Convolutional code卷积码
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卷积码的编码原理一、卷积码的编码原理1. 基本概念卷积码 (Convolutional Code,简称CC) 是一类非常重要的编码方式,它可以提供很好的信道纠错能力。
CC在误码率低于特定水平时,在降低带宽的前提下能够提供较高的信息传输率,并且能够很好地降低误码率。
卷积码主要应用在信号处理领域,如通信系统、卫星通信系统、信道编码等。
2. 编码过程编码过程是将原始信息信号以一种特定的编码方式,按一定的规则进行编码,生成一组编码位序列。
在卷积码中,采用可编程规则把输入信息流通过称为码子的矩阵表来实现编码,码子由编码器按照一定的规则进行编码生成,所得编码结果由编码后位序列表示。
3. 解码过程解码过程也是通过码子表实现的,即根据接收到的编码位序列,通过与码子相乘来得到原始信息的流。
由于在信号传输过程中可能存在差错,所以需要对接收到的编码位序列进行纠错操作来提高信号传输效率,这一过程就是纠错解码。
纠错解码方法一般分为两种:一种是基于译码算法的,如Viterbi算法、Sequential算法等;另一种是基于信息编码的方法,如组合编码技术、蒙特卡罗技术等。
4. 优缺点卷积码的优点有:(1)具有很强的纠错能力,能够避免在信道过程中由于信号传播可能的串扰、失真等引起的差错;(2)可以降低信道带宽,提高码率,以达到更高的信息传输率;(3)可以有效地降低误码率,保证传输信息的可靠性;(4)可以有效地平衡误码率和码率之间的关系,在较低的误码率下,可以获得较高的码率。
卷积码的缺点有:(1)实现复杂,需要耗费大量的计算资源;(2)解码复杂,需要用到分析、数学等方法;(3)不是所有类型的信号都适合使用卷积码。
卷积码检纠错的原理
一、卷积码检纠错原理
卷积码检纠错(Convolutional Code Error Correction,CCEC)是一种根据连续移位编码和自检码检测和纠正出错的技术。
它利用移位寄存器,将输入比特序列移位某些比特位后,经补码,计算出一个较长的编码比特序列,编码比特序列可以用来检测和纠正出错,同时也可以使传输的比特序列抗干扰性增强。
1、编码原理
卷积码检纠错是一种特殊的连续移位编码,它是通过将输入序列先经过移位寄存器,再完成补码加法,最后编码成较长的码字序列来实现的。
移位寄存器是一种具有特殊结构的寄存器,它具有循环移位功能,可以将输入序列移位某些比特位后,经过补码加法,计算出一个很长的编码比特序列。
2、检纠错原理
在编码的同时,卷积码也具有一定的检纠错效果,它将编码比特序列分为多个校验比特序列和给定的数据比特序列,当接收到信息时,先将接收的数据比特序列经过解码后,再计算接收到的校验比特序列和解码后的校验比特序列之间的差异,如果检测出差异,则表明接收到的数据比特序列发生错误,这时就可以根据差异来检测出发生错误的位置以及错误的比特种类,进而根据这些信息对发生错误的比特进行纠错处理。
三、结论
卷积码检纠错是一种结合连续移位编码和自检码检测和纠正出错的技术,它可以在编码的同时具有一定的检纠错效果,当检测出出错位置和类型后,可以根据差异对发生错误的比特进行纠错处理,提高了编码传输的性能。
目录一、概述 (1)二、PCCC码的编码算法 (3)三、PCCC码的译码算法 (13)一、概述虽然软判决译码、级联码和编码调制技术都对信道码的设计和发展产生了重大影响,但是其增益与Shannon 理论极限始终都存在2~3dB 的差距。
因此,在Turbo 码提出以前,信道截止速率R0一直被认为是差错控制码性能的实际极限,shannon 极限仅仅是理论上的极限,是不可能达到的。
