面向超宽带医学图像传输的物理层关键技术研究

With the rapid development of wireless body network in medical services, due to the characteristics of medical images and stringent QoS requirements in medical environment, it becomes very important to provide a high reliable medical image transmission scheme. Under FM-DCSK UWB wireless transmission that we have been developing, based on protograph LDPC code of simple hardware implementation complexity and low error floor,1) we propose a joint source and channel coding of rate adaptive transmission to achieve reliable communication；2) we focus on the research of joint coding design with the aim of high speed and low BER transmission. Combing non-uniform property of medical images, we try to obtain a good joint source and channel protograph LDPC coding scheme with the help of the proposed joint EXIT analysis and joint asymptotic weight analysis； The optimal rate-allocation algorithm for source and channel protograph LDPC codes is also studied to form short-range transmission system of high received PSNR; 3) according to Region of Interesting (ROI) of medical images, the unequal error protection scheme for joint coding is also developed. The inherent rate-adaptability of protograph LDPC codes is employed, which helps allocate different rates to image information of different importances. Thus the important medical information can be strictly protected and the transmission rate is also enhanced.

随着近几年无线体域网（WBAN）在医疗服务的迅速发展，由于医用图像的特殊属性和医疗诊断环境的高QoS要求，提供高可靠的医疗图像传输方案成为了医用WBAN的一个研究重点。面向课题组长期发展的FM-DCSK UWB无线传输技术框架，基于低硬件复杂度和低错误地板的原模图LDPC码型，1）提出基于联合信源信道编码的速率自适应传输方案及其联合检测机理，以实现医疗图像的可靠传输；2）重点研究用于高速低BER医疗图像传输的信源信道联合编码。根据医学图像的非等概特性，提出联合EXIT算法和联合渐进重量分析，设计性能良好的联合信源信道原模图LDPC编码码型，并提出信源信道编码码率最优分配算法，以构建短距离无线环境下高PSNR的传输平台；3）根据医学图像信息的ROI特性，提出原模图联合编码的不等错保护方案。利用原模图码的码率自适应特点，对不等重要信息进行不同的码率分配，保证医学重要信息不丢失，以提高传输速率。

课题组通过对该项目4年的研究，顺利的完成了基于调频-差分混沌移位键控超宽带(FM-DCSK UWB)框架下的医疗图像高可靠、低成本的传输方案。.由于信道容量是传输系统性能的理论极限，并为系统低功耗设计提供理论基准，因此，本课题在FM-DCSK UWB点对点无线传输技术框架下，对M-DCSK系统的容量特性进行了深入的研究。计算并分析基于M-DCSK系统的AWGN、瑞利衰落信道下的容量特性，为后续的编码设计提供理论基准。为了进一步提高系统的带宽效率和能量效率，我们完成了二维平面上M-DCSK信号设计及其多分辨率DCSK（Multi-resolution DCSK，MR-DCSK）传输方案，并且提出了一种新的多层码复用差分混沌键控（Multilevel code-shifted DCSK, MCS-DCSK)。.对于联合信源信道编码系统，首先探究了医用图像信源本身属性对于P-JSCC系统的影响，其次，探讨了信源信道码率自适应分配方案，并利用EXIT算法进一步建立了信源属性与信源编码码率的配置关系，从而得出联合信源信道编码系统低错误地板的设计准则。同时，利用联合矩阵思想，对信道编码矩阵进行了二次优化，使其在解决错误地板的前提下具有更好的瀑布区性能。.基于医学图像的ROI区域，不同码流的重要性程度，提出了两种基于DP-LDPC码的不等错误保护方案。通过对不同重要程度的信息给予不同强度的保护措施，提高了图像的传输质量。此外，提出了一种图像信源预编码方案，通过降低图像信源熵值，提高JSCC系统图像传输的PSNR性能。.为了进一步降低系统的功耗，提出了原模图LDPC与M-DCSK调制技术相结合的数字迭代接收机设计。并且提出了基于P-JSCC译码算法的数字迭代接收机设计等。.在该项目的资助下，完成国内外重要学术刊物20篇（17篇为SCI收录期刊），包括13篇IEEE刊物。完成会议论文15篇（EI收录），完成2项国家发明专利申请（公开），培养硕士研究生8名、博士研究生3名，举办重要国际会议1个，参加11次相关领域重要国际会议，并邀请了12位国际知名专家作相关领域的学术报告。