一种信源信道联合编码系统的性能分析方法

本发明涉及编码，具体涉及一种信源信道联合编码系统的性能分析方法。

背景技术：

1、随着无线通信技术的发展，对于通信传输的可靠性提出了更高的要求，特别是码头港口、海洋牧场以及海域监控等工业垂直化应用场景，更是对通信的可靠性提出了更加苛刻的要求。与经典的信源信道分离编码系统（separated source-channel coding，sscc）不同，信源信道联合编码（joint source-channel coding，jscc）系统能够通过有效利用信源冗余来进一步提高系统的可靠性，能够在一定程度上满足这些特定场景下的高可靠传输要求。基于双原模图低密度奇偶校验（protograph low-density parity-check code，p-ldpc）码的jscc系统不仅继承了p-ldpc码的优点，更兼具jscc系统的特性，具有很高的研究价值。当前，面向双p-ldpc（double p-ldpc， dp-ldpc）码的jscc系统（简称“dp-ldpc jscc系统”）已经有了大量的研究。其中，与该系统的经典译码算法联合置信传播算法（jointbelief propagation，jbp）相比，面向该系统的一般化联合shuffled 调度译码（generalized joint shuffled scheduling decoding， gjssd）算法具有更高的可靠性和更低的译码复杂度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种信源信道联合编码系统的性能分析方法，以准确分析基于双原模图低密度奇偶校验码的信源信道联合编码系统在一般化联合shuffled调度译码算法下的性能。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种信源信道联合编码系统的性能分析方法，所述方法包括：

3、获取基于双原模图低密度奇偶校验码的信源信道联合编码系统的联合基矩阵，以及，获取当前信噪比，其中，所述联合基矩阵包括信源基矩阵、信道基矩阵、一类连接基矩阵、二类连接基矩阵，所述信道基矩阵中变量节点的范围为[1,…, ncc]，所述信道基矩阵中校验节点的范围为[1,…, mcc]，所述信源基矩阵中变量节点的范围为[ ncc+1,…, ncc+ nsc]，所述信源基矩阵中校验节点的范围为[ mcc+1,…, mcc+ msc]， ncc表示所述信道基矩阵中变量节点的数量， mcc表示所述信道基矩阵中校验节点的数量， nsc表示所述信源基矩阵中变量节点的数量， msc表示所述信源基矩阵中校验节点的数量；

4、根据所述当前信噪比，初始化信道基矩阵码字比特和相应信道初始对数似然值之间的第一互信息函数、信源基矩阵的变量节点和相应对数似然值的第二互信息函数；

5、根据所述信源基矩阵、所述信道基矩阵、所述一类连接基矩阵、所述二类连接基矩阵、所述第一互信息函数、所述第二互信息函数，对目标互信息进行迭代更新，其中，所述目标互信息包括信道基矩阵互信息、信源基矩阵互信息、信道基矩阵与相连的信源基矩阵之间的互信息；

6、根据所述目标互信息确定本次迭代得到的后验互信息，并确定所述后验互信息是否满足迭代停止条件，其中，所述后验互信息为所述信源基矩阵与后验对数似然值之间的互信息；

7、若所述后验互信息满足所述迭代停止条件，则将所述当前信噪比作为联合译码门限值，其中，所述联合译码门限值用于表征基于双原模图低密度奇偶校验码的信源信道联合编码系统在一般化联合shuffled调度译码算法下的性能。

8、可选地，所述方法还包括：

9、若所述后验互信息不满足所述迭代停止条件，则根据所述当前信噪比确定目标信噪比，并将所述目标信噪比作为新的当前信噪比，重新执行所述根据所述当前信噪比，初始化信道基矩阵码字比特和相应信道初始对数似然值之间的第一互信息函数、信源基矩阵的变量节点和相应对数似然值的第二互信息函数的步骤至所述根据所述目标互信息确定本次迭代得到的后验互信息，并确定所述后验互信息是否满足迭代停止条件的步骤。

10、可选地，所述根据所述当前信噪比，初始化信道基矩阵码字比特和相应信道初始对数似然值之间的第一互信息函数、信源基矩阵的变量节点和相应对数似然值的第二互信息函数，包括：

11、通过如下公式确定所述第一互信息函数：

12、

13、通过如下公式确定所述第二互信息函数：

14、

15、其中， j(·)表示第一互信息函数， lch表示信道基矩阵码字比特和相应信道初始对数似然值， lch近似服从对称高斯分布， lch服从的分布表示为，该高斯分布均值为 μch= u，方差为，表示该高斯分布的标准差，是根据当前信噪比确定的，属于 lch， jbsc(·, p)表示第二互信息函数， μ表示信源基矩阵的变量节点取得的对数似然值的平均值， p表示信源统计特性，表示信源基矩阵的变量节点 v和自变量之间的互信息，服从的分布表示为，服从的分布表示为。

