信道編碼技術(shù)課件

1、信道編碼技術(shù)第8章 信道編碼技術(shù)信道編碼技術(shù)信號(hào)源信源編碼信道編碼載波調(diào)制載波解調(diào)信源解碼顯示裝置信道解碼數(shù)字聲音附加數(shù)據(jù)傳輸通道加性噪聲干擾、多徑數(shù)字聲音附加數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成 信道信道編碼技術(shù)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)v通信系統(tǒng)性能指標(biāo)涉及要素通信系統(tǒng)性能指標(biāo)涉及要素有效性：傳輸信息的速度，傳輸一定信息所占有效性：傳輸信息的速度，傳輸一定信息所占資源（帶寬和時(shí)間）；資源（帶寬和時(shí)間）；可靠性：通信傳輸質(zhì)量；可靠性：通信傳輸質(zhì)量；適應(yīng)性：使用的環(huán)境條件；適應(yīng)性：使用的環(huán)境條件；經(jīng)濟(jì)性：系統(tǒng)的成本；經(jīng)濟(jì)性：系統(tǒng)的成本；標(biāo)準(zhǔn)性；標(biāo)準(zhǔn)性；維修性、工藝性、保密性。維修性、工藝性、保

2、密性。v從信息傳輸?shù)慕嵌瓤?，有效性和可靠性是矛盾的從信息傳輸?shù)慕嵌瓤?，有效性和可靠性是矛盾的主要方面。主要方面。信道編碼技術(shù)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)v模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)有效性度量：有效性度量：v系統(tǒng)的頻帶利用率系統(tǒng)的頻帶利用率可靠性指標(biāo)：可靠性指標(biāo)：v接收端最終輸出信噪比接收端最終輸出信噪比v數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)傳輸速率和頻帶利用率傳輸速率和頻帶利用率 傳輸速率可分為碼元傳輸速率和信息傳輸速率傳輸速率可分為碼元傳輸速率和信息傳輸速率兩種。兩種。信道編碼技術(shù)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)n 碼元傳輸速率碼元傳輸速率 (R

3、B) 又叫符號(hào)速率，它表示又叫符號(hào)速率，它表示單位時(shí)間單位時(shí)間( (每秒每秒) )內(nèi)內(nèi)傳輸?shù)拇a元傳輸?shù)拇a元( (符號(hào)符號(hào)) )的數(shù)目。其單位為的數(shù)目。其單位為波特波特，常，常用用B B表示。簡(jiǎn)稱波特率。表示。簡(jiǎn)稱波特率。 碼元速率、數(shù)碼率、傳碼率、波特率、波碼元速率、數(shù)碼率、傳碼率、波特率、波形速率、調(diào)制速率。形速率、調(diào)制速率。例：某數(shù)字通信系統(tǒng)例：某數(shù)字通信系統(tǒng)2s內(nèi)傳送內(nèi)傳送3600個(gè)碼元，個(gè)碼元， 其碼元速率為其碼元速率為1800B。信道編碼技術(shù)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)v碼元寬度或碼元周期碼元寬度或碼元周期TB相鄰兩個(gè)碼元發(fā)送的時(shí)間間隔相鄰兩個(gè)碼元發(fā)送的時(shí)間間隔 TB=1

4、/RBv信息傳輸速率信息傳輸速率(Rb) 又叫信息速率，它表示單位時(shí)間又叫信息速率，它表示單位時(shí)間(每秒每秒)內(nèi)傳送內(nèi)傳送數(shù)據(jù)信息的比特?cái)?shù)。其單位為比特?cái)?shù)據(jù)信息的比特?cái)?shù)。其單位為比特/秒，記為秒，記為bit/s，或或bps。v信息傳輸速率與碼元速率的關(guān)系：信息傳輸速率與碼元速率的關(guān)系： 若采用若采用N進(jìn)制傳輸，則信息速率與碼元速率之進(jìn)制傳輸，則信息速率與碼元速率之間的關(guān)系為間的關(guān)系為: Rb=RBlog2N （b/s）信道編碼技術(shù)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)n 頻帶利用率頻帶利用率 單位頻帶的傳輸速率單位頻帶的傳輸速率B/HzBBR頻帶寬度碼元傳輸速率bit/s/HzbbBR頻帶寬

