第17讲——-线性分组码编码与译码ppt课件.ppt
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1、我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物0000010100111001011101110000001001100101101100100011011011011111消息消息码字码字码码 许用码字许用码字 禁用码字禁用码字 编码效率编码效率汉明重量汉明重量 汉明距离汉明距离 最小汉明距离最小汉明距离纠检错能力纠检错能力群群 子群子群 分元陪集分元陪集0001 101100000010011001011011消息消息码字码字5V35V25V基本概念基本概念我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什
2、么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物0000001001100101101100100011011011011111000010100010011110100010101100101111111000010010111000011001001100111110100111010001101010100011100000111011101010111100分元陪集划分分元陪集划分我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物00000101001110
3、01011101110000001001100101101100100011011011011111消息消息码字码字码码 许用码字许用码字 禁用码字禁用码字 编码效率编码效率汉明重量汉明重量 汉明距离汉明距离 最小汉明距离最小汉明距离纠检错能力纠检错能力群群 子群子群 分元陪集分元陪集域域GF(2)上的矢量空间上的矢量空间 子空间子空间矢量张成的子空间矢量张成的子空间 基底基底 维数维数零化空间零化空间矩阵行空间矩阵行空间0001 101100000010011001011011消息消息码字码字5V35V25VGF(2)5V35V25V010010010010110基本概念基本概念我吓了一跳,
4、蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物线性分组码线性分组码长度为长度为n,有,有2k个码字的码组,当且仅当这个码字的码组,当且仅当这2k个码字是个码字是GF(2)上上n维矢量空间的一个维矢量空间的一个k维子空间时,称为维子空间时,称为(n,k)线性分组码,简称线性分组码,简称(n,k)码。码。由于由于k维子空间是在模维子空间是在模2加法下运算的,构成了一个加法加法下运算的,构成了一个加法交换群,所以线性分组码也称为交换群,所以线性分组码也称为群码群码。码率码率R=k/n, 就是传输效率。就是传输效率。最小汉明
5、距离最小汉明距离dmin等于非零码字的最小重量。等于非零码字的最小重量。系统码系统码n-k kk n-k码字信息位与输入信息序列相同,并且与校验位分开码字信息位与输入信息序列相同,并且与校验位分开我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物生成矩阵生成矩阵线性分组码是线性分组码是GF(2)上上n维空间中的一个维空间中的一个k维子空间,因维子空间,因此它可以由此它可以由k个线性无关个线性无关n维矢量维矢量 完全确定。完全确定。由于这组矢量的所有线性组合给出了码由于这组矢量的所有线性组合给出了码C中的任一个
6、码中的任一个码字字 ,称,称生成码生成码C。110,kgggC中任何一组基底所构成的矩阵中任何一组基底所构成的矩阵G称作码称作码C的的生成矩阵生成矩阵1, 11, 11, 11, 11 , 10, 11, 01 , 00, 0110nknknknnknkggggggggggggG我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物生成矩阵生成矩阵对于任何一个给定的信息序列对于任何一个给定的信息序列 ,可指定,可指定),(110kmmmmGmc110110),(kkmmmggg作为相应的码字。作为相应的码字。G矩
7、阵的每一行都是一个码字矢量,分别对应信息位为矩阵的每一行都是一个码字矢量,分别对应信息位为(100),(0100)(0001)时的码字。时的码字。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物生成矩阵生成矩阵(n,k)分组码实际上就是这分组码实际上就是这k个线性无关的码字矢量张成个线性无关的码字矢量张成的的k维子空间,这维子空间,这k个矢量组成的矩阵就是生成矩阵。个矢量组成的矩阵就是生成矩阵。确定确定(n,k)码的生成矩阵的问题实际上就是确定码的生成矩阵的问题实际上就是确定n重矢重矢量空间中量空间中k维子
8、空间的维子空间的k个线性无关的码字矢量的问题,个线性无关的码字矢量的问题,也就是寻找基底的问题。也就是寻找基底的问题。(n,k)码的码的n重矢量空间中可以有多个重矢量空间中可以有多个k维子空间,产生维子空间,产生不同的码组,即有不同的基底。不同的码组,即有不同的基底。(n,k)码的码的n-重矢量空间中的一个重矢量空间中的一个k维子空间的基底可以维子空间的基底可以有多个,因此可以有不同的生成矩阵有多个,因此可以有不同的生成矩阵G,但都产生相,但都产生相同的码组。同的码组。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一
