第五章 差错控制与信道编码
内容简介
学习要求
学习目录
结束放映
作者：蒋占军
内容简介
——差错控制就是通过某种方法，发现并纠正数据传输中出现的 错误。差错控制技术是提高数据传输可靠性的重要手段之一，现 代数据通信中使用的差错控制方式大都是基于信道编码技术来实 现的，本章对差错控制的基本概念以及常用的信道编码方案作了 比较详细的理论述。
返回
结束
学习要求
1. 理解差错控制的基本概念及其原理等； 2. 掌握信道编码的基本原理； 3. 了解常用检错码的特性； 4. 掌握线性分组码的一般特性； 5. 掌握汉明码以及循环码的编译码及其实现原理； 6. 了解卷积码的基本概念。
返回
结束
学习目录
5.1 概述 5.2 常用的简单信道编码 5.3 线性分组码 5.4 卷积码
返回
结束
5.1 概 述
本节内容提要：
——差错控制是数据通信系统中提高传输可靠性，降低系统传输误 码率的有效措施 。本节将介绍差错控制和信道编码的基本原理、 差错控制的实现方式等内容。 5.1.1 差错控制 5.1.2 信道编码 5.1.3 基于信道编码的差错控制方式
上一页
下一页
5.1.1 差错控制
差错控制 ——通过某种方法，发现并纠正传输中出现的错误。 香农信道编码定理 ——在具有确定信道容量的有扰信道中，若以低于信道容量的速率传输 数据，则存在某种编码方案，可以使传输的误码率足够小。 基于信道编码的差错控制 ——在发送端根据一定的规则，在数据序列中按照一定的规则附加一 些监督信息，接收端根据监督信息进行检错或者纠错。
上一页
下一页
第九章差错控制编码 9.1引言 一、信源编码与信道编码 数字通信中，根据不同的目的，编码分为信源编码与信道编码二大类。 信源编码~ 提高数字信号的有效性，如，PCM编码，M 编码，图象数据压缩编码等。 信道编码~ 提高传输的可靠性，又称抗干扰编码，纠错编码。 由于数字通信传输过程中，受到干扰，乘性干扰引起的码间干扰，可用均衡办法解决。 加性干扰解决的办法有：选择调制解码，提高发射功率。 如果上述措施难以满足要求，则要考虑本章讨论的信道编码技术，对误码（可能或已经出现）进行差错控制。 从差错控制角度看：信道分三类：（信道编码技术） ①随机信道：由加性白噪声引起的误码，错码是随机的，错码间统计独立。 ②突发信道：错码成串，由脉冲噪声干扰引起。 ③混合信道：既存在随机错误，又存在突发错码，那一种都不能忽略不计的信道。 信道编码（差错控制编码）是使不带规律性的原始数字信号，带上规律性（或加强规律性，或规律性不强）的数字信号，信道译码器则利用这些规律性来鉴别是否发生错误，或进而纠错。 需要说明的是信道编码是用增加数码，增加冗余来提高抗干扰能力。二：差错控制的工作方式 (1) 检错重发 (2) 前向纠错，不要反向信道 (3) 反馈校验法，双向信道 这三种差错控制的工作方式见下图所示： 检错重发 前向纠错 反馈校验法 检错误 判决信号 纠错码 信息信号 发 发 收 信息信号 152
153 9.2 纠错编码的基本原理 举例说明纠错编码的基本原理。 用三位二进制编码表示8种不同天气。 ???????? ?????雹 雾霜雪雨阴云 晴1 11 011101001 110010100000???→?种 许使用种中只准 48码组许用码组，其它为禁用雨阴云晴 0 11101110000 ??? ? ??? 许用码组中，只要错一位（不管哪位错），就是禁用码组，故这种编码能 发现任何一位出错，但不能发现的二位出错，二位出错后又产生许用码。 上述这种编码只能检测错误，不能纠正错误。 因为晴雨阴错一位，都变成1 0 0。 要想纠错，可以把8种组合（3位编码）中，只取2种为许用码，其它6种为禁用码。 例如： 0 0 0 晴 1 1 1 雨 这时，接收端能检测两个以下的错误，或者能纠正一个错码。 例：收到禁用码组1 0 0时，如认为只有一位错，则可判断此错码发生在第1位，从而纠正为0 0 0（晴），因为1 1 1（雨）发生任何一个错误都不会变成1 0 0。 若上述接收码组种的错码数认为不超过二个，则存在两种可能性： 位错） （位错）（21111000/变成（1 1 1）或（1 0 0）， 因为只能检出错误，但不能纠正。 一：分组码，码重，码距 （见樊书P282 表9-1） 将码组分段：分成信息位段和监督位段，称为分组码，记为（n, k ） n ~ 编码组的总位数，简称码长（码组的长度） k ~ 每组二进制信息码元数目，（信息位段） r k n =- ~ 监督码元数目，（监督位段）（见樊书P282，图9-2） 一组码共计8种
第九章差错控制编码（信道编码） 9.1引言 一、信源编码与信道编码 数字通信中，根据不同的目的，编码分为信源编码与信道编码二大类。 信源编码~ 提高数字信号的有效性，如，PCM编码，M 编码，图象数据压缩编码等。 信道编码~ 提高传输的可靠性，又称抗干扰编码，纠错编码。 由于数字通信传输过程中，受到干扰，乘性干扰引起的码间干扰，可用均衡办法解决。 加性干扰解决的办法有：选择调制解码，提高发射功率。 如果上述措施难以满足要求，则要考虑本章讨论的信道编码技术，对误码（可能或已经出现）进行差错控制。 从差错控制角度看：信道分三类：（信道编码技术） ①随机信道：由加性白噪声引起的误码，错码是随机的，错码间统计独立。 ②突发信道：错码成串，由脉冲噪声干扰引起。 ③混合信道：既存在随机错误，又存在突发错码，那一种都不能忽略不计的信道。 信道编码（差错控制编码）是使不带规律性的原始数字信号，带上规律性（或加强规律性，或规律性不强）的数字信号，信道译码器则利用这些规律性来鉴别是否发生错误，或进而纠错。 需要说明的是信道编码是用增加数码，增加冗余来提高抗干扰能力。二：差错控制的工作方式 (1) 检错重发 (2) 前向纠错，不要反向信道 (3) 反馈校验法，双向信道 这三种差错控制的工作方式见下图所示： 检错重发 前向纠错 反馈校验法 检错误 判决信号 纠错码 信息信号 发 发 收 信息信号
