惠州學(xué)院彭文娟老師通信原理課件第10章信道編碼差錯(cuò)控制

1、第十章第十章 信道編碼和差錯(cuò)控制信道編碼和差錯(cuò)控制1通信原理課程組主講人：彭文娟2022-3-18232022-3-184l發(fā)送端發(fā)送端l接收端接收端l干擾干擾6l信道編碼是為了提高通信可靠性而發(fā)展起來的信道編碼是為了提高通信可靠性而發(fā)展起來的一種差錯(cuò)控制技術(shù)。一種差錯(cuò)控制技術(shù)。l通過對信息碼元序列作某種變換通過對信息碼元序列作某種變換, ,即即增加增加一定數(shù)量一定數(shù)量的多余碼元，使原來彼此相互獨(dú)立、沒有關(guān)聯(lián)的的多余碼元，使原來彼此相互獨(dú)立、沒有關(guān)聯(lián)的信息碼元信息碼元, ,經(jīng)過變換后經(jīng)過變換后, ,產(chǎn)生某種規(guī)律性或相關(guān)性產(chǎn)生某種規(guī)律性或相關(guān)性, ,從而在接收端可根據(jù)這種規(guī)律性來檢查、糾正傳從而

2、在接收端可根據(jù)這種規(guī)律性來檢查、糾正傳輸序列中的差錯(cuò)。輸序列中的差錯(cuò)。l編碼的實(shí)質(zhì)編碼的實(shí)質(zhì)利用冗余降低差錯(cuò)概率。利用冗余降低差錯(cuò)概率。10.1 信道編碼基本概念信道編碼基本概念7l啟示啟示l需要增加冗余碼元（需要增加冗余碼元（8，7） l監(jiān)督碼元與信息碼元建立了一組關(guān)系監(jiān)督碼元與信息碼元建立了一組關(guān)系 l接收端利用這組關(guān)系檢查和糾正錯(cuò)誤接收端利用這組關(guān)系檢查和糾正錯(cuò)誤 2022-3-188l信息序列：信息序列：mi=mi1 , mi2 , mikl編碼后的發(fā)送序列：編碼后的發(fā)送序列：Ci=Ci1 , Ci2 , , Cinl受到干擾后的接收序列：受到干擾后的接收序列：ri=ri1 , ri2

3、 , rinl信息序列：信息序列：mi=mi1 , mi2 , , mikl編碼編碼l譯碼譯碼l發(fā)發(fā)l送送l端端l接接l收收l端端l 信道（干擾）信道（干擾）2022-3-18l三點(diǎn)說明：三點(diǎn)說明：l1.1.不可無限的增加冗余碼不可無限的增加冗余碼l2.2.盡可能的重現(xiàn)盡可能的重現(xiàn)m m，即，即 使使m m盡量接近盡量接近m ml3.3.編譯碼算法易實(shí)現(xiàn)，設(shè)備費(fèi)用盡量低編譯碼算法易實(shí)現(xiàn)，設(shè)備費(fèi)用盡量低l研究各種編碼和譯碼方法是信道編碼所要解決研究各種編碼和譯碼方法是信道編碼所要解決的問題。的問題。l噪聲干擾噪聲干擾2022-3-18102022-3-181110.1.2 錯(cuò)誤類型與信道模型錯(cuò)誤

4、類型與信道模型2022-3-181210.1.2 錯(cuò)誤類型與信道模型錯(cuò)誤類型與信道模型13差錯(cuò)控制：包括信道編碼在內(nèi)的一切糾正錯(cuò)誤差錯(cuò)控制：包括信道編碼在內(nèi)的一切糾正錯(cuò)誤手段。手段。三種差錯(cuò)控制技術(shù)：三種差錯(cuò)控制技術(shù)：l檢錯(cuò)重發(fā)檢錯(cuò)重發(fā)l前向糾錯(cuò)前向糾錯(cuò)(FEC)l檢錯(cuò)刪除檢錯(cuò)刪除10.1.3 差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制方式差錯(cuò)控制方式 發(fā)發(fā)可以糾正錯(cuò)誤的碼(a) 前向糾錯(cuò)(FEC)收收發(fā)能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的碼應(yīng)答信號(b) 檢錯(cuò)重發(fā)(ARQ)收可以發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤的碼應(yīng)答信號(c) 混合糾錯(cuò)檢錯(cuò)(HEC)15優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1.1.譯碼設(shè)備簡單譯碼設(shè)備簡單2.2.糾錯(cuò)能力強(qiáng)糾錯(cuò)能力強(qiáng)3.3.對信道的適應(yīng)性

