一种联合信源信道任意时刻编码系统的混合窗译码方法及系统

本发明属于译码，尤其涉及一种联合信源信道任意时刻编码系统的混合窗译码方法及系统。

背景技术：

1、联合信源信道编码(joint source channel coding,jscc)是以一种相互依赖的方式进行信源、信道的编译码设计，并从整体上实现最优通信系统的编译码技术。jscc技术可用于任何违反香农分离编码定理以及需要同时考虑信源端与信道端的通信系统，例如功率、带宽、复杂性或时延等受限的通信系统，多用户共享信道系统，以及由异构信源或信道构成的不同类型的通信环境等。

2、联合信源信道编码技术有几种典型的编译码方案。在发送端，信道编码器可以将信道状态信息提供给信源编码器，用于比特分配和信源编码的优化。另一方面，信源编码器还可以提供辅助的信源边信息，用于信道编码或调制过程中的差错不等保护(unequalerror protection,uep)。在接收端，信源的先验信息和后验信息都可用于信源译码器和信道译码器之间的迭代译码，这是最流行的jscc解决方案之一。

3、fresia于2002年在文献“joint source channel coding”中首次提出一种使用两个ldpc码(简称为d-ldpc)完成信源压缩和信道纠错，并在一个包括信源和信道编码结构的全局因子图模型框架内实现联合bp译码的jscc系统。之后有很多的码型被引入到这种jscc系统中，例如块双原模图ldpc码(dp-ldpc)、双极性码(d-polar)、空间耦合ldpc(sc-ldpc)码，以及空间耦合重复累积码(sc-ra)等。

4、在上述解决方案中，本发明主要关注一种称为基于sc-ra码的联合信源信道任意时刻编码系统(jscac)。它是一种结合了因果空间耦合编码和扩展窗口译码的jscc编译码方案，可以大大提高传统jscc系统的纠错性能，并且更适合于高可靠、低延迟的通信场景。然而，jscac系统的扩展窗译码策略具有很高的译码复杂性和内存空间需求，影响了jscac系统的实际应用。鉴于此，本发明提出一种联合混合窗译码(joint hybrid windowdecoding,jhwd)方法，旨在降低译码复杂度的同时保持与传统扩展窗译码相当的纠错性能。

5、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

6、jscac系统的扩展窗译码策略具有很高的译码复杂性和内存空间需求，影响了jscac系统的实际应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种联合信源信道任意时刻编码系统的混合窗译码方法。

2、本发明是这样实现的，一种联合信源信道任意时刻编码系统的混合窗译码方法包括：

3、s1、初始扩展窗译码阶段：

4、译码时延t满足t＝j,1<＝j<＝3γ-2使用信源子矩阵信道子矩阵以及信源的先验对数似然信息对第1～j个信息块执行联合bp译码，其中hsc和hcc表示原始的信源矩阵和信道矩阵，其下标括号内用逗号隔开的数值分别表示所选取的行与列的范围，p表示信源概率；译码最大迭代次数为imax1；在译码结束后，用t时刻的译码结果更新t-1时刻第1～j个信息块的信源后验对数似然信息为：

5、s2、滑动窗译码阶段：

6、译码时延t满足t＝j,3γ-2<j<＝t，其中t为最大译码时延；

7、s3、根据信源后验对数似然信息进行硬判决，输出译码结果。

8、进一步，所述滑动窗译码阶段：

9、s2-1、窗口的滑动方式：

10、当j＝3γ-1时，放弃对第1个信息块译码，滑动窗在hsc和hcc中对应地下移γ行,并右移1列；当j>3γ-1时，放弃对第j-3γ-2个信息块译码，滑动窗在hsc和hcc中对应地下移1行,并右移1列；

11、s2-2、常规译码阶段：

12、使用信源子矩阵信道子矩阵以及信源初始似然信息zsc对第j-3γ+3～j个信息块执行联合bp译码，最大迭代次数为imax1；在译码结束后，更新第j-3γ+3～j个信息块的后验对数似然信息为：

13、s2-3、修正译码阶段：

14、设伴随子校验标志的初始值为s_check＝1；当1<＝k<＝γ，如果s_check＝1，则使用信源子矩阵信道子矩阵以及更新后的信源后验对数似然信息对第j-3γ+3～j-γ+k个信息块执行联合bp译码；最大迭代次数为imax2，且imax2值与imax1相比较小；译码结束后进行伴随子校验，若s_check＝0，则结束滑动窗内的局部自适应扩展窗口译码；在译码结束后，更新第j-3γ+3～j-2γ+2个信息块的后验对数似然信息为：

