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《中国科学院研究生院》 2008年
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基于Turbo码的联合信源信道编译码方法研究

刘建军  
【摘要】: 随着移动通信和深空通信领域的迅速发展,在无线信道上传输多媒体数据的应用日趋广泛。下一代无线通信系统设计的目标是在高速移动环境下实现宽带的、高速的数据传输。由于无线信道带宽资源十分有限、差错率高、衰落显著,为多媒体数据的可靠传输带来了巨大的挑战。国际标准的图像、视频编码方法取得了较高的压缩比,由于采用可变长编码(Variable Length Coding, VLC)方法,导致码流对信道差错非常敏感。因此,迫切需要研究高可靠的信道差错保护技术,以提高端到端的传送质量。 Turbo码作为一种新型的信道编码方法,取得了接近香农理论限的优异性能,得到了国际学术界的广泛关注,目前已经被第三代移动通信系统标准和深空通信标准采纳。另一方面,实际空间通信系统的时延和复杂度受到了严格限制,经典的香农分离编码系统不能达到性能最优,联合信源信道编译码技术成为当前国内外编码界研究的热点之一。基于以上考虑,本文选择基于Turbo码的联合信源信道编译码方法作为研究课题。 本文在香农信息论的基础上,介绍了传统的信源压缩编码方法和信道纠错编码方法。研究了Turbo码的相关核心技术,包括Turbo码原理与应用、高带宽效率Turbo编码调制和基于Turbo码的联合信源信道编译码方法。提出了LCB迭代停止算法、适用于TTCM系统的符号级软输出维特比算法以及两种联合信源信道译码算法,探讨了新方法在图像数据传输中的应用。 本文的主要工作和创新点包括: 1.针对Turbo码译码时延大,提出了适用于流媒体传输的快速Turbo译码方法及LCB(LLR Characteristic Based)迭代停止算法,在不损失比特误码率(Bit Error Ratio, BER)性能的前提下,有效减小了平均译码迭代次数,为Turbo码应用于实时业务提供了解决方案。 2.针对无线信道带宽资源受限、衰落显著等问题,研究了Turbo码与网格编码调制(Trellis Coded Modulation, TCM)技术相结合的高带宽效率编码调制方法。提出了适用于Turbo TCM系统的符号级软输出维特比算法,降低了译码的复杂度。 3.基于可变长编码的剩余信源冗余,提出了一种利用信源先验知识的联合信源信道Turbo译码方法。构造了一种复合状态表示的比特级超格图,将VLC码树的比特转移概率结合到Turbo码迭代译码算法中,降低了变长编码数据传输的符号误码率。 4.将可变长编码与Turbo编码相结合,提出了一种新型的信源信道混合级联编码模型,称为可变长Turbo码方法。通过子状态合并方法,构造了符号级的联合网格图,实现了变长符号级的后验概率译码算法(VLS-APP),更加符合信源的先验特征。在译码器端,采用联合信源信道迭代译码结构,提高了编码系统的传输性能。 5.基于CCSDS图像数据压缩标准,研究了适用于空间通信的高保真度可伸缩性压缩编码算法,将本文提出的可变长Turbo码方法应用于嵌入式图像码流传输,提高了图像重建质量。
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