分布式联合信源信道编码系统的译码优化方法技术方案

分布式联合信源信道编码系统的译码优化方法，涉及信源信道编码。步骤1：外部迭代初始化，即所有的变量节点的边信息初始值设为0；步骤2：进行外部迭代，外部迭代停止要求满足的话，则停止迭代，否则，计算所有的变量节点的边信息Lsi,μ(j),μ＝{1,2}；步骤3：为了进一步抑制错误传播，对属于Δ个不可靠变量点范围内的变量节点的边信息进行补偿操作；步骤4：对译码码字Cμ^进行判定，等式Cμ^H

【技术实现步骤摘要】
分布式联合信源信道编码系统的译码优化方法
本专利技术涉及信源信道编码，尤其是涉及基于LDPC码的分布式联合信源信道编码系统的译码优化方法。
技术介绍
无线传感器网络中节点获取的数据通常是具有相关性的，同时考虑到无线传感器的功率限制，分布式信源编码(distributedsourcecoding，简称DSC)技术非常适合应用于无线传感器网络。DSC系统的主要思想是独立编码/联合解码，即对相互间不通信的多个相关信源分别进行压缩编码，并将压缩后的结果发送至同一个中心节点，利用来自不同节点的数据之间的相关性对节点进行联合译码。与传统的编码技术相比，DSC技术是在译码端考虑信源数据统计相关性，有效地将编码端的运算量转移到译码端，从而降低了编码端的复杂度，大大降低系统编码端的功率消耗。事实上，当相关信源在有噪信道上传输时DSC系统即转换为分布式联合信源信道编码系统。分布式联合信源信道编码系统框图如图1所示，具体描述如下。在发送端，发送两个l比特的独立同分布信源序列，用sμ(i)表示，μ＝{1,2}，1≤i≤l。两信源之间的相关性可以抽象建模为转移概率P[s1(i)≠s2(i)]＝p的二进制对称信道，其相应的对数似然比为LLR(p)＝log[(1-p)/p]。该分布式联合信源信道编码系统中两个编码器用LDPC码分别对两信源同时进行编码，编码后的码字分别用Cμ，μ＝{1,2}表示，码字长度用nμ表示，那么，两个编码器编码速率为rμ＝l/nμ，μ＝{1,2}。该系统码字传输时，如图1所示，C1中有(n1-l)个校验位和s1(i)的前αl个信息比特经过信道1传输，其中α是介于0至1之间的常数。同时，C2中有(n2-l)个校验位和s2(i)中的后(1-α)l个信息比特由经过信道2传输。可见该系统码率(即压缩率＝信道传输的信息个数/要传输的信源个数)对分别为r1＝(n1-(1-α)l)/l与r2＝(n2-αl)/l。码字经过BPSK调制和AWGN信道到达接收端，接收端使用的是联合译码器，它把相关信源作为边信息。用yμ表示来自信道μ的接收信号，那么，信道μ对变量点vj，μ的初始对数似然比为Lin,μ(j)＝2yμ/σμ2,其中σμ2为噪声方差，μ＝{1,2}。LDPC码具有很强的抗噪声能力，可用于提高分布式联合信源信道编码系统的性能。基于LDPC码的分布式联合信源信道编码系统已有一些调查研究工作。例如，2002年，A.D.Liveris,Z.Xiong等人提出了基于IRA码的分布式联合信源信道编码系统。2013年～2016年，研究学者们对基于LDPC码的分布式联合信源信道编码系统的不规则LDPC码型设计方法进行了讨论，通过改变变量节点和校验节点的度分布，提高了分布式联合信源信道编码系统的性能。基于LDPC码的分布式联合信源信道编码系统采用BP译码方法恢复信源信息，然而BP译码方法的性能受到短环限制，且LDPC码码长小于2000比特的通常存在着短环，这也是分布式联合信源信道编码系统需要长LDPC码才能实现好性能的原因。无线传感器网络中，由于复杂度、时延和功率消耗的限制，传输码字通常限定为短码，因此，提高用短码传输的分布式联合信源信道编码系统的性能问题亟待研究。2012年，研究学者们提出了加权的BP算法，如H.Wymeersch,F.Penna等人提出的归一化加权BP(UniformlyreweightedBP,简称URW-BP)方法和J.LiuandR.C.deLamare等人提出的(variablefactorappearanceprobabilityBP，简称VFAP-BP)方法，通过设置不同的权重，减少短环的影响，避免了错误信息的累积，有助于算法性能的提高([1]LiuJ,LamareRCD.Low-LatencyReweightedBeliefPropagationDecodingforLDPCCodes[J].IEEECommunicationsLetters,2012,16(10):1660-1663)。基于以上研究结果并考虑多级迭代系统的特点，需要提出新的译码方法以提其高性能。因此，为进一步提高分布式联合信源信道编码系统的性能，本专利技术提出了如下译码优化方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提高基于LDPC码的分布式联合信源信道编码系统的性能，提供可应用于要求码长较短无线传感器网络的基于LDPC码的分布式联合信源信道编码系统的译码优化方法。本专利技术包括以下步骤：步骤1、外部迭代初始化，即所有的变量节点的边信息初始值设为0；在步骤1中，所述外部迭代初始化的方法可包括以下步骤：1)内部迭代过程初始化，令所有校验节点的对数似然比、变量节点的不可靠度值全为0，变量节点的对数似然比为信道初始似然信息；2)按照如下公式对校验点的对数似然比进行更新；3)按照如下公式对变量点的对数似然比进行更新；4)按照如下公式对变量点的后验对数似然比进行更新；因为通过对加权BP算法的研究，了解到通过乘以一个加权因子可以降低因存在短环而引起的错误消息累积的负面影响，所以本专利技术对数似然比更新规则即如上公式(1)(2)(3)所示。其中，γμ(i,j)为加权因子，0≤γμ(i,j)≤1，显然，影响γ(i,j)值的因素有两点：(1)LDPC码的码型结构已知变量点的度分布为校验点的度分布为式中λi表示所有与度为i的变量节点相连的边的数目占总边数的比例，dv为变量节点度的最大值，则LDPC码节点间平均连接边为：为了同时考虑到平均连接边及相应方差的影响，本专利技术在码型结构对加权因子的影响选择其二阶矩均方值，即其中，0<ΓE≤1。(2)Lc，μ(i,j)的不可靠度，即Uc，μ(i,j)由式(1)可见，Lc，μ(i,j)的值是由校验点ci，μ接收到的外部的对数似然比Lv，μ(j’,i)决定的，因此其不可靠度Uc，μ(i,j)将由这些对数似然比决定的，考虑到变量点vj，μ的不可靠度，故可以设有Uc，μ(i,j)＝max(Uv，μ(j’))，这里vj’，μ∈Nμ(ci，μ)\vj，μ。综合考虑上述两因素，本专利技术加权因子γμ(i,j)的计算公式如下：γμ(i,j)＝1-ΓE/2*Uc，μ(i,j)(6)可见，γμ(i,j)随Uc，μ(i,j)迭代更新而变化，且γμ(i,j)取得最小值为(1-ΓE)，此时Lc，μ(i,j)的不可靠度为最不可靠度，即Uc，μ(i,j)＝2时。5)变量节点的不可靠度按照其取值标准进行更新；本专利技术中对变量点可靠度取值的定义如下：用Lv，μ(j,i)表示第μ个码字中的变量节点vj，μ向校验节点ci，μ传递的对数似然比，Lv，μ(j,i)表示第μ个码字中变量节点vj，μ向校验节点ci，μ传递的对数似然比。表示与vj，μ相连接的邻居校验点集合，μ表示除去校验点ci，μ的与变量点vj，μ相连接的邻居校验点集合。表示与ci，μ相连接的邻居变量点集合，μ表示除去变量点vj，μ的与变量点ci，μ相连接的邻居变量点集合。LIn，μ(j)表示与变量节点vj，μ相对应的信道初始状态的对数似然比，Lμ(j)表示变量节点vj，μ的后验对数似然比，对应的Lμl(j)在第l次内部迭代时变量节点vj，μ的后验对数似然比。Uv，μ(j)表示第μ个码字中变量点vj，本文档来自技高网...