9.2 纠错编码的基本原理 举例说明纠错编码的基本原理。 用三位二进制编码表示8种不同天气。 ???????? ?????雹 雾 霜 雪 雨阴 云 晴111 0111 01001 11001010 0000???→ ?种 许使用种中只准 48码组许用码组，其它为禁用雨阴云晴 011101110000??? ? ??? 许用码组中，只要错一位（不管哪位错），就是禁用码组，故这种编码能发现任何一位出错，但不能发现的二位出错，二位出错后又产生许用码。 上述这种编码只能检测错误，不能纠正错误。 因为晴雨阴错一位，都变成1 0 0。 要想纠错，可以把8种组合（3位编码）中，只取2种为许用码，其它6种为禁用码。 例如： 0 0 0 晴 1 1 1 雨 这时，接收端能检测两个以下的错误，或者能纠正一个错码。 例：收到禁用码组1 0 0时，如认为只有一位错，则可判断此错码发生在第1位，从而纠正为0 0 0（晴），因为1 1 1（雨）发生任何一个错误都不会变成1 0 0。 若上述接收码组种的错码数认为不超过二个，则存在两种可能性： 位错） （位错）（21111000/变成100 因为只能检出错误，但不能纠正。 一：分组码，码重，码距 （见樊书P282 表9-1） 将码组分段：分成信息位段和监督位段，称为分组码，记为（n, k ） n ~ 编码组的总位数，简称码长（码组的长度） k ~ 每组二进制信息码元数目，（信息位段） r k n =- ~ 监督码元数目，（监督位段）（见樊书P282，图9-2） 一组码共计8种
第六章目标 通过本章学习，学生应该能够： 1．画出GSM突发脉冲序列的结构图并理解每个构成的用途。 2．理解为保护空中接口上语音、数据和控制信道不出错采用的不同措施。
GSM突发脉冲序列（Burst） 对面图示的是一个GSM突发脉冲序列（Burst），它包括以下几个部分： ●信息 即话音，数据或控制信息。 ●保护带 BTS和MS接收信息时都必须在分配给它的时隙这一短暂的时间段内接收和解码突发脉冲序列，所以对于定时精确性的要求极高。采用保护带之后，允许有一小段空白的时间误差，一定程度上降低了定时精确性的要求。准确的说，时隙的长度是 0.577ms，脉冲序列的长度是0.546ms，允许时隙中突发脉冲序 列有0.031ms时间上的误差。 ●偷帧标志 当话务信道突发脉冲序列被FACCH(Fast Associated Control Channel)盗用时,这两个比特将被设臵.只设臵了一个比特表示突发脉冲序列只有一半被盗用。 ●训练序列 供接收均衡器评估BTS和MS之间物理通路的传输质量,训练比特长26比特. ●尾比特 用于指示突发脉冲序列的开始和结束。
GSM 突发脉冲序列和TDMA帧 保护带保护带信息训练序列信息 尾比特 偷帧标志 尾比特常规突发脉冲序列
GSM突发脉冲序列… 突发脉冲序列类型（Burst Types） 对面图示了GSM空中接口用到的五种脉冲序列。所有的脉冲序列，不管是什么类型的，必须在时间上准确定时到给定的时隙。 突发脉冲序列Burst是BTS或MS发送的比特序列，时隙则是一个固定的时间段，脉冲序列必须顺序准确的到达这一时间段，以便接收器能正确接收解码。 ●常规突发脉冲序列（Normal Burst） 常规突发脉冲序列用于业务信道和除以下所说的各种控制信道以外的控制信道。（双向的） ●频率校正突发脉冲序列（Frequency Correction Burst） 该突发脉冲序列用于下行的FCCH，使MS能校正自己振荡器的频率并锁定到BTS的频率。 ●同步突发脉冲序列（Synchronization Burst） 用来用于下行的SCH，使MS同步到BTS。 ●填充突发脉冲序列（Dummy Burst） 当BCCH载频中没有用到的时隙中没有信息可发送时，发送填充突发脉冲序列（仅在下行方向） ●接入突发脉冲序列（Access Burst） 这种突发脉冲序列比其它类型的脉冲序列短很多。因为MS试图接入到系统时还不知道发射定时，所以要增加保护带。MS发送该突发脉冲序列时，BTS并不知道MS的位臵，所以来自MS的消息的定时也无法准确计算（接入突发脉冲序列仅为上行）。
差错控制编码的SIMULINK建模与仿真一．线性分组码编码系统建模 Reed-Solomon码编码系统框图： 信源模块的系统框图： 信宿模块的系统框图： 1.循环冗余码编码系统建模与仿真 CRC-16编码系统框图：
信源模块的系统框图： 信宿模块的系统框图： 信号比较模块系统款图： M文件如下： x=[0.00001 0.0001 0.001 0.005 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5]; y=x; ProtectedData=48; FrameInterval=0.010; BitPeriod=FrameInterval/ProtectedData;
