心为名海的博客(2)

四个. 源编码和通道编码在现代社会中的应用

1. 在现代无线通信中的应用:

通信任务由整套技术设备和传输介质（即通信系统）完成. 根据信道上传输的信号类型，电子通信可以分为模拟通信和数字通信. 最简单的数字通信系统模型包括三个基本部分: 源，信道和. 实际的数字通信系统模型比简单的数字通信系统模型复杂得多. 数字通信系统设备种类繁多，并且集成了多种数字通信系统. 其组成如图所示:

源代码是用于提高通信效率的代码. 这通常是通过压缩源的冗余来实现的. 常用的方法是压缩每个源符号的平均位数或源的比特率.

通俗地说，信道是指基于传输介质的信号路径. 具体而言，信道是指由有线或无线线路提供的信号路径. 通道的作用是传输信号. 它为信号通过提供了一个频带，同时限制并损坏了信号.

信道编码是为了提高信息传输的可靠性而进行的编码. 通常，这可以通过增加源的冗余来实现. 常用的方法是增加编码率或带宽. 与源代码编码相反. 在计算机科学领域中，信道编码（channel code）被广泛地用作用于编码错误监视和纠正的术语，并且有时还可以在通信和存储领域中用作数字调制方法. 通道编码用于在数据传输期间保护数据，并在发生错误时恢复数据.

2. 在超宽带信道中的应用

超宽带（UWB）[1] [2]该系统具有高传输速率，低功耗，低成本等独特优势. 它是下一代短距离无线通信系统的强大竞争对手. 它是指具有高带宽比率射频（带宽与中心频率）的技术. 近年来，UWB无线通信在图像和视频传输中获得了越来越广泛的应用. 它具有极高的传输速率和非常宽的传输频带. 它可以提供高达1 Gbit / s的数据传输速率，并可以用于数字在家庭网络或办公网络中，可以实现近距离，高速数据传输. 例如，UWB技术可以提供家用电器之间的高速音频和视频服务传输. 在数字办公室环境中，应用UWB技术可以减少布线麻烦，并提供无线高速互连.

联合源信道编码（以下称为JSCC）[3] [4]近年来，它受到了通信行业的越来越多的关注，这主要是因为多媒体无线通信变得越来越重要. 根据香农信息论的原理，在通信系统中源编码和信道编码是分开的[5]. 但是，该定理假定源编码是最佳的，并且可以消除所有冗余，并且假定当比特率低于信道容量时，可以纠正所有错误. 在不限制代码长度的复杂性和延迟的情况下，可以获得这样的系统. 在实际系统中，必须限制代码长度的复杂度和延迟，这不可避免地导致性能下降，这与香农编码定理的假设相反. 因此，在许多情况下，使用独立编码技术不能获得令人满意的结果，例如具有严重噪声的衰落信道和（移动通信信道），使用独立编码技术不能满足要求. 因此，有必要一起考虑源编码和信道编码，以获得比在实际信道条件下单独进行源和信道编码更好的结果. 其中，不均等错误保护是一种联合源信道编码，与均等错误保护有关. 在网络资源有限的情况下，相同的错误保护方案会阻止重要信息得到充分保护，并严重降低解码质量. 根据码流的不同部分，不平等的错误保护对图像重建的质量具有不同的重要性，而不同的通道保护机制的使用是源通道联合编码的重要应用.

非等差错保护（UEP）源代码主要使用嵌入式源代码，例如SPIHT（层次树中的集合分区）[6]，EZW，JPEG2000等，源输出代码流具有渐进特性. 信道编码使用RCPC [7]，RCPT和其他可变速率信道编码. 第[8]条研究了AWGN信道中不平等错误保护的性能；文章[9]研究了带反馈的移动信道上的多分辨率联合源信道编码. 文章[10]研究了无线信道在图像传输中，源编码采用SPIHT，信道编码采用多速率Turbo编码器的不均等错误保护方案. 文章[11]将源编码作为DS-CDMA多径衰落信道上的分层视频图像编码进行了研究，RCPC用于信道编码，解决了各层之间源速率，信道编码和码率的最佳分配问题. 文献[12]研究了3G网络下MPEG-4视频流的传输，信道编码采用Turbo编码. 提议使用TCP来传输非常重要的MPEG-4流，并建议使用UDP来传输MPEG-4音频/视频ES（基本流），以及UEP程序用于UDP传输的代码流；文章[13]研究了在自适应衰落信道中结合MIMO-OFDM和自适应小波预处理的联合源信道编码图像传输的选择. 根据我们的理解，目前还没有文章研究超宽带无线信道中的不平等错误保护方案. 本文将不平等的差错保护组合源信道编码应用于超宽带无线通信中. ，信道部分根据重要性程度采用RCPC编码（速率兼容穿刺卷积码）对SPIHT输出码流进行不均等错误保护，并提出了基于DS-UWB [14]方案的双重不均等错误保护方案. ，并研究不均等的错误保护功能为超宽带无线通信中的图像传输带来了性能提升.

