CN117650873A - 一种信源信道联合编码系统的性能分析方法 - Google Patents

一种信源信道联合编码系统的性能分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及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：获取联合基矩阵，以及，获取当前信噪比；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；对目标互信息进行迭代更新；根据目标互信息确定本次迭代得到的后验互信息，并确定后验互信息是否满足迭代停止条件；若后验互信息满足迭代停止条件，则将当前信噪比作为联合译码门限值，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。如此，准确得出信源信道联合编码系统的性能。

Description

一种信源信道联合编码系统的性能分析方法
技术领域
本发明涉及编码技术领域，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
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。
发明内容
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。
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：
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,…,n cc]，所述信道基矩阵中校验节点的范围为[1,…,m cc]，所述信源基矩阵中变量节点的范围为[n cc+1,…,n cc+n sc]，所述信源基矩阵中校验节点的范围为[m cc+1,…,m cc+m sc]，n cc表示所述信道基矩阵中变量节点的数量，m cc表示所述信道基矩阵中校验节点的数量，n sc表示所述信源基矩阵中变量节点的数量，m sc表示所述信源基矩阵中校验节点的数量；
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；
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；
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；
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。
可选地，所述方法还包括：
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。
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：
通过如下公式确定所述第一互信息函数：
通过如下公式确定所述第二互信息函数：
其中，J(·)表示第一互信息函数，L ch表示信道基矩阵码字比特和相应信道初始对数似然值，L ch近似服从对称高斯分布，L ch服从的分布表示为，该高斯分布均值为μ ch=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L ch，J BSC(·,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。
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；
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：
所述第一先验互信息是通过如下公式更新的：
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。
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；
在满足j∈[1,…,n cc-n sc]的情况下，所述第二外部互信息是通过如下公式更新的：
在满足j∈[n cc-n sc+1,…,n cc]的情况下，所述第二外部互信息是通过如下公式更新的：
所述第二先验互信息是通过如下公式更新的：
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。
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；
在满足j∈[n cc+1,…,n cc+n sc]，i∈[m cc+1,…,m cc+m sc]，的情况下，所述第三外部互信息是通过如下公式更新的：
所述第三先验互信息是通过如下公式更新的：
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。
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；
在满足j∈[1+n cc,…,n cc+m sc]的情况下，所述第四外部互信息通过如下公式更新：
在满足j∈[1+n cc+m sc,…,n cc+n sc]的情况下，所述第四外部互信息通过如下公式更新：
所述第四先验互信息是通过如下公式更新的：
其中，J(·)表示第一互信息函数，J BSC(·,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。
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；
在满足j∈[n cc-n sc+1,…,n cc]，i∈[1,…,m cc]，的情况下，第五外部互信息通过如下公式更新：
在满足j∈[n cc+1,…,n cc+n sc]，i∈[m cc+1,…,m cc+m sc]，的情况下，第六外部互信息通过如下公式更新：
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。
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；
在满足j∈[n cc-n sc+1,…,n cc]，i∈[1,…,m cc]，的情况下，所述第七外部互信息通过如下公式更新：
在满足j∈[n cc+1,…,n cc+n sc]，的情况下，所述第八外部互信息通过如下公式更新：
其中，J(·)表示第一互信息函数，J BSC(·,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。
可选地，在满足j∈[n cc+1,…,n cc+n sc]，i∈[m cc+1,…,m cc+m sc]，的情况下，通过如下公式得到所述后验互信息：
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，J BSC(·,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。
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。
附图说明
图1是示例性示出的一种信源信道联合编码系统的性能分析方法的流程图。
图2是示例性示出的基于双原模图LDPC的JSCC系统的联合基矩阵的示意图。
图3是联合基矩阵的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是示例性示出的一种信源信道联合编码系统的性能分析方法的流程图。如图1所示。该方法可包括步骤11至步骤15。
步骤11、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,…,n cc]，所述信道基矩阵中校验节点的范围为[1,…,m cc]，所述信源基矩阵中变量节点的范围为[n cc+1,…,n cc+n sc]，所述信源基矩阵中校验节点的范围为[m cc+1,…,m cc+m sc]，n cc表示所述信道基矩阵中变量节点的数量，m cc表示所述信道基矩阵中校验节点的数量，n sc表示所述信源基矩阵中变量节点的数量，m sc表示所述信源基矩阵中校验节点的数量；
