近年来,以无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)为基础的物联网(InternetofThings,IoT)技术迅猛发展。为了满足将人与人之间的通信扩展到人与物、物与物连接的第五代移动通信(5G)需求和实现全移动、全连接世界的第六代移动通信(6G)愿景,业务需求的多样化、数据流量的千倍增长、千亿设备的连接将对通信系统设计提出更严峻的挑战。其中,联合信源信道编码(Joint Source-Channel Coding,JSCC)技术以其低成本、低功耗的特性,在一定程度上满足了 IoT的核心技术需求,为实现万物互联提供了强大的支撑。由于JSCC设计是考虑联合优化设计的一种编译码方式,因此,本文从匹配优化的设计观点出发,以基于原模图低密度奇偶校验(Low-density Parity-check,LDPC)码的JSCC传输系统为突破口,考虑系统基础模块之间的匹配准则,并利用匹配准则设计优化基于JSCC的传输系统性能。其中,主要的创新点包括:1)为改善基于原模图LDPC码的JSCC系统地板区性能,并增强系统对信源统计概率的鲁棒性,本文依据信源统计特性与信源编码速率之间的匹配准则,研究基于原模图LDPC码的JSCC系统信源码设计。首先,提出并证实了一个设计观点:将具有最优纠错性能的原模图LDPC码作为JSCC系统信源编码码型,不一定能够得到最优的压缩性能。其次,依据这个观点,本文基于信源统计特性与信源编码速率之间的匹配准则,利用信源码的原模图外信息转移(Protograph Extrinsic Information Transfer,PEXIT)算法与差分进化算法(Differential Evolution,DE),设计出具有高信源译码门限值的信源原模图LDPC码。理论分析与仿真结果表明,对比于具有优秀纠错性能的原模图LDPC码,新构造的信源码在同样的信源编码速率下,成功重建信源所允许的信源统计概率范围更广。因此,对信源统计概率的波动具有更高的容忍度,系统的鲁棒性增强。并且,对于具有相同统计概率的信源,在高信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)区域能够获得明显的性能增益,得到更低的系统错误地板。2)为改善基于原模图LDPC码的JSCC系统瀑布区性能,本文研究了信源原模图LDPC码与信道原模图LDPC码之间的匹配准则,并利用该准则设计系统瀑布区性能优秀的信源码与信道码。首先,本文借鉴信道LDPC码设计领域的曲线拟合算法(Curve-Fitting Algorithm),提出了信源码与信道码的匹配准则。其次,就曲线拟合算法与匹配准则不能直接应用于自动搜索的不足,构造了衡量译码通道宽度的代价函数,并利用遗传算法(Genetic Algorithm,GA),分别在信源帧长较长的应用环境与中短帧长的应用环境下,搜索性能优秀的信源原模图LDPC码与信道原模图LDPC码。理论分析与仿真结果证明,对比传统的信源、信道码型,采用本文设计的信源、信道原模图LDPC码,能够获得更低的系统译码门限值。并且,在系统BER性能仿真中,新构造的信源、信道原模图LDPC码表现出明显的优势。3)为改善基于JSCC的传输系统性能,本文研究了 JSCC与编码信道的匹配准则,并基于该准则,创新性地提出了利用信源编码后的残留冗余信息获得编码信道的概率幅度成型增益的匹配设计。首先,本文从传输系统整体性能优化的角度提出了一种基于JSCC的传输系统——比特交织联合信源信道编码调制(Bit-Interleaved Joint Source Channel Coded Modulation,BIJSCCM)系统,并利 用比特级的概率幅度成型算法,建立JSCC与编码信道的匹配准则。其次,基于该准则,设计信源原模图LDPC码的码型参数以及系统交织方式,并在满足匹配准则的条件下利用差分进化算法搜索性能优秀的信源、信道码型。理论分析与仿真结果证明,采用本文设计的信源、信道原模图LDPC码的BIJSCCM系统,能够充分利用信源编码后的残留冗余信息,使得冗余信息不仅能够用于提高译码性能,并且能够形成匹配于编码信道的传输信号,获得编码信道的概率幅度成型增益。