【技术保护点】
分布式联合信源信道编码系统的译码优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、外部迭代初始化，即所有的变量节点的边信息初始值设为0；步骤2、进行外部迭代，外部迭代停止要求满足的话，则停止迭代，否则，计算所有的变量节点的边信息Lsi,μ(j),μ＝{1,2}，计算公式如下：

【技术特征摘要】
1.分布式联合信源信道编码系统的译码优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、外部迭代初始化，即所有的变量节点的边信息初始值设为0；步骤2、进行外部迭代，外部迭代停止要求满足的话，则停止迭代，否则，计算所有的变量节点的边信息Lsi,μ(j),μ＝{1,2}，计算公式如下：式中，Lμ(j)表示经第μ个信道的来自第j个相关信源节点的后验对数似然比，LIn,μ(j)表示经第μ个信道的第j个变量节点vj，μ的初始对数似然比；若vj，μ是校验位的变量节点，则LIn,μ(j)＝Lin,μ(j)；若vj，μ是信息位的变量节点，则LIn,μ(j)＝Lin,μ(j)+Lsi,μ(j)；若vj，μ是不传信源节点，则LIn,μ(j)＝Lsi,μ(j)；由式(1)看出，在给定LLR(p)时，若后验对数似然比Lμ(j)错误，则边信息的计算也是不正确的；步骤3、为了进一步抑制错误传播，对属于Δ个不可靠变量点范围内的变量节点的边信息进行补偿操作，相应补偿公式如下：Lsi,μ(j)＝Lsi,μ(j)-ΓE/2*sign(Lμ(j))其中，sign(·)为取“·”符号的函数；步骤4、对译码码字Cμ^进行判定，等式Cμ^HT＝0成立或者已达到最大外部迭代次数，则外部迭代结束，否则，返回步骤2。2.如权利要求1所述分布式联合信源信道编码系统的译码优化方法，其特征在于在步骤1中，所述外部迭代初始化的方法包括以下步骤：1)内部迭代过程初始化，令所有校验节点的对数似然比、变量节点的不可靠度值全为0，变量节点的对数似然比为信道初始似然信息；2)按照如下公式(2)对校验点的对数似然比进行更新；3)按照如下公式(3)对变量点的对数似然比进行更新；4)按照如下公式(4)对变量点的后验对数似然比进行更新；对数似然比更新规则即如上公式(2)(3)(4)所示，其中，γμ(i,j)为加权因子，0≤γμ(i,j)≤1，显然，影响γ(i,j)值的因素有两点：(1)LDPC码的码型结构已知变量点的度分布为校验点的度分布为式中λi表示所有与度为i的变量节点相连的边的数目占总边数的比例，dv为变量节点度的最大值，则LDPC码节点间平均连接边为：为了同时考虑到平均连接边及相应方差的影响，在码型结构对加权因子的影响选择其二阶矩均方值，即其中，0<ΓE≤1；(2)Lc，μ(i,j)的不可靠度，即Uc，μ(i,j)由式(2)可见，Lc，μ(i,j)的值是由校验点ci，μ接收到的外部的对数似然比Lv，μ(j’,i)决定的，因此其不可靠度Uc，μ(i,j)将由这些对数似然...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳，刘三亚，吕毅博，洪少华，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35