5、度信息傳輸速率例：某數(shù)字通信系統(tǒng)在例：某數(shù)字通信系統(tǒng)在3s3s內(nèi)輸出內(nèi)輸出36003600個(gè)碼元，個(gè)碼元， 采用采用4 4進(jìn)制傳輸，則信息速率為進(jìn)制傳輸，則信息速率為2400bps.2400bps.信道編碼技術(shù)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)n 誤碼率誤碼率 在傳輸過(guò)程中錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)與傳輸?shù)脑趥鬏斶^(guò)程中錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比?？偞a元數(shù)之比。NnPN傳輸?shù)目偞a數(shù)錯(cuò)誤碼元數(shù)limen 誤信率（誤比特率）誤信率（誤比特率） 在傳輸過(guò)程中錯(cuò)誤接收的比特?cái)?shù)與傳輸?shù)脑趥鬏斶^(guò)程中錯(cuò)誤接收的比特?cái)?shù)與傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)之比?？偙忍?cái)?shù)之比。bbblimbNnPN傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)錯(cuò)誤比特?cái)?shù) 對(duì)于

6、二進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)，對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)，ebPP 信道編碼技術(shù)信道信道v信道的定義：信道的定義： 以傳輸媒介為基礎(chǔ)的信號(hào)通道以傳輸媒介為基礎(chǔ)的信號(hào)通道v狹義信道狹義信道的定義和分類：的定義和分類：僅指信號(hào)傳輸媒介的信道稱為狹義信道；僅指信號(hào)傳輸媒介的信道稱為狹義信道；分類：分類：v無(wú)線信道無(wú)線信道v有線信道有線信道v廣義信道廣義信道 包含有關(guān)的包含有關(guān)的“轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器” ，如天線，調(diào)制器、，如天線，調(diào)制器、解調(diào)器等。解調(diào)器等。信道編碼技術(shù)信道信道v廣義信道的分類廣義信道的分類調(diào)制信道：從調(diào)制器的輸出端到解調(diào)器的輸入端調(diào)制信道：從調(diào)制器的輸出端到解調(diào)器的輸入端編碼信道：從編碼器的輸出端到譯碼

7、器的輸入端編碼信道：從編碼器的輸出端到譯碼器的輸入端狹義信道狹義信道有線或無(wú)線傳輸媒介有線或無(wú)線傳輸媒介調(diào)制信道調(diào)制信道編碼信道編碼信道傳傳輸輸媒媒介介發(fā)發(fā)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器收收轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器譯譯碼碼器器編編碼碼器器調(diào)調(diào)制制器器解解調(diào)調(diào)器器數(shù)字化數(shù)字化信源信源譯碼譯碼輸出輸出信道編碼技術(shù)信道信道1、對(duì)稱電纜（雙絞線）、對(duì)稱電纜（雙絞線）對(duì)稱電纜結(jié)構(gòu)圖對(duì)稱電纜結(jié)構(gòu)圖v有線信道有線信道信道編碼技術(shù)2、同軸電纜、同軸電纜同軸電纜結(jié)構(gòu)圖同軸電纜結(jié)構(gòu)圖信道信道信道編碼技術(shù)信道信道3、光纖、光纖光纖傳輸原理光纖傳輸原理v全反射原理全反射原理多模光纖（多模光纖（MMF）和單模光纖（）和單模光纖（SMF）光源光源vL

8、ED（Light Emitted Dioxide）v激光激光光纖中的色散光纖中的色散v限制了光纖的無(wú)中繼傳輸距離限制了光纖的無(wú)中繼傳輸距離光信號(hào)入光信號(hào)入光信號(hào)出光信號(hào)出光纖外層光纖外層光纖內(nèi)層光纖內(nèi)層信道編碼技術(shù)130015508500.22.5損損 耗耗 (dB/km)波長(zhǎng)波長(zhǎng) (nm)n 光纖損耗譜特性光纖損耗譜特性光纖帶寬：光纖帶寬：1300nm窗口約窗口約100nm，1550nm窗口約窗口約100nm，共共200nm，約，約30THz信道信道信道編碼技術(shù)信道信道v無(wú)線信道無(wú)線信道v電磁波傳播特性電磁波傳播特性影響電磁波傳播的因素影響電磁波傳播的因素v大氣：電離層、雨雪、空氣粒子等大氣

