基于信源编码残留冗余信息的联合信源信道编码调制技术研究

In the future communication system which pursues zero-delay performance, the cost of achieving the ultimate performance of each module in the communication system is unbearable. Therefore, the joint optimization of modules based on the best system performance is promising to be a new trend of wireless communication system design. This project proposes a joint source channel coded modulation technology, and studies the matching design in the time-varying multipath channel by using the residual redundant information left by source coding. First of all, we propose a new probabilistic amplitude shaping algorithm according to the property of protograph low-density parity-check codes. In the algorithm, the residual redundant information can be used to form the transmit symbols with the best distribution, which is near the channel capacity. Thus, the low power consumption can be ensured. Second, we propose the multi-iterative Turbo equalization by introducing the residual redundant information left by source coding. Also, a joint optimization scheme of source and channel codes is proposed to match to the characteristics of ISI channels via an improved finite-length joint protograph extrinsic information transfer algorithm and differential evolution algorithm, which enhances the reliability of transmission. Finally, we build the optimization model on the key parameters of the proposed system, and then design an adaptive mechanism. Thus, the transmission rate can be enhanced. The project proposes a new design of an adaptive wireless transmission system with low power and high reliability. Furthermore, the implement of this project plays an important role in promoting the overall design of transmission systems.

在追求“零”时延使用体验的未来通信系统中，为达到系统内部各个模块的极致性能所付出的代价难以承受。因此，以系统整体性能为导向的模块联合优化，有望成为无线通信系统设计的新趋势。本项目从信源编码后的残留冗余信息入手，提出一种联合信源信道编码调制技术，并研究匹配时变多径信道的设计：1) 依据原模图低密度奇偶校验码的特性，提出一种新的概率幅度成形算法，通过利用信源编码后的残留冗余信息使得传输信号具有靠近信道容量的最优概率分布，实现低功耗传输；2）提出引入信源编码残留冗余信息的多重迭代Turbo均衡，并利用改进的有限长联合原模图外信息转移算法与差分进化算法，寻求匹配码间干扰信道的信源、信道码型联合优化方案，提高传输可靠性；3) 构建系统参数优化模型，设计自适应机制以匹配信道的时变特性。本项目将为低功耗高可靠的自适应无线传输系统研究开辟一种新思路，对促进传输系统的整体设计具有重要的推动作用。

课题组通过对该项目3年的研究，顺利的完成了联合信源信道编码调制传输平台设计，完成了基于信源残留冗余信息的概率幅度成型算法并提出匹配干扰信道的设计，为自适应无线传输系统提供一种低功耗高可靠的传输方案。.考虑以系统整体性能为导向的模块联合优化，完成了联合信源信道编码调制系统设计。根据信源的统计概率分布，设计系统交织方式、系统参数并寻求最佳的信源信道编码码型，从而充分利用信源残留冗余获得成型增益与编码增益。此外，对于联合信源信道编码系统误比特率性能存在的高地板区问题，考虑新型连接方式优化，以提升信源码译码阈值，降低误比特率曲线的错误地板。.针对含码间干扰的部分响应信道，提出了结合Turbo迭代均衡与联合信源信道译码的多模块迭代译码方案，并完成了信道码码型优化设计，进一步提升了系统在含干扰信道下的译码性能。.针对信源统计特性的变化，设计了两种自适应传输方式。对于信源统计特性波动较大的应用场景，提出了联合信源信道编码调制系统的自适应星座映射方式，以较低复杂度获得成型增益；针对具有不同码流重要程度与不同信源熵值的图像信源，在中继系统中引入联合信源信道编码，通过对不同熵值及不同重要程度的信息给予不同强度的保护措施实现图像自适应不等保护方案。.此外，针对新型信道码如耦合低密度奇偶校验(Low-density Parity-check, LDPC)码、5G标准下的LDPC码，设计了一系列编译码改进算法。针对编码调制系统，研究了非规则原模图LDPC码在不等功率分配调制下的码型优化问题及基于极化码的比特交织编码调制系统交织方式优化设计。.在该项目的资助下，完成国内外重要学术刊物9篇（4篇SCI收录），包括3篇IEEE刊物。完成1项国家发明专利申请（已公开），培养硕士研究生4名，参加1次相关领域重要国际会议。