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
能够检测错误，而且还具有一定的纠错能力。接收端译码器收到信码后，如果检查出的错误是在码的纠错能力以内，则接收端自动进行纠错，如果错误很多，超过了码的纠错能力但尚能检测时，接收端则通过反馈信道告知发送端必须重发这组码的信息。
该方法不仅克服了前向纠错方式冗余度较大，需要复杂的译码电路的缺点，同时还增强了检错重发方式的连贯性，在卫星通信中得到了广泛的应用。
下图是上述三种差错控制方法的系统框图，图中有斜线的方框图表示在该端检出错误。
发端 收端
检错重发 ARQ
前向纠错 FEC
混和纠错 HEC
二、差错控制编码的基本概念
1．编码效率
设编码后的码组长度、码组中所含信息码元以及监督码元的个数分别为n 、k 和r ，三者间满足r k n +=，编码效率n r n k R /1/-==。R 越大，说明信息位所占的比重
越大，码组传输信息的有效性越高。所以，R说明了分组码传输信息的有效性。
2．编码分类
（1）根据已编码组中信息码元与监督码元之间的函数关系，可分为线性码和非线性码。若信息码元与监督码元之间的关系呈线性，即满足一组线性方程式，则称为线性码。
（2）根据信息码元与监督码元之间的约束方式不同，可分为分组码和卷积码。分组码的监督码元仅与本码组的信息码元有关，卷积码的监督码元不仅与本码组的信息码元有关，而且与前面码组的信息码元有约束关系。
（3）根据编码后信息码元是否保持原来的形式，可分为系统码和非系统码。在系统码中，编码后的信息码元保持原样，而非系统码中的信息码元则改变了原来的信号形式。
（4）根据编码的不同功能，可分为检错码和纠错码。
（5）根据纠、检错误类型的不同，可分为纠、检随机性错误的码和纠、检突发性错误的码。
（6）根据码元取值的不同、可分为二进制码和多进制码。
本章只介绍二进制纠、检错编码。
3．编码增益
由于编码系统具有纠错能力，因此在达到同样误码率要求时，编码系统会使所要
求的输入信噪比低于非编码系统，为此引入了编码增益的概念。其定义为，在给定误码率下，非编码系统与编码系统之间所需信噪比00/N S 之差（用dB 表示）。采用不同的编码会得到不同的编码增益，但编码增益的提高要以增加系统带宽或复杂度来换取。
4． 码重和码距
对于二进制码组，码组中“1”码元的个数称为码组的重量，简称码重，用W 表示。例如码组10001，它的码重2=W 。
两个等长码组之间对应位不同的个数称为这两个码组的汉明距离，简称码距d 。例如码组10001和01101，有三个位置的码元不同，所以码距3=d 。码组集合中各码组之间距离的最小值称为码组的最小距离，用0d 表示。最小码距0d 是信道编码的一个重要参数，它体现了该码组的纠、检错能力。0d 越大，说明码字间最小差别越大，抗干扰能力越强。但0d 与所加的监督位数有关，所加的监督位数越多，0d 就越大，这又引起了编码效率R 的降低，所以编码效率R 与码距0d 是一对矛盾。
根据编码理论，一种编码的检错或纠错能力与码字间的最小距离有关。在一般情况下，对于分组码有以下结论：
（1） 为检测e 个错误，最小码距应满足
10+≥e d
（2） 为纠正t 个错误，最小码距应满足
信道编码发展概述 摘要:信道编码为了与信道的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的可靠性，而在信源编码的基础上，按一定规律加入一些新的监督码元，以实现纠错的编码。本文主要介绍几种主要的信道编码和译码原理和它们实现方法和性能和各种编码的优缺点，并介绍其在现代通信技术中的应用如WCDMA和3G通信技术。 关键词:分组码; 卷积码; 级联码; Turbo码；通信技术； 中图分类号:TP91811 Development of Channel Codes Abstract: Channel coding in order to match the statistic properties of channel, and to distinguish the pathway and improve the reliability of communication, and on the basis of the source code, add some new oversight element according to certain rule, in order to realize the error correction coding. This paper mainly introduces several main channel coding and decoding principle and their implementation methods and properties and the advantages