9、：電離層、雨雪、空氣粒子等v地面：良導(dǎo)體、地面彎曲等地面：良導(dǎo)體、地面彎曲等地波傳播地波傳播v電磁波波長(zhǎng)與電離層距離地面的高度相比擬，電磁波波長(zhǎng)與電離層距離地面的高度相比擬，形同波導(dǎo)；形同波導(dǎo)；vELF、VLF、LF、MF主要使用的傳播方式主要使用的傳播方式vELF具有一定的海水穿透能力。具有一定的海水穿透能力。信道編碼技術(shù) 1969年，威斯康辛州建年，威斯康辛州建WTF臺(tái)，十字型天線，各長(zhǎng)臺(tái)，十字型天線，各長(zhǎng)22.5公里，公里，300A； 1981年，密歇根州又建年，密歇根州又建MTF臺(tái)，天線各長(zhǎng)臺(tái)，天線各長(zhǎng)45公里，公里，150A； 1986年，年，WTF/MTF臺(tái)正式投入使用，共指揮臺(tái)正

10、式投入使用，共指揮161艘潛艇。艘潛艇。美國(guó)超長(zhǎng)波對(duì)潛通信系統(tǒng)美國(guó)超長(zhǎng)波對(duì)潛通信系統(tǒng)威斯康辛州威斯康辛州密歇根州密歇根州信道編碼技術(shù)信道信道天波傳播天波傳播v HF使用的主要傳播方式；使用的主要傳播方式；v 主要特點(diǎn)：電離層隨機(jī)擾動(dòng)、多徑效應(yīng)。主要特點(diǎn)：電離層隨機(jī)擾動(dòng)、多徑效應(yīng)。Multi hopsingle hop電離層電離層EarthTransmitterReceiver信道編碼技術(shù)信道信道視距傳播視距傳播v天線高度與傳輸天線高度與傳輸距離之間的關(guān)系距離之間的關(guān)系A(chǔ)BCh1h2R12 d1 d22211()arctanRhRR 111arctan2/2/hRhR 1112dRh R 212

11、123.57()dRhhhhkm 平坦地面條件下，收發(fā)天線高度分別為平坦地面條件下，收發(fā)天線高度分別為50m，則視線距離為，則視線距離為50km。信道編碼技術(shù)信道信道對(duì)流層散射對(duì)流層散射對(duì)流層散射區(qū)EarthTransmitterReceivern 無(wú)線光傳輸無(wú)線光傳輸 紅外光、紅外光、紫外光、激光紫外光、激光信道編碼技術(shù)信道信道v微波中繼信道微波中繼信道信道編碼技術(shù)信道信道v衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道信道編碼技術(shù)信道信道v陸地移動(dòng)信道陸地移動(dòng)信道1 1）傳播衰減：移動(dòng)信道中自由空間傳播損耗）傳播衰減：移動(dòng)信道中自由空間傳播損耗信道編碼技術(shù)信道信道2）反射波與散射波）反射波與散射波 移動(dòng)信道的傳

12、播路徑和平滑表面反射移動(dòng)信道的傳播路徑和平滑表面反射信道編碼技術(shù)信道信道v短波電離層反射信道短波電離層反射信道n短波電離層反射信道是利用地面發(fā)射的無(wú)線電短波電離層反射信道是利用地面發(fā)射的無(wú)線電波在電離層，或電離層與地面之間的一次反射波在電離層，或電離層與地面之間的一次反射或多次反射所形成的信道。或多次反射所形成的信道。n電離層離地面電離層離地面60600km。當(dāng)頻率范圍為。當(dāng)頻率范圍為330MHz（波長(zhǎng)為（波長(zhǎng)為10100m）的短波（或稱為高）的短波（或稱為高頻）無(wú)線電波射入電離層時(shí)，由于折射現(xiàn)象會(huì)頻）無(wú)線電波射入電離層時(shí)，由于折射現(xiàn)象會(huì)使電波發(fā)生反射，返回地面。使電波發(fā)生反射，返回地面。信道

