[论文解读] Distributed Joint Source-Channel Coding for arbitrary memoryless correlated sources and Source coding for Markov correlated sources using LDPC codes

Vaneet Aggarwal|ArXiv.org|Feb 19, 2008

Wireless Communication Security Techniques参考文献 22被引用 3

一句话总结

该论文提出了一种基于LDPC码的分布式联合信源-信道编码方案，适用于任意无记忆相关源和马尔可夫相关源在Slepian-Wolf速率区域任意点上的编码。通过在LDPC码上应用定制化消息传递规则的信念传播，该方法扩展了Wyner的综合征概念，在任意相关模型和信道条件下，实现了联合信源-信道编码与分布式信源编码的近容量性能。

ABSTRACT

In this paper, we give a distributed joint source channel coding scheme for arbitrary correlated sources for arbitrary point in the Slepian-Wolf rate region, and arbitrary link capacities using LDPC codes. We consider the Slepian-Wolf setting of two sources and one destination, with one of the sources derived from the other source by some correlation model known at the decoder. Distributed encoding and separate decoding is used for the two sources. We also give a distributed source coding scheme when the source correlation has memory to achieve any point in the Slepian-Wolf rate achievable region. In this setting, we perform separate encoding but joint decoding.

研究动机与目标

• 开发一种适用于Slepian-Wolf速率区域任意点上任意无记忆相关源的实用分布式联合信源-信道编码方案。
• 将LDPC码的应用从二元对称信道模型扩展到任意相关结构与任意链路容量。
• 利用LDPC码与联合解码及信念传播，实现对马尔可夫相关源的分布式信源编码。
• 通过使用非规则LDPC码与迭代解码的仿真，证明近容量性能。
• 通过基于LDPC的构造方法，弥合理论Slepian-Wolf极限与实际实现之间的差距。

提出的方法

• 通过将信源相关性建模为二元信道，并利用LDPC码进行编码，其中系统位与校验位在各信源间分布，从而适应Wyner的综合征方法。
• 在马尔可夫模型上使用信念传播，计算状态转移的先验概率，利用来自相关性模型的似然值。
• 在比特节点、校验节点与马尔可夫模型之间进行消息传递，基于可靠性度量（|0.5 - a_n^x| 与 |0.5 - b_n^x|）进行迭代更新，优先处理更可靠的信息。
• 通过在LDPC码设计中为信息比特分配更高变量节点度数、为校验比特分配较低度数，实现不等错误保护。
• 通过迭代信念传播实现联合解码：消息从比特节点传递至马尔可夫模型，再传递至校验节点，最后返回比特节点，直至收敛。
• 在消息更新过程中使用归一化因子（η_n），确保后验概率之和为1，从而在信念传播中保持一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 LDPC码能否有效用于实现任意无记忆相关源在Slepian-Wolf速率区域任意点的性能？
• RQ2 如何利用LDPC码设计适用于任意信源相关模型与任意信道容量的联合信源-信道编码？
• RQ3 在具有记忆结构相关性的分布式信源编码中，基于马尔可夫模型的信念传播能否提升解码性能？
• RQ4 非规则LDPC码设计对马尔可夫信源在分布式信源编码中的性能有何影响？
• RQ5 LDPC码中的不等错误保护如何影响联合信源-信道编码方案中的解码可靠性？

主要发现

• 所提出的方案利用LDPC码在Slepian-Wolf速率区域全范围内，实现了对任意无记忆相关源的近容量性能。
• 仿真结果表明，当k=6250，α=0.2，且R_X1=R_X2=0.75时，在马尔可夫相关性下，系统在C_f=C_b=0.5的条件下达到0.8421的传输速率。
• 使用非规则LDPC码（如(3,x)型，具有定制度分布）相比规则码性能更优，尤其在高信噪比（SNR）区域。
• 采用状态相关似然值与迭代消息传递的信念传播，即使在每个编码器仅获得部分信息的情况下，也能实现可靠解码。
• 该方案仅通过接收的校验位与系统位成功解码了两个信源，编码过程中无需信源间通信。
• 该方法推广了以往仅限于Slepian-Wolf区域对称或非对称点的研究，实现了任意速率分配。