1、2022-12-15电信行业通信原理第九章信道编码电信行业电信行业通信原理通信原理第九章信道编码第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码9.1 引言引言 电信行业通信原理第九章信道编码在无记忆信道中，噪声独立随机地影响着在无记忆信道中，噪声独立随机地影响着每个传输码元，因此接收的码元序列中的错每个传输码元，因此接收的码元序列中的错误是独立随机出现的，以高斯白噪声为主体误是独立随机出现的，以高斯白噪声为主体的信道属于这类信道。在有记忆信道中，噪的信道属于这类信道。在有记忆信道中，噪声和干扰的影响往往前后相关，错误成串出声和干扰的影响往往前后相关，错误成串出现。还有些信道既有独立随机差错也有突
2、发现。还有些信道既有独立随机差错也有突发性成串差错，称为混合信道。对不同类型的性成串差错，称为混合信道。对不同类型的信道，需要设计不同类型的信道编码，才能信道，需要设计不同类型的信道编码，才能收到良好效果。按照信道特性和设计的码字收到良好效果。按照信道特性和设计的码字类型进行划分，信道编码可以分为纠独立随类型进行划分，信道编码可以分为纠独立随机差错码、纠突发差错码和纠混合差错码。机差错码、纠突发差错码和纠混合差错码。本章将只讨论纠独立随机差错码。本章将只讨论纠独立随机差错码。电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码9.2 信道编码的基本原理信道
3、编码的基本原理香农的信道编码定理指出：对于一个给香农的信道编码定理指出：对于一个给定的有扰信道，如果信道容量为定的有扰信道，如果信道容量为C，只要发，只要发送端以低于送端以低于C的信息速率的信息速率R发送信息，则一发送信息，则一定存在一种编码方法，使译码差错概率随定存在一种编码方法，使译码差错概率随着码长的增加，按指数规律下降到任意小着码长的增加，按指数规律下降到任意小的值。这就是说，通过信道编码可以使通的值。这就是说，通过信道编码可以使通信过程不发生差错，或者使差错控制在允信过程不发生差错，或者使差错控制在允许的数值之下。许的数值之下。电信行业通信原理第九章信道编码9.2.1 信道编码的检错
4、和纠错能力信道编码的检错和纠错能力是通过信息信道编码的检错和纠错能力是通过信息量的冗余度来换取的。为了便于理解，先量的冗余度来换取的。为了便于理解，先通过一个简单的例子来说明。例如，要传通过一个简单的例子来说明。例如，要传送送A和和B两个消息，可以用一个二进制码元两个消息，可以用一个二进制码元来表示一个消息，比如来表示一个消息，比如“0”码代表码代表A，“1”码表示码表示B。在这种情况下，若传输中产。在这种情况下，若传输中产生错码，即生错码，即“0”错成错成“1”，或，或“1”错成错成“0”，接收端将无法检测到差错，因此，接收端将无法检测到差错，因此，这种编码没有检错和纠错能力。这种编码没有检
5、错和纠错能力。电信行业通信原理第九章信道编码如果用两个二进制码元来表示一个消息，有如果用两个二进制码元来表示一个消息，有4种可能的码字，即种可能的码字，即“00”、“01”、“10”和和“11”。比如规定。比如规定“00”表示消息表示消息A，“11”表示表示消息消息B。码字。码字“01”或或“10”不允许使用，称为禁不允许使用，称为禁用码字，对应地，用来表示消息的码字称为许用用码字，对应地，用来表示消息的码字称为许用码字。如果在传输消息的过程中发生一位错码，码字。如果在传输消息的过程中发生一位错码，则变成禁用码字则变成禁用码字“01”或或“10”，译码器就可判，译码器就可判决为有错。这表明在信
6、息码元后面附加一位监督决为有错。这表明在信息码元后面附加一位监督码元以后，当只发生一位错码时，码字具有检错码元以后，当只发生一位错码时，码字具有检错能力。但由于不能判决是哪一位发生了错码，所能力。但由于不能判决是哪一位发生了错码，所以没有纠错能力。以没有纠错能力。电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码编码中的几个定义编码中的几个定义 电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码信道编码的效用信道编码的效用 电信行业通信原理第九章信道编码例例9.2.1 电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码9.2.2 信道编码的译码方法电信行业通信原理
7、第九章信道编码一、最大后验概率（一、最大后验概率（MAP）译码）译码电信行业通信原理第九章信道编码二、最大似然（二、最大似然（ML）译码）译码电信行业通信原理第九章信道编码三、最小汉明距离译码三、最小汉明距离译码电信行业通信原理第九章信道编码9.3 线性分组码线性分组码 电信行业通信原理第九章信道编码图图9-3 (n，k）线性分组码为系统码的结构）线性分组码为系统码的结构电信行业通信原理第九章信道编码9.3.1线性分组码的编码在介绍线性分组码的原理之前，首先我在介绍线性分组码的原理之前，首先我们来看一种简单而又常用的线性分组码们来看一种简单而又常用的线性分组码奇偶监督码（也称为奇偶校验码），分
8、为奇偶监督码（也称为奇偶校验码），分为奇数监督码和偶数监督码。无论信息码元奇数监督码和偶数监督码。无论信息码元有多少，监督码元只有一位。在偶数监督有多少，监督码元只有一位。在偶数监督码中，监督码元的加入使得每个码字中码中，监督码元的加入使得每个码字中“1”的数目为偶数；在奇数监督码中，监督码的数目为偶数；在奇数监督码中，监督码元的加入使得每个码字中元的加入使得每个码字中“1”的数目为奇的数目为奇数。数。电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码线性分组码的编码原理线性分组码的编码原理 电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码电