13、編碼技術(shù)信道信道v電離層反射示意圖電離層反射示意圖信道編碼技術(shù)信道信道v多徑形式示意圖多徑形式示意圖信道編碼技術(shù)信道信道v調(diào)制信道的主要特性調(diào)制信道的主要特性絕大部分信道是線性的，即滿足疊加原理；絕大部分信道是線性的，即滿足疊加原理；信號(hào)通過(guò)信道需要經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)；信號(hào)通過(guò)信道需要經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)；信道對(duì)信號(hào)有損耗（固定或時(shí)變損耗）；信道對(duì)信號(hào)有損耗（固定或時(shí)變損耗）；有一對(duì)或多對(duì)輸入端，必然有一對(duì)或多對(duì)輸有一對(duì)或多對(duì)輸入端，必然有一對(duì)或多對(duì)輸出端；出端；即使沒(méi)有信號(hào)輸入，接收端仍有信號(hào)輸出即使沒(méi)有信號(hào)輸入，接收端仍有信號(hào)輸出（噪聲），通常稱為（噪聲），通常稱為加性噪聲加性噪聲或或加性干擾加性干

14、擾。信道編碼技術(shù)信道信道 ( )( )( )oietfetn t n 信道對(duì)信號(hào)的影響：信道對(duì)信號(hào)的影響： 1、乘性干擾、乘性干擾k(t)的影響的影響 2、加性干擾、加性干擾n(t)的影響的影響n 二對(duì)端的調(diào)制信道模型：二對(duì)端的調(diào)制信道模型： ( )( )( )( )oie tk t e tn t把把f( )設(shè)想成一個(gè)信號(hào)與干擾相乘的形式設(shè)想成一個(gè)信號(hào)與干擾相乘的形式信道編碼技術(shù)信道信道v乘性干擾乘性干擾k(t)包含的因素：線性失真、非線性失真、時(shí)間包含的因素：線性失真、非線性失真、時(shí)間延遲以及衰減等；延遲以及衰減等；隨時(shí)間變化的特性；隨時(shí)間變化的特性；調(diào)制信道的分類調(diào)制信道的分類v恒參信道：

15、恒參信道：k(t)不隨時(shí)間變化或變化極為緩不隨時(shí)間變化或變化極為緩慢；有線信道通常可以看成恒參信道。慢；有線信道通?？梢钥闯珊銋⑿诺馈隨參信道：隨參信道：k(t)隨時(shí)間隨時(shí)間t隨機(jī)變化；移動(dòng)無(wú)隨機(jī)變化；移動(dòng)無(wú)線信道為隨參信道。線信道為隨參信道。信道編碼技術(shù)信道信道v信道模型信道模型 （1）加性噪聲恒參信道）加性噪聲恒參信道X+信道( )s t( )n t( )( )( )r ts tn t信道編碼技術(shù)信道信道（2）具有加性噪聲的線性濾波信道）具有加性噪聲的線性濾波信道+信道s(t)n(t)h(t)線性時(shí)不變?yōu)V波器( )( )( )( )r ts th tn t信道編碼技術(shù)信道信道 （3）加性

16、噪聲線性時(shí)變?yōu)V波信道模）加性噪聲線性時(shí)變?yōu)V波信道模型型+信道( )s t( )n t( )( )( ; )( )r ts thtn t( ; )ht線性時(shí)變?yōu)V波器信道編碼技術(shù)信道信道v編碼信道編碼信道包括調(diào)制器、解調(diào)器和傳輸媒介包括調(diào)制器、解調(diào)器和傳輸媒介調(diào)制信道使調(diào)制信號(hào)發(fā)生波形變化調(diào)制信道使調(diào)制信號(hào)發(fā)生波形變化編碼信道對(duì)信號(hào)的影響是數(shù)字序列的變換編碼信道對(duì)信號(hào)的影響是數(shù)字序列的變換v與調(diào)制信道的關(guān)系與調(diào)制信道的關(guān)系解調(diào)發(fā)生的差錯(cuò)解調(diào)發(fā)生的差錯(cuò)v編碼信道模型編碼信道模型采用數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)移概率來(lái)描述采用數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)移概率來(lái)描述信道編碼技術(shù)信道信道0 1 ) 1/0(P) 1/1 (P)0/0(

17、P)0/1 (P 1 01) 1/0() 1/1 ( 1)0/1 ()0/0( )0/1 (),1/0() 1/1 (),0/0()0/1 (),1/0(),1/1 (),0/0(PPPPPPPPPPPP并具有下列關(guān)系：錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率：；正確轉(zhuǎn)移概率：稱為信道轉(zhuǎn)移概率信道編碼技術(shù)信道信道v信道容量信道容量：是指信道中信息能夠無(wú)：是指信道中信息能夠無(wú)差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笏俾省２铄e(cuò)傳輸?shù)淖畲笏俾?。v說(shuō)明說(shuō)明：本節(jié)討論的是：本節(jié)討論的是調(diào)制信道調(diào)制信道（或（或稱波形信道，它是指從發(fā)射機(jī)調(diào)制稱波形信道，它是指從發(fā)射機(jī)調(diào)制器輸出端到接收機(jī)解調(diào)器輸入端之器輸出端到接收機(jī)解調(diào)器輸入端之間的信道）的信道容量。間的信道