ProtectedDataWithCRC=ProtectedData+16; FrameLength=480; SimulationTime=1000; TotalFrameNumber=SimulationTime/FrameInterval; for i=1:length(x) ChannelErrorRate=x(i); sim('project_2'); y(i)=MissedFrameNumber(length(MissedFrameNumber))/TotalFrameNumber; end loglog(x,y); 仿真结果：没有达到预想的结果，还有待改进。 二．卷积码编码系统建模与仿真： 1）卷积码编码系统在二进制对称信道中的性能 系统框图： M文件如下： x=[0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5];%x表示二进制对称信道的误比特率的各个取值 y=x;%y表示卷积编码信号的误码率，它的长度与x的长度相等 for i=1:length(x)%对x中的每个元素依次执行仿真
在通信原理中把通信信号按调制方式可分为调频、调相和调幅三种。数字传输的常用调制方式主要分为： 正交振幅调制（QAM）：调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。 键控移相调制（QPSK）：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。 残留边带调制（VSB）：抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。 编码正交频分调制（COFDM）：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。 世广数字卫星广播系统的下行载波的调制技术采用TDM QPSK调制体制。它比编码正交频分多路复用（COFDM）调制技术更适合卫星的大面积覆盖。 摘要：由于数字电视系统采用数字传输，而在传输系统中都使用到了数字调制技术，本文就对ASK、FSK、PSK、QAM等数字调制方法进行详细的介绍。 1934年美国学者李佛西提出脉冲编码调制(PCM)的概念，从此之后通信数字化的时代应该说已经开始了，但是数字通信的高速发展却是20世纪70年代以来的事情。随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像；通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。而这些系统都使用到了数字调制技术，本文就数字信号的调制方法作一些详细的介绍。 一数字调制 数字信号的载波调制是信道编码的一部分，我们之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制，未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的，因此提高传输效率是通信系统所追求的最重要的指标之一。模拟通信很难控制传输效率，我们最常见到的单边带调幅（SSB）或残留边带调幅（VSB）可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有"0"和"1"两种状态，所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关电键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式就显得较为单纯。在对传输信道的各个元素进行最充分的利用时可以组合成各种不同的调制方式，并且可以清晰的描述与表达其数学模型。所以常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM技术，目前数字微波中广泛使用的256QAM的频带利用率可达8bit/s/Hz，八倍于2ASK或BPSK。此外，还有可减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术，为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来，四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展，并已应用于高速MODEM中，为进一步提高传输效率奠定了基础。总之，数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。 1、基带传输 传输信息有两种方式：基带传输和调制传输。由信源直接生成的信号，无论是模拟信号还是数字信号，都是基带信号，其频率比较低。所谓基带传输就是把信源生成的数字信号直接送入线路进行传输，如音频市话、计算机间的数据传输