9、信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码生成矩阵和监督矩阵的联系生成矩阵和监督矩阵的联系 电信行业通信原理第九章信道编码9.3.2 线性分组码的译码电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码例例9.3.1 电信行业通信原理第九章信道编码解：解：电信行业通信原理第九章信道编码9.3.3 汉明码 电信行业通信原理第九章信道编码9.4 循环码循环码在线性分组码中，有一种重要的码称为在线性分组码中，有一种重要的码称为循环码。它除了具有线性分组码的一
10、般特循环码。它除了具有线性分组码的一般特点，还具有循环性：若循环码中任一码字点，还具有循环性：若循环码中任一码字的码元循环移位（左移或右移）后仍是该的码元循环移位（左移或右移）后仍是该码的一个码字。由于循环码是在严密的现码的一个码字。由于循环码是在严密的现代代数理论的基础上发展起来的，其编码代代数理论的基础上发展起来的，其编码和译码的电路较简单，且它的检、纠错能和译码的电路较简单，且它的检、纠错能力较强，目前它已成为研究最深入、理论力较强，目前它已成为研究最深入、理论最成熟、应用最广泛的一类线性分组码。最成熟、应用最广泛的一类线性分组码。电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道
11、编码9.4.1 循环码的码多项式电信行业通信原理第九章信道编码多项式的按模运算多项式的按模运算 电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码 9.4.2 循环码的生成多项式和生成矩阵 电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码例例9.4.1 电信行业通信原理第九章信道编码9.4.3 循环码的检错和纠错电信行业通信原理第九章信道编码9.4.4 循环码的编码和译码电路循环码最引人注目的特点有两个：一是循环码最引人注目的特点有两个：一是由于循环码有许多固有的代数结构，从而由于循环码有许多固有的代数结构，从而可以找到各种简单实用的译码方法
12、；二是可以找到各种简单实用的译码方法；二是用反馈线性移位寄存器可以很容易地实现用反馈线性移位寄存器可以很容易地实现其编码和监督子的计算。其编码和监督子的计算。电信行业通信原理第九章信道编码一、循环码的编码电路一、循环码的编码电路电信行业通信原理第九章信道编码图图 9-4 （7，4）循环码的编码电路）循环码的编码电路电信行业通信原理第九章信道编码二、循环码的译码电路二、循环码的译码电路电信行业通信原理第九章信道编码图图9-5 （7，4）循环码的译码电路示意图）循环码的译码电路示意图电信行业通信原理第九章信道编码9.5 卷积码卷积码电信行业通信原理第九章信道编码9.5.1卷积码的解析表示电信行业通
13、信原理第九章信道编码图图9-6 (3，1，2)卷积码编码器卷积码编码器电信行业通信原理第九章信道编码一、生成矩阵和监督矩阵一、生成矩阵和监督矩阵电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码监督矩阵监督矩阵 电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码二、多项式表示二、多项式表示电信行业通信原理第九章信道编码电信行业通信原理第九章信道编码9.5.2卷积码的图形描述以图以图9-6所示的（所示的（3，1，2）卷积码编码器为例来说）卷积码编码器为例来说明其工作过程。假设移位寄存器的起始状态全为零。当第明其工作过
14、程。假设移位寄存器的起始状态全为零。当第一个输入比特为一个输入比特为“0”时，输出的子码为时，输出的子码为000；若当第一个；若当第一个输入比特为输入比特为“1”时，输出的子码为时，输出的子码为111。当输入第二比特。当输入第二比特时，第一比特右移一位，此时的输出比特显然与当前输入时，第一比特右移一位，此时的输出比特显然与当前输入比特和前一输入比特有关。当输入第三比特时，第一比特比特和前一输入比特有关。当输入第三比特时，第一比特和第二比特都右移一位，此时的输出比特显然与当前输入和第二比特都右移一位，此时的输出比特显然与当前输入比特和前二位输入比特有关。当输入第四比特时，第二比比特和前二位输入比
15、特有关。当输入第四比特时，第二比特和第三比特都右移一位，此时的输出比特与当前输入比特和第三比特都右移一位，此时的输出比特与当前输入比特和前二个输入比特有关，而这时第一比特已经不再影响特和前二个输入比特有关，而这时第一比特已经不再影响当前的输入比特了。编码器在移位过程中可能产生的各种当前的输入比特了。编码器在移位过程中可能产生的各种序列，可用树状图来描述。序列，可用树状图来描述。电信行业通信原理第九章信道编码图图9-7给出了卷积码的树状图。由树状图，给出了卷积码的树状图。由树状图，已知输入信息序列就可以得到输出序列，已知输入信息序列就可以得到输出序列，当输入码元是当输入码元是0时，则由节点出发走上支路；时，则由节点出发走上支路；当输入码元是当输入码元是1时，则由节点出发走下支路。时，则由节点出发走下支路。例如当输入编码器的信息序列为例如当输入编码器的信息序列为0110时，时，输出的序列为输出的序列为000 111 101 011 。电信行业通信原理第九章信道编码图图9-7 卷积码的树状图卷积码的树状图2022-12-15电信行业通信原理第九章信道编码