步骤12、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；
步骤13、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；
步骤14、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；
步骤15、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。
本发明中，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。
若本次迭代更新得到的后验互信息不满足所述迭代停止条件，则确定新的当前信噪比后继续执行步骤12至步骤14，直至得到的后验互信息满足迭代停止条件，满足迭代停止条件的本轮更新，所使用的当前信噪比作为联合译码门限值，用于反映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。
首先定义以下十三种互信息。
（1）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。
（2）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个校验节点的外部互信息。
（3）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个变量节点的先验互信息。
（4）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。
（5）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。
（6）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个校验节点的外部互信息。
（7）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。
（8）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个变量节点的外部互信息。
（9）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。
（10）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个变量节点的外部互信息。
（11）表示第k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。
（12）表示第k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。
（13）表示第k次迭代信源基矩阵与后验对数似然值之间的后验互信息。
图2是示例性示出的基于双原模图LDPC的JSCC系统的联合基矩阵的示意图。B cc表示信道基矩阵，B sc表示信源基矩阵。如图2所示，方块形状的节点表示校验节点，圆形形状的节点表示变量节点，实线连接及虚线连接表示变量之间相互发送的互信息。
本发明中，步骤12中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：
通过如下公式确定所述第一互信息函数：
通过如下公式确定所述第二互信息函数：
其中，J(·)表示第一互信息函数，L ch表示信道基矩阵码字比特和相应信道初始对数似然值，L ch近似服从对称高斯分布，L ch服从的分布表示为，该高斯分布均值为μ ch=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L ch，J BSC(·,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。
在初始化第一互信息函数和第二互信息函数后，对目标互信息进行迭代更新。
需要说明的是，本发明在以下介绍中，i和j均表示节点的代指符号，并不特指哪一节点，在介绍互信息更新时，首先给出了i和j的范围，i表示在预先给定的校验节点的范围下的这些节点，j表示在预先给定的变量节点范围下的这些节点，在进行互信息更新时，预先给定的范围内的节点均进行更新。例如信道基矩阵中的第j个变量节点与信源基矩阵中的第j个变量节点，由于信道基矩阵的变量节点的范围和信源基矩阵的变量节点的范围不同，因此信道基矩阵中的第j个变量节点与信源基矩阵中的第j个变量节点，并不指第同样数量个变量节点。校验节点类似，例如信道基矩阵中的第i个校验节点与信源基矩阵中的第i个校验节点，由于信道基矩阵的校验节点的范围和信源基矩阵的校验节点的范围不同，因此信道基矩阵中的第i个校验节点与信源基矩阵中的第i个校验节点，并不指第同样数量个校验节点。
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；
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：
所述第一先验互信息是通过如下公式更新的：
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。其中，如果/>，那么。
本发明中，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；
在满足j∈[1,…,n cc-n sc]的情况下，所述第二外部互信息是通过如下公式更新的：
在满足j∈[n cc-n sc+1,…,n cc]的情况下，所述第二外部互信息是通过如下公式更新的：
所述第二先验互信息是通过如下公式更新的：
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。其中，如果/>，那么/>。
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；
在满足j∈[n cc+1,…,n cc+n sc]，i∈[m cc+1,…,m cc+m sc]，的情况下，所述第三外部互信息是通过如下公式更新的：
所述第三先验互信息是通过如下公式更新的：
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。其中，如果/>，那么/>。
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；
在满足j∈[1+n cc,…,n cc+m sc]的情况下，所述第四外部互信息通过如下公式更新：
在满足j∈[1+n cc+m sc,…,n cc+n sc]的情况下，所述第四外部互信息通过如下公式更新：
所述第四先验互信息是通过如下公式更新的：
其中，J(·)表示第一互信息函数，J BSC(·,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。其中，如果/>，那么/>。
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；
在满足j∈[n cc-n sc+1,…,n cc]，i∈[1,…,m cc]，的情况下，第五外部互信息通过如下公式更新：
在满足j∈[n cc+1,…,n cc+n sc]，i∈[m cc+1,…,m cc+m sc]，的情况下，第六外部互信息通过如下公式更新：
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。
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；
在满足j∈[n cc-n sc+1,…,n cc]，i∈[1,…,m cc]，的情况下，所述第七外部互信息通过如下公式更新：
在满足j∈[n cc+1,…,n cc+n sc]，的情况下，所述第八外部互信息通过如下公式更新：