18、）的信道容量。信道編碼技術(shù)信道信道v香農(nóng)公式香農(nóng)公式 對(duì)于帶寬有限，平均功率有限的高斯白噪聲對(duì)于帶寬有限，平均功率有限的高斯白噪聲連續(xù)信道，設(shè)信道帶寬為連續(xù)信道，設(shè)信道帶寬為B (Hz)，信道輸出信號(hào)，信道輸出信號(hào)功率為功率為S (W)，輸出加性高斯噪聲功率為，輸出加性高斯噪聲功率為N (W)，則可以證明該信道的信道容量為則可以證明該信道的信道容量為令加性高斯噪聲的單邊功率譜密度為令加性高斯噪聲的單邊功率譜密度為 ，則，則)b/s()1(log2NSBC0nBnN020log (1) (b/s)SCBn B 信道編碼技術(shù)信道信道v例：已知黑白電視圖像信號(hào)每幀有例：已知黑白電視圖像信號(hào)每幀有30

19、30萬(wàn)個(gè)像素，萬(wàn)個(gè)像素，每個(gè)像素有每個(gè)像素有8 8個(gè)亮度電平，各電平獨(dú)立等概出現(xiàn)，個(gè)亮度電平，各電平獨(dú)立等概出現(xiàn)，圖像每秒發(fā)送圖像每秒發(fā)送2525幀，若要求接收?qǐng)D像信噪比達(dá)到幀，若要求接收?qǐng)D像信噪比達(dá)到30dB，求所需最小帶寬。，求所需最小帶寬。v解：首先計(jì)算每個(gè)像素的信息量：解：首先計(jì)算每個(gè)像素的信息量： 每幀圖像的信息量為每幀圖像的信息量為 每秒傳輸每秒傳輸25幀所需傳輸速率幀所需傳輸速率2log (1/8)3 (b/pixel)pI Fp300000900000 (b/Frame)II7b900000252.2510(b/s)R 信道編碼技術(shù)信道信道 信道容量必須不小于所要求的信息傳輸速

20、率。信道容量必須不小于所要求的信息傳輸速率。代入信道容量公式得到代入信道容量公式得到 得到所需最小帶寬得到所需最小帶寬722.2510log (11000)9.97BB6(22.510 )/9.972.26 (MHz)B 信道編碼技術(shù) (1)增加盡可能少的數(shù)據(jù)率而可獲得較強(qiáng)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力，即編碼效率高，抗干擾能力強(qiáng) (2)對(duì)數(shù)字信號(hào)有良好的透明性，也即傳輸通道對(duì)于傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)內(nèi)容沒(méi)有任何限制 (3)傳輸信號(hào)的頻譜特性與傳輸信道的通頻帶有最佳的匹配性；8.1 信道編碼概述信道編碼技術(shù) (4)編碼信號(hào)內(nèi)包含有正確的數(shù)據(jù)定時(shí)信息和幀同步信息，以便接收端準(zhǔn)確地解碼； (5)編碼的數(shù)字信號(hào)具有適當(dāng)?shù)?/p>

21、電平范圍； (6)發(fā)生誤碼時(shí)，誤碼的擴(kuò)散蔓延小。8.1 信道編碼概述信道編碼技術(shù)其中，最主要的可概括為兩點(diǎn)：其一，附加一些數(shù)據(jù)信息以實(shí)現(xiàn)最大的檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力，這就涉及到差錯(cuò)控制編碼原理和特性。其二，數(shù)據(jù)流的頻譜特性適應(yīng)傳輸通道的通頻帶特性，以求信號(hào)能量經(jīng)由通道傳輸時(shí)損失最小，因此有利于載波噪聲比(載噪比，C/N)高，發(fā)生誤碼的可能性小。8.1 信道編碼概述信道編碼技術(shù)8.1 信道編碼概述信道編碼技術(shù) 隨機(jī)信道是指數(shù)據(jù)流在其中傳輸時(shí)會(huì)受到隨機(jī)噪聲的干擾，使高低電平的碼元在信道輸出端產(chǎn)生電平失真，導(dǎo)致接收端解碼時(shí)發(fā)生碼元值的誤判決，形成誤碼。(1) 隨機(jī)信道信道模型信道編碼技術(shù) 傳輸通道中常有一些瞬

