第9章 信道编码(精品).ppt
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1、第第9章章 信道编码信道编码现代通信原理(第三版)现代通信原理(第三版)现代通信原理(第三版)现代通信原理(第三版)宋祖顺宋祖顺宋祖顺宋祖顺宋晓勤宋晓勤宋晓勤宋晓勤宋平宋平宋平宋平电子工业出版社电子工业出版社电子工业出版社电子工业出版社信道编码概述信道编码概述1信道编码的基本概念信道编码的基本概念2线性分组码线性分组码3汉明码汉明码4循环码循环码5第第9章章信道编码信道编码6m序列序列9.1 信道编码概述信道编码概述信道编码:信道编码:信源编码:信源编码:为提高信号传输的为提高信号传输的有效性有效性而采取的措施。减小量化误差,而采取的措施。减小量化误差,尽可能压缩冗余度,降低数码率,压缩传输频
2、带,提高通尽可能压缩冗余度,降低数码率,压缩传输频带,提高通信的有效性。信的有效性。为提高信号传输的为提高信号传输的可靠性可靠性而采取的措施而采取的措施,亦称差错控亦称差错控制编码。制编码。增加冗余度,具有纠检错能力,提高通信的可靠性。增加冗余度,具有纠检错能力,提高通信的可靠性。两者冗余度的区别:两者冗余度的区别:信源编码是压缩随机的冗余度;信源编码是压缩随机的冗余度;而信道编码是增加有规律的冗余度。而信道编码是增加有规律的冗余度。采用差错控制技术,减小误码率与制造高质量设备,采用差错控制技术,减小误码率与制造高质量设备,提高误码性能相比,往往起到事半功倍的效果。提高误码性能相比,往往起到事
3、半功倍的效果。9.1.1 差错控制方式 方式一:前向纠错法方式一:前向纠错法FEC FEC 所发码具有纠错能力,收端接收后自动纠错。所发码具有纠错能力,收端接收后自动纠错。无需反向信道。实时性好,无需反向信道。实时性好,所发码具有纠错能所发码具有纠错能力力,译码译码自动纠错,自动纠错,设备复杂,传输效率设备复杂,传输效率 。纠错纠错 方式二:检错重发法方式二:检错重发法ARQ ARQ 检错检错 所发码具有检错能力,收端接收后判决是否所发码具有检错能力,收端接收后判决是否出错,通过反向信道发送判决结果,发端据此决出错,通过反向信道发送判决结果,发端据此决定是否重发。定是否重发。译码设备简单,对突
4、发错误有效,但要求有译码设备简单,对突发错误有效,但要求有反馈信道。反馈信道。方式三:混合纠错法方式三:混合纠错法HEC HEC 纠检错纠检错 编码既有纠错能力也有检错能力,收端收到编码既有纠错能力也有检错能力,收端收到信息码组后在收端进行检测。在纠错范围内:纠信息码组后在收端进行检测。在纠错范围内:纠正;超出范围:通过正;超出范围:通过ARQARQ方式进行重发。方式进行重发。方式四:信息反馈法方式四:信息反馈法IF IF 无纠无纠/检错检错 收端接收到信息后,将所收到的信息原封不收端接收到信息后,将所收到的信息原封不动地发回给发端。发端对比所收到的信息与之前动地发回给发端。发端对比所收到的信
5、息与之前发送的信息是否一致,决定重发信息或发送新信发送的信息是否一致,决定重发信息或发送新信息。息。方法和设备简单,无需纠检错编译系统。但方法和设备简单,无需纠检错编译系统。但需要双向信道,传输效率需要双向信道,传输效率、实时性差、实时性差 。按码的用途分:按码的用途分:检错码检错码,纠错码,纠删码,纠错码,纠删码 按监督码元与信息码元的关系分:按监督码元与信息码元的关系分:线性码,非线性码线性码,非线性码 按对信息码元处理方式分:按对信息码元处理方式分:分组码,卷积码分组码,卷积码 按信息码元在编码前后是否相同分:按信息码元在编码前后是否相同分:系统码,非系统码系统码,非系统码 按纠检错类型
6、分:按纠检错类型分:纠纠/检随机错、纠检随机错、纠/检突发错检突发错9.1.2 信道编码的分类信道编码的分类 9.2 信道编码的基本概念信道编码的基本概念 1.1.纠纠/检错能力是用有规律的冗余度换取的检错能力是用有规律的冗余度换取的 以重复码为例进行讲解:以重复码为例进行讲解:红红 黑黑 两种颜色两种颜色1 0 没有冗余,不能纠没有冗余,不能纠/检错误检错误11 00 (2,1)重复码,最多能检重复码,最多能检1位错位错111 000(3,1)重复码,最多能检重复码,最多能检2或纠或纠111111 00000(5,1)重复码,最多能检重复码,最多能检4或纠或纠2在上各码组中,红色是对信息位的
