信道編碼方法的分析與實(shí)現(xiàn)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：信道編碼方法的分析與實(shí)現(xiàn)英文題目：Channel coding for Analysis and Implementation 專 業(yè)：信息工程班 級(jí)：*學(xué) 號(hào)：*學(xué)生姓名：*指導(dǎo)教師：* 二零壹零年五月摘 要在實(shí)際信道上傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，由于信道特性的不理想以及加性噪聲和人為干擾的影響，系統(tǒng)輸出的數(shù)字信息不可避免地會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。因此，為了保證通信內(nèi)容的可靠性和準(zhǔn)確性，每一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)對(duì)輸出信息碼的差錯(cuò)概率即誤碼率都有一定的要求。為了降低誤碼率，常用的方法有兩種：一種是降低數(shù)字信道本身引起的誤碼，可采用的方法有：選擇高質(zhì)量的傳輸線路、改善信道的傳輸特性、增加信號(hào)的發(fā)送能

2、量、選擇有較強(qiáng)的抗干擾能力的調(diào)制解調(diào)方案等；另一種方法就是采用差錯(cuò)控制措施，使用信道編碼。在許多情況下，信道的改善是不可能的或者是不經(jīng)濟(jì)的，這時(shí)只能采用信道編碼方法。因此實(shí)現(xiàn)信道編碼方法具有重要的意義。在數(shù)字電視和通信系統(tǒng)中,為提高信息傳輸可靠性,廣泛使用了具有一定糾錯(cuò)能力的信道編碼技術(shù),如奇偶校驗(yàn)碼、行列監(jiān)督碼、恒比碼、漢明碼、循環(huán)碼(CRC)等編碼技術(shù)。信道編碼的本質(zhì)是增加通信的可靠性，或者說增加整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾性。對(duì)信道編碼有下列要求：1.透明性：要求對(duì)所傳消息的內(nèi)容不加任何限制； 2.有糾錯(cuò)能力；3.效率高：為了與信道頻譜匹配和具有糾錯(cuò)能力，通常要向原信號(hào)添加一些碼，要求加入最少的比特

3、數(shù)而得到最大的利益；4.包含適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)信息。在這些要求中，除編碼的必須信息外，所作的處理主要有兩條：一是要求碼列的頻譜特性適應(yīng)通道的頻譜特性從而是傳輸過程中能量損失最小，提高信號(hào)能量與噪聲能量的比例。減少發(fā)生差錯(cuò)的可能性；二是增加糾錯(cuò)能力，使得即便出現(xiàn)差錯(cuò)，也能得到糾正。關(guān)鍵字：信道編碼；糾錯(cuò)檢錯(cuò)；奇偶校驗(yàn)；漢明碼；CRCABSTRACTChannel to transmit digital signals in real time, as the non-ideal channel characteristics and the additive noise and human distur

4、bance, the out put of digital information are bound to be mistakes. Therefore, in order to ensure the reliability and accuracy of the content of communications, a digital communications system for each output code error probability of bit error rate that has certain requirements.To reduce the error

5、rate, commonly used in two ways: one is to reduce the number of channel bit error caused by its own, the following methods: Select high-quality transmission lines, to improve the transmission characteristics of the channel to increase signal transmission power, Select a strong anti-interference abil

6、ity of modulation and demodulation programs; Another method is to use error-control measures, use of channel coding. In many cases, the improvement of the channel is not possible or not economical, then only use channel coding. Therefore, channel coding method to achieve significance.In digital tele

7、vision and communication systems, to improve the reliability of information transmission, extensive use of error-correcting capability of a certain channel coding techniques, such as parity codes, the ranks of monitoring code, constant ratio codes, Hamming codes, cyclic codes (CRC)other coding techn

8、iques. The nature of channel coding is to increase communication reliability, or increase the over all system interference immunity. The channel coding has the following requirements: 1.Transparency: requirements on the content of the message transfer without any restrictions; 2. There is error corr

9、ection capability; 3.Efficiency: In order to match the channel spectrum and has the error correction capability usually add some code to the original signal, adding a minimum number of bits required to gain the biggest benefits; 4. contain the appropriate timing information. Of these, in addition to

10、 encoding information, the processing main two: either the code out of the spectrum in order to adapt to channel the spectrum is the minimum energy loss during transmission, to improve the signal energy and noise energy ratio. Reduce the possibility of mistakes; second is to increase the error corre

11、ction capability, so even if the errors can also be corrected.Key words：Channel coding; Error correction error detection; Parity check; Hamming code; CRC目 錄摘 要I關(guān)鍵字IABSTRACTIIKey wordsII緒論1 1.1 信道編碼的簡介1 1.2 信道編碼的背景和發(fā)展1 1.3 研究的目的和意義2 1.3.1 目的2 1.3.2 基本條件2 1.3.3 前期工作2 1.3.4 課題內(nèi)容概要和關(guān)鍵問題2 1.3.5 意義3 1.4 可

12、行性分析3 1.4.1技術(shù)可行性3 1.4.2管理可行性32. 程序開發(fā)的技術(shù)支持4 2.1 MATLAB通信工具概述4 2.2 MATLAB圖形用戶界面5 2.3 通信原理仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)5 2.4 VC技術(shù)概述63. 信道的分類8 3.1 兩種不同角度的信道編碼8 3.1.1 通信角度的信道編碼8 3.1.2 信息論角度的信道編碼8 3.2 有線信道8 3.2.1 有線信道的原理8 3.2.2 有線信道的特點(diǎn)8 3.3 無線信道8 3.3.1 無線信道的特點(diǎn)8 3.3.2 無線信道特性9 3.3.3 三種不同系統(tǒng)的無線信道特性10 3.3.4 研究無線信道的意義104. 糾錯(cuò)檢錯(cuò)的基本原理11

13、 4.1 差錯(cuò)控制的基本概念11 4.1.1 差錯(cuò)的特點(diǎn)11 4.1.2 差錯(cuò)控制的基本方式11 4.1.3 誤碼控制的基本原理12 4.1.4 誤碼控制編碼的分類12 4.1.5 有關(guān)誤碼控制編碼的基本概念13 4.2 糾錯(cuò)編碼方式簡介15 4.2.1 奇偶監(jiān)督碼15 4.2.2 行列監(jiān)督碼16 4.2.3 恒比碼16 4.2.4 漢明碼17 4.2.5 循環(huán)碼（CRC）19 4.2.6 里德-索羅門碼(Read-Solomon)21 4.2.7 卷積碼(Convolutioncodes)235. 在MATLAB軟件或VC中的仿真實(shí)現(xiàn)24 5.1 漢明編碼24 5.1.1 VC編寫24 5.