and disadvantages of all kinds of coding, and introduces its application in the modern communication technologies such as WCDMA and 3G communications technology. Key words:block codes; convolution code; concatenation codesturbo code; communication technology; 0引言 一个完整的通信系统，在从信源至接收的全过程中，对信号进行的编码包括信源编码、信道编码以及加密与解密，其中信源编码与信道编码是对信号进行处理的重要步骤，而加密与解密则主要用于接收系统中。 信道编码又称为纠错编码，是指将信号进行编码处理，以使编码后的传送码流与信道传输特性相匹配，其根本目的是为了提高信息传输的可靠性，即提高系统的抗干扰能力。信道编码是数字通信区别于模拟通信的显著标志，其主要实现方法是通过增大码率或频带，即增大所需的信道容量。这一点恰好与信源编码为适应存储及信道传输要求而进行压缩码率或频带而相反。信道编码在当今的通信系统中有这至关重要的地位，TD-SCDMA中主要采用了卷积码和CRC检错码，而Turbo码在WCDMA的差错控制技术中和4G通信中起着至关重要的作用。 1分组码 将信源的信息序列按照独立的分组进行处理和编码，称为分组码。编码时将每k个信息位分为一组进行独立处理，变换成长度为n（n>k）的二进制码组。 简单实用编码包括奇偶监督码、二维奇偶监督码、恒比码、正反码，其中奇偶监督码和分组码又同属于代数码。分组码一般用符号（n，k）表示，其中n是码组的总位数，又成为码组的长度（码长），k是码组中信息码元的数目，– n k r 为码组中的监督码元数目。在分组码中，把码组中“1”的个数目称为码组的重量，简称码重。把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距离，简称码距又称海明距离。分组码线性是指码组中码元的约束关系是线性的, 而分组则是对编码而言。他可以用近似代数理论中有限维有限域的矩阵来描述。线性分组码实际上是利用线性空间的扩展, 即由原来的k维扩展到n 维, 利用被扩展的(n - k ) 维来发现、纠正信道传输中的差错。 1.1 循环码 循环码是一种无权码，每位代码无固定权值，任何相邻的两个码组中，仅有一位代码不同。而纠错码的译码是该编码能否得到实际应用的关键所在。译码器往往比编码较难实现，对于纠错能力强的纠错码更复杂。根据不同的纠错或检错目的，循环码译码器可分为用于纠错目的和用于检错目的的循
通信信号处理的技术发展新方向 一通信技术的起源 自19世纪初电通信技术问世以来，短短的100多年时间里，通信技术的发展可谓日新月异。“千里眼”、“顺风耳”等古人的梦想不但得以实现，而且还出现了许多人们过去想都不曾想过的新技术。 实现通信的方式很多，随着社会的需求、生产力的发展和科学技术的进步，目前的通信越来越依赖利用“电”来传递消息的电通信方式。由于电通信迅速、准确、可靠且不受时间、地点、距离的限制，因而近百年来得到了迅速的发展和广泛的应用。当今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般均是指“电通信”。广义来讲，光通信也属于电通信，因为光也是一种电磁波。 通信技术的发展，不可避免的就要涉及到通信信号的处理。所谓"信号处理"，就是要把记录在某种媒体上的信号进行处理，以便抽取出有用信息的过程，它是对信号进行提取、变换、分析、综合等处理过程的统称。 二通信系统的组成 通信是从一地向另一地传递和交换信息。实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。 信源是消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信号或基带信号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。前者属于模拟信源，输出的是模拟信号；后者是数字信源，输出离散的数字信号。 发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。对数字通信系统来说，发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。 信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。根据研究对象的不同，需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型，以反映传输媒质对信号的影响。 