BER性能的影响，并在此基础上提出相应的连接优化算法。JPEXIT分析迭代译码阈值与仿真结果表明，通过本文提出的优化算法，DP-LDPC的JSCC系统有了较大的性能改善。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源以及研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 分离设计到联合设计的发展历程

1．2．2 基于LDPC码的联合设计现状

1．3 本文主要工作与创新

1．4 论文结构安排

第二章 原模图LDPC码及联合系统

2．1 引言

2．2 LDPC码的表示方法

2．2．1 矩阵表示法

2．2．2 因子图表示法

2．2．3 度分布表示法

2．3 LDPC码编码算法

2．3．1 校验矩阵H的设计

2．3．2 编码算法

2．3．3 译码算法

2．4 原模图LDPC码构造方法

2．5 基于DP-LDPC码的JSCC系统

2．5．1 DP-LDPC码的JSCC系统

2．5．2 传统DP-LDPC的JSCC系统编译码算法

2．5．3 传统DP-LDPC的JSCC系统EXIT分析

2．6 本章小结

第三章 基于DP-LDPC的JSCC系统因子图连接优化

3．1 引言

3．2 基于文献[3]的D-LDPC的JSCC系统

3．3 基于联合矩阵形式的DP-LDPC的JSCC系统

3．3．1 编码算法

3．3．2 译码算法

3．4 连接基矩阵BL1的优化设计及系统性能仿真

3．5 连接基矩阵BL2优化设计及系统性能仿真

3．5．1 连接不同数量信源变量节点up时的BER性能

3．5．2 连接信源的不同位置变量节点时的仿真结果分析

3．6 本章小结

第四章 因子图多边连接优化及阈值分析

4．1 多边连接因子图模型

4．2 改进的联合PEXIT算法

4．3 多边连接系统性能分析

4．3．1 不同列重的BL2时BJ的迭代阚值及系统性能

4．3．2 多边连接系统与单边连接系统性能比较

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间研究工作