5、強(qiáng)對信道的適應(yīng)性強(qiáng)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1.1.需反饋信道需反饋信道2.2.控制電路復(fù)雜控制電路復(fù)雜3.3.傳送信息的實(shí)時(shí)性、傳送信息的實(shí)時(shí)性、連貫性差連貫性差17181910.2 糾錯(cuò)編碼的基本原理糾錯(cuò)編碼的基本原理20先將信息序列分組先將信息序列分組,不同的是編解碼運(yùn)算不僅與本組信不同的是編解碼運(yùn)算不僅與本組信息有關(guān)息有關(guān),而且還與而且還與前面若干組有關(guān)前面若干組有關(guān)。kkrnrr(7,4)分組碼分組碼1001110B，其中信息碼為，其中信息碼為1001B，監(jiān)督碼為，監(jiān)督碼為110B。21222324BsssbRnPTnPnTPnE0000)/1 (25)(/00dBnEnEGcbubdB26k個(gè)信

6、息位r個(gè)監(jiān)督位an-1an-2.arar-1an-2.a0t碼長 n = k + r分組碼的結(jié)構(gòu)2728(0,0,0)l(0,0,1)l(1,0,1)l(1,0,0)l(1,1,0)l(0,1,0)l(0,1,1)l(1,1,1)a2a0a12910 ed30120 td31)(10teted33340021aaann1021aaannl例：有一組信息碼例：有一組信息碼1001001B，現(xiàn)要進(jìn)行一維，現(xiàn)要進(jìn)行一維偶監(jiān)督編碼，監(jiān)督位放信息碼后面，請問編碼偶監(jiān)督編碼，監(jiān)督位放信息碼后面，請問編碼后的碼組是什么？后的碼組是什么？l10010011Bl奇監(jiān)督編碼？奇監(jiān)督編碼？l10010010B( ,

7、 )(1)jjnjnP j nC pp!()!jnnCjnj/22221(1)njjnjunjPCpp(1)/22221(1)njjnjunjPCpp1/22221(1)njjnjunjPCpp1223 22213312238(1)(1)3(1)333 10jjjujPCppC pppppp38 行列監(jiān)督碼行列監(jiān)督碼 ：又稱水平垂直一致監(jiān)督碼或二維又稱水平垂直一致監(jiān)督碼或二維奇偶監(jiān)督碼，有時(shí)還被稱為矩陣碼。奇偶監(jiān)督碼，有時(shí)還被稱為矩陣碼。實(shí)施奇偶監(jiān)督：水平實(shí)施奇偶監(jiān)督：水平( (行行) )方向的碼元垂直方向的碼元垂直( (列列) )方方向的碼元：向的碼元：1 1 0 0 1 0 1 0 0 0

8、0 1 0 0 0 0 1 1 0 10 1 1 1 1 0 0 0 0 11 0 0 1 1 1 0 0 0 01 0 1 0 1 0 1 0 1 0001011 1 0 0 0 1 1 1 1 00適于檢測突發(fā)錯(cuò)碼，不僅可用來檢錯(cuò)，還可用來適于檢測突發(fā)錯(cuò)碼，不僅可用來檢錯(cuò)，還可用來糾正一些錯(cuò)碼（糾正一些錯(cuò)碼（一行中有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤一行中有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤）。）。39一、線性分組碼的定義1212,(2)0,1();ijijCC CCCCCGF若則其中、二元域400021aaann021aaaSnn021aaaSnnl注意：注意：奇監(jiān)督碼不是線性碼奇監(jiān)督碼不是線性碼(100+001=101)41021a

9、aaSnn421212rknrr或431212rknrr或4424561aaaaS13562aaaaS03463aaaaS45000034613562456aaaaaaaaaaaa346035614562aaaaaaaaaaaa4624561aaaaS13562aaaaS03463aaaaS4710 ed120 td1212rrrnk48000034613562456aaaaaaaaaaaa010011010010101100010111012345601234560123456aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa4901001101001010110001011101234560123

10、4560123456aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa0001011001110101011101000123456aaaaaaa50101100111010101110100HrPIH001101101011011001110513456012101111011110aaaaaaa346035614562aaaaaaaaaaaaQ34563456012011101110111aaaaaaaaaaa520110001101001011001001111000QGkI IG34560123456aaaaaaaaaaaA53,()0uGG uGGuG設(shè)：uu 則uuuG G的各行線性無關(guān)的