三信号处理的目的和方法 人们最早处理的信号局限于模拟信号，所使用的处理方法也是模拟信号处理方法。在用模拟加工方法进行处理时，对"信号处理"技术没有太深刻的认识。这是因为在过去，信号处理和信息抽取是一个整体，所以从物理制约角度看，满足信息抽取的模拟处理受到了很大的限制。 由于通信信号的特殊性，以及在传播过程中的干扰和损耗，有效的传输信号成了要解决的头等问题。 随着数字计算机的飞速发展，信号处理的理论和方法也得以发展。并出现了不受物理制约的纯数学的加工，即算法，并确立了信号处理的领域。信号处理的目的是削弱信号中的多余内容；滤出混杂的噪声和干扰；或者将信号变换成容易处理、传输、分析与识别的形式，以便后续的其它处理。现在，对于信号的处理，人们通常是先把模拟信号变成数字信号，然后利用高效的数字信号处理器或计算机对其进行数字信号处理。 一般数字信号处理涉及三个步骤： (一) 模数转换(A/D转换)：把模拟信号变成数字信号，是一个对自变量和幅值同时进行离散化的过程，基本的理论保证是采样定理。 (二) 数字信号处理(DSP)：包括变换域分析(如频域变换)、数字滤波、识别、合成等。
CDMA的语音编码与信道编码 摘要：随着3G移动通信技术的逐步实现以及移动通信与互联网的融合，全球正迅速步入移动信息时代。CDMA已被广泛接纳为第三代移动通信的核心技术之一，它具有优越的性能。本文主要介绍CDMA中常用的语音编码技术与信道技术。 关键词：语音编码信道编码受激励线性编码码激励线性预测编码矢量和激励线性预测编码编码器解码器卷积码 1 CDMA中的语音编码技术 语音编码为信源编码，是将模拟信号转变为数字信号，然后在信道中传输。在数字移动通信中，语音编码技术具有相当关键的作用，高质量低速率的话音编码技术与高效率数字调制技术相结合，可以为数字移动网提供高于模拟移动网的系统容量。目前，国际上语音编码技术的研究方向有两个：降低话音编码速率和提高话音质量。 1.1 语音编码技术的分类 语音编码技术有三种类型：波形编码、参量编码和混合编码。 ●波形编码：是在时域上对模拟话音的电压波形按一定的速率抽样，再将 幅度量化，对每个量化点用代码表示。解码是相反过程，将接收的数字 序列经解码和滤波后恢复成模拟信号。波形编码能提供很好的话音质 量，但编码信号的速率较高，一般应用在信号带宽要求不高的通信中。 脉冲编码调制（PCM）和增量调制（ΔM）常见的波形编码，其编码速率 在16～64kbps。 ●参量编码：又称声源编码，是以发音模型作基础，从模拟话音提取各个 特征参量并进行量化编码，可实现低速率语音编码，达到2～4.8kbps。 但话音质量只能达到中等。 ●混合编码：是将波形编码和参量编码结合起来，既有波形编码的高质量 优点又有参量编码的低速率优点。其压缩比达到4～16kbps。泛欧GSM 系统的规则脉冲激励-长期预测编码（RPE-LTP）就是混合编码方案。1.2 CDMA的语音编码
数字通信中的信源编码和信道编码 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。本论文根据当今现代通信技术的发展，对信源编码和信道编码进行了概述性的介绍. 关键词：数字通信；通信系统；信源编码；信道编码 Abstract：Now it is an information society. In the all of information technologies, transmission and communication of information take an important effect. For the transmission of information, Digital communication has been an important means. In this thesis we will present an overview of source coding and channel coding depending on the development of today’s communica tion technologies. Key Words：digital communication; communication system; source coding; channel coding 1.前言 通常所谓的“编码”包括信源编码和信道编码。编码是数字通信的必要手段。使用数字信号进行传输有许多优点, 如不易受噪声干扰, 容易进行各种复杂处理, 便于存贮, 易集成化等。编码的目的就是为了优化通信系统。一般通信系统的性能指标主要是有效性和可靠性。所谓优化，就是使这些指标达到最佳。除了经济性外，这些指标正是信息论研究的对象。按照不同的编码目的，编码可主要分为信源编码和信道编码。在本文中对此做一个简单的介绍。 2.数字通信系统 通信的任务是由一整套技术设备和传输媒介所构成的总体——通信系统来完成的。