22、間出現(xiàn)的短脈沖干擾，它們引起的不是單個(gè)碼元誤碼，而往往是一串碼元內(nèi)存在大量誤碼，前后碼元的誤碼之間表現(xiàn)為有一定的相關(guān)性。(2) 突發(fā)信道信道模型信道編碼技術(shù) 實(shí)際的傳輸通道通常不是單純的隨機(jī)信道或突發(fā)信道，而是二者兼有，或者以某個(gè)信道屬性為主。(3) 混合信道信道模型信道編碼技術(shù) ARQ 方式是：發(fā)送端發(fā)出能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的碼(檢錯(cuò)碼)，接收端譯碼器收到后，判斷在傳輸中有無(wú)錯(cuò)誤產(chǎn)生，并通過(guò)反饋信道把檢測(cè)結(jié)果告訴發(fā)送端。發(fā)送端把接收端認(rèn)為有錯(cuò)的消息再次傳送，直到接收端認(rèn)為正確接收為止。 應(yīng)用ARQ方式必須有一條從收端至發(fā)端的反饋信道。(1) 反饋重發(fā)(ARQ，自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求)方式差錯(cuò)控制編碼方式信道編

23、碼技術(shù) FEC 方式是發(fā)送端發(fā)送有糾錯(cuò)能力的碼（糾錯(cuò)碼），接收端收到這些碼后，通過(guò)糾錯(cuò)譯碼器自動(dòng)地糾正傳輸中的錯(cuò)誤。 優(yōu)點(diǎn)是不需要反饋信道；能進(jìn)行一個(gè)用戶對(duì)多個(gè)用戶的同時(shí)通信，特別適合于移動(dòng)通信；譯碼實(shí)時(shí)性較好，控制電路也比較簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)是譯碼設(shè)備較復(fù)雜；編碼效率較低。(2) 前向糾錯(cuò)(FEC)方式差錯(cuò)控制編碼方式信道編碼技術(shù) HEC 方式是上述兩種方式的結(jié)合。發(fā)端發(fā)送的碼既能檢錯(cuò)、又有一定的糾錯(cuò)能力。收端譯碼時(shí)若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤個(gè)數(shù)在碼的糾錯(cuò)能力以內(nèi)，則自動(dòng)進(jìn)行糾錯(cuò)；若錯(cuò)誤個(gè)數(shù)超過(guò)了碼的糾錯(cuò)能力，但能檢測(cè)出來(lái)，則通過(guò)反饋信道告知發(fā)方重發(fā)。這種方式在一定程度上避免了FEC方式譯碼設(shè)備復(fù)雜和ARQ方式信

24、息連貫性差的缺點(diǎn)。(3) 混合糾錯(cuò)(HEC)方式差錯(cuò)控制編碼方式差錯(cuò)控制編碼方式信道編碼技術(shù)糾糾錯(cuò)錯(cuò)碼碼隨隨機(jī)機(jī)誤誤碼碼糾糾錯(cuò)錯(cuò)碼碼突突發(fā)發(fā)誤誤碼碼糾糾錯(cuò)錯(cuò)碼碼分分組組碼碼卷卷積積碼碼分分組組碼碼交交織織碼碼線性碼線性碼非線性碼非線性碼系統(tǒng)卷積碼系統(tǒng)卷積碼非系統(tǒng)卷積碼非系統(tǒng)卷積碼比特交織碼比特交織碼字節(jié)交織碼字節(jié)交織碼循環(huán)碼循環(huán)碼非循環(huán)碼非循環(huán)碼BCHBCH碼碼RSRS碼碼奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)碼漢明碼漢明碼糾錯(cuò)碼分類糾錯(cuò)碼分類信道編碼技術(shù)糾錯(cuò)碼分類糾錯(cuò)碼分類信道編碼技術(shù)糾錯(cuò)碼分類糾錯(cuò)碼分類信道編碼技術(shù)信道編碼的基本原理v香農(nóng)的信道編碼定理指出：對(duì)于一個(gè)給定的有擾信道，如果信道容量為C，只要發(fā)送端