11、各行線性無關(guān)110110112211012(,.,)0,.,00,.0,.,kkkkkkkVvv vuuvv vVGvgvgv gv gg gg令不全為則線性無關(guān)1011000111010011000100110001H110101111110011110111101) 1TPQP001110101001111001110|QIGk1101001110)2GA,0ijijijA AAAAAAA任意兩個(gè)非全零碼字A55560121aaaaAnn0121bbbbBnn0121eeeeEnniiiiiababe當(dāng)當(dāng), 1, 057585960111010011010101011001H設(shè)漢明線性分組

12、碼設(shè)漢明線性分組碼(7,4)(7,4)(1001101)B 001TTsBHeH則伴隨式的所對應(yīng)的可糾正錯(cuò)誤圖樣為：譯碼器接收到的碼組是：譯碼器接收到的碼組是：(0000001)e(1001100)cye得到的譯碼結(jié)果：6162012211)(axaxaxaxTnnnn11010011)(25623456xxxxxxxxxxT63npnpQnm,64)()()()(xRxQxNxF）（模)()()(xNxRxF）（模) 1(133xx）（模) 1(113224xxxxx65）（模) 1()()(nixxTxTx012211)(axaxaxaxTnnnn)()(1102211011112211x

13、TaxaxaxaxaxaxaxaxaxaxTxininininniniinininninni1)(256xxxxT）（模) 1()(723535893xxxxxxxxxxTx66G34560123456aaaaaaaaaaaA0110001101001011001001111000QGkI I6768)()()()()(21xgxxgxgxxgxxkkG69)()()()(2xgxxgxgxxG001011101011101011100)(xG)()()()()()()()()()(452645262456456xgaxaxaxgaxxgaxgxaxgxxgxgxaaaxaaaxTG70）（模

14、) 1()()(nixxTxTx1)()(1)(nnkxxTxQxxTx)() 1()(xTxxTxnk71)() 1()(xTxxTxnk)()(1xhxxgxkn) 1)(1)(1(13237xxxxxx1) 1)(1(2423xxxxxx1) 1)(1(2343xxxxxx72)()()()()(xgxrxQxgxmxkn11) 1(1)()(24222456xxxxxxxxxxxxgxmxkn1011110111110111110000073)(/)()()(/)(xgxrxQxgxR747576772PSK漢明碼漢明碼(7, 4) t=1 漢明碼漢明碼(31, 26) t=1擴(kuò)展戈萊

15、碼擴(kuò)展戈萊碼(24, 12) t=3BCH碼碼(127, 64) t=10Eb / n0 (dB)Pe787980編碼輸出編碼輸出每次輸入每次輸入k比特比特1k1k1k1k 1 k2k3kNk 12nNk級級移存器移存器n個(gè)模個(gè)模2加法器加法器每輸入每輸入k比特比特旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)1周周81123b3b1輸入輸入b2編碼輸出編碼輸出c2c1c3321331211bbbcbbcbc82000111001110011100010101000111001110011100010101c1c2c3000100111011001101110010c1c2c3111000001110c1c2c3信息位信息位 1

16、1 0 1ba起點(diǎn)起點(diǎn)信息位信息位000111c1c2c3abcdabcdabcdabcd上上半半部部下下半半部部10a狀態(tài)狀態(tài) b3b2 a 0 0 b 0 1 c 1 0 d 1 1abcdabcdcdab01100183321331211bbbcbbcbc123b3b1輸入輸入b2編碼輸出編碼輸出c2c1c3abcd00011110111001001110000184110110110110011011011010010010101101101001001001001abcdabcd000000000000000111111111111111100100100abcd0001111011

17、10010011100001abcdabcd1100100011111008586110110110110011011011010010010101101101001001001001abcdabcd000000000000000111111111111111100100100878889abcd011010010101001abcd11110010011011090110011010010101101001001abcdabcd000 111100100000 01101100110191110011010010101101001001abcdabcd000 111100100000 011011001110011010010101101001001abcdabcd000 111100100000 0110110011019293內(nèi)編內(nèi)編碼器碼器(n, k)調(diào)調(diào)制制器器信信道道解解制制器器內(nèi)解內(nèi)解碼器碼器(n, k)外解外解碼器碼器(N, K)外編外編碼器碼器(N, K)輸輸入入輸輸出出94RSCC交織器交織器RSCCbibic1ic2iDDbibici95a11a12a1ma21a22a2man1an2anm96xxx1234xxx1234x x x 1 xxx1xxx x x x (a) 第第14比特輸入時(shí)的狀態(tài)比特輸入時(shí)的狀態(tài)xx2567834x56