16、可选地，所述信道基矩阵互信息包括所述信道基矩阵中变量节点发送给校验节点的第一先验互信息、所述信道基矩阵中校验节点发送给变量节点的第一外部互信息；

17、在满足的情况下，所述第一外部互信息是通过如下公式更新的：

18、

19、所述第一先验互信息是通过如下公式更新的：

20、

21、其中，表示信道基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示二类连接基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示第 k次迭代信道基矩阵中第 i个校验节点发送给第 j个变量节点的外部互信息， j(·)表示第一互信息函数，表示信道基矩阵中第 i行第 s列的元素，表示第 k次迭代信道基矩阵中第 i个校验节点发送给第 s个变量节点的先验互信息，表示第 k-1次迭代信道基矩阵中第 i个校验节点发送给第 s个变量节点的先验互信息，表示第 k-1次迭代信道基矩阵中第 i个校验节点发送给第 j个变量节点的先验互信息，表示第 k-1次迭代信源基矩阵中第 j个变量节点发送给信道基矩阵中第 i个校验节点的外部互信息，表示第 k次迭代信道基矩阵中第 j个校验节点发送给第 i个变量节点的第一外部互信息。

22、可选地，所述信道基矩阵互信息包括所述信道基矩阵中的变量节点发送给校验节点的第二外部互信息、所述信道基矩阵中的校验节点发送给变量节点的第二先验互信息；

23、在满足 j∈[1,…, ncc- nsc]的情况下，所述第二外部互信息是通过如下公式更新的：

24、

25、在满足 j∈[ ncc- nsc+1,…, ncc]的情况下，所述第二外部互信息是通过如下公式更新的：

26、

27、所述第二先验互信息是通过如下公式更新的：

28、

29、其中， j(·)表示第一互信息函数，表示第 k次迭代信道基矩阵中第 j个变量节点发送给第 i个校验节点的第二外部互信息，表示信道基矩阵中第 s行第 j列的元素，表示第 k次迭代信道基矩阵中第 j个变量节点发送给第 s个校验节点的先验互信息，表示信道基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示第 k次迭代信道基矩阵中第 j个变量节点发送给第 i个校验节点的先验互信息，表示信道基矩阵第 j个变量节点的对数似然值分布的标准差，表示第 k-1次迭代信源基矩阵的校验节点发送给相连的信道基矩阵的第 j个变量节点的外部互信息。

30、可选地，所述信源基矩阵互信息包括所述信源基矩阵中的变量节点发送给校验节点的第三先验互信息、所述信源基矩阵中的校验节点发送给变量节点的第三外部互信息；

31、在满足 j∈[ ncc+1,…, ncc+ nsc]， i∈[ mcc+1,…, mcc+ msc]，的情况下，所述第三外部互信息是通过如下公式更新的：

32、

33、所述第三先验互信息是通过如下公式更新的：

34、

35、其中， j(·)表示第一互信息函数，表示第 k次迭代信源基矩阵中第 i个校验节点发送给第 j个变量节点的第三外部互信息，表示信源基矩阵中第 i行第 s列的元素，表示第 k次迭代信源基矩阵中第 i个校验节点发送给第 s个变量节点的先验互信息，表示第 k-1次迭代信源基矩阵中第 i个校验节点发送给第 s个变量节点的先验互信息，表示信源基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示二类连接基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示第 k-1次迭代信源基矩阵中第 i个校验节点发送给第 j个变量节点的先验互信息，表示第 k次迭代信道基矩阵中第 j个变量节点发送给相连的信源基矩阵的校验节点的外部互信息，表示第 k次迭代信源基矩阵中第 i个变量节点发送给第 j个校验节点第三先验互信息。

36、可选地，所述信源基矩阵互信息包括信源基矩阵中的变量节点发送给校验节点的第四外部互信息、所述信源基矩阵中的校验节点发送给变量节点的第四先验互信息；

37、在满足 j∈[1+ ncc,…, ncc+ msc]的情况下，所述第四外部互信息通过如下公式更新：

38、

39、在满足 j∈[1+ ncc+ msc,…, ncc+ nsc]的情况下，所述第四外部互信息通过如下公式更新：

40、

41、所述第四先验互信息是通过如下公式更新的：

42、

43、其中， j(·)表示第一互信息函数， jbsc(·, p)表示第二互信息函数，表示第 k次迭代信源基矩阵中第 j个变量节点发送给第 i个校验节点的第四外部互信息，表示信源基矩阵中第 s行第 j列的元素，表示第 k次迭代信源基矩阵中第 s个变量节点发送给第 j个校验节点的先验互信息，表示信源基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示第 k次迭代信源基矩阵中第 i个变量节点发送给第 j个校验节点的先验互信息，表示二类连接基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示第 k-1次迭代信道基矩阵中的第 i个校验节点发送给信源基矩阵中的第 j个变量节点的外部互信息， p表示信源统计特性。