25、以低于C的信息速率R發(fā)送信息，則一定存在一種編碼方法，使譯碼差錯(cuò)概率隨著碼長(zhǎng)的增加，按指數(shù)規(guī)律下降到任意小的值。這就是說(shuō)，通過(guò)信道編碼可以使通信過(guò)程不發(fā)生差錯(cuò)，或者使差錯(cuò)控制在允許的數(shù)值之下。信道編碼技術(shù)信道編碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力信道編碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力v信道編碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力是通過(guò)信息量的冗余度來(lái)?yè)Q取的。為了便于理解，先通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明。例如，要傳送A和B兩個(gè)消息，可以用一個(gè)二進(jìn)制碼元來(lái)表示一個(gè)消息，比如“0” 碼代表A， “1”碼表示B。在這種情況下，若傳輸中產(chǎn)生錯(cuò)碼，即“0”錯(cuò)成“1”，或“1”錯(cuò)成“0”，接收端將無(wú)法檢測(cè)到差錯(cuò)，因此，這種編碼沒(méi)有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。 信道編碼技術(shù)v

26、如果用兩個(gè)二進(jìn)制碼元來(lái)表示一個(gè)消息，有4種可能的碼字，即“00”、 “01”、“10”和“11”。比如規(guī)定“00”表示消息A， “11”表示消息B。碼字“01”或“10”不允許使用，稱為禁用碼字，對(duì)應(yīng)地，用來(lái)表示消息的碼字稱為許用碼字。如果在傳輸消息的過(guò)程中發(fā)生一位錯(cuò)碼，則變成禁用碼字“01”或“10”，譯碼器就可判決為有錯(cuò)。這表明在信息碼元后面附加一位監(jiān)督碼元以后，當(dāng)只發(fā)生一位錯(cuò)碼時(shí)，碼字具有檢錯(cuò)能力。但由于不能判決是哪一位發(fā)生了錯(cuò)碼，所以沒(méi)有糾錯(cuò)能力。信道編碼技術(shù)信道編碼技術(shù)編碼中的幾個(gè)定義 信道編碼技術(shù)信道編碼技術(shù) 糾錯(cuò)碼按照檢錯(cuò)糾錯(cuò)功能的不同分類，可分為檢錯(cuò)碼、糾錯(cuò)碼和糾刪碼三種。 糾

27、錯(cuò)碼按照誤碼產(chǎn)生原因的不同，可分為糾隨機(jī)誤碼的糾錯(cuò)碼和糾突發(fā)誤碼的糾錯(cuò)碼兩種。前者應(yīng)用于主要產(chǎn)生獨(dú)立性隨機(jī)誤碼的信道，后者應(yīng)用于易產(chǎn)生突發(fā)性局部誤碼的信道。糾錯(cuò)碼分類糾錯(cuò)碼分類信道編碼技術(shù)1.奇偶校驗(yàn)碼9.低密度校驗(yàn)碼(LDPC)8.Turbo碼7.分組交織和卷積交織2.線性分組碼3.循環(huán)碼4.BCH碼5.RS碼6.卷積碼和維特比(Viterbi)譯碼信道編碼技術(shù)種類信道編碼技術(shù)編碼定理v香農(nóng)第二定理闡述了當(dāng)信息傳輸率小于信道容量時(shí)，通過(guò)增加碼長(zhǎng)可以降低平均錯(cuò)誤概率，并且根據(jù)隨機(jī)編碼思想對(duì)定理進(jìn)行了證明，但是并沒(méi)有給出構(gòu)造好碼的具體方法，而隨機(jī)編碼面臨編碼和譯碼的困難。信道編碼技術(shù)主要編碼技術(shù)