14、2 奇偶校驗(yàn)碼26 5.2.1 VC編寫26 5.3 循環(huán)碼CRC28 5.3.1 MATLAB編寫28 5.4 RS28 5.4.1 MATLAB編寫28總結(jié)31致 謝32參考文獻(xiàn)33緒論1.1 信道編碼的簡介信道是指傳輸信號(hào)的通道。但是,經(jīng)過信源編碼后并不能將信號(hào)直接送到傳輸通道發(fā)送出去,因?yàn)閿?shù)字信號(hào)在傳輸中受到衰減、雜波、干擾等所造成的質(zhì)量劣化是突變性的(模擬信號(hào)質(zhì)量的劣化是漸變的),也就是說,數(shù)字信號(hào)在衰減、雜波或干擾沒有低于某一門限時(shí),只要接收設(shè)備能判別出0碼和1碼,信號(hào)質(zhì)量就不會(huì)受到大的影響,而一旦超過此門限,接收設(shè)備判別不出0碼和1碼,信號(hào)就會(huì)丟失。因此,在數(shù)字信號(hào)傳輸中最重要的

15、是防止誤碼,也就是要盡量降低誤碼率。因此,在數(shù)字信號(hào)傳輸中要在信號(hào)源的原數(shù)碼序列中以某種方式加入某些作為誤差控制用的數(shù)碼(即糾檢錯(cuò)碼),以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾錯(cuò)或檢錯(cuò)的目的,這就是信道編碼或糾錯(cuò)編碼。由此可見,信道編碼目的是為了降低信號(hào)的誤碼率,提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。在我國大部分上星的?jié)目中,都采用了前向糾錯(cuò)的方法(FEC),即在發(fā)送端按照一定規(guī)則,在信號(hào)數(shù)碼中加入一定的控制誤差用數(shù)碼,以組成具有糾錯(cuò)能力的碼,接收端收到后,按預(yù)先的規(guī)則進(jìn)行解碼,確定信息中有無錯(cuò)誤,若有錯(cuò)誤,確定其位置并進(jìn)行糾正。1.2 信道編碼的背景和發(fā)展信息是一種抽象的內(nèi)涵，必須依附某種有形的載體才能傳輸，這種載體就叫信號(hào)。模擬信號(hào)

16、的每一個(gè)瞬間都包含無限信息量，無法使用“碼”這種有限載體；數(shù)字信號(hào)則是包含有限信息量，于是就產(chǎn)生了編碼技術(shù)。信道編碼是以信息在信道上的正確傳輸為目標(biāo)的編碼，可分為兩個(gè)層次：一個(gè)是如何正確接受載有信息的信號(hào)；二是如何避免少量差錯(cuò)信號(hào)對(duì)信息內(nèi)容的影響。然而從信息論角度來看的信道編碼是指第二層次的編碼，即差錯(cuò)控制編碼。從差錯(cuò)控制的角度看，按加性干擾引起的錯(cuò)碼分布規(guī)律的不同，信道可以分為三類，即隨機(jī)信道，突發(fā)信道，和混合信道 。在隨機(jī)信道中，錯(cuò)碼的出現(xiàn)是隨機(jī)的，切錯(cuò)碼之間是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。例如，由正態(tài)分布白噪聲引起的錯(cuò)碼就具有這種性質(zhì)。因此，當(dāng)信道中加性干擾主要是這種噪聲時(shí)，就稱這種信道為隨機(jī)信道。在突發(fā)

17、信道中，錯(cuò)碼是成串集中出現(xiàn)的，也就是說，在一些短促的時(shí)間區(qū)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)大量的錯(cuò)碼，而在這些短促的區(qū)間之間卻又存在較長的無錯(cuò)碼區(qū)間。這種成串出現(xiàn)的錯(cuò)碼稱為突發(fā)錯(cuò)碼。產(chǎn)生突發(fā)錯(cuò)碼的主要原因之一是脈沖干擾，而信道中的衰落現(xiàn)象也是產(chǎn)生突發(fā)錯(cuò)碼的另一主要原因。當(dāng)信道中加性干擾主要是這種干擾時(shí)，便稱這種信道為突發(fā)信道。我們把既存在隨機(jī)錯(cuò)碼又存在突發(fā)錯(cuò)碼，且哪一種都不能忽略不計(jì)的信道，稱為混合信道。對(duì)于不同類型的信道，應(yīng)采用不同的差錯(cuò)控制技術(shù)。 近些年來，伴隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)通信質(zhì)量的要求變得也越來越高，因而對(duì)有效而可靠的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)系統(tǒng)的需要也日益增長。因而在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者最為關(guān)心的主要

18、是差錯(cuò)控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠重現(xiàn)。差錯(cuò)控制編碼已成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)和數(shù)字計(jì)算機(jī)中不可分割的一部分。本文主要介紹了差錯(cuò)控制編碼中線性分組碼的基本原理，在此基礎(chǔ)上，論述了漢明碼及循環(huán)碼的編、解碼原理和方法，并介紹了RS譯碼法和卷積譯碼法兩種譯碼法的特點(diǎn)和主要區(qū)別，還簡要說明了線性分組碼的差錯(cuò)特性。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的傳輸或存儲(chǔ)越來越大，與此同時(shí)，數(shù)據(jù)的出錯(cuò)概率也大大增加。保持?jǐn)?shù)據(jù)的正確性，僅依賴于器件和設(shè)備的可靠運(yùn)算是不行的。為了糾正數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，信息應(yīng)具有某種冗余形式以保護(hù)數(shù)據(jù)。這就導(dǎo)致了編碼理論的產(chǎn)生。編碼的任務(wù)就是糾正數(shù)據(jù)在數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，

19、以保持?jǐn)?shù)據(jù)的正確與完整性，從而保護(hù)數(shù)據(jù)。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于信道內(nèi)存在加性噪聲、信道傳輸特性不理想造成的碼間串?dāng)_，信號(hào)誤碼是不可避免的!為了確保系統(tǒng)的比特誤碼率指標(biāo)，通常采用循環(huán)碼進(jìn)行編碼，其編碼和解碼設(shè)備較簡單，且糾錯(cuò)檢錯(cuò)能力強(qiáng)!循環(huán)碼糾錯(cuò)方法是在發(fā)送端將被傳輸?shù)男畔⒏郊由媳O(jiān)督碼元，監(jiān)督碼元與信息碼元之間相互約束! 接收端按規(guī)則校驗(yàn)信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系! 一旦傳輸發(fā)生差錯(cuò)，信息碼元與監(jiān)督碼元的關(guān)系就受到破壞，從而在接收端可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤! 在通信軟件中大多數(shù)采用循環(huán)碼進(jìn)行數(shù)據(jù)差錯(cuò)控制，有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值!1.3 研究的目的和意義1.3.1 目的1.數(shù)字信號(hào)傳輸中所采用的基本