电子通信根据信道上传输信号的种类可分为模拟通信和数字通信。最简单的数字通信系统模型由信源、信道和信宿三个基本部分组成。实际的数字通信系统模型要比简单的数字通信系统模型复杂得多。数字通信系统设备多种多样，综合各种数字通信系统，其构成如图2-l所示。 图2-1 数字通信系统模型 信源编码是以提高通信有效性为目的的编码。通常通过压缩信源的冗余度来实现。采用的一般方法是压缩每个信源符号的平均比特数或信源的码率。 信道，通俗地说是指以传输媒质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。 信道编码是以提高信息传输的可靠性为目的的编码。通常通过增加信源的冗余度来实现。采用的一般方法是增大码率或带宽。与信源编码正好相反。在计算机科学领域，信道编
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
通信系统中的信道编码方法 Xx （xx大学信息工程学院，湖北武汉430070） 摘要：目前，中国固定和移动两大网络的规模都已位居世界第2位，上网用户也在不断增加，中国的信息通信制造业也得到很大的发展。中国将加快建设新一代信息通信网络技术、生产体系。在信息通信网络的高速发展下，要有效地提高传输速率，然而在实际信道上传输数字信号时，由于信道特性的不理想以及加性噪声和人为干扰的影响，系统输出的数字信息不可避免地会出现差错。因此，为了保证通信内容的可靠性和准确性，每一个数字通信系统对输出信息码的差错概率即误码率都有一定的要求。 为了降低误码率，常用的方法有两种：一种是降低数字信道本身引起的误码，可采取的方法有：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、选择有较强的抗干扰能力的调制解调方案等；另一种方法就是采用差错控制措施，使用信道编码。在许多情况下，信道的改善是不可能的或是不经济的，这时只能采用信道编码方法。因此实现信道编码方法具有重要的意义。 关键词：信道，误码率，信道编码 Abstract：At present, the scale of the fixed and mobile network are ranked 2 in the world, the Internet users are always growing, China’s information and communication industry has got a lot of development. China will speed up the construction of a new generation of information and communications network technology and production system. Under the fast development of information and communication network, we should improve the transmission rate effectively, however, when transmitting digital signals in actual channels, there are mistakes in the system outputs of digital signals inevitably due to not ideal characteristics of the channels and additive noise as well as man-made interference. Though, in order to ensure dependability and accuracy of communication contents, a digital communications system for each output code error probability of bit error rate that has certain requirements. To reduce the error rate, there are commonly two ways: one is to reduce the number of channel bit error caused by its own, the following methods: Select high-quality transmission lines, to improve the transmission characteristics of the channel ,to increase signal transmission power, Select a strong anti-interference