28、v線性分組碼：概念比較簡(jiǎn)單，但十分重要，特別是有關(guān)生成矩陣和校驗(yàn)矩陣的表示和相互之間的關(guān)系，以及校驗(yàn)矩陣與糾錯(cuò)能力之間的關(guān)系尤其重要。v卷積碼，卷積碼的碼字之間具有相關(guān)性，可以利用這種相關(guān)性進(jìn)行譯碼，從而取得好的效果。 信道編碼技術(shù)線性分組碼 信道編碼技術(shù)(n，k）線性分組碼為系統(tǒng)碼的結(jié)構(gòu)信道編碼技術(shù)線性分組碼的編碼線性分組碼的編碼v在介紹線性分組碼的原理之前，首先我們來(lái)看一種簡(jiǎn)單而又常用的線性分組碼奇偶監(jiān)督碼（也稱為奇偶校驗(yàn)碼），分為奇數(shù)監(jiān)督碼和偶數(shù)監(jiān)督碼。無(wú)論信息碼元有多少，監(jiān)督碼元只有一位。在偶數(shù)監(jiān)督碼中，監(jiān)督碼元的加入使得每個(gè)碼字中“1”的數(shù)目為偶數(shù)；在奇數(shù)監(jiān)督碼中，監(jiān)督碼元的加入使得

29、每個(gè)碼字中“1”的數(shù)目為奇數(shù)。 信道編碼技術(shù)信道編碼技術(shù)信道編碼技術(shù) 線性分組碼線性分組碼 v將需要傳輸?shù)男畔⒎指顬榈乳L(zhǎng)的信息組，然后將每組中的信息映射為長(zhǎng)度固定碼字； v碼字是由長(zhǎng)度固定的矢量集合構(gòu)成；v組與組之間獨(dú)立編碼； 信息組1信息組2信息組n碼字1碼字2碼字n信道編碼技術(shù)v二元碼：二元碼：碼字的元素取自于具有q個(gè)符號(hào)的符 號(hào)集，當(dāng)符號(hào)集只有兩個(gè)元素0，1時(shí)， 稱為二元碼，每個(gè)碼字的元素稱為比特 ；v非二元碼：碼字元素取值于q（q2）個(gè)元素 的符號(hào)集； 線性分組碼線性分組碼 信道編碼技術(shù)（n,k）碼 ：從 種可能碼字選擇 種作為編碼使用的碼字；碼率 : R=k/n;碼字的重量:碼字所包

30、含的非0元素的個(gè)數(shù)u每個(gè)碼字都有自己的重量，一個(gè)碼字的所有重量集合構(gòu)成該碼的重量分布。u當(dāng)所有M個(gè)碼字具有相同重量時(shí)，該碼稱為等重量碼。 2n2k線性分組碼線性分組碼信道編碼技術(shù)舉例v比如對(duì)于（比如對(duì)于（7，4）碼，）碼，R4/7;v對(duì)于其中的一個(gè)碼字（對(duì)于其中的一個(gè)碼字（1101011），其重量為），其重量為5；v假設(shè)碼字為假設(shè)碼字為v（0 0 0 0 0 0 0 ），（），（0 0 0 1 1 0 1 ），），v（0 0 1 1 0 1 0 ），（），（0 0 1 0 1 1 1 ），），v（0 1 1 0 1 0 0 ），（），（0 1 1 1 0 0 1 ），），v（0 1 0 1 1

31、 1 0 ），（），（0 1 0 0 1 1 1 ），），v（1 1 0 1 0 0 0 ），（），（1 1 0 0 1 0 1 ），），v（1 1 1 0 0 1 0 ），（），（1 1 1 1 1 1 1 ），），v（1 0 1 1 1 0 0 ），（），（1 0 1 0 0 0 1 ），），v（1 0 0 0 1 1 0 ） ， （1 0 0 1 0 1 1）v重量分布為（重量分布為（0，3，3，4，3，4，4，4，3，4，4，7，4，3，3，4，），）8.1 線性分組碼線性分組碼信道編碼技術(shù)有限域的運(yùn)算v加法規(guī)則：v1.加法運(yùn)算是閉的，v2.加法運(yùn)算滿足結(jié)合律v3.加法運(yùn)算滿足交換律v4.集合F包含一個(gè)稱為0的元素，滿足v5. 每個(gè)元素都有一個(gè)負(fù)元素，如果b是一個(gè)元素，其負(fù)元素記作b，兩個(gè)元素減法運(yùn)算定義為, a bFabF , ,()()a b cFab ca bc abba0aa()ab 8.1 線性分組碼線性分組碼信道編碼技術(shù)乘法乘法 乘法運(yùn)算是閉的； 乘法運(yùn)算滿足結(jié)合律 乘法運(yùn)算滿足交換律 乘法對(duì)加法運(yùn)算滿足分配律 集合中的每個(gè)元素都有一個(gè)單位元素1，滿足 除0