20、信道編碼技術(shù)，如奇偶校驗(yàn)，CRC校驗(yàn)，漢明碼等；2.能夠?qū)ΜF(xiàn)有的數(shù)字信號(hào)傳輸中所采用的基本信道編碼方法的性能進(jìn)行仿真分析。3. 對(duì)現(xiàn)有信道編碼方法的研究有助于開發(fā)出新的編碼方法，完成信道編碼。1.3.2 基本條件一定的編寫代碼能力（C或者matlab）。1.3.3 前期工作熟悉信道的相關(guān)知識(shí)；熟悉基本的信道編碼技術(shù)。1.3.4 課題內(nèi)容概要和關(guān)鍵問題1.內(nèi)容概要：信道編碼的意義；信道編碼的基本原理；信道編碼的幾種基本方法；信道編碼的實(shí)現(xiàn)以及性能分析。2.關(guān)鍵問題：對(duì)糾錯(cuò)檢錯(cuò)技術(shù)的深入理解，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信道編碼方法以及對(duì)其進(jìn)行性能分析。1.3.5 意義對(duì)于數(shù)字話音傳輸系統(tǒng)，為10-310-4，

21、但對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間傳輸?shù)馁Y料，則要求誤碼率小于10-9，而對(duì)于某些關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)傳輸，要求誤碼率甚至更低。為了降低誤碼率,選擇高質(zhì)量的傳輸線路、改善信道的傳輸特性、增加信號(hào)的發(fā)送能量、選擇有較強(qiáng)的抗干擾能力的調(diào)制解調(diào)，采用差錯(cuò)控制措施，使用信道編碼等方法來實(shí)現(xiàn)。1.4 可行性分析可行性分析（FeasibilityAnalysis）也稱為可行性研究，是在系統(tǒng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，針對(duì)新系統(tǒng)的開發(fā)是否具備必要性和可能性，對(duì)新系統(tǒng)的開發(fā)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的方面進(jìn)行分析和研究?？尚行匝芯康哪康木褪怯米钚〉拇鷥r(jià)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)確定問題是否能夠解決。該編碼方案的可行性分析包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。1.4.1技術(shù)可

22、行性技術(shù)上的可行性分析主要分析技術(shù)條件能否順利完成開發(fā)工作，硬、軟件能否滿足開發(fā)者的需要等。該系統(tǒng)采用了當(dāng)前流行的VC,MATLAB等語言進(jìn)行開發(fā)，因此，系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺(tái)已成熟可行。硬件方面，科技飛速發(fā)展的今天，硬件更新的速度越來越快，容量越來越大，可靠性越來越高，價(jià)格越來越低，其硬件平臺(tái)完全能滿足此系統(tǒng)的需要。1.4.2管理可行性只要熟悉信道的相關(guān)知識(shí)；熟悉基本的信道編碼技術(shù)。經(jīng)過一定的培訓(xùn)，人們能夠正確使用,現(xiàn)有的編碼方法比較科學(xué)，測試基本通過。2. 程序開發(fā)的技術(shù)支持2.1 MATLAB通信工具概述美國MathWorks公司推出的軟件產(chǎn)品MATLAB是一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，

23、它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境，受到信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等諸多應(yīng)用學(xué)科的科技工作者的歡迎。MATLAB語法規(guī)則簡單，編程特點(diǎn)更貼近人的思維方式。尤其是MATLAB中SIMULINK平臺(tái)為用戶提供了友好的圖形用戶界面，模型由模塊組成的框圖來表示，用戶建模只需通過簡單的單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)的動(dòng)作即可完成。MATLAB中的通信工具箱是目前比較成熟的通信系統(tǒng)模擬仿真工具。它由運(yùn)算函數(shù)和仿真模塊組成，可以用來進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究、開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。其方便實(shí)用性既大大減輕了工程技術(shù)人員的編程負(fù)擔(dān)，也為初學(xué)者快速全面地了解和掌握通信系統(tǒng)的基本概念與

24、原理提供了一個(gè)便捷工具。用戶既可以在MATLAB的工作空間中直接調(diào)用工具箱函數(shù)，也可以利用SIMULINK平臺(tái)構(gòu)造自己的仿真模塊，擴(kuò)大通信工具箱的內(nèi)容。MATLAB通信工具箱的設(shè)計(jì)界面如圖2.1所示。整個(gè)設(shè)計(jì)界面包括了通信系統(tǒng)的各個(gè)部分，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行系統(tǒng)整體或任一部分的仿真研究，十分方便快捷?；谏鲜鲈O(shè)計(jì)界面，MATLAB提供了兩種仿真方法。一種是在SIMULINK平臺(tái)中，框圖中的每個(gè)模塊在每個(gè)時(shí)間步長上都同時(shí)執(zhí)行，稱為時(shí)間流仿真。這種方式可以讓用戶在仿真同時(shí)重置模塊的絕大多數(shù)參數(shù)，觀察系統(tǒng)隨之引起的變化；另一種方法是在MATLAB的工作空間中，待處理的數(shù)據(jù)首先要激活一個(gè)運(yùn)算單元，然后

25、再激活下一個(gè)運(yùn)算單元，即函數(shù)按照數(shù)據(jù)流的順序依次執(zhí)行，稱為數(shù)據(jù)流仿真。這個(gè)方法不能在仿真中進(jìn)行參數(shù)的重置，但對(duì)于同學(xué)系統(tǒng)的不同仿真需求，有較高的靈活性。兩種仿真方法相比較而言，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，用戶應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)不同，選擇其中更合適的一種。信源信源編碼糾錯(cuò)編碼調(diào)制多址接入發(fā)送濾波器信宿信源譯碼糾錯(cuò)譯碼解調(diào)多址接入信道接收濾波器圖2.1 MATLAB中通信工具箱設(shè)計(jì)界面通信原理中，常常借助于各種信號(hào)的時(shí)域波形圖以及頻譜圖來說明系統(tǒng)的原理，指出相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)。要將承載消息的信號(hào)保質(zhì)保量地傳送給接收者， 就必須對(duì)它們進(jìn)行各種處理，而這些處理過程中會(huì)用到大量的數(shù)學(xué)計(jì)算。 MATLAB(Matr

26、ixLaboratory，矩陣實(shí)驗(yàn)室)以數(shù)組為基本處理對(duì)象，具有豐富的矩陣運(yùn)算功能，并且MATLAB是一個(gè)開放性的系統(tǒng)，具有模塊化的結(jié)構(gòu)，任何用戶自己已定義的函數(shù)都可作為MATLAB函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。因此通信原理仿真平臺(tái)選擇MATLAB作為開發(fā)環(huán)境，借助于MATLAB的圖形用戶界面設(shè)計(jì)向?qū)?GUIDE)進(jìn)行軟件界面設(shè)計(jì)，所有仿真功能采用MATLAB語言編程實(shí)現(xiàn)。2.2 MATLAB圖形用戶界面GUI(GraphicalUserInterfaces，圖形用戶界面)是用戶與計(jì)算機(jī)程序之間的交互方式，是用戶與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交流的方式。MATLAB圖形用戶界面設(shè)計(jì)向?qū)?GUIDE)提供的設(shè)計(jì)向?qū)О刂泼?/p>