15、本发明的另一目的在于提供一种联合信源信道任意时刻编码系统的混合窗译码系统包括：

16、扩展窗译码模块，用于初始扩展窗译码阶段：

17、滑动窗译码模块，用于滑动窗译码阶段：

18、译码结果输出模块，用于根据信源后验对数似然信息进行硬判决，输出译码结果。

19、本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述联合信源信道任意时刻编码系统的混合窗译码方法的步骤。

20、本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述联合信源信道任意时刻编码系统的混合窗译码方法的步骤。

21、本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述联合信源信道任意时刻编码系统的混合窗译码系统。

22、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

23、联合信源信道任意时刻编码系统是面向工业控制、跟踪系统等对低时延高可靠性有极高要求的一类编译码系统。但传统的联合信源信道扩展窗译码算法其复杂度随着信息序列的长度增加而线性增长，从而限制了联合信源信道任意时刻编码系统的应用和推广。考虑到低时延高可靠场景的信息序列具有耦合长度有限的特点，主要采用三个策略来限制译码复杂度的线性增长：1)译码窗口的起点可移动；2)译码窗口的长度不变化；3)滑动窗口内的扩展窗译码采取自适应方式执行。本发明所提出的混合窗译码算法在保证译码性能的同时，为联合信源信道任意时刻编码系统提供了一种低复杂度的译码方案，解决了该系统在译码复杂度方面的难题与瓶颈，为该系统的推广以及在低复杂度通信场景的应用提供了更大的可能性。

24、第二，本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：联合信源信道任意时刻编码系统为了保证其任意时刻传输特性，即译码错误率随着时延呈指数下降，在译码算法上必须要采用扩展窗口的形式。单纯的滑动窗口译码会破坏该任意时刻传输特性。而本发明的技术方案让传统扩展译码窗口的起点可移动，且窗口大小不再无限制增大。从而既保留了扩展窗口译码所特有的任意时刻传输特性，又限制扩展窗口译码所带来的线性增加的译码复杂度。从而填补了国内外业内的技术空白。

25、(2)本发明的技术方案是否解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：线性增加的译码复杂度一直是联合信源信道任意时刻编译码系统的所面临瓶颈难题，也是该系统难以落地实际应用的关键因素。本发明的技术方案在保证译码性能的同时，有效降低该系统的译码复杂度，使得联合信源信道任意时刻编码系统的工业应用不再遥不可及。

26、(3)本发明的技术方案是否克服了技术偏见：业界一直认为滑动窗口译码是不能保证系统具有任意时刻传输特性的；而本发明的技术方案在滑动窗口内自适应地实施扩展窗口译码，使得译码性能仍然保持任意时刻传输特性，从而克服了技术偏见。

27、第三，本发明的技术方案在产业应用中解决了现有技术中在信源信道编码系统中编码效率低、误码率高和能量利用不足等问题。通过引入混合窗译码方法，本发明能够在任意时刻对信源和信道编码进行联合处理，大幅提高了译码准确率和数据传输效率。

28、具体来说，本发明的显著技术进步包括：

29、1.提高编码效率：通过在初始扩展窗和滑动窗译码中对信源子矩阵和信道子矩阵的联合处理，优化了译码过程中能量和信息的利用，显著提升了数据传输过程中的编码效率，特别适用于需要低延迟和高效传输的场景。

30、2.降低误码率：采用了基于后验对数似然信息的译码策略，使得在动态传输环境中，系统能够根据接收信号的实时状态进行调整，有效降低了译码过程中的误码率，增强了系统的可靠性。

31、3.自适应调整译码窗口：本发明的滑动窗机制结合了局部自适应的扩展译码，使得系统在面对不同信道条件时，能够灵活调整译码窗口的大小和位置，从而有效应对信道的突发干扰，进一步提高了系统的稳健性。

32、4.增强应用灵活性：该系统能够广泛应用于通信网络、卫星传输、物联网等领域，通过其高效的编码和译码机制，能够在多种复杂场景下显著提升信息传输的质量和速度。

33、本发明在实际产业应用中解决了现有信源信道编码系统中的瓶颈问题，达到了显著的技术进步，有助于提升现代通信系统的整体性能。