2.差错控制编码 2.1. 引言 什么是差错控制编码（纠错编码、信道编码）？ 为什么要引入差错控制编码？ 差错控制编码的3种方式？ 本章主要讲述：前向纠错编码（FEC）、常用的简单编码、线性分组码（汉明码、循环码）、简单介绍RS码*、BCH码*、FIRE码*、交织码，卷积码极其译码、TCM编码*。 一、什么是差错控制编码及为什么引入差错控制编码？ 在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响，接收 端所收到的数字信号不可避免地会发生错误。为了在已知信噪比情况下达到一定的 误比特率指标，首先应该合理设计基带信号，选择调制解调方式，采用时域、频域 均衡，使误比特率尽可能降低。但若误比特率仍不能满足要求，则必须采用信道编 码（即差错控制编码），将误比特率进一步降低，以满足系统指标要求。 随着差错控制编码理论的完善和数字电路技术的发展，信道编码已经成功地应用于 各种通信系统中，并且在计算机、磁记录与存储中也得到日益广泛的应用。 差错控制编码的基本思路：在发送端将被传输的信息附上一些监督码元，这些多余 的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联（约束）。接收端按照既定的规 则校验信息码元与监督码元之间的关系，一旦传输发生差错，则信息码元与监督码 元的关系就受到破坏，从而接收端可以发现错误乃至纠正错误。 研究各种编码和译码方法是差错控制编码所要解决的问题。 二、差错控制的三种方式 1、检错重发（ARQ） 检错重发：在接收端根据编码规则进行检查，如果发现规则被破坏，则通过反向 信道要求发送端重新发送，直到接收端检查无误为止。 ARQ系统具有各种不同的重发机制：如可以停发等候重发、X.25协议的滑动窗 口选择重发等。 ARQ系统需要反馈信道，效率较低，但是能达到很好的性能。 2、前向纠错 前向纠错（FEC）：发送端发送能纠正错误的编码，在接收端根据接收到的码和 编码规则，能自动纠正传输中的错误。 不需要反馈信道，实时性好，但是随着纠错能力的提高，编译码设备复杂。
多径信道模型及其对调制信号的影响 信息与通信工程学院2013211108班2013210218号姓名 曹明辉 1. 目的 a) 掌握多径衰落信道模型 b) 通过信道估计的数值仿真实验，验证信道对系统的影响 2. 内容 a) 3GPP 中典型应用场景的多径信道模型的时延功率谱； b) 多径信道模型的实现，采用MATLAB 中自带的Rayleighchan/Ricianchan 函数产生; c) 分析信号经过信道前后的功率谱（不同信噪比下） d) 通过数值仿真方法获得调制信号经过多径衰落信道后的解调性能曲线 3. 多径衰落信道模型说明 根据ITU-R M.2135信道模型标准，本次实验我采用的是Rural Macro (RMa)信道。 从上图表中可见，其有两种典型信道模型的参数设置。一种为带有直射路径的莱斯分布信道参数，一种为不带有主信号功率的瑞利分布信道参数的设置。下面，分别对两者进行介绍 。 4. 调制信号经过多径衰落信道的实现说明 我们已经知道，多径信道具有频率选择性，在调制信号经过N 条路径的情况下，信道的输出为() t y = ()()[]t t x t a n n n τ-∑=N 1 ，式中，()()t t a n n τ和表示与第N 条多径分量相关的衰减和传播延迟，延 迟和谁见都表现为时间的函数。 前面已经说过，由于大量散射分量导致接收机输入信号的复包络是一个复高斯过程，在该过程均值为零的情况下，幅度满足瑞利分布，如果存在直射路径，幅度则变为莱斯分布。 在调制信号通过多径信道时，由于存在多径扩展和多普勒频移，所以，会在输出端产生多个输出，正如前面公式中所提到的，从而导致接收端的信号之间存在干扰，在此，我们假设，京御景之间是不相关的，每一径的多普勒形状相同，但功率不同。 利用上述参数公式，结合所查阅资料，得到如下的信道两个仿真图表。
差错控制编码技术的应用 摘要：随着网络技术的发展,网络中数据交换量迅速增加,大量的数据需要通过网络进行交 换。在数据的传输过程中,由于种种原因,数据并不能保证100%的准确传输,数据传输的高准确率与高效率中间存在着比较难调和的矛盾。为了解决这个问题,便出现了通信中的差错控制技术,即通过将传送数据进行编码发送的方法来进行检错和纠正。 引言：无线应用的飞跃发展和广阔的应用前景，使得人们不得不把更多的目光投向无线网 络的通信。由于无线环境与有线环境相比，具有误码率高、时延长、带宽窄、信道不对称以及频繁的移动等特性，使无线网络中的通信质量难于保证。这样，怎样改善无线网络中的通信性能也自然成了目前乃至以后较长时期网络领域的重要研究课题。 一、差错控制编码技术的概念 信道干扰源可分为无源干扰和有源干扰。前者引起的差错是一种随机差错，即某个码元的出错具有独立性，与前后码元无关。而后者是由短暂原因如突然施加干扰源引起的，差错是成群的，其差错持续时间称为突发错的长度在信息传输中，二者均有可能被引入。根据具体情况而选定合适的差错控制编码可以发现并纠正这些错误。 1．1差错控制的基本方式 (1)反馈纠错 反馈纠错是在信源端采用能发现一定程度传输差错的简单编码方法对所传信息进行编码(加入少量监督码元)，在信宿端根据编码规则对收到的编码信号进行检查，一旦检测出误码，即向信源端发出信号要求重发。信源端收到信号后，立即重发已发生传输差错的那部分信息，直到正确收到为止。这种方法只能发现接收码元中的一个或一些错误，但无法确定误码的准确位置，较适合于双向数据通信，要求信源端有数据存储装置。 (2)前向纠错 前向纠错是信源端采用在解码时能纠正一定程度传输差错的较复杂的编码方法，使信宿端在收到码元后不仅能发现错码，还能够纠正错码。