标准LENA256×256图像用于模拟实验. 源编码使用SPIHT算法，SPIHT编码速率为0.5bpp，通道编码使用编码率自适应截短卷积码RCPC对实验图像（EEP）执行相同的错误保护通道编码，并且不相等的错误保护通道编码（UEP），使用1/2速率进行EEP编码；对于UEP编码，其重要信息（包括标头语法和图像重要数据）使用1/3速率，对于图像，次重要数据以1/2比特率进行编码，而图像的非重要数据则不进行编码. 信道编码输出代码流通过（Ns，1）重复编码器，其中重要信息Ns花费30，次重要数据Ns花费20，非重要数据Ns花费10，然后使用伪随机数DS Np = Ns的周期. 代码序列对重复的编码器输出序列进行编码，最后对编码后的输出执行PAM调制和脉冲整形，以形成DS-UWB传输信号波形，其中脉冲参数设置为平均发射功率为-30，采样频率为50e9，重复平均脉冲时间为2e-9，脉冲响应持续时间为0.5e-9，脉冲波形形成因数为0.25e-9. DS-UWB信号通过IEEE802.15.3a CM1信道模型，并且使用Rake解调接收到的信号. 通过RCPC通道解码和SPIHT源解码，将解调后的代码流恢复为原始图像.

CMI通道模型下Double-UEP和UEP，EEP性能的比较

该图显示了IEEE802.15.3a CM1信道模型下双不等错误保护（Double-UEP）与传统不等错误保护（UEP）和等效错误保护（EEP）的性能比较，其中水平轴是超宽带信道中的信噪比Eb / N0，垂直轴是重构图像的峰值信噪比PSNR（窥视信号噪声比）.

从图中可以看出，在UWB信道中，不均等错误保护的性能通常要优于均等错误保护的性能，尤其是在信噪比较低时，应使用不均等错误保护可以实现更大的性能提升. 在高信噪比的情况下，由于此时更好的信道质量和较低的误码率，图像中的重要位流基本上不会产生误码. 此时，不相等错误保护和相等错误保护的性能趋于一致；当信噪比低时，不等差错保护方案为图像的重要信息增加了更多的冗余，从而可以在不增加传输速率的情况下更可靠地传输图像，并且可以提高重建图像的质量. 得到改善.

五个. 源编码和信道编码的发展前景

信息理论的建立提出了信息和信息熵的概念，然后人们提出了编码定理. 编码方法得到了极大的发展，并且不断提出各种边界，以使多用户信息论的理论变得更加完整，并且前向纠错码（FEC）的码字也在不断改进. 但是，在现有信息论中，信息对象的层次区分不能清楚地区分生成和构成信息存在的基本要素，对象和关系. 很少有适用于复杂信息系统的理论，缺乏核心的“真实信息”概念并不是很好. 很好地解释了信息创建和语义歧义的问题. 仅严格证明了无记忆单用户通道和多用户通道中特殊情况的编码定理. 其他渠道也有一些结果，但是还不完善. 但是近年来，第三代移动通信系统（3G）的探索热情推动了各种数字信号处理技术的发展，Turbo码与其他技术的结合也不断改进了信道编码方案.

移动通信的发展日新月异. 自从第一代模拟蜂窝通信系统于1978年诞生以来，它已经在20多年的时间内发展了三代. 它已成为全球电信行业中最活跃，最活跃的用户，拥有超过10亿用户. 具有发展潜力的业务. 特别是近年来，随着第三代移动通信系统（3G）的逐步采用，以及各国政府，运营商和制造商投入的大量人力和物力，移动通信再次成为电信业和整个社会掀起了热潮. 尽管当前全球电信行业处于低迷状态，并且3G系统的某些问题尚未得到完全解决，但是3G服务的全面实施并不像计划的那样顺利，但是新一代移动通信网络的到来将会成为大势所趋. 因此，人们对新型移动通信技术的研究热情并未减弱.

移动通信的强大魅力在于，它可以为人们提供一种灵活，移动，高效的通信方式，这是固网无法实现的，非常适合信息社会的发展需求.

结论:

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