ability of modulation and demodulation programs; the other method is to use error-control measures , to use channel coding. In many cases, the improvement of the channel is not possible or not economical, then we can only use channel coding. Therefore, implementing channel coding method is significant. Keywords：channel，code errorrate，channel coding，
数字通信的简介与发展The introduction and development of digital communication 作者：刁士琦 2015/12/17
摘要 本课题以为通信系统研究对象，通过网络、书籍查询相关知识与技术发展。 全文分为八部分，第一部分是绪论，介绍本课题的重要意义。第二部分是通信系统的相关知识。第三部分是数字通信系统的分类。第四部分是数字通信的特点。第五部分是数字通信的发展。第六部分为结论。 关键词：通信系统、数字通信
目录 摘要 (2) 1引言 (3) 2通信系统的基本组成 (4) 2.1信源 (4) 2.2信道 (4) 2.3接收设备 (4) 2.4信宿 (4) 2.5发送设备 (4) 3数字通信系统 (5) 3.1数字频带传输通信系统 (5) 3.2数字基带传输通信系统 (5) 3.3模拟信号数字化传输通信系统 (5) 4数字通信的主要特点 (5) 4.1数字通信的优点 (5) 4.2数字通信的缺点 (6) 5数字通信的发展 (6) 5.1数字通信的发展历史 (5) 5.2数字通信的发展现状 (7) 5.3数字通信的发展前景 (8) 6结论 (8) 参考文献 (10)
1引言 实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现，前者称为无线通信系统，后者称为有线通信系统。 2通信系统的基本组成 2.1信源 信源（信息源，也称发终端）的作用是把待传输的消息转换成原始电信号。信源输出的信号称为基带信号。所谓基带信号是指没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号，相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。 2.2信道 信道是指信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。 2.3接收设备 在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。 2.4信宿 信宿（也称受信者或收终端）是将复原的原始电信号转换成相应的消息，如电话机将对方传来的电信号还原成了声音。 2.5发送设备
现代通信技术发展的主要趋势和方向 摘要：本文回顾了２０世纪移动通信技术发展的历程，对现代通信技术进行了概述。主要针对移动通信、卫星通信、光纤通信及数字微波通信进行了发展趋势的介绍。同时，对现代通信技术的未来发展方向进行了展望。 关键词：移动通信卫星通信光纤通信现代信息 技术发展趋势 0引言 20世纪在人类历史上写下了光辉的一章：1900年波罗的海的一群遇难渔民，通过无线电呼叫而得救，移动通信第一次在海上证明了它对人类的价值；1903年底莱特驾驶自己的飞行器飞上了蓝天，开创了航空交通新领域；1946年世界上第一架计算机诞生，开创了信息经济时代和扩展人类脑力的里程碑；1969年世界上第一个采用存储转发的分组交换计算机网络ARPANET开通，为因特网的高速发展奠定了基础。 纵观通信技术的发展，虽然只有短短的一百多年的历史，却发生了翻天覆地的变化，由当初的人工转接到后来的电路转接，以及到现在的程控交换和分组交换，还有可以作为未来分组化核心网用的ATM交换机，IP路由器；由当初只是单一的固定电话到现在的卫星电话，移动电话，IP电话等等，以及由通信和计算机结合的各种其他业务，第三代通信技术的即将上市，以及以后的第四代通信，随着通信技术的发展，人类社会已经逐渐步入信息化的社会。 21世纪是一个信息社会，信息交流已经成为人们生活的基本需要。通信作为传输和交换信息的重要手段，是推动人类社会文明、进步与发展的巨大动力。电话技术的演变日新月异，传输媒介、交换设备、传输设备、终端设备和通信方式的改变都是影响电信通信的因素。 1现代通信技术概述 现代的主要通信技术有数字通信技术，程控交换技术，信息传输技术，通信网络技术，数据通信与数据网，ISDN与ATM技术，宽带IP技术，接入网与接入技术。 