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无线通信网络第6章 信号编码技术PPT课件

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无线通信网络中的信道编码技术

无线通信网络中的信道编码技术

无线通信网络中的信道编码技术随着移动通信技术的快速发展，无线通信网络已经成为现代社会中不可或缺的重要组成部分。

然而，由于无线信道的特殊性，如噪声、多径效应和干扰等，使得信号在传输过程中容易受到损坏和失真。

这就导致了在无线通信中需要采用合适的信道编码技术来提高数据传输的可靠性和效率。

一、概述信道编码技术是指在传输数据之前，对数据进行编码处理，通过引入冗余信息以增强数据的可靠性。

在无线通信网络中，由于信道质量较差，因此使用信道编码技术是非常必要的。

信道编码技术可以通过纠错码和压缩码来实现。

纠错码主要用于纠正传输过程中的错误，而压缩码则用于减少数据传输所需的带宽。

二、纠错码纠错码是一种在发送数据之前引入冗余信息以允许接收端可以检测和纠正传输中的错误的编码技术。

常见的纠错码包括海明码、RS码、LDPC码和卷积码等。

这些纠错码通过在传输数据中加入冗余信息，使得接收端可以通过检查冗余信息来确定是否接收到了正确的数据，并在发现错误时进行纠正。

三、压缩码压缩码是一种通过减少数据传输所需的带宽来提高传输效率的编码技术。

常见的压缩码包括哈夫曼编码、算术编码和字典编码等。

这些压缩码可以通过统计数据中出现频率较高的符号来表示，从而减少数据传输的长度。

在无线通信网络中，压缩码可以有效地减少数据传输的带宽，提高传输效率。

四、混合编码混合编码是将纠错码和压缩码相结合的一种编码技术。

通过同时使用纠错码和压缩码，可以在提高数据传输可靠性的同时，减少传输所需的带宽。

在无线通信网络中，混合编码技术可以有效地提高无线传输的可靠性和效率。

五、应用和挑战信道编码技术在无线通信领域有着广泛的应用。

例如，在移动通信系统中，使用卷积码和海明码来提高数据传输的可靠性；在数字电视等广播系统中，使用压缩码来减少信号传输所需的带宽。

然而，信道编码技术的应用也面临一些挑战。

例如，如何选择合适的编码方案以满足不同的应用场景；如何在有限的频谱资源下实现高效的编码和解码等。

编码技术PPT课件

编码技术PPT课件
1.概率均匀化的基本思路
有冗余信息的信源在解除了各符号的相关性后，若 能够使各个符号出现的概率趋于均匀，就能进一步去 掉冗余信息，提高信源的平均信息量。将出现概率大 的消息符号编成位数少的短码，而出现概率小的符号 编成长码，则编码后各个符号的出现概率就会接近或 趋于均匀.
2. 香农—范诺（Shannon—Fano）编码法
设一个有限离散独立信源，可以输出八个独立的消息A、 B、C、D、E、F、G、H，各符号输出的概率空间如下所 示：
X： A B C D E F G H P（X）： 0.01 0 .27 0 .09 0 .14 0 .05 0 .12 0.03 0 .29
利用香农一范诺编码法，对该信源进行编码。具体编码方法及步 骤如下： ①首先把各个消息按其出现概率的大小，由大到小重新排列； ②将这个重排的概率序列分成两组，每组的概率之和尽可能接近 或相等。然后，再对每一组又进行同样的分组，仍然使分成的相 应两组概率之和尽可能相等，这时就得到四个分组了。如此继续 进行下去，直至每个消息都被单独分割出来为止。 ③对每一次划分出的第一组的消息分配一个0，第二组消息则分配
I (xi )
log 1 P(i)
=
称I(xi ) 为消息X i 的自信息量.
6．1．1．2 离散信源的平均信息量——熵
表X 示i
1.信源熵--信源输出一个消息所提供的平均信息量，即 信源的不肯定度.
2. 对 于 二 元 离 散 信 源 ， 若 出 现 0 、 1 的 概 率 分 别
为 P(0) P P(1) 1 ，P
，那么，该信
H源2 (的x) 熵[为P lo：g 2 P (1 P) log 2 (1 P)]
只有当 P 1
即P 0