采用前向纠错方式时，不需要反馈信道，也无需反复重发而延误传输时间，对实时传输有利。但是纠错装置比较复杂。此方法可用于没有反馈通道的单向数字信号的传输。 (3)混合纠错 混合纠错即在接收端自动纠正少量差错，当误码严重超出其自行纠正能力时，就向信源端发出询问信号，要求重发，是反馈纠错和前向纠错的混合形式。 1．2差错控制编码的分类 差错控制编码按照差错控制的不同方式，可分为检错码、纠错码和纠删码等；按照误码产生的原因不同，可分为纠正随机错误码与纠正突发性错误码；按照信息码元与附加的监督码元之间的检验关系，可分为线性码与非线性码；按照信息码元与附加监督码元之间的约束方式不同，可以分为分组码与卷积码；按照信息码元在编码之后是否保持原来的形式不变，可分为系统码与非系统码。在实际运用中往往是多种方式的编码方式混合，如线性分组码就是信息码元与附加的监督码元之间的检验关系为线性，约束方式为分组形式。
差错控制概述 1. 差错的概念 所谓差错，就是在通信接收端收到的数据与发送端实际发出的 数据出现不一致的现象。 2. 差错类型 通信信道的噪声分为热噪声和冲击噪声两种。由这两种噪声分 别产生两种类型的差错，随机差错和突发差错。 热噪声是由传输介质导体的电子热运动产生的，它的特点是： 时刻存在，幅度较小且强度与频率无关，但频谱很宽，是一类随机 噪声。由热噪声引起的差错称随机差错。此类差错的特点是：差错 是孤立的，在计算机网络应用中是极个别的。 与热噪声相比，冲击噪声幅度较大，是引起传输差错的主要原 因。冲击噪声的持续时间要比数据传输中的每比特发送时间要长， 因而冲击噪声会引起相邻多个数据位出错。冲击噪声引起的传输差 错称为突发差错。常见的突发错是由冲击噪声（如电源开关的跳火、 外界强电磁场的变换等）引起，它的特点是：差错呈突发状，影响 一批连续的bit（突发长度）。计算机网络中的差错主要是突发差错。 通信过程中产生的传输差错，是由随机差错和突发差错共同构 成的。 3. 误码率 数据传输过程中可用误码率Pe来衡量信道数据传输的质量，误码率是指二进制码元在数据传输系统中出现差错的概率，可用下式表达： 4. 差错控制 差错控制是指在数据通信过程中能发现或纠正差错，将差错限 制在尽可能小的允许范围内。
差错检测是通过差错控制编码来实现的；而差错纠正是通过差错控制方法来实现的。 差错控制编码 差错控制编码的原理是：发送方对准备传输的数据进行抗干扰编码，即按某种算法附加上一定的冗余位，构成一个码字后再发送。接收方收到数据后进行校验，即检查信息位和附加的冗余位之间的关系，以检查传输过程中是否有差错发生。差错控制编码分检错码和纠错码两种，检错码是能自动发现差错的编码，纠错码是不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。 衡量编码性能好坏的一个重要参数是编码效率R： 其中，n表示码字的位长，k表示数据信息的位长，r表示冗余位的位长。 计算机网络中常用的差错控制编码是奇偶校验码和循环冗余码。 1. 奇偶校验码 奇偶校验码是一种最简单的检错码。 原理：通过增加冗余位来使得码字中"1"的个数保持为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。例如，偶校验：110101000，011011011在实际使用时，奇偶校验可分为以下三种方式。 (1) 垂直奇偶校验 原理：将要发送的整个数据分为定长p位的q段，每段的后面按"1"的个数为奇数或偶数的规律加上一位奇偶位： 编码效率：R = P/（P+1） 检错能力：能检出每列中的所有奇数个错，但检不出偶数个错。对突发错，漏检率约为50%
为了提高信息在无线信道传输时的可靠性，提高数据在信道上的抗干扰能 力，TD一SCDMA系统采用了三种信道编码方案:卷积编码、Turb。编码和不编 码。不同类型的传输信道所使用的编码方案和编码率见表2.3。 编码后的比特数H和编码前的比特数I的关系可以表示为: (l)编码率为1/2的卷积码:H=21+l6; (2)编码率为1/3的卷积码:H=3卜24; (3)编码率为1/3的Turbo码:H=31+12; (4)不编码:H=I; 在数字通信中，信道编码是为了降低误码率、提高数字通信的可靠性而采取 的编码。信道编码对改善传输质量起着至关重要的作用。为了提高信息、在无线信 道传输的可靠性，TD一SCDMA系统主要采用了不编码、卷积编码和Turbo编码 三种信道编码方案。 卷积码是一种非分组码，通常它更适用于前向纠错法，因为其性能对于许多 实际情况常优于分组码，而且设备简单。这种卷积码在它的信息码元中也有插入 的监督码元，但并不实行分组监督，每一个监督码元都要对前后的信息单元起监 督作用，整个编解码过程是一环扣一环，连锁地进行下去。 Tubro码可以是串行或并行级联码，一般用的并行式编码器。串行式编码器 由外码、交织和内码串接而成，并行式编码器则由几个分量编码器、交织、打孔 复接构成，各分量编码器可以不同，也可以相同;可以用分组码，也可以用卷积 码，甚至级联码。分组码适用于编码率高的情况，卷积码则相反。译码器包括两 个软输入输出译码器、交织器和去交织器，构成第二级译码器的软输出反馈到第 一级输入，以改善判决，在迭代到一定次数后，经过硬判决获得结果。在卷积码 的情况，译码器采用软输入软输出Viterhi算法。最常用的是逐个符号最大后验 概率译码器。误码率性能与迭代次数有关，迭代过程一般是收敛的。交织器的设计是Turbo码的关键。它的任务是把低码重的输入序列中连续的 零比特打散，使分量编码器的校验码有较大的码重，打孔是在两个编码器的输出 删去一部分，其目的是提高编码率。如果编码时进行了打孔则在译码时要在打孔 位补O。 Tubro码的主要特色或优点主要有四个方面:(1)发端交织器起到随机化码 重分布的作用，使Turbo码最小重量尽可能大，即随机化编码的作用;(2)收端 交织器与相应的多次迭代译码起到随机译码的作用，同时对有突发错误的衰落信 道起到化突发为随机独立差错的作用;(3)级联编译码起到利用短码构造长码的 作用，再加上交织的随机性使得级联也具有随机性，从而克服了固定式级联渐进 性能差的缺点;(4)并行级联结构与最优的多次迭代软输入/软输出的BCJR算