27、板、屬性編輯器、事件過程編輯器、對(duì)齊工具和菜單編輯器五個(gè)圖形用戶界面編輯工具。利用該向?qū)в脩艨梢詫D形界面的外觀,包括所有的按鈕以及圖形的位置確定下來,然后用MATLAB的回調(diào)程序編輯器來編寫完成約定任務(wù)的函數(shù)代碼,從而方便快捷地設(shè)計(jì)一個(gè)圖形用戶界面。實(shí)現(xiàn)一個(gè)GUI的過程包括兩個(gè)基本任務(wù)：一是GUI的組件布局，另一個(gè)是GUI組件編程。GUIDE首先是一個(gè)組件布局工具集，能夠生成用戶所需的組件資源并保存在一個(gè)FIG文件中；其次，GUIDE還將生成一個(gè)包含GUI初始化和發(fā)布控制代碼的M文件，該文件為回調(diào)函數(shù)(用戶在圖形界面中激活某一控件時(shí)要執(zhí)行的函數(shù))提供了一個(gè)框架。GUIDE主要是一個(gè)界面設(shè)計(jì)工

28、具，MATLAB將所有GUI支持的用戶控件都集成在這個(gè)環(huán)境中并提供界面外觀、屬性和行為響應(yīng)方式的設(shè)計(jì)方法。本平臺(tái)的主菜單采用了用戶菜單(Uimenu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.3 通信原理仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)通信仿真對(duì)于通信系統(tǒng)的教學(xué)與研究具有重要意義,本文旨在設(shè)計(jì)一個(gè)通用的通信原理仿真平臺(tái),要求能夠?qū)崿F(xiàn)通信中常見技術(shù)，如：模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制、抽樣與量化、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的分析和仿真，并要求該平臺(tái)操作簡單方便，具有良好的可擴(kuò)展特性。通信原理仿真平臺(tái)由圖形用戶界面(GUI)、系統(tǒng)仿真執(zhí)行器和功能代碼庫三部分組成。系統(tǒng)仿真執(zhí)行器的功能是：識(shí)別圖形用戶界面指令，讀取仿真所需參數(shù)，調(diào)用功能代碼庫的相關(guān)代碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞、

29、執(zhí)行仿真。用戶通過GUI訪問執(zhí)行器，執(zhí)行器采用對(duì)話框驅(qū)動(dòng)方式。功能代碼庫主要由各個(gè)功能模塊的相應(yīng)M文件組成，是平臺(tái)的仿真功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。具體地說,基于MATLAB的通信原理仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)步驟如下：(1).根據(jù)上文對(duì)系統(tǒng)功能的分析,對(duì)通信原理仿真平臺(tái)進(jìn)行功能模塊的提取和確定確定通信原理仿真平臺(tái)由數(shù)字基帶信號(hào)仿真模塊、模擬調(diào)制仿真模塊等6個(gè)仿真模塊組成。每個(gè)模塊中可有一組相似的對(duì)象。采用MATLAB語言編程實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊的M文件，形成功能代碼庫，使之服務(wù)于搭建的通信原理仿真平臺(tái)。(2).通過設(shè)計(jì)GUIDE應(yīng)用程序的選項(xiàng)來進(jìn)行GUI組態(tài)該對(duì)話框的選項(xiàng)包括窗口重畫行為、命令行訪問、生成文件選擇

30、、生成回調(diào)函數(shù)原型、使用系統(tǒng)背景顏色配置等選項(xiàng)，通過不選或選中它們，可以實(shí)現(xiàn)圖形用戶界面的整體組態(tài)設(shè)計(jì)。(3).使用界面設(shè)計(jì)編輯器進(jìn)行GUI設(shè)計(jì)MATLAB界面設(shè)計(jì)編輯器組件平臺(tái)中包含所有能夠在GUI中使用的用戶界面控件，即按鈕、單選按鈕、拴牢按鈕、復(fù)選框、編輯框、靜態(tài)文本、滾動(dòng)條、組合框、列表框以及彈出式菜單等。一個(gè)GUI中可以存在一個(gè)或多個(gè)以上的GUI組件。編寫用戶GUI組件行為響應(yīng)控制(即回調(diào)函數(shù))代碼確保圖形用戶界面完成所有預(yù)定的通信原理仿真功能。MATLAB的GUIDE可以根據(jù)用戶GUI的版面設(shè)計(jì)過程直接自動(dòng)生成M文件框架，用戶可以直接用這個(gè)框架來編寫自己的函數(shù)代碼。保存GUI激活G

31、UI界面，確保界面符合預(yù)定的要求，設(shè)計(jì)滿意后保存GUI。執(zhí)行GUI運(yùn)行通信系統(tǒng)仿真平臺(tái)的應(yīng)用程序M文件，對(duì)它進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，使界面及各用戶控件符合系統(tǒng)預(yù)定的功能。2.4 VC技術(shù)概述Visual C是Windows平臺(tái)下強(qiáng)大的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，基于VC幾乎可開發(fā)從底層到直接面向用戶的各個(gè)方面的軟件MATLAB的應(yīng)用程序界面開發(fā)功能遠(yuǎn)小如VC方便強(qiáng)大，而VC在工程計(jì)算方面則要比MATLAB繁鎖得多,因此實(shí)現(xiàn)MATLAB與VC的聯(lián)合編程，可以為科研工作和工程開發(fā)提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。要實(shí)現(xiàn)VC、MATLAB聯(lián)合編程必須解決兩方面的問題：一是接口的問題。包括VC語言程序?qū)ATLAB引擎函數(shù)庫的調(diào)用及數(shù)

32、據(jù)參數(shù)的互傳；二是數(shù)據(jù)組織問題。下面就聯(lián)合編程在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真中如何實(shí)現(xiàn)加以討論。對(duì)于仿真過程的實(shí)現(xiàn)，基本可以分為四步，即：仿真程序界面的建立；編譯環(huán)境的設(shè)置；編寫MATLAB仿真繪圖函數(shù)；程序打包。（1） 仿真程序界面的建立數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)是通信系統(tǒng)的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真，我們要完成四部分的仿真工作即：碼型仿真、升余弦濾波器仿真,部分響應(yīng)仿真、蒙持卡羅仿真。本程序主界面采用屬性頁面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)功能為單擊題標(biāo)進(jìn)入相應(yīng)頁面在完成頁面中各種參數(shù)的設(shè)定后點(diǎn)擊相關(guān)按鈕即可顯示仿真形具有快捷、方便、直觀的效果程序界面在VisualC+60環(huán)境下開發(fā)。程序中實(shí)現(xiàn)仿真的關(guān)鍵是VC對(duì)M