9、个活的生物基底的线性组合等效于基底的线性组合等效于G的行初等变换,可以产生一组的行初等变换,可以产生一组新的基底。利用这一点,可使生成矩阵具有如下新的基底。利用这一点,可使生成矩阵具有如下“系系统形式统形式”,称之为典型生成矩阵。,称之为典型生成矩阵。典型生成矩阵典型生成矩阵即:即:G=Ik Q ,Q为为kr矩阵,矩阵,Ik为为kk单位阵。单位阵。非系统码与系统码并无本质区别,它的生成矩阵可非系统码与系统码并无本质区别,它的生成矩阵可以通过行初等变换转变为系统形式,这个过程叫做以通过行初等变换转变为系统形式,这个过程叫做系统化。系统化并不会改变码集,其纠错能力完全系统化。系统化并不会改变码集,
10、其纠错能力完全等价。等价。1, 11, 11, 11, 11 , 10, 11, 01 , 00, 010000010001knknknkknkngggggggggG我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 例例 题题设二元(设二元(5,3)码,其生成矩阵为)码,其生成矩阵为将其化为标准形式?将其化为标准形式?111110001111001G我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物一致校验矩阵一致校验矩阵
11、与任何一个与任何一个(n,k)码的码空间码的码空间C相对应,一定存在一个相对应,一定存在一个对偶空间对偶空间D,它的每个矢量都与,它的每个矢量都与C中的每个矢量正交,中的每个矢量正交,其维数为其维数为n-k。事实上,若找出生成空间事实上,若找出生成空间D的基底(的基底(n-k个)用这个)用这n-k个矢量同样可以生成包含个矢量同样可以生成包含 个码字的个码字的(n,n-k)线性分线性分组码,我们称其组码,我们称其(n,k)码的对偶码,生成矩阵为码的对偶码,生成矩阵为kn21, 11 , 10, 11, 11 , 10, 11, 01 , 00, 0110nknknknnnknhhhhhhhhhh
12、hhH我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物一致校验矩阵一致校验矩阵由对偶空间的定义知,有对任意的由对偶空间的定义知,有对任意的Cc0cHT即即H可以检验一个可以检验一个n重是否为码字,称重是否为码字,称H为码为码C的的一致校验矩阵一致校验矩阵。1, 11 , 10, 11, 11 , 10, 11, 01 , 00, 0110nknknknnnknhhhhhhhhhhhhH我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有
13、一个活的生物典型一致校验矩阵典型一致校验矩阵100000100011, 11, 11, 11, 11 , 10, 11, 01 , 00, 0knknnknnknknknhhhhhhhhhH系统码的一致校验矩阵为系统码的一致校验矩阵为即即H=P Ir, 其中,其中,Ir为为rr单位阵,单位阵,P为为rk矩阵。矩阵。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物一致校验矩阵与生成矩一致校验矩阵与生成矩阵之间的关系阵之间的关系 由于生成矩阵每一行都是一个码字,因此应当满由于生成矩阵每一行都是一个码字,因此应当
14、满足一致校验矩阵所规定的校验关系,即应当有:足一致校验矩阵所规定的校验关系,即应当有:GHT=0 或者或者HGT=0 因此因此H与与G互为正交矩阵,说明互为正交矩阵,说明G和和H的行空间的行空间互为零化空间。互为零化空间。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物一致校验矩阵与生成矩一致校验矩阵与生成矩阵之间的关系阵之间的关系对于系统码,上式可以写成对于系统码,上式可以写成Ik Q P Ir T =0 得得PT+Q= 0所以所以PT =Q 或者或者 P=QT即即P矩阵与矩阵与Q矩阵互为转置矩阵。矩阵互
15、为转置矩阵。对于系统码,已知校验矩阵对于系统码,已知校验矩阵H就可以确定典型生成矩就可以确定典型生成矩阵阵G,反之,已知生成矩阵也就可以确定校验矩阵。,反之,已知生成矩阵也就可以确定校验矩阵。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物例例 题题【例】设二元【例】设二元(7,4)码的生成矩阵为码的生成矩阵为1011000111010011000100110001G求其一致校验矩阵?求其一致校验矩阵?【例】设二元【例】设二元(5,3)码,其生成矩阵为码,其生成矩阵为111110001111001G求其一致
16、校验矩阵?求其一致校验矩阵?我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物线性分组码编码线性分组码编码 线性分组码的编码过程分为两步:线性分组码的编码过程分为两步: 把信息序列按一定长度分成若干信息码组,每组由把信息序列按一定长度分成若干信息码组,每组由 k 位组成;位组成; 编码器按照预定的编码器按照预定的线性规则线性规则,把信息码组变换成,把信息码组变换成 n 重重 (nk) 码字码字。 信息码组长信息码组长 k 位,有位,有 2k 个不同的信息码组,则有个不同的信息码组,则有 2k 个个码字与它们一
17、一对应。码字与它们一一对应。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物一致校验矩阵编码一致校验矩阵编码设设c=c0,c1,c2,c3,c4,c5,c6,其中,其中,c0,c1,c2,c3为信息为信息位,位,c4,c5,c6为校验位。为校验位。 由由HCT=0可知校验方程为:可知校验方程为:0123456101110001110010001110010ccccccc c4=c0+c2+c3c5=c0+c1+c2c6=c1+c2+c3信息码元信息码元m=1101则编得的码字则编得的码字c=1101000
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