信道编码的概念PPT课件

信道编码的概念PPT课件
o 有些实际信道既有独立随机差错，也有突发性成串差错， 我们称它为混合信道。
o 从信道编码的构造方法看，信道编码的基本思路是根据一
定的规律在待发送的信息码中加入一些人为多余的码元，
以保证传输过程可靠性。信道编码的任务就是构造出以最
小多余度代价换取最大抗干扰性能的“好码”。
2021/6/4
3
信道编码通信系统的主要技术指标
根据监督元与信息元之间关系可分为：线性码 和非线性码
根据码的功能可分为：检错码和纠错码
2021/6/4
8
恒比码
非线性码
分组码
检 纠 错 码
线性码
群计数码 非循环码 循环码
奇偶校验码 汉明码 BCH码
信 道 编
卷积码
非系统卷积码
RS码
正交码
码
系统卷积码
W-A码
正
m序列
交 编
岩垂码
码
L序列
扩散码
信道编码的基本思想
2
o 信道编码的目的是为了改善数字通信系统的传输质量。由 于实际信道存在噪声和干扰，使得发送的码字与经信道传
输后所接收的码字之间存在差异，这种差异称为差错。信 道噪声、干扰越大，码字产生差错的概率也就越大。
o 在有记忆信道中，噪声、干扰的影响往往是前后相关的， 错误是成串出现的，在编码中称这类信道为突发差错信道 。实际的衰落信道、码间干扰信道均属于这类信道。
率p(R/C)。
n1
无记忆二进制信道：对任意的n都有 p(R/C) p(Ri /Ci)
则称为无记忆二进制信道。
i0
无记忆二进制对称信道/BSC/硬判决信道：无记忆二进制 信进道制的对转称移信概道率(见又下满页足)。p(0/1)=p(1/0)=pb，称为无记忆二

无线通信网络-第6章 信号编码技术

无线通信网络-第6章 信号编码技术
fiber
Binary Frequency-Shift Keying (BFSK)
Two binary digits represented by two different frequencies near the carrier frequency
st
Hale Waihona Puke A cos2f1t A cos2f 2t
Done with voice transmission over voice-grade lines
Signal Encoding Criteria
What determines how successful a receiver will be in interpreting an incoming signal?
Signal Encoding Techniques
Chapter 6
Reasons for Choosing Encoding Techniques
Digital data, digital signal
Equipment less complex and expensive than digital-to-analog modulation equipment
Signal-to-noise ratio Data rate Bandwidth
An increase in data rate increases bit error rate An increase in SNR decreases bit error rate An increase in bandwidth allows an increase in
Signal interference and noise immunity

《信道编码技术》课件

《信道编码技术》课件
《信道编码技术》PPT课 件
本课程介绍了信道编码技术的基本概念和应用。通过前向纠错编码、卷积码 和块码等技术，实现了数据在通信网络中的可靠传输。
课程介绍
本节内容将介绍信道编码技术的重要性和基本原理。了解信道编码的背景和目标，以及它在现代通信网络中的 作用。
信道编码技术概述
本节将详细解释什么是信道编码技术，其主要概念和基本原理。我们将探讨纠错码和编码效率等关键概 念。
布置作业
通过布置作业，学生可以进一步巩固和应用所学的信道编码知识。作业内容 将涵盖前向纠错编码、卷积码和块码等方面。
问题讨论
在本节中，我们将讨论学生在学习信道编码技术过程中遇到的问题和疑惑。通过互动讨论，进一步拓宽对信道 编码的理解。
BCH码
BCH码是一种常见的二元码，主 要应用于通信和存储系统。它具 有较高的编码效率和纠错能力， 适用于多种应用场景。
卷积码
卷积码是一种常见的信道编码技术，与前向纠错编码相比，具有更高的编码效率和更强的纠错能力。本节将介 绍卷积码的原理和应用。
1
编码原理
讨论卷积码的编码原理和编码过程。了
纠错性能
前向纠错编码
前向纠错编码是一种常见的信道编码技术，用于检测和纠正传输中的错误。本节将介绍前向纠错编码的工作原 理和常见的编码方案。
海明码

里德-所罗门码
海明码是一种常见的前向纠错编 码方案，通过增加冗余位实现位 错误的检测和纠正。了解如何使 用海明码提高数据传输的可靠性。
里德-所罗门码是一种适用于多媒 体传输的前向纠错编码方案。它 基于数学原理，可以有效地纠正 多个错误。
2
解卷积码是如何通过状态机来编码输入 数据流。
探讨卷积码相对于前向纠错编码的优势。