33、ATLAB引擎函數(shù)庫的調(diào)用及參數(shù)的傳遞。（2） 編譯環(huán)境的設(shè)置1)對(duì)MATLAB編譯環(huán)境進(jìn)行設(shè)置在MATLABA環(huán)境中運(yùn)行mes-setup命令，按屏幕提示選擇有關(guān)選項(xiàng)，此處選編譯器為MicrosoftVisualCC+version6.0inC：ProgramFilesMicrosoftVisualStudio。路徑按實(shí)際情況選擇。2)對(duì)VC編譯環(huán)境進(jìn)行設(shè)置選擇VC編譯器主菜單下TOOLS-OPTIONS-DIRECTORIES選擇SHOWDIRECTORIESFOR列表框。把MATLAB的包含文件路徑C：matlab6plexterninclude和庫文件路徑C：matlab6plexte

34、rnlibwin32Microsoftmsvc60添加到VC路徑中去。選擇VC編譯器主菜單下project-selting-link-general-object/librarymodules下加入libmx.lib、libmat.lib、libeng.1ib三個(gè)靜態(tài)庫。（3） 編寫MATLAB仿真繪圖函數(shù)在MATLAB環(huán)境下編寫繪制升余弦濾渡器輸入輸出信號(hào)波形的wavecompare_Rcos()函數(shù)后即可實(shí)現(xiàn)輸入輸出信號(hào)波形的仿真。（4） 程序打包由于VisualC+生成的程序可以脫離VisualC+的編譯環(huán)境而運(yùn)行。因此,在裝有VisualC+和MATLAB的機(jī)器上，只要將用MATLAB

35、編寫的程序拷貝到MATLAB的work目錄下，點(diǎn)擊由VisualC+生成的exe文件即可運(yùn)行該程序。3.信道的分類信道是信號(hào)的傳輸媒質(zhì)，可分為有線信道和無線信道兩類。有線信道包括明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜及光纜等。無線信道有地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼以及各種散射信道等。如果我們把信道的范圍擴(kuò)大，它還可以包括有關(guān)的變換裝置，比如：發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、饋線與天線、調(diào)制器、解調(diào)器等，我們稱這種擴(kuò)大的信道為廣義信道，而稱前者為狹義信道。3.1 兩種不同角度的信道編碼3.1.1 通信角度的信道編碼通信原理課程內(nèi)容側(cè)重于如何正確接收載有信息的信號(hào)，比如在數(shù)字基帶信號(hào)傳輸中討

36、論的編碼，主要目標(biāo)或是為了消除直流分量，或是為了改進(jìn)信號(hào)頻譜，以適應(yīng)信道特性，或是為了便于在信號(hào)流中提取時(shí)鐘頻率，或是為了數(shù)字信號(hào)的透明傳輸。還有的是為了壓縮占用頻帶、抑制碼間干擾，如部分響應(yīng)系統(tǒng)。這個(gè)層次上的碼，如曼徹斯特碼、AMI碼、HDB3碼、NbmB碼和部分響應(yīng)系統(tǒng)中的相關(guān)編碼，一般稱之為線路編碼，有時(shí)也混稱為信道編碼。3.1.2 信息論角度的信道編碼從信息論角度來看的信道編碼是指如何避免少量差錯(cuò)信號(hào)對(duì)信息內(nèi)容的影響，即差錯(cuò)控制編碼，包括各種形式的糾錯(cuò)、檢錯(cuò)編碼，可統(tǒng)稱為糾錯(cuò)編碼。糾錯(cuò)編碼的理論體系屬于信息理論，但糾錯(cuò)碼的實(shí)現(xiàn)離不開有形載體的信號(hào)理論，因此信息的編碼與信號(hào)的編碼有天然聯(lián)

37、系，卻又不能等同。3.2 有線信道3.2.1 有線信道的原理有線信道以導(dǎo)線為傳輸媒質(zhì)，信號(hào)沿導(dǎo)線進(jìn)行傳輸，信號(hào)的能量集中在導(dǎo)線附近，因此傳輸效率高，但是部署不夠靈活。這一類信道使用的傳輸媒質(zhì)包括用電線傳輸電信號(hào)的架空明線、電話線、雙絞線、對(duì)稱電纜和同軸電纜等等，還有傳輸經(jīng)過調(diào)制的光脈沖信號(hào)的光導(dǎo)纖維。3.2.2 有線信道的特點(diǎn)傳輸媒體為導(dǎo)線（雙絞線或者光纖等），信號(hào)沿導(dǎo)線傳輸，能量相對(duì)集中在導(dǎo)線附近，因此具有較高的傳輸效率。信噪比高但頻帶資源窄、存在回波和非線性失真。3.3無線信道3.3.1無線信道的特點(diǎn)（1）頻譜資源有限雖然可供通信用的無線頻譜從數(shù)十MHz到數(shù)十GHz，但由于無線頻譜在各個(gè)國

38、家都是一種被嚴(yán)格管制使用的資源，因此對(duì)于某個(gè)特定的通信系統(tǒng)來說，頻譜資源是非常有限的。而且目前移動(dòng)用戶處于快速增長中，因此必須精心設(shè)計(jì)移動(dòng)通信技術(shù)，以使用有限的頻譜資源。（2）傳播環(huán)境復(fù)雜前面已經(jīng)說明了電磁波在無線信道中傳播會(huì)存在多種傳播機(jī)制，這會(huì)使得接收端的信號(hào)處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，接收信號(hào)的幅度、頻率、相位等均可能處于不斷變化之中。（3）存在多種干擾電磁波在空氣中的傳播處于一個(gè)開放環(huán)境之中，而很多的工業(yè)設(shè)備或民用設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生電磁波，這就對(duì)相同頻率的有用信號(hào)的傳播形成了干擾。此外，由于射頻器件的非線性還會(huì)引入互調(diào)干擾，同一通信系統(tǒng)內(nèi)不同信道間的隔離度不夠還會(huì)引入鄰道干擾。（4）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮幱诓粩?/p>

