卷积码和Turbo码的联合信源信道译码

摘要

香农的信源—信道分离定理论述了在不计码长和编译码复杂度的限制并且信源为静态等条件下,信源和信道可以分别进行优化设计达到最优性能。然而,这没有考虑到现实中的无线信道和对时延有严格要求的实用背景。随着现代通信系统的发展,分别考虑信源编码信道编码,已经无法满足高效可靠传输信息的需求。通过信源信道联合译码(JSCD),可以充分利用信源编码和信道编码的残留冗余,显著提高译码的性能,已成为当今编译码领域中的研究热点。随着无线技术和多媒体服务的融合,高压缩率数据的可靠传输日益成为现代通信中的重要课题。针对这些通信中的现实需求,论文提出了多种用于有噪信道不等长编码信源传输的联合译码纠错方案。多路信源复接是现代宽带无线通信中非常常用的技术,论文首先提出了一种多路不等长编码信源复接情况下的联合译码方法,合理利用了多路信源的先验信息以增强信道译码性能。和目前针对单一信源的联合译码的研究相比,论文提出的多信源联合译码方法更贴近实际应用。该方法原理上推广了Viterbi译码算法,形成一个需要兼顾信道编码序列流的最优路径与多路信源编码状态转移树的最大先验概率译码算法。实验结果表明,针对Markov信源,该方法比不利用先验信息的普通Viterbi译码算法有大约1.5dB的性能提升。由于不等长信源编码(VLCs)所固有的易于误码扩散的弱点,传统的纠错编码并不能高效地解决其差错控制问题。为此,论文提出了一种基于双树构造的不等长编码信源的符号约束联合译码纠错方案。通过充分利用信源编码残留冗余,明显降低了误比特率;同时,采用VLCs双树源的构造方法,有效地抑制了VLCs的错误传播;不仅如此,通过将最优的最大后验概率(MAP)译码算法转化为“符号约束”的联合译码方法,极大地降低了误符号率。实验结果表明,针对在AWGN信道下传输的不等长编码信源,当误符号率降到0.01时,本文提出的算法比普通的比特约束MAP算法和符号约束的MAP算法分别有将近0.5dB和0.7dB的性能增益。Turbo码综合了分组码和卷积码的构造思想,无论在AWGN信道还是在衰落信道中,Turbo码都有很低的误码率性能。论文研究了基于不等长编码和Turbo码的迭代联合译码方法,通过在Turbo码的迭代译码中运用信源的残留冗余,提高了译码性能。实验采用JPEG信源的DC系数传输来验证算法的性能提高。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 联合译码技术的研究现状

1.3 论文的主要工作和创新点

1.4 论文的组织结构

第二章 联合信源信道译码理论概述

2.1 引言

2.2 信息论基础知识

2.2.1 Shannon信源编码理论

2.2.2 Shannon信道编码理论

2.3 信源编码

2.4 信道编码

2.4.1 卷积码

2.4.2 Turbo码

2.5 本章小结

第三章 卷积码编码的不等长信源联合译码

3.1 引言

3.2 信源先验信息

3.2 Viterbi译码

3.3 基于比特约束的不等长信源联合译码

3.3.1 单路不等长编码信源的联合译码算法

3.3.2 多路不等长编码信源的联合译码算法

3.3.3 仿真结果

3.4 基于符号约束的不等长信源联合译码

3.4.1 传统的基于符号约束的VLCs译码方法

3.4.2 VLCs双树源

3.4.3 VLCs双树源联合译码算法

3.4.4 仿真结果

3.5 本章小结

第四章 Turbo码编码的不等长信源联合译码

4.1 引言

4.2 Turbo码编码的不等长信源联合译码算法

4.2.1 Turbo码的译码

4.2.2 不等长编码信源的后验概率译码算法

4.3 实验结果

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 研究结论综述

5.2 未来的工作

5.3 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