44、可选地，所述信道基矩阵与相连的信源基矩阵之间的互信息包括：所述信道基矩阵中的变量节点发送给相连的信源基矩阵的校验节点的第五外部互信息、所述信源基矩阵的校验节点发送给相连的信道基矩阵的变量节点的第六外部互信息；

45、在满足 j∈[ ncc- nsc+1,…, ncc]， i∈[1,…, mcc]，的情况下，第五外部互信息通过如下公式更新：

46、

47、在满足 j∈[ ncc+1,…, ncc+ nsc]， i∈[ mcc+1,…, mcc+ msc]，的情况下，第六外部互信息通过如下公式更新：

48、

49、其中，表示第 k次迭代信道基矩阵中第 j个变量节点发送给相连的信源基矩阵的校验节点的第五外部互信息， j(·)表示第一互信息函数，表示信道基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示第 k次迭代信道基矩阵中第 j个变量节点发送给第 i个校验节点的先验互信息，表示信道基矩阵第 j个变量节点的对数似然值分布的标准差，表示第 k次迭代信源基矩阵的校验节点发送给相连的信道基矩阵的第 j个变量节点的第六外部互信息，表示信源基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示第 k次迭代信源基矩阵中第 i个校验节点发送给第 j个变量节点的先验互信息。

50、可选地，所述信道基矩阵与相连的信源基矩阵之间的互信息包括：信道基矩阵中的校验节点发送给信源基矩阵中的变量节点的第七外部互信息、信源基矩阵中的变量节点发送给信道基矩阵中的校验节点的第八外部互信息；

51、在满足 j∈[ ncc- nsc+1,…, ncc]， i∈[1,…, mcc]，的情况下，所述第七外部互信息通过如下公式更新：

52、

53、在满足 j∈[ ncc+1,…, ncc+ nsc]，的情况下，所述第八外部互信息通过如下公式更新：

54、

55、其中， j(·)表示第一互信息函数， jbsc(·, p)表示第二互信息函数，表示信道基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示信源基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示二类连接基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示信道基矩阵中的第 i个校验节点发送给信源基矩阵中的第 j个变量节点的第七外部互信息，表示信道基矩阵中第 i行第 s列的元素，表示第 k次迭代信道基矩阵中第 i个校验节点发送给第 s个变量节点的先验互信息，表示二类连接基矩阵中第 i行第 s列的元素，表示第k-1次迭代中信源基矩阵中第 s个变量节点发送给信道基矩阵中第 i个校验节点的外部互信息，表示第 k-1次迭代中信源基矩阵中第 j个变量节点发送给信道基矩阵中第 i个校验节点的外部互信息，表示第 k次迭代中信源基矩阵中第 j个变量节点发送给信道基矩阵中第 i个校验节点的第八外部互信息，表示信源基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示第 k次迭代信源基矩阵中第 i个变量节点发送给第 j个校验节点的先验互信息，表示二类连接基矩阵中第 s行第 j列的元素，表示第 k-1次迭代信道基矩阵中的第 i个校验节点发送给信源基矩阵中的第 j个变量节点的外部互信息， p表示信源统计特性。

56、可选地，在满足 j∈[ ncc+1,…, ncc+ nsc]， i∈[ mcc+1,…, mcc+ msc]，的情况下，通过如下公式得到所述后验互信息：

57、

58、其中，表示信源基矩阵与后验对数似然值之间的后验互信息， jbsc(·, p)表示第二互信息函数， μ表示信源基矩阵的变量节点取得的对数似然值的平均值， p表示信源统计特性，表示信源基矩阵中第 i行第 j列的元素，表示第 k次迭代信源基矩阵中第 j个变量节点发送给第 i个校验节点的先验互信息。

59、通过上述技术方案，根据当前信噪比，初始化信道基矩阵码字比特和相应信道初始对数似然值之间的第一互信息函数、信源基矩阵的变量节点和相应对数似然值的第二互信息函数，之后根据所述信源基矩阵、所述信道基矩阵、所述一类连接基矩阵、所述二类连接基矩阵、所述第一互信息函数、所述第二互信息函数，对目标互信息进行迭代更新，每完成一轮迭代更新后，确定所述后验互信息是否满足迭代停止条件，如果满足迭代停止条件，则将所述当前信噪比作为联合译码门限值，这样通过迭代更新的方式确定用于表征信源信道联合编码系统的性能的联合译码门限值，可以准确分析基于双原模图低密度奇偶校验码的信源信道联合编码系统在一般化联合shuffled调度译码算法下的性能。