39、的變化之中無線通信產(chǎn)生的一個(gè)重要原因是可以使用戶自由的移動(dòng)。同一系統(tǒng)中處于不同位置的用戶、以及同一用戶的移動(dòng)行為，都會(huì)使得在同一移動(dòng)通信系統(tǒng)中存在著不同的傳播路徑，并進(jìn)一步會(huì)產(chǎn)生信號(hào)在不同傳播路徑之間的干擾。此外，近年來興起的自組織（ad-hoc）網(wǎng)絡(luò)，更是具有接收機(jī)和發(fā)射機(jī)同時(shí)移動(dòng)的特點(diǎn)，也會(huì)對(duì)無線信道的研究產(chǎn)生新的影響。3.3.2無線信道特性不同頻段的無線電波，其傳播方式和特點(diǎn)是不相同的。對(duì)工作于VHF和UHF頻段的移動(dòng)通信來說，電波傳播的方式主要是空間波，即直射波、折射波、散射波以及它們的合成波 。模擬移動(dòng)通信多采用調(diào)頻傳號(hào)，調(diào)頻方式的捕獲效應(yīng)對(duì)同頻干擾有一定的抑制作用。而衰落現(xiàn)象會(huì)顯著

40、改變調(diào)頻信號(hào)特性，消弱其捕獲效應(yīng)。不同的環(huán)境，其傳播特性也不盡相同。復(fù)雜、惡劣的傳播條件是移動(dòng)信道的特征，這是由在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行無線通信這一方式本身所決定的。對(duì)于移動(dòng)通信來說，惡劣的信道特性是不可回避的問題。要在這樣的傳播條件下保持可以接受的傳輸質(zhì)量，就必須采用各種技術(shù)措施來抵消衰落的不利影響。這就是各種抗衰落技術(shù)，包括分集、擴(kuò)頻跳頻、均衡、交織和糾錯(cuò)編碼等。另外，信號(hào)傳輸方式，如調(diào)制方式，對(duì)信道中的衰落也要有一定的適應(yīng)能力。許多抗衰落實(shí)用技術(shù)已成功地應(yīng)用于模擬無線系統(tǒng)。在數(shù)字移動(dòng)通信中，針對(duì)數(shù)字傳輸?shù)奶攸c(diǎn)又發(fā)展出許多新技術(shù)。各種抗衰落技術(shù)和數(shù)字傳輸技術(shù)的研究對(duì)發(fā)展數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)是十分重要的。3

41、.3.3 三種不同系統(tǒng)的無線信道特性 （1）數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)中的無線信道一般意義下的數(shù)字微波中繼系統(tǒng)主要用于固定站點(diǎn)之間的無線通信，通常使用1GHz以上的頻段，采用視距通信。為了能夠傳輸更遠(yuǎn)的距離，需要微波站建設(shè)在海拔較高的地方，通常在站點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)使微波鏈路滿足自由空間傳播條件，即視線距離地面有足夠的余隙，此時(shí)信號(hào)的衰減近似看作只有由于距離的增加而帶來的信號(hào)能量的擴(kuò)散，信道條件比較穩(wěn)定。（2）短波電離層信道對(duì)于短波電離層信道，電離層隨機(jī)擾動(dòng)和多徑效應(yīng)是最主要的特點(diǎn)。電離層擾動(dòng)本質(zhì)上決定了短波電離層反射通信的特點(diǎn)，即信道不穩(wěn)定，信號(hào)的起伏和衰落較大。多徑效應(yīng)是指無線信號(hào)經(jīng)過多條路徑后被接收端接

42、收。（3）移動(dòng)通信系統(tǒng)中的無線信道GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)工作的頻段有900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段，GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)中的無線傳輸用于基站和移動(dòng)臺(tái)之間的信息收發(fā)，基站發(fā)射的無線信號(hào)可能會(huì)經(jīng)過周圍建筑物的反射被移動(dòng)臺(tái)接收，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些多徑分量之間的相位差要發(fā)生變化，因此總合成的振幅就發(fā)生的起伏，它體現(xiàn)為接收信號(hào)強(qiáng)度的快衰落，也稱為多徑衰落；在移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)過程中，還存在一種相對(duì)較慢的起伏，由于地形地物的沿途變化，某個(gè)較強(qiáng)多徑分量的加入和退出將會(huì)使得接收信號(hào)強(qiáng)度呈現(xiàn)較大的起伏，它體現(xiàn)為接收信號(hào)的慢衰落，這種衰落又稱為陰影衰落。此外移動(dòng)通信系統(tǒng)中還存在多徑時(shí)延擴(kuò)展和多普勒效應(yīng)的影響。信道特性是

43、選擇各種編碼和調(diào)制收發(fā)體制的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)，如在數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中，必須對(duì)抗多徑效應(yīng)和接收信號(hào)的快速衰落所造成的不利影響，這就需要在信源編碼、信道編碼、調(diào)制技術(shù)、多址方式等多個(gè)方面進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。3.3.4研究無線信道的意義在無線信道中，高誤碼率限制了其傳輸性能，采用有線網(wǎng)絡(luò)中使用的檢錯(cuò)重發(fā)技術(shù)由于重發(fā)次數(shù)頻繁，嚴(yán)重降低了傳輸效率。因此通常用前向糾錯(cuò)來降低信道中的高誤碼率，傳統(tǒng)的前向糾錯(cuò)在一定程度上降低了丟包率，但并不能靈活地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的鏈路差異。因此尋找一種能夠根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前鏈路狀況對(duì)數(shù)據(jù)的差錯(cuò)編碼等做出更改的自適應(yīng)前向糾錯(cuò)算法，對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男示哂兄卮笠饬x。4. 糾錯(cuò)檢錯(cuò)的基本原理4

44、.1 差錯(cuò)控制的基本概念4.1.1 差錯(cuò)的特點(diǎn)由于通信線路上總有噪聲存在，噪聲和有用信息中的結(jié)果，就會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。噪聲可分為兩類，一類是熱噪聲，另一類是沖擊噪聲，熱噪聲引起的差錯(cuò)是一種隨機(jī)差錯(cuò)，亦即某個(gè)碼元的出錯(cuò)具有獨(dú)立性，與前后碼元無關(guān)。沖擊噪聲是由短暫原因造成的，例如電機(jī)的啟動(dòng)、停止，電器設(shè)備的放弧等，沖擊噪聲引起的差錯(cuò)是成群的，其差錯(cuò)持續(xù)時(shí)間稱為突發(fā)錯(cuò)的長度。衡量信道傳輸性能的指標(biāo)之一是誤碼率PO，PO=錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)/接收的總碼元數(shù)。目前普通電話線路中，當(dāng)傳輸速率在6002400bit/s時(shí)，PO在之間，對(duì)于大多數(shù)通信系統(tǒng)，PO在之間，而計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸則要求誤碼率低于。4.1.2