其中，J(·)表示第一互信息函数，J BSC(·,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。其中，如果/>，那么/>。
在满足j∈[n cc+1,…,n cc+n sc]，i∈[m cc+1,…,m cc+m sc]，的情况下，通过如下公式得到所述后验互信息：
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，J BSC(·,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。
示例地，迭代停止条件可包括后验互信息等于预设值，预设值例如为1。
作为示例，以图3所示的联合基矩阵为例，如图3所示，两条虚线将联合基矩阵B J分割出了四个部分，其中左上部分为信道基矩阵，右上部分为一类连接基矩阵，左下部分为二类连接基矩阵，右下部分为信源基矩阵。基于该联合基矩阵，采用本发明的方案，得到的信源信道联合编码系统在不同信源统计特性下的联合译码门限值如表1所示。
表1
示例地，如表1所示，联合译码门限值-2.96表示在信源统计特性为0.01的情况下，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。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种信源信道联合编码系统的性能分析方法，其特征在于，所述方法包括：
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,…,n cc]，所述信道基矩阵中校验节点的范围为[1,…,m cc]，所述信源基矩阵中变量节点的范围为[n cc+1,…,n cc+n sc]，所述信源基矩阵中校验节点的范围为[m cc+1,…,m cc+m sc]，n cc表示所述信道基矩阵中变量节点的数量，m cc表示所述信道基矩阵中校验节点的数量，n sc表示所述信源基矩阵中变量节点的数量，m sc表示所述信源基矩阵中校验节点的数量；
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；
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；
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；
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。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
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。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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：
通过如下公式确定所述第一互信息函数：
通过如下公式确定所述第二互信息函数：
其中，J(·)表示第一互信息函数，L ch表示信道基矩阵码字比特和相应信道初始对数似然值，L ch近似服从对称高斯分布，L ch服从的分布表示为，该高斯分布均值为μ ch=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L ch，J BSC(·, 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。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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；
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：
所述第一先验互信息是通过如下公式更新的：
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。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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；
在满足j∈[1,…,n cc-n sc]的情况下，所述第二外部互信息是通过如下公式更新的：
在满足j∈[n cc-n sc+1,…,n cc]的情况下，所述第二外部互信息是通过如下公式更新的：
所述第二先验互信息是通过如下公式更新的：
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。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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；
在满足j∈[n cc+1,…,n cc+n sc]，i∈[m cc+1,…,m cc+m sc]，的情况下，所述第三外部互信息是通过如下公式更新的：
所述第三先验互信息是通过如下公式更新的：
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。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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；
在满足j∈[1+n cc,…,n cc+m sc]的情况下，所述第四外部互信息通过如下公式更新：
在满足j∈[1+n cc+m sc,…,n cc+n sc]的情况下，所述第四外部互信息通过如下公式更新：
所述第四先验互信息是通过如下公式更新的：
其中，J(·)表示第一互信息函数，J BSC(·, 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。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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；
在满足j∈[n cc-n sc+1,…,n cc]，i∈[1,…,m cc]，的情况下，第五外部互信息通过如下公式更新：
在满足j∈[n cc+1,…,n cc+n sc]，i∈[m cc+1,…,m cc+m sc]，的情况下，第六外部互信息通过如下公式更新：
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。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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；
在满足j∈[n cc-n sc+1,…,n cc]，i∈[1,…,m cc]，的情况下，所述第七外部互信息通过如下公式更新：
在满足j∈[n cc+1,…,n cc+n sc]，的情况下，所述第八外部互信息通过如下公式更新：
其中，J(·)表示第一互信息函数，J BSC(·, 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。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在满足j∈[n cc+1,…,n cc+n sc]，i∈[m cc+1,…,m cc+m sc]，的情况下，通过如下公式得到所述后验互信息：
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，J BSC(·, 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。
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