差错控制编码仿真 一、实验目的 掌握差错控制编码的实现技术以及仿真方法 二、实验内容 1、设计一个（7,4）汉明码编译码仿真模型 2、观察经过并串转换后的(7,4)汉明码输出波形图 三、实验原理 1、线性分组码的基本概念： 线性分组码（n，k）中许用码字（组）为2k个。定义线性分组码的加法为模2和，乘法为二进制乘法。即1+1=0、1+0=1、0+1=1、0+0=0； 1×1=1、1×0=0、0×0=0、0×1=0。且码字与码字 的运算在各个相应比特位上符合上述二进制加法运算规则。 线性分组码具有如下性质（n，k）的性质： 1）封闭性。任意两个码组的和还是许用的码组。 2）码的最小距离等于非零码的最小码重。 对于码组长度为n、信息码元为k位、监督码元为r＝n－k位的分组码，常记作（n，k）码，如果满足2r－1≥n，则有可能构造出纠正一 位或一位以上错误的线性码。 下面我们通过（7，4）分组码的例子来说明如何具体构造这种线性码。设分组码（n，k）中，k = 4，为能纠正一位误码，要求r≥3。现取 r＝3，则n＝k＋r＝7。我们用a0ala2a3a4a5a6表示这7个码元，用S1、 S2、S3表示由三个监督方程式计算得到的校正子，并假设三位S1、S2、 S3校正子码组与误码位置的对应关系如下表12.2所示。 （7，4）码校正子与误码位置
S1＝0。因此有S1＝a6⊕a5⊕a4⊕a2，同理有S2＝a6⊕a5⊕a3⊕a1和S3＝a6⊕a4⊕a3⊕a0。在编码时a6、a5、a4、a3为信息码元，a2、a1、a0为监督码元。则监督码元可由以下监督方程唯一确定 即 由上面方程可得到表12.3所示的16个许用码组。在接收端收到每个码组后，计算出S1、S2、S3，如果不全为0，则表示存在错误，可以由表12.2确定错误位置并予以纠正。例如收到码组为0000011，可算出S1S2S3=011,由表12.2可知在a3上有一误码。通过观察可以看出，上述（7，4）码的最小码距为dmin＝3，它能纠正一个误码或检测两个误码。如果超出纠错能力则反而会因“乱纠”出现新的误码。 （7，4）许用码组 有以下一些特点：码长n＝2m－1，最小码距为d＝3，信息码长k＝2n －m－1，纠错能力t＝1，监督码长r＝n－k＝m。这里m为≥2的正整数。给定m后，就可构造出汉明码（n，k）。 1、（7，4）汉明码的编译码仿真：
第5章语音编码、信道编码和交织技术 引言 一般的数字通信系统都包含信源编解码、信道编解码和调制解调这三对功能模块，语音编码是一种信源编码的，在移动通信中由于信道的特点，往往还需要交织和去交织这一对功能模块。 为什么要进行信源编码、信道编码和交织呢？从实现过程分析： 信源编码——原理：去掉一些信息（信源中统计特性具有相关性的信息）； （有效性）目的：尽可能用最少的信息比特表示信源，从而达到压缩信息 速率，以较少的信息速率传送信息； 信道编码——原理：加入一些信息（监督码或检验码）； （可靠性）目的：用来供接收端纠正或检出信息在信道中传输时，由于干 扰、噪声或衰落等所造成的误码。 交织——原理：不改变信息量，只改变信息的排序； （可靠性）目的：克服信道中由于深衰落而造成的突发的成串的误码。 对本章的学习，我们复习信源编码和信道编码的基础上，重点掌握：1．移动通信对编码的要求； 2．蜂窝移动通信典型系统用到的编码方式； 3．在这些系统中的实现过程； 4．交织的原理和作用。 5.1 语音编码 通信系统中的语音编码的目的是解除语音信源的统计相关性，语音编码大致分为三类。 一．语音编码的分类（参考：《吴伟陵，《移动通信原理》，电子工业出版社，P72）1．波形编码 波形编码是以精确再现语音波形为目的，并以保真度即自然度为度量标准的编码方法。这类编码是保留语音个性特征为主要目标的方法，其码速较高。 常用的波形编码及其原理：PCM、DPCM、ADPCM 应用：适用于骨干（固定）通信网。