45、 差錯(cuò)控制的基本方式差錯(cuò)控制方式基本上分為兩類，一類稱為“反饋糾錯(cuò)”，另一類稱為“前向糾錯(cuò)”。在這兩類基礎(chǔ)上又派生出一種稱為“混合糾錯(cuò)”。(1)反饋糾錯(cuò)這種方式在是發(fā)信端采用某種能發(fā)現(xiàn)一定程度傳輸差錯(cuò)的簡單編碼方法對(duì)所傳信息進(jìn)行編碼，加入少量監(jiān)督碼元，在接收端則根據(jù)編碼規(guī)則收到的編碼信號(hào)進(jìn)行檢查，一量檢測出(發(fā)現(xiàn))有錯(cuò)碼時(shí)，即向發(fā)信端發(fā)出詢問的信號(hào)，要求重發(fā)。發(fā)信端收到詢問信號(hào)時(shí)，立即重發(fā)已發(fā)生傳輸差錯(cuò)的那部分發(fā)信息，直到正確收到為止。所謂發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)是指在若干接收碼元中知道有一個(gè)或一些是錯(cuò)的，但不一定知道錯(cuò)誤的準(zhǔn)確位置。(2)前向糾錯(cuò)這種方式是發(fā)信端采用某種在解碼時(shí)能糾正一定程度傳輸差錯(cuò)的較復(fù)雜

46、的編碼方法，使接收端在收到信碼中不僅能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼，還能夠糾正錯(cuò)碼。采用前向糾錯(cuò)方式時(shí)，不需要反饋信道，也無需反復(fù)重發(fā)而延誤傳輸時(shí)間，對(duì)實(shí)時(shí)傳輸有利，但是糾錯(cuò)設(shè)備比較復(fù)雜。(3)混合糾錯(cuò)混合糾錯(cuò)的方式是：少量糾錯(cuò)在接收端自動(dòng)糾正，差錯(cuò)較嚴(yán)重，超出自行糾正能力時(shí)，就向發(fā)信端發(fā)出詢問信號(hào)，要求重發(fā)。因此，“混合糾錯(cuò)”是“前向糾錯(cuò)”及“反饋糾錯(cuò)”兩種方式的混合。對(duì)于不同類型的信道，應(yīng)采用不同的差錯(cuò)控制技術(shù)，否則就將事倍功半。反饋糾錯(cuò)可用于雙向數(shù)據(jù)通信，前向糾錯(cuò)則用于單向數(shù)字信號(hào)的傳輸，例如廣播數(shù)字電視系統(tǒng)，因?yàn)檫@種系統(tǒng)沒有反饋通道。4.1.3 誤碼控制的基本原理為了能判斷傳送的信息是否有誤，可以在傳送時(shí)

47、增加必要的附加判斷數(shù)據(jù)；如果又能糾正錯(cuò)誤，則需要增加更多的附加判斷數(shù)據(jù)。這些附加數(shù)據(jù)在不發(fā)生誤碼的情況之下是完全多余的，但如果發(fā)生誤碼，即可利用被傳信息數(shù)據(jù)與附加數(shù)據(jù)之間的特定關(guān)系來實(shí)現(xiàn)檢出錯(cuò)誤和糾正錯(cuò)誤，這就是誤碼控制編碼的基本原理。具體地說就是：為了使信源代碼具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力，應(yīng)當(dāng)按一定的規(guī)則在信源編碼的基礎(chǔ)上增加一些冗余碼元(又稱監(jiān)督碼)，使這些冗余碼元與被傳送信息碼元之間建立一定的關(guān)系，發(fā)信端完成這個(gè)任務(wù)的過程就稱為誤碼控制編碼；在收信端，根據(jù)信息碼元與監(jiān)督碼元的特定關(guān)系，實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)或糾錯(cuò)，輸出原信息碼元，完成這個(gè)任務(wù)的過程就稱誤碼控制譯碼(或解碼)。另外，無論檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，都有一定的誤

48、別范圍，如上例中，若開會(huì)時(shí)間錯(cuò)為“16：0018：00”，則無法實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)與糾錯(cuò)，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)間也同樣滿足附加數(shù)據(jù)的約束條件，這就應(yīng)當(dāng)增加更多的附加數(shù)據(jù)(即冗余)。我們已知，信源編碼的中心任務(wù)是消去冗余，實(shí)現(xiàn)碼率壓縮，可是為了檢錯(cuò)與糾錯(cuò)，又不得不增加冗余，這又必然導(dǎo)致碼率增加，傳輸效率降低；顯然這是個(gè)矛盾。我們分析誤碼控制編碼的目的，正是為了尋求較好的編碼方式，能在增加冗余不太多的前提下來實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。再者，經(jīng)過信源編碼，如果傳送信道容量與信源碼率相匹配，而且信道內(nèi)引入的噪聲較小，則誤碼率一般是很低的。例如，當(dāng)信道的信雜比超過20dB時(shí)，二元單極性碼的誤碼率低于，即誤碼率只分之一，故通過信道編碼

49、實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)和糾錯(cuò)是可以做到的。4.1.4 誤碼控制編碼的分類隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，研究開發(fā)了各種誤碼控制編碼方案，各自建立在不同的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，并具有不同的檢錯(cuò)與糾錯(cuò)特性，可以從不同的角度對(duì)誤碼控制編碼進(jìn)行分類。按照誤碼控制的不同功能，可分為檢錯(cuò)碼、糾錯(cuò)碼和糾刪碼等。檢錯(cuò)碼僅具備識(shí)別錯(cuò)碼功能而無糾正錯(cuò)碼功能；糾錯(cuò)碼不僅具備識(shí)別錯(cuò)碼功能，同時(shí)具備糾正錯(cuò)碼功能；糾刪碼則不僅具備識(shí)別錯(cuò)碼和糾正錯(cuò)碼的功能，而且當(dāng)錯(cuò)碼超過糾正范圍時(shí)可把無法糾錯(cuò)的信息刪除。按照誤碼產(chǎn)生的原因不同，可分為糾正隨機(jī)錯(cuò)誤的碼與糾正突發(fā)性錯(cuò)誤的碼。前者主要用于產(chǎn)生獨(dú)立的局部誤碼的信道，而后者主要用于產(chǎn)生大面積的連續(xù)誤碼的情況，

50、例如磁帶數(shù)碼記錄中磁粉脫落而發(fā)生的信息丟失。按照信息碼元與附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗(yàn)關(guān)系可分為線性碼與非線性碼。如果兩者呈線性關(guān)系，即滿足一組線性方程式，就稱為線性碼；否則，兩者關(guān)系不能用線性方程式來描述，就稱為非線性碼。按照信息碼元與監(jiān)督附加碼元之間的約束方式之不同，可以分為分組碼與卷積碼。在分組碼中，編碼后的碼元序列每n位分為一組，其中包括k位信息碼元和r位附加監(jiān)督碼元，即n=k+r，每組的監(jiān)督碼元僅與本組的信息碼元有關(guān)，而與其他組的信息碼元無關(guān)。卷積碼則不同，雖然編碼后碼元序列也劃分為碼組，但每組的監(jiān)督碼元不但與本組的信息碼元有關(guān)，而且與前面碼組的信息碼元也有約束關(guān)系。按照信息碼元在編碼之