7、重复,它又称为监督位在上各码组中,红色是对信息位的重复,它又称为监督位(在在重复码中,监督位是信息码的重复重复码中,监督位是信息码的重复)9.2.1信道编码的基本原理信道编码的基本原理 2.2.许用码组与禁用码组的概念许用码组与禁用码组的概念 如如(3,1)重复码重复码:许用码组许用码组:111,000 禁用码组禁用码组:001,010,011,100,101,110 接收端收到的码组为许用码组,说明传输无错,接收端收到的码组为许用码组,说明传输无错,若为禁用码组,则传输一定有错。若为禁用码组,则传输一定有错。若错误太多,从某一许用码组错成另一许用码若错误太多,从某一许用码组错成另一许用码组,
8、则无法识别这种错误。因此纠检错误,对信道组,则无法识别这种错误。因此纠检错误,对信道误码率有一定的要求。误码率有一定的要求。1.1.码长、码重和编码效率码长、码重和编码效率码长:码长:码组码组(又称码字又称码字)中码元的个数中码元的个数,用用n n表示。表示。例:例:1110010 n=71110010 n=7码重:码重:码组中码组中“1 1”码元的个数码元的个数,用用W W表示。表示。例:例:1110010 W=41110010 W=4编码效率:编码效率:差错控制编码中,码长为差错控制编码中,码长为n n,其中信息,其中信息位为位为k k,监督位为,监督位为r,n=k+rr,n=k+r,编码
9、效率:,编码效率:9.2.2 信道编码的基本术语信道编码的基本术语 最小码距的大小关系到编码的最小码距的大小关系到编码的纠纠检错能力检错能力。2.2.码距与最小码距码距与最小码距码距:码距:等长码中对应位取不同值的个数等长码中对应位取不同值的个数,用用d d表示。表示。例:例:1111101001010 0 与与 1111010101011 1 d=3 d=3码距等于两等长码对应位模码距等于两等长码对应位模2 2加,得到的码组的码重。加,得到的码组的码重。如如 1110010 1110010 +1101011+1101011 0011001 0011001 码重为码重为3 3,所以上述两码的码
10、距为,所以上述两码的码距为3 3。最小码距:最小码距:在多个等长码组中,每两个码均有一在多个等长码组中,每两个码均有一个码距,其中最小的称最小码距,它记为个码距,其中最小的称最小码距,它记为d d0 0 。3.3.码距的码距的几何解释几何解释 (a2 a1 a0):):(110)(011)d=2(111)(000)d=34.4.纠纠(检检)错能力与最小码距错能力与最小码距d0的关系的关系 1 1)若要检测若要检测e e个错码,则要求:个错码,则要求:d d0 e+1e+1 2 2)若要纠正若要纠正t t个错码,则要求:个错码,则要求:d d0 0 2 2t+1t+1 3 3)若要纠正若要纠正t
11、 t个错码个错码,同时检测同时检测e e(et)(et)个错码,则要求:个错码,则要求:d d0 0 e+t+1 e+t+1 例例9-1 试求试求(7,1)(7,1)重复码和重复码和(9,1)(9,1)重复码的纠、检重复码的纠、检错能力。错能力。解:解:(7,1)重复码(9,1)重复码9.2.3 几种简单实用的纠几种简单实用的纠/检错编码检错编码 1 1、奇偶监督码:、奇偶监督码:k=n-1,r=1k=n-1,r=1的线性码。的线性码。特点:特点:码组中的码组中的1 1个数是偶数(偶监督码)个数是偶数(偶监督码)或奇数(奇监督码)。或奇数(奇监督码)。偶监督时,要满足:偶监督时,要满足:奇监督
12、时,要满足:奇监督时,要满足:两者的校验能力相同,均只能检测出奇数个错误。两者的校验能力相同,均只能检测出奇数个错误。R=k/n=(n-1)/n=1-1/n编码效率:编码效率:2 2、水平垂直奇偶校验、水平垂直奇偶校验码:码:又称行列监督码或二维奇偶监督码。又称行列监督码或二维奇偶监督码。特点:特点:对水平方向和垂直方向的码元同时实施奇偶监督。对水平方向和垂直方向的码元同时实施奇偶监督。1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 00 1 0 0 0 0 1 1 0 1 00 1 1 1 1 0 0 0 0 1 11 0 0 1 1 1 0 0 0 0 01 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