2．参量编码 利用人类的发声机制，仅传送反映语音波形变化主要参量的编码方法。在接收端，可根据发声模型，由传送过来的变化参量激励产生人工合成的语音。参量编码的主要标准是可懂度。显然，这类编码是以提取并传送语音的共性特征参量为目的的编码方式，其码速较低。（声码器） 常用的参量编码及其原理：LPC 应用：主要用于军事保密通信。 3．混合编码 混合编码是吸取上述两类编码的优点，以参量编码为基础，并附加一定的波形编码特征，以实现在可懂度基础上适当改善自然度目的的编码方式。其码速介于上述两类编码之间。（软声码器） 常用的参量编码及其原理：MPLPC(多脉冲激励LPC)；CELPC（码激励线性预测编码） 应用：主要应用于移动通信。 移动通信中由于频率资源有限，因此要求语音编码采用低码速，而另一方面由于移动通信信号可能要进入公共骨干通信网，因此必须基本满足公共骨干网的最低要求，再者移动通信属于民用通信，还必须满足个性化指标要求，鉴于以上理由，高质量的混合编码是移动通信中的优选方案。 二．混合编码的性能参数 1．数据比特率（bps） 数据比特率是度量语音信源压缩率和通信系统有效性的主要指标。数据比特速率越低，压缩倍数就越大，可通信的话路数也就越大，移动通信系统也就越有效。但数据比特率低，话音质量也就随之相应降低。为了补偿质量的下降，措施主要包括：（1）提高设备硬件复杂度和算法软件复杂度，但这又带来了成本与处理时延的增大；（2）采用可变速率的自适应传输，它可以大大降低语音的平均传送率；（3）还可以进一步采用语音激活技术，充分利用至少3/8的有效空隙，可获得大约2.67dB的有效增益。 2．语音质量 对语音质量的评价通常有两类方法：客观评定方法和客观评价方法。 （1）客观评定方法
差错控制编码的设计与仿真 学生：陈琪，长江大学文理学院 指导教师：黄金平，长江大学电信学院 一、题目来源 来源于通信过程中所遇到的实际的问题 二、研究目的和意义 通信系统必须具备发现(即检测)差错的能力，并采取措施纠正之，使差错控制在所能允许的尽可能小的范围内，这就是差错控制过程，也是数据链路层的主要功能之一。 接收方通过对差错编码(奇偶校验码或CRC码)的检查，可以判定一帧在传输过程中是否发生了差错。一旦发现差错，一般可以采用反馈重发的方法来纠正。这就要求接受方收完一帧后，向发送方反柜一个接收是否正确的信息，使发送方据此做出是否需要重新发送的决定。发送方仅当收到接收方以正确接收的反馈信号后才能认为该帧已经正确发送完毕，否则需要重发直至正确为止。 物理信道的突发噪声可能完全“淹没”一帧，即使得整个数据帧或反馈信息帧丢失，这将导致发送方永远收不到接受方发来的信息，从而使传输过程停滞。为了避免出现这种情况，通常引入计时器(Timer)来限定接收方发回方反柜消息的时间间隔，当发送方发送一帧的同时也启动计时器，若在限定时间间隔内未能收到接收方的反柜信息，即计时器超时(Timeout)，则可认为传出的帧以出错或丢失，就要重新发送。由于同一帧数据可能被重复发送多次，就可能引起接收方多次收到同一帧并将其递交给网络层的危险。为了防止防止发生这种危险，可以采用对发送的帧编号的方法，即赋予每帧一个序号，从而使接收方能从该序号来区分是新发送来的帧还是已经接受但又重发来的帧，以此来确定要不要将接收到的帧递交给网络层。数据链路层通过使用计数器和序号来保证每帧最终都能被正确地递交给目标网络层一次。
GSM信道编码和交织技术 2010-09-25 16:23:50| 分类：GSM | 标签：|字号大中小订阅 3.4 信道编码和交织 信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰对信号产生不良影响。 信道编码采用专门的冗余技术，在发送端按一定的规律插入冗余位进行编码，接收端的解码过程利用这些冗余位检测误码并尽可能地纠正错误，恢复出原始的发送信息。 GSM中使用的编码方式有卷积码和分组码，在实际应用中是把这两种方式组合在一起使用。 ? 卷积码：把k个信息比特编成n个比特，k，n都很小，适宜以串行方式传输，而且延时也小，编码后的n个码元不但与本组k个信息码元相关，还与前面（N －1）组的信息码元相关，其中N称为约束长度。卷积码一般可表示成（n，k，N）。卷积编码的纠错能力随N的增大而增大，而差错率随N的增大成指数下降。卷积码主要用于纠错，当解调器采用最大似然估计方法时，可以产生十分有效的纠错结果。 ? 分组码：这是一种截短循环码，通过增加对信息比特的异或运算得到冗余位，把k个输入信息位通过异或运算映射到n个输出二进码元（n>k）。分组码主要用于检测和纠正成组出现的错码，通常与卷积码混合使用。 3.5 交织和解交织 无线通信的突发误码的产生，常常是因为持续时间较长的衰落引起的，如果只依靠上述的信道编码方式来检错和纠错是不够的。为了更好地解决这类误码问题，在系统中采用信道交织技术。 交织实际上是把一个消息块原来连续的比特按一定规则分开发送传输，即在传送过程中原来的连续块变成不连续，然后形成一组交织后的发送消息块，在接收端对这种交织信息块复原（解交织）成原来的信息块。如图 3 21所示 图 3 21 交织技术 采用交织技术后，如果传送过程中某块消息丢失，在恢复后实际上只丢失每个信息块的一部分，而不至于全部丢失，采用编码技术后就很容易恢复那些被丢失的消息。
第九章信道编码 9.1纠错编码原理和方法 在数字通信中，数字信息交换和传输过程中出现差错的主要原因是信号在传输过程中由于信道特性不理想以及加性噪声和人为干扰的影响，使接收端产生错误判决。 为了提高系统传输的可靠性，降低误码率，常用的方法有两种： 1.降低数字信道本身引起的误码，可采用的方法有选择高质量的传输线路、改善信道的传输特性、增加信号的发送能量、选择有较强抗干扰能力的调制解调方案等等； 2.采用差错控制编码，即信道编码。 它的基本思想是通过对信息序列作某种变换，使原来彼此独立、相关性极小的信息码元产生某种相关性，在接收端可以利用这种规律性来检查并纠正信息码元在信息传输中所造成的差错。 从差错控制角度看，按加性干扰引起的错码分布规律的不同，信道可以分为三类，即随机信道、突发信道和混合信道。对于不同的信道应采用不同的差错控制技术。 一、差错控制系统 常用的差错控制方法有以下几种： 1．检错重发法（ARQ）