6信道编码1-PPT课件

6信道编码1-PPT课件

• 若 Pe 0 ，就必然存在一批码集 Pe ({c}m ) 0 即差错概率趋于零的好码一定存在 。
2019/3/9
Chapter 6 信道编码
4
6.1.3随机编码
• 码集点数M=qK占N维矢量空间总点数qN的比例是 F =qK / qN = q-(N-K) • 当K和N的差值拉大即冗余的空间点数增加时，平均而言 码字的分布将变得稀疏，码字间的平均距离将变大，平 均差错概率将变小。 • 当F0 即(N-K)时，能否让平均差错概率 Pe 0 ？
6.1.3随机编码
• 最典型的方法是计算统计平均，因为是平均，总有一部分
码的性能优于平均值而另一部分劣于平均值。因此只要求 出统计平均，就可断言必然存在着一些优秀的编码，其性 能优于平均值。 • 用这种方法不能得知最优码是如何具体编出来的，却能得 知最优码可以好到什么程度，并进而推导出有扰离散信道 的编码定理，对指导编码技术具有特别重要的理论价值。
2019/3/9 Chapter 6 信道编码 10
R 0
R1 < R2 C1 < C2
增大E(R)的途径
减小差错概率的措施
• 增大信道容量C （传统设计方法）
– 扩展带宽 – 加大功率 – 降低噪声
• 减小码率R （纠错编码方法的基础）
– Q、N不变而减小K – Q、K不变而增大N – N、K不变而减小Q
2019/3/9
Chapter 6 信道编码
8
6.2 纠错编译码的基本原理与分析
• 纠错编码的基本思路
• 译码方法－最优译码与最大似然译码
2019/3/9
Chapter 6 信道编码
9
6.2.1纠错编码的基本思路
Pe e

第6章 信道编码与交织技术

两个等长码组之间相应位取值不同的数目称为这两个码 组的汉明(Hamming)距离， 简称码距。例如 11000 与 10011 之间的距离d=3。码组集中任意两个码字之间距离的最小值 称为码的最小距离，用d０表示。最小码距是码的一个重要 参数， 它是衡量码检错、纠错能力的依据。
第6章 信道编码与交织技术
第6章 信道编码与交织技术
通过将模拟信号转换成数字信号的编码过程, 通信系统能够获得 如下的益处, 这也是数字通信替代模拟通信的主要原因:
(1) 抗干扰能力增强。 (2) 传输距离可以无限延长。 (3) 可以实现各种通信业务的综合传送。 (4) 便于通信和计算机的融合。 (5) 便于实现保密通信。 (6) 便于实现计算机管理;
(5) 按照码字中每个码元的取值可分为二进制码和多进制码。 二进制码的码元有0和1两个取值, M进制码的码元有M个取值。 二进制码是应用最广泛的编码制式。
第6章 信道编码与交织技术
根据发送端信道编码的特性, 接收端在解码后采取的差错控 制方式有:
·前向纠错(FEC)。发送端的信道编码器将信息码组编成具 有一定纠错能力的码。接收端信道译码器对接收码字进行译码, 若传输中产生的差错数目在码的纠错能力之内时, 译码器对差错 进行定位并加以纠正。
·自动请求重发(ARQ)。用于检测的纠错码在译码器输出端 只给出当前码字传输是否可能出错的指示, 当有错时按某种协议 通过一个反向信道请求发送端重传已发送码字的全部或部分。
第6章 信道编码与交织技术
· 混合纠错(HEC)是FEC与ARQ方式的结合。发端发送同 时具有自动纠错和检测能力的码组, 收端收到码组后, 检查差错 情况, 如果差错在码的纠错能力以内, 则自动进行纠正。如果信 道干扰很严重, 错误很多, 超过了码的纠错能力, 但能检测出来, 则经反馈信道请求发端重发这组数据。

《信道编码技术》课件 (2)

信道编码技术PPT课件(2)
本课程将会介绍有关信道编码技巧的各种策略和方法。这节课将会讨论一些 基础的编码方案和一些更高级的非二元编码方案。
前言
在这一节，我们将会回顾上一节内容并简要介绍这一节内容。这是一个信道 编码技术的完整介绍。
基本编码方案
线性分组码
了解编码方法的基本原理。
卷积码
了解一个复杂编码方案的迭代方式。
了解如何根据信息传输瓶颈绘制处理和分析通信系统的性能。
星座映射和多进制编码
星座映射
提高对数字调制方案的总体性能的方法。
多进制编码
了解一种快速传输信息的技术。
课堂互动环节
1 数据练习
反复练习会加深对编码技术的理解。
2 概念答题
检验对本课程的掌握程度。
总结
本节内容回顾
通过本节课的学习，您应该了解了一些基本和高级 的编码技术。
比特交织技术
了解这项技术的实际应用及其局限性。
非二元编码方案
CPM编码
深入学习有关常见相位调制技术的信息。
M-ary编码
理解将M个点映射到码元时的数学概念。
码序列分析
通过观察各种编码数据的分布来识别不同类别。
编码性能力
了解编码方案是如何提高信道传输的可靠性的。
2
熵、效率和延迟
下一节预告
我们将带您深入了解编码误差相关问题并研究一些 矫正技术。