13、1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0行列监督码行列监督码 (偶监督偶监督)适于监测突发错误:适于监测突发错误:q逐行传输时,能检测长度逐行传输时,能检测长度b M+1的突发错误的突发错误;q逐列传输时逐列传输时,能检测长度能检测长度b L+1的突发错误;的突发错误;q还能纠正一些仅在一行中的单个错误。还能纠正一些仅在一行中的单个错误。1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 00 1 0 0 0 0 1 0 0 1 00 1 1 1 1 0 0 0 0 1 11 0 0 1 1 1 0 0 0 0 01 0 1 0 1 0 1 0 1 0 11 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0L5,
14、M10的行列监督码的行列监督码其中其中M为行数,为行数,L为列数为列数3、恒比码:、恒比码:又称等重码或定又称等重码或定1码。码。特点:特点:码组中码组中0,1的个数保持不变。的个数保持不变。若码长为若码长为n,码重为,码重为w,则此码的码字个数,则此码的码字个数 为:为:Cnw,禁用码字个数为:,禁用码字个数为:2n-Cnw码字的个数码字的个数C C5 53 3=10=10检错能力较强,可检出所有奇数和部分偶数错误。适用于传输检错能力较强,可检出所有奇数和部分偶数错误。适用于传输电报或其他键盘设备产生的字母或符号,但不适合信源发出的电报或其他键盘设备产生的字母或符号,但不适合信源发出的是二进
15、制随机数字序列的场合。是二进制随机数字序列的场合。数字数字码码 字字0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 901101011010101101011110011100110110101101101011010001110011110101101011110011100011100111010011100113:2 恒比码恒比码如:我国的电报,每如:我国的电报,每个汉字用四个个汉字用四个10进制进制数表示,每位数表示,每位10进制进制数就采用数就采用 3:2 恒比码恒比码构成的构成的5位码组来表示。位码组来表示。码字的个数码字的个数C53=10习题:19.3 线性分组码线性分
16、组码 1.1.什么叫线性分组码?什么叫线性分组码?线性:线性:信息码元与监督码元之间的关系可以用一组线性方信息码元与监督码元之间的关系可以用一组线性方程来表示。程来表示。分组:分组:将信息码元若干位为一组,该组监督码元仅与本组将信息码元若干位为一组,该组监督码元仅与本组信息位有关。信息位有关。线性码建立在代数学群论基础上,线性码各许用码的集合构成线性码建立在代数学群论基础上,线性码各许用码的集合构成代数学中的群,因此,又称为群码。代数学中的群,因此,又称为群码。9.3.1线性分组码的定义及性质线性分组码的定义及性质 由性质由性质(3)可以方便的确定出线性分组码的最小码距,进而明确可以方便的确定
17、出线性分组码的最小码距,进而明确其纠错能力。其纠错能力。2.2.性质性质(1)(1)含有全零码字。含有全零码字。(2)(2)任意两个许用码字之和仍是一个许用码字。任意两个许用码字之和仍是一个许用码字。(封闭性封闭性)(3)(3)最小码距最小码距d d0 0等于非零码字的最小重量即等于非零码字的最小重量即d d0 0=W=Wminmin 9.3.2 监督矩阵监督矩阵H和生成矩阵和生成矩阵G 分组码中,码长为分组码中,码长为n,每个码组可看成一个,每个码组可看成一个n维维向量,共有向量,共有2n个向量。个向量。这这2n个向量的集合构成个向量的集合构成n维向量空间,通过一组维向量空间,通过一组线性方
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- 第9章 信道编码精品 信道编码 精品
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