51、后是否保持原來的形式不變，又可分為系統(tǒng)碼與非系統(tǒng)碼。在系統(tǒng)碼中，編碼后的信息碼元序列保持原樣不變，而在非系統(tǒng)碼中，信息碼元會(huì)改變其原有的信號(hào)序列。由于原有碼位發(fā)生了變化，使譯碼電路更為復(fù)雜，故較少選用。根據(jù)編碼過程中所選用的數(shù)字函數(shù)式或信息碼元特性的不同，又包括多種編碼方式。對(duì)于某種具體的數(shù)字設(shè)備，為了提高檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力，通常同時(shí)選用幾種誤碼控制編碼方式。以下，以線性分組碼為例，對(duì)幾種簡單的編碼方式進(jìn)行介紹。4.1.5 有關(guān)誤碼控制編碼的基本概念(1)信息碼元與監(jiān)督碼元信息碼元又稱信息序列或信息位，這是發(fā)端由信源編碼后得到的被傳送的信息數(shù)據(jù)比特，通常以k表示。由信息碼元組成的信息組為：M=(m

52、k-1,mk-2m0)在二元碼情況下，每個(gè)信息碼元m的取值只有0或1，故總的信息碼組數(shù)共有個(gè)，即不同信息碼元取值的組合共有組。監(jiān)督碼元又稱監(jiān)督位或附加數(shù)據(jù)比特，這是為了檢糾錯(cuò)碼而在信道編碼時(shí)加入的判斷數(shù)據(jù)位。通常以r表示，即為：n=k+r或r=nk。經(jīng)過分組編碼后的碼又稱為(n,k)碼，即表示總碼長為n位，其中信息碼長(碼元數(shù))為k位，監(jiān)督碼長(碼元數(shù))為r=nk。通常稱其為長為n的碼字(或碼組、碼矢)。(2)許用碼組與禁用碼組信道編碼后的總碼長為n，總的碼組數(shù)應(yīng)為2n，即為2k+r。其中被傳送的信息碼組有2k個(gè)，通常稱為許用碼組；其余的碼組共有個(gè)(2n-2k)，不傳送，稱為禁用碼組。發(fā)端誤碼

53、控制編碼的任務(wù)正是尋求某種規(guī)則從總碼組(2n)中選出許用碼組；而收端譯碼的任務(wù)則是利用相應(yīng)的規(guī)則來判斷及校正收到的碼字符合許用碼組。通常又把信息碼元數(shù)目k與編碼后的總碼元數(shù)目(碼組長度)n之比稱為信道編碼的編碼效率或編碼速率，表示為：R=k/n=k/k+r。這是衡量糾錯(cuò)碼性能的一個(gè)重要指標(biāo)，一般情況下，監(jiān)督位越多(即r越大)，檢糾錯(cuò)能力越強(qiáng)，但相應(yīng)的編碼效率也隨之降低了。(3)碼重與碼距在分組編碼后，每個(gè)碼組中碼元為“1”的數(shù)目稱為碼的重量，簡稱碼重。兩個(gè)碼組對(duì)應(yīng)位置上取值不同(1或0)的位數(shù)，稱為碼組的距離，簡稱碼距，又稱漢明距離，通常用d表示。例如：000與101之間碼距d=2；000與1

54、11之間碼距d=3。對(duì)于(n,k)碼，許用碼組為個(gè)，各碼組之間距離最小值稱為最小碼距，通常用d0表示。碼距又稱漢明距。最小碼距d0的大小與信道編碼的檢糾錯(cuò)能力密切相關(guān)。以下舉例說明分組編碼的最小碼距與檢糾錯(cuò)能力的關(guān)系。設(shè)有兩個(gè)信息A和B，可用1比特表示，即0表示A，1表示B，碼距d0=1。如果直接傳送信息碼，就沒有檢糾錯(cuò)能力，無論由1錯(cuò)為0，或由0錯(cuò)為1，收端都無法判斷其錯(cuò)否，更不能糾正，因?yàn)樗鼈兌际呛戏ǖ男畔⒋a(許用碼)。這可用圖4-1來說明。由圖中看出，A與B之間最小碼距為1，只要發(fā)生一位誤碼就會(huì)變成另一個(gè)許用碼，無法檢糾其錯(cuò)誤。如果對(duì)這兩個(gè)信息A和B經(jīng)過信道編碼，增加1比特監(jiān)督碼元，得到

55、(2，1)碼組，即：n=2、k=1、r=n-k=1，就具有檢錯(cuò)能力，由圖43來說明。由于n=2，故總碼組數(shù)為，以由于k=1，故許用碼組數(shù)，其余為禁用碼組。由圖中看出，許用碼組有兩種選擇方式，即00與11，或01與10，其結(jié)果是相同的，只是信息碼元與監(jiān)督碼元之間的約束規(guī)律不同?，F(xiàn)采用信息碼元重復(fù)一次得到許用碼組的編碼方式，故許用碼組為00表示A，11表示B。這時(shí)A和B都具有1位檢錯(cuò)能力，因?yàn)闊o論A(00)或B(11)如果發(fā)生一位錯(cuò)碼，必將變成01或10，這都是禁用碼組，故收端完全可以按不符合信息碼重復(fù)一次的準(zhǔn)則來判斷為誤碼。但卻不能糾正其錯(cuò)誤，因?yàn)闊o法判斷誤碼(01或10)是A(00)錯(cuò)誤造成還

56、是B(11)錯(cuò)誤造成，即無法判定原信息是A或B，或說A與B形成誤碼(01或10)的可能性(或概率)是相同的。由圖43中又可看出，如果產(chǎn)生二位錯(cuò)碼，即00錯(cuò)為11，或11錯(cuò)為00，結(jié)果將從一個(gè)許用碼組變成另一個(gè)許用碼組，收端就無法判斷其錯(cuò)否。通常用e表示檢錯(cuò)能力(位數(shù))，用t表示糾錯(cuò)能力(位數(shù))。由上述分析可知，當(dāng)d0=2的情況下，碼組的檢錯(cuò)能力e=1，糾錯(cuò)能力t=0。為了提高檢糾錯(cuò)能力，可對(duì)上述二個(gè)信息A和B經(jīng)過信道編碼增加2比特監(jiān)督碼元，得到(3，1)碼組，即n=3、k=1、r=nk=2，總的碼組數(shù)為2n=23=8，由圖4-3來說明其檢糾錯(cuò)能力。信道編碼后，許用碼組之間的最小碼距d0越大，檢糾錯(cuò)的能力就越高。此例中由于k=1,2k=21=2，故只有2個(gè)許用碼組，其余6個(gè)為禁用碼組。由圖中可以看出，滿足最小碼距為最大的條件共有4種選擇方式，即為(000與111)、(001與110)、(010和101)、(011與100