1.1数字通信 数字通信即传输数字信号的通信，，是通过信源发出的模拟信号经过数字终端的心愿编码成为数字信号，终端发出的数字信号，经过信道编码变成适合与信道传输的数字信号，然后由调制解调器把信号调制到系统所使用的数字信道上，在传输到对段，经过相反的变换最终传送到信宿。 1.2程控交换 程控交换技术即是指人们用专门的电子计算机根据需要把预先编好的程序存入计算机后完成通信中的各种交换。随着电信业务从以话音为主向以数据为主转移，交换技术也相应地从传统的电路交换技术逐步转向给予分株的数据交换和宽带交换，以及适应下一代网络基于IP的业务综合特点的软交换方向发展。 1.3信息传输 信息传输技术主要包括移动通信，光纤通信，卫星通信，数字微波通信，以及图像通信。 1)移动通信 早期的通信形式属于固定点之间的通信，随着人类社会党俄发展，信息传递日益频繁，移动通信正是因为具有信息交流灵活，经济效益明显等优势，得到了迅速的发展，所谓移动通信，就是在运动中实现的通信。其最大的优点是可以在移动的时候进行通信，方便，灵活。现在的移动通信系统主要有数字移动通信系统（GSM）,码多分址蜂窝移动通信系统（CDMA）。 2)光纤通信 光纤是以光波为载频，以光导纤维为传输介质的一种通信方式，其主要特点是频带宽，比常用微波频率高104~105倍；损耗低，中继距离长；具有抗电磁干扰能力；线经细，重量轻；还有耐腐蚀，不怕高温等优点。 3)卫星通信 卫星通信简单而言就是地球上的无线电通信展之间利用人在地球卫星作中继站而进行的通信。其主要特点是：通信距离远，而投资费用和通信距离
信息论与编码的发展与前景 摘要：信息论理论的建立，提出了信息、信息熵的概念，接着人们提出了编码定理。编码方法有较大发展，各种界限也不断有人提出，使多用户信息论的理论日趋完整，前向纠错码（FEC）的码字也在不断完善。但现有信息理论中信息对象的层次区分对产生和构成信息存在的基本要素、对象及关系区分不清，适用于复杂信息系统的理论比较少，缺乏核心的“实有信息”概念，不能很好地解释信息的创生和语义歧义问题。只有无记忆单用户信道和多用户信道中的特殊情况的编码定理已有严格的证明，其他信道也有一些结果，但尚不完善。但近几年来，第三代移动通信系统（3G）的热衷探索，促进了各种数字信号处理技术发展，而且Turbo码与其他技术的结合也不断完善信道编码方案。 关键词：信息论信道编码纠错编码信息理论的缺陷 3G Turbo码 一、信息论的形成和发展 信息论从诞生到今天，已有五十多年历史，现已成为一门独立的理论科学，回顾它的发展历史，我们可以知道理论是如何从实践中经过抽象、概括、提高而逐步形成的。 1.1信息论形成的背景与基础 信息论是在人们长期的通信工程实践中，由通信技术和概率论、随机过程和数理统计相结合而逐步发展起来的一门学科。人们公认的信息论的奠基人是当代伟大的数学家、美国贝尔实验室杰出的科学家香农，他在1948年发表了著名的论文《通信的数学理论》，为信息论奠定了理论基础。近半个世纪以来，以通信理论为核心的经典信息论，正以信息技术为物化手段，向高精尖方向迅猛发展，并以神奇般的力量把人类社会推入了信息时代。随着信息理论的迅猛发展和信息概念的不断深化，信息论所涉及的内容早已超越了狭义的通信工程范畴，进入了信息科学领域。 通信系统是人类社会的神经系统，即使在原始社会也存在着最简单的通信工具和通信系统，这方面的社会实践是悠久漫长的。 电的通信系统(电信系统)已有100多年的历史了。在一百余年的发展过程中，一个很有意义的历史事实是：当物理学中的电磁理论以及后来的电子学理论一旦有某些进展，很快就会促进电信系统的创造发明或改进。这是因为通信系统对人类社会的发展，其关系实在是太密切了。日常生活、工农业生产、科学研究以及战争等等，一切都离不开消息传递和信息流动。 例如，当法拉第(M．Faraday)于1820年--1830年期间发现电磁感应的基本规律后，不久莫尔斯(F．B．Morse)就建立起电报系统(1832—1835)。1876年，贝尔(A．G．BELL)又发明了电话系统。1864年麦克斯韦(Maxell)预言了电磁波的存在，1888年赫兹(H．Hertz)用实验证明了这一预言。接着1895年英国的马可尼(G.Marconi)和俄国的波波夫(A．C．ΠoΠoB)就发明了无线电通信。 本世纪初(1907年)，根据电子运动的规律，福雷斯特(1，Forest)发明了能把电磁波进行放大的电子管。之后很快出现了远距离无线电通信系统。大功率超高频电子管发明以后，电视系统就建立起来了(1925—1927)。电子在电磁场运动过程中能量相互交换的规律被人们认识后，就出现了微波电子管(最初是磁控管，后来是速调管、行波管)，接着，在三十年代末和四十年代初的二次世界大战初期，微波通信系统、微波雷达系统等就迅速发展起来。五十年代后期发明了量子放大器，六十年代初发明的激光技术，使人类进入了光纤通信的时代。