6无线通信技术PPT课件


802.11a
与传统无线信号 的重叠
FCC 第 15 部分的功率限制
UWB 信号
1.0 1.6 1.9 2.4 3.1 4
5
6
7
8 9 10.6
频率（GHz）
。
P5
❖ UWB的多入多出系统
MIMO 系统的多入多出是针对多径无线信道而言,多径会 引起衰落,通常是不利于通信的因素,而MIMO系统却将多 径作为一个有利因素利用, MIMO 系统在发射端和接收端 均采用多天线(或阵列天线) 和多通道,多天线接收机利用 先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从 而实现最佳的处理,抑制信道衰落。
P12
❖ UWB技术的特点
(1) 系统结构简单、成本低、易数字化。 (2) 超高速、超大容量、抗截获性好等诸多优点，超宽 带的低功耗特点对于用便携式电池供电的系统长时间工 作是非常重要的。 (3)保密性强 (4)定位精确 (5)多径分辨能力强 (6) 穿透能力强。
P13
❖UWB系统的应用
超宽带无线通信应用按照通信距离分大体可以分为两类， 一类是短距离高速应用，数据传输速率可以达到数百 Mbit/s，主要是构建短距离高速个域网、家庭无线多媒体 网络以及替代高速短程有线连接，如无线USB和DVD，典型 的通信距离是10m。 另一类中长距离（几十米以上）低速率应用，通常传输速 率为1Mbit/量级，主要应用于无线传感器网络和低速率连 接。比如智能交通系统，以及应用于军事、公安、救援、 医疗、测量等多个领域。
• Z-Wave技术专门针对窄带应用并采用创新的软件 解决方案取代成本高的硬件，因此只需花费其它 类似技术的一小部份成本就可以组建高质量的无 线网络
Z-wave网络结构
• 每一个Z-Wave网络都拥有自己独立的网络地址 (HomeID);网络内每个节点的地址(NodeID)，由控 制节点(Controller)分配。每个网络最多容纳232 个节点(Slave)，包括控制节点在内。控制节点可 以有多个，但只有一个主控制节点，即所有网络 内节点的分配，都由主控制节点负责，其他控制 节点只是转发主控制节点的命令。已入网的普通 节点，所有控制节点都可以控制。超出通信距离 的节点，可以通过控制器与受控节点之间的其他 节点，以路由(Routing)的方式完成控制

第六讲信道编码(二).ppt [兼容模式]

35中国传媒大学35五、BCH 码•1、概述•循环码的一种•纠多位随机误码的能力；•三位学者•Bose ——博斯•Chaudhuri ——查德胡里•Hocquenhem ——霍昆赫姆•g （x ）与d 0有明确的关系，容易构造纠正t 个错误的BCH 码2、BCH码的本原多项式和非本原多项式•BCH类似汉明码•码长n=2m-1——本原BCH码•或是2m-1的因子——非本原BCH码；•码长n、监督码元n-k与纠错数t的关系如下：对于任何一个正整数m和小于m/2的纠错数t，存在一种码长n= 2m-1，监督码元数n-k≤mt构成的BCH码，可纠正小于等于t个随机误码。