检错重发方式的发送端发出有一定检错能力的码。接收端译码器根据编码规则，判断这些码在传输中是否有错误产生，如果有错，就通过反馈信道告诉发送端，发送端将接收端认为错误的信息再次重新发送，直到接收端认为正确为止。 该方式的优点：只需要少量的多余码就能获得较低的误码率。由于检错码和纠错码的能力与信道的干扰情况基本无关，因此整个差错控制系统的适应性较强，特别适合于短波、有线等干扰情况非常复杂而又要求误码率较低的场合。 主要缺点：必须有反馈信道，不能进行同播。当信道干扰较大时，整个系统可能处于重发循环之中，因此信息传输的连贯性和实时性较差。 2．前向纠错法（FEC） 前向纠错方式是发送端发送有纠错能力的码，接收端的纠错译码器收到这些码之后，按预先规定的规则，自动的纠正传输中的错误。 该方式的优点：不需要反馈信道，能够进行一个用户对多个用户的广播式通信。译码的实时性好，控制电路简单，特别适用于移动通信。 缺点：译码设备比较复杂，所选用的纠错码必须与信道干扰情况相匹配，因而对信道变化的适应性差。为了获得较低的误码率，必须以最坏的信道条件来设计纠错码。 3．混合差错控制（HEC） 混合差错控制方式是检错重发方式和前向纠错方式的结合。发送端发送的码不仅
论信源编码与信道编码 李希夷 201110404107 摘要： 如今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。而在数字通信系统中，信源编码和信道编码在信息的传送过程中起到了至关重要的作用，这要求我们对信源编码和信道编码的了解和认识有更高的层次。 关键词： 信息传输数字通信信源编码信道编码 正文： 一．信源编码和信道编码的发展历程 信源编码： 最原始的信院编码就是莫尔斯电码，另外还有ASCII码和电报码都是信源编码。但现代通信应用中常见的信源编码方式有：Huffman编码、算术编码、L-Z 编码，这三种都是无损编码，另外还有一些有损的编码方式。信源编码的目标就是使信源减少冗余，更加有效、经济地传输，最常见的应用形式就是压缩。相对地，信道编码是为了对抗信道中的噪音和衰减，通过增加冗余，如校验码等，来提高抗干扰能力以及纠错能力。 信道编码： 1948年Shannon极限理论 →1950年Hamming码 →1955年Elias卷积码 →1960年 BCH码、RS码、PGZ译码算法 →1962年Gallager LDPC（Low Density Parity Check，低密度奇偶校验）码→1965年Ｂ－M译码算法 →1967年RRNS码、Viterbi算法 →1972年Chase氏译码算法 →1974年Bahl MAP算法 →1977年IMaiBCM分组编码调制 →1978年Wolf 格状分组码 →1986年Padovani恒包络相位／频率编码调制 →1987年Ungerboeck TCM格状编码调制、SiMonMTCM多重格状编码调制、WeiL.F.多维星座TCM →1989年Hagenauer SOVA算法
《现代通信系统与技术》题目：信道编码理论与技术 院（系）信息科学与工程学院 专业通信工程专业 届别 2011级 班级11通信工程B班 学号 1115108033 姓名苏杰波 任课老师贺玉成
信道编码理论与技术 摘要：本文先阐述了信道编码的基本概念和基本原理，然后介绍了几种主要的信道编码技术，分析了他们的原理以及它在各个方面的应用和研究，并对各种编码方法的优缺点进行了总结，对信道编码的未来进行了展望。 关键词：信道编码，理论，技术 引言 编码理论与技术不仅在通信、计算机以及自动控制等电子学领域中得到直接的应用，而且还广泛地渗透到生物学、医学、生理学、语言学、社会学和经济学等各领域。在编码理论与自动控制、系统工程、人工智能、仿生学、电子计算机等学科互相渗透、互相结合的基础上，形成了一些综合性的新兴学科。尤其是随着数学理论，如小波变换、分形几何理论、数学形态学以及相关学科，如模式识别、人工智能、神经网络、感知生理心理学等的深入发展，世界范围内的有关专家一直在寻求现有压缩编码的快速算法，同时，又在不断探索新的科学技术在压缩编码上的应用，因此新颖高效的现代压缩方法相继产生。 一、信道编码的基本概念 信道编码的目的是为了改善通信系统的传输质量，对于不同类型的信道要设计不同类型的信道编码，才能收到良好效果。从构造方法看，所谓信道编码，其基本思路是根据一定的规律在待发送的信息码元中加入一些多余的码元，以保证传输过程的可靠性。信道编码的任务就是构造出以最小冗余度代价换取最大抗干扰性能的“好码”。从不同角度出发，可有不同的分类方法。按照信道特性和设计的码字类型进行划分，信道编码可分为纠独立随机差错码、纠突发差错码和纠混合差错码。按照码组的功能分，有检错码和纠错码。按照每个码取值来分，可分为二元码与多元码，也称为二进制码与多进制码。目前，传输系统或存储系统大多采用二进制的数字系统，所以一般提到的纠错码都是指二元码。按照对信息码元处理方法的不同分，有分组码和卷积码。按照监督码元与信息码元之间的关系分，有线性码和非线性码。线性码是指监督码元与信息码元之间的关系是线性关系。否则称为非线性码。按照循环特性分，分组码又可分为循环码和非循环码。循环码的特点是：若将其全部码字分为若干组，则每组中任一码字的码元循环移位后仍是这组的码字。非循环码是1个任