通信技术的发展背景 大家知道，所有技术的发展都不可能在一夜之间实现，从GSM、GPRS到第4代，需要不断演进，而且这些技术可以同时存在。我们都知道最早的移动通信电话是采用的模拟蜂窝通信技术，这种技术只能提供区域性话音业务，而且通话效果差、保密性能也不好，用户的接听范围也是很有限。随着移动电话迅猛发展，用户增长迅速，传统的通信模式已经不能满足人们通信的需求，在这种情况下就出现了GSM通信技术，该技术用的是窄带TDMA，允许在一个射频(即…蜂窝?)同时进行8组通话。它是根据欧洲标准而确定的频率范围在900～1800MHz之间的数字移动电话系统，频率为1800MHz的系统也被美国采纳。GSM是1991年开始投入使用的。到1997年底，已经在100多个国家运营，成为欧洲和亚洲实际上的标准。GSM数字网也具有较强的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话稳定，并具备容量大，频率资源利用率高，接口开放，功能强大等优点。不过它能提供的数据传输率仅为9.6kbit/s，和五、六年前用固定电话拨号上网的速度相当，而当时的internet几乎只提供纯文本的信息。而时下正流行的数字移动通信手机是第二代（2G），一般采用GSM或CDMA技术。第二代手机除了可提供所谓“全球通”话音业务外，已经可以提供低速的数据业务了，也就是收发短消息之类。与模拟通信相比 GSM具有技术成熟、先进 手机接续速度快 通话质量好 安全保密性能强 抗干扰能力强 网络覆盖面广 能自动漫游等诸多优点。虽然从理论上讲，2G手机用户在全球范围都可以进行移动通信，但是由于没有统一的国际标准，各种移动通信系统彼此互不兼容，给手机用户带来诸多不便。 针对GSM通信出现的缺陷，人们在2000年又推出了一种新的通信技术GPRS，该技术是在GSM的基础上的一种过渡技术。GPRS的推出标志着人们在GSM的发展史上迈出了意义最重大的一步，GPRS在移动用户和数据网络之间提供一种连接，提供高达171.2Kbps的无线接入速率 给移动用户提供高速无线IP和X.25分组数据接入服务。 在这之后，通信运营商们又将推出EDGE技术，这种通信技术是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术，因此也有人称它为“二代半”技术，它有效提高了GPRS信道编码效率的高速移动数据标准，它允许高达384KbPs 的数据传输速率，可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。EDGE提供了一个从GPRS到第三代移动通信的过渡性方案，从而使现有的网络运营商可以最大限度
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
第二章信道编码简介 上式为著名的Shannon 公式，式中W 是信道所能提供的带宽， P S " E S /T 是信号概率，E S 是信号能 P s /W 是单位频带的信号功率， N 0 是单位频带的噪声功率, P s /(W N 0)是信噪比。 2、1信道编码简介 、信道编码理论 1948年，信息论的创始人 Shannon 从理论上证明了信道编码定理又称为 Shannon 第二定理。它指出每 个信道都有一定的信道容量 C ,对于任意传输速率 R 小于信道容量C ,存在有码率为 R 、码长为n 的分 组码和(n 0,k 0，m )卷积码，若用最大似然译码，则随码长的增加其译码错误概率 Pe 可以任意小［1］。 P e < A b e 」Eb(R) (2.1) P e 兰 A ceSgEc? = Ac e" cEc(R) (2.2) 式中，A b 和A c 为大于0的系数，E b (R)和E c (R)为正实函数，称为误差指数，它与 R 、C 的关系⑵如 图2.1所示。由图可以看出： E(R)随信道容量C 的增大而增加，随码率 R 的增加而减小。 这个存在性定理告诉我们可以实现以接近信道容量的传输速率进行通信，但并没有给出逼近信道容量 的码的具体编译码方法。 Sha nnon 在信道编码定理的证明中引用了三个基本条件: 1、采用随机编译码方式; 2、编译码的码长n 趋于无穷大; 3、译码采用最佳的最大后验译码。 在高斯白噪声信道时，信道容量: C =W log 2[1 + -P H(bit/s) WN o (2.3) 量，T 是分组码信号的持续时间即信号宽度,