3636中国传媒大学本原BCH玛m n k t g（x）374113 41511123 41572721 415532467 53126145 5312123551 531163107657 5311145423325 53165313365047 663571103m n k t g（x）66351212471 6634531701317 663394166623576 6633651033500423 663306157464165547 66324717323260404441 66318101363026512351725 66316116331141367235453 6631013472622305527250155 6637155231045543503271737n-k≤mt37中国传媒大学37非本原BCH玛m n k t g（x）81792727 6211221663 11231235343 10332225145 10331243777m n k t g（x）20412146647133 234724543073357 126553210761 1265404354300067973464171777353738中国传媒大学383、BCH生成多项式•BCH码生成多项式g(x):•g(x) = LCM[m(x),m3(x), … ,m2t-1(x)]1•t个因式;•每个因式最高次幂m;•监督码元r=n-k≤mt;3939中国传媒大学3、BCH生成多项式m n k r d0t g（x）g（x）37433113x3+x+14151143123x4+x+14157852721(x4+x+1)(x4+ x3+x2+x+1)415510732467(x4+x+1)(x4+ x3+x2+x+1)(x2+x+1)5312653145x5+x2+15312110523551(x5+x2+1) (x5+ x4+ x3+x2+1)531161573107657(x5+x2+1) (x5+ x4+ x3+x2+1) (x5+ x4+ x2+x+1) 53111201145423325(x5+x2+1) (x5+ x4+ x3+x2+1) (x5+ x4+ x2+x+1) (x5+ x3+x2+x+1)531620155313365047(x5+x2+1) (x5+ x4+ x3+x2+1) (x5+ x4+ x2+x+1) (x5+ x3+x2+x+1) (x5+ x4+ x3+x+1)4040中国传媒大学Example 6•BCH(15,7)•g(x)=(x4+x+1)(x4+ x3+x2+x+1)•g(x)= x8+x7+ x6+x4+1•信息码元•m(x)=b14x6+b13x5+b12x4+b11x3+b10x2+b9x1+b8x0•x15-7 m(x)=•bx14+b13x13+b12x12+b11x11+b10x10+b9x9+b8x8144141中国传媒大学•用g(x)= x8+x7+ x6+x4+1除x15-7 m(x)=•b14x14+b13x13+b12x12+b11x11+b10x10+b9x9+b8x8•得到余式:•(b8+ b10+ b14) x7+•(b8+ b9+ b10 + b13+ b14) x6+•(b9+ b10+ b12 + b13+ b14) x5+•(b8+ b9+ b11 + b12+ b13) x4+•(b11 + b12+ b14) x3+•(b10 + b11+ b13)x2+•(b9 + b10+ b12)x1 +•(b8+ b9+ b11)x042中国传媒大学4243中国传媒大学43D +D +D+D+Db 14b 13b 12b 11b 10b 9b 8K2K1D DD 00000000b 14000b 140b 14b 14b 14+b 13b 1400b 14b 13b 14+b 13b 14+b 13(b8 + b9+ b11)(b 9 + b 10+ b 12)(b 10 + b 11+ b 13)(b 11 + b 12+ b 14)(b 8+ b 9+ b 11 + b 12+ b 13) (b 9+ b 10+ b 12 + b 13+ b 14)(b 8+ b 9+ b 10 + b 13+ b 14)(b 8+ b 10+ b 14) 1 x x 2x 3x 4x 5x 6x 7x 8131211109884、BCH码纠错•时域译码和频域译码；•时域译码利用校验子寻找误码位置，并纠正。

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Equipment less complex and expensive than digital-to-analog modulation equipment
Analog data, digital signal
Permits use of modern digital transmission and switching equipment
where the carrier signal is Acos(2πfct)
Amplitude-Shift Keying
Susceptible to sudden gain changes Inefficient modulation technique On voice-grade lines, used up to 1200 bps Used to transmit digital data over optical
Signal interference and noise immunity
Performance in the presence of noise
Cost and complexity
The higher the signal rate to achieve a given data rate, the greater the cost
What determines how successful a receiver will be in interpreting an incoming signal?
Signal-to-noise ratio Data rate Bandwidth
An increase in data rate increases bit error rate An increase in SNR decreases bit error rate An increase in bandwidth allows an increase in
Basic Encoding Techniques
Digital data to analog signal
Amplitude-shift keying (ASK)
Amplitude difference of carrier frequency
Frequency-shift keying (FSK)
Aal
Analog data in electrical form can be transmitted easily and cheaply
Done with voice transmission over voice-grade lines
Signal Encoding Criteria
binary 1 binary 0
where f1 and f2 are offset from carrier frequency fc by equal but opposite amounts
Binary Frequency-Shift Keying (BFSK)
Less susceptible to error than ASK On voice-grade lines, used up to 1200bps Used for high-frequency (3 to 30 MHz)
Reasons for Choosing Encoding Techniques
Digital data, analog signal
Some transmission media will only propagate analog signals
E.g., optical fiber and unguided media
data rate
Factors Used to Compare Encoding Schemes
Signal spectrum
With lack of high-frequency components, less bandwidth required
With no dc component, ac coupling via transformer possible
Transfer function of a channel is worse near band edges
Clocking
Ease of determining beginning and end of each bit position
Factors Used to Compare Encoding Schemes
Frequency difference near carrier frequency
Phase-shift keying (PSK)
Phase of carrier signal shifted
Basic Encoding Techniques
Amplitude-Shift Keying
fiber
Binary Frequency-Shift Keying (BFSK)
Two binary digits represented by two different frequencies near the carrier frequency
s t
Aco 2sf1t Aco2sf2t
Signal Encoding Techniques
Chapter 6
1
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总体概述
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Reasons for Choosing Encoding Techniques
Digital data, digital signal
One binary digit represented by presence of carrier, at constant amplitude
Other binary digit represented by absence of carrier
s t
Aco2sfct
0
binary 1 binary 0