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On the joint source-channel coding error exponent for discrete memoryless systems

机译：离散无记忆系统的联合信源信道编码误差指数

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We investigate the computation of Csisza/spl acute/r's bounds for the joint source-channel coding (JSCC) error exponent E/sub J/ of a communication system consisting of a discrete memoryless source and a discrete memoryless channel. We provide equivalent expressions for these bounds and derive explicit formulas for the rates where the bounds are attained. These equivalent representations can be readily computed for arbitrary source-channel pairs via Arimoto's algorithm. When the channel's distribution satisfies a symmetry property, the bounds admit closed-form parametric expressions. We then use our results to provide a systematic comparison between the JSCC error exponent E/sub J/ and the tandem coding error exponent E/sub T/, which applies if the source and channel are separately coded. It is shown that E/sub T//spl les/E/sub J//spl les/2E/sub T/. We establish conditions for which E/sub J/>E/sub T/ and for which E/sub J/=2E/sub T/. Numerical examples indicate that E/sub J/ is close to 2E/sub T/ for many source-channel pairs. This gain translates into a power saving larger than 2 dB for a binary source transmitted over additive white Gaussian noise (AWGN) channels and Rayleigh-fading channels with finite output quantization. Finally, we study the computation of the lossy JSCC error exponent under the Hamming distortion measure.
机译：我们研究了由离散无记忆源和离散无记忆信道组成的通信系统的联合源-信道编码（JSCC）错误指数E / sub J /的Csisza / spl急性/ r界的计算。我们为这些边界提供了等效的表达式，并为达到边界的速率导出了明确的公式。可以通过Arimoto算法轻松地为任意源通道对计算这些等效表示。当通道的分布满足对称性时，边界将接受封闭形式的参数表达式。然后，我们使用我们的结果对JSCC错误指数E / sub J /和串联编码错误指数E / sub T /进行系统的比较，如果源和通道分别编码，则适用。显示了E / sub T // spl les / E / sub J // spl les / 2E / sub T /。我们确定E / sub J / E / sub T /和E / sub J / = 2E / sub T /的条件。数值示例表明，对于许多源通道对，E / sub J /接近2E / sub T /。对于通过有限输出量化在加性高斯白噪声（AWGN）通道和瑞利衰落通道上传输的二进制源，此增益转换为节省超过2 dB的功率。最后，我们研究了汉明失真测度下有损JSCC误差指数的计算。

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