图2.1 E(R)与R的关系 由上面几个公式及图 2.1 可知，为了满足一定误码率的要求，可用以下两类方法实现。 是增加信道容量C，从而使E(R)增加，由式(1.3)可知，增加C的方法可以采用诸如加大系统带宽 或增加信噪比的方法达到。当噪声功率N0趋于0时，信道容量趋于无穷，即无干扰信道容量为无穷大; 增加信道带宽W 并不能无限制的使信道容量增加。增加发射机功率；应用高增益天线；采用分集接收及低 噪声器件等通信中常用的方法都是通过增加信道容量C，从而使E(R)增加，以减小误码率。 另一种方法是在R 一定下，增加分组码长n(也就是增加分组码信号持续的时间T)，可使P随n的增加呈指数下降。但由于码长n的增加，当R保持一定时，可能使发送的码字数2k指数增加，从而增加 了译码设备的复杂性。这种方法就是信道编码定理所指出减少误码率的另一个方向。 一般我们可将信道编译码器所使用的纠错码从性能上分为坏码和好码。所谓坏码是指只有将码率降至 零才能使误码率为任意小的编码方式；而好码又可以分为当误码率任意小时，码率逼近信道容量限的非常 好码和码率可达到的非零最大值小于信道容量限的一般好码。虽然Shannon指出一个随机选择的码为好码 的概率很高，但随机码的最大似然译码的复杂度往往与码长呈指数关系，即在误码率随码长趋于无穷而趋 向于零的同时，译码复杂度以指数增长。 自信道编码定理提出以来，如何构造一个逼近信道容量限的实用好码成了大家关注的课题，并逐渐形 成了纠错编码理论。下面对其进行简要概述。 二、纠错编码的发展 在香农的信息论建立以后，人们利用了代数中的一些理论，通过代数的方法构造了许多纠错码，并研 究了与之相适应的译码算法。这些码字大部分都是线性分组码，比如说戈雷码、汉明码、循环码和BCH 码，它们的译码算法主要采用大数逻辑译码和捕错译码。但是这些码字都是短码，因为这些码字的纠错译 码算法的复杂度随着码长的增加成指数级增长，长码的实现十分困难，投入实际使用的主要是短码，而这 些短码的性能距离香农限很远。要达到香农限，必须要码长较长的编码，所以1962年，Gallager 在［3］中描 述了一种编码，现在通常称之为Gallager 码，这种编码因为校验矩阵的稀疏性，使得译码的复杂度与码长 保持线性的关系，码长较长时依然可以有效地译码。然而当时人们普遍认为级联码更容易实现，以及一些 技术条件的限制，导致人们忽视了这种编码的存在。 卷积码也是在同一时期提出的另一类重要的纠错编码，它在编码过程中引入了寄存器，增加了码元之 间的相关性。在相同复杂度的条件下可以获得比线性分组码更高的编码增益，但是这种相关性同时也增加 了分析和设计卷积码的复杂性。随着人们对卷积码研究的深入，在卷积码的译码算法方面也出现了序列译
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。
数字通信系统中信道编码技术的研究 xx (xx，湖北武汉，xx) 摘要：目前，中国固定和移动两大网络的规模都已位居世界第2位，上网用户也在不断增加，中国的信息通信制造业也得到很大的发展。中国将加快建设新一代信息通信网络技术、生产体系。在信息通信网络的高速发展下，要有效地提高传输速率，然而在实际信道上传输数字信号时，由于信道特性的不理想以及加性噪声和人为干扰的影响，系统输出的数字信息不可避免地会出现差错。因此，为了保证通信内容的可靠性和准确性，每一个数字通信系统对输出信息码的差错概率即误码率都有一定的要求。 为了降低误码率，常用的方法有两种：一种是降低数字信道本身引起的误码，可采取的方法有：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、选择有较强的抗干扰能力的调制解调方案等； 另一种方法就是采用差错控制措施，使用信道编码。在许多情况下，信道的改善是不可能的或是不经济的，这时只能采用信道编码方法。因此实现信道编码方法具有重要的意义。 关键词：信道；误码率；信道编码 1. 信道编码 在数字电视和通信系统中，为提高信息传输可靠性，广泛使用了具有一定纠错能力的信道编码技术，如奇偶校验码、行列监督码、恒比码、汉明码、循环码（CRC）等编码技术。信道编码的本质是增加通信的可靠性，或者说增加整个系统的抗干扰性。对信道编码有以下要求：1.透明性：要求对所传消息的内容不加任何限制；2.有纠错能力；3.效率高：为了与信道频谱匹配和具有纠错能力，通常要向原信号添加一些码，要求加入最少的比特数而得到最大的利益；4.包含适当的定时信息。在这些要求中，除编码的必须信息外，所作的处理主要有两条：一是要求码列的频谱特性适应通道的频谱特性从而使传输过程中能量损失最小，提高信噪比。减少发生差错的可能性；二是增加纠错能力，使得即便出现差错，也能得到纠正。 2.三种不同系统的无线信道 （1）数字微波中继通信系统中的无线信道 一般意义下的数字微波中继系统主要用于固定站点之间的无线通信，通常使用1GHZ以上的频段，采用视距通信。为了能够传输更远的距离，需要微波站建设在海拔较高的地方，通常在站点设计时使用微波链路满足自由空间传播条件，即视线距离地面有足够的余隙，此时信号的衰减近似看作只有由于距离的增加而带来的信号能量的扩散，信道条件比较稳定。 （2）短波电离层信道 对于短波电离层信道，电离层随机扰动和多径效应是最主要的特点。电离层扰动本质上决定了短波电离层反射通信的特点，即信道不稳定，信号的起伏和衰落较大。多径效应是指无线信号经过