根据shannon 有噪信道编码定理,在信道传输速率R 不超过信道容量C 的前提下,只有在码组长度无限的码集合中随机地选择编码码字并且在接收端采用最大似然译码算法时,才能使误码率接近为零。
但是最大似然译码的复杂性随编码长度的增加而加大,当编码长度趋于无穷大时,最大似然译码是不可能实现的。
所以人们认为随机性编译码仅仅是为证明定理存在性而引入的一种数学方法和手段,在实际的编码构造中是不可能实现的。
在1993 年于瑞士日内瓦召开的国际通信会议(1CC,93)上,两位任教于法国不列颠通信大学的教授C.Berrou、A.Glavieux 和他们的缅甸籍博士生P.thitimajshima 首次提出了一种新型信道编码方案——Turbo 码,由于它很好地应用了shannon 信道编码定理中的随机性编、译码条件,从而获得了几乎接近shannon 理论极限的译码性能。
仿真结果表明,在采用长度为65536 的随机交织器并译码迭代18 次情况下,在信噪比E b/N0≥0.7dB 并采用BPSK 调制时,码率为1/2 的Turbo 码在AWGN 信道下的误比特率≤10-5,达到了与Shannon 极限仅相差0.7dB 的优异性能(1/2 码率的Shannon 极限是0dB)。
Turbo 码又称并行级联卷积码(PCCC,Parallel Concatenated Convolutional Code),它巧妙地将卷积码和随机交织器结合在一起,在实现随机编码思想的同时,通过交织器实现了由短码构造长码的方法,并采用软输出迭代译码来逼近最大似然译码。
卷积编码多项式
卷积编码多项式(Convolutional Code Polynomial)是一种用于数字通信和数据存储的编码方法。
这种编码方法利用卷积操作来生成输出序列,通常用于纠错码的设计,以改善数据传输的可靠性。
卷积编码多项式的工作原理涉及一个称为“卷积编码器”的系统。
编码器将输入数据序列转换成输出序列,利用预定义的多项式(也称为生成多项式)来进行卷积运算。
这些多项式决定了编码器的行为和输出序列的结构。
编码器通常由状态机和一个移位寄存器组成。
输入数据经过移位寄存器并与多项式进行卷积运算,生成输出码字。
这些输出码字不仅包含原始数据的信息,还包含冗余信息,有助于在接收端进行错误的检测和纠正。
卷积编码具有良好的纠错性能,能够在传输过程中检测和修复数据中的错误。
它在无线通信、卫星通信和存储介质等领域中被广泛应用,提高了数据传输的可靠性和稳定性。
例如,在通信中,卷积编码器会将输入比特流转换成更长的编码比特流,并在接收端利用解码器进行反向操作,从而检测和修复可能出现的错误,确保数据的准确性和完整性。
无线通信中的信道编码技术无线通信是现代社会中不可或缺的一部分,它在手机、计算机网络和物联网等众多领域都有着广泛的应用。
然而,在无线通信中,信号在传输过程中会受到各种干扰和衰减,这使得信号的可靠传输成为了一个重要的挑战。
为了提高信号的传输质量和可靠性,信道编码技术成为了无线通信中必不可少的一环。
一、信道编码的基本原理信道编码的基本原理是通过添加冗余信息来增加信号在传输过程中的容错性。
发送方会在原始数据中添加额外的冗余信息,这些冗余信息可以被用来纠正在传输过程中可能出现的错误。
常用的信道编码技术包括前向纠错编码(Forward Error Correction,FEC)和自动重传请求(Automatic Repeat Request,ARQ)。
1. 前向纠错编码(FEC)FEC是一种通过在发送方添加冗余数据,使得接收方可以在一定程度上自动纠正传输过程中出现的错误的编码技术。
常见的FEC编码技术有卷积码(Convolutional Code)和布尔码(Reed-Solomon Code)等。
卷积码通过将原始数据转换为连续的码字序列来添加冗余信息。
接收方可以使用一种称为Viterbi解码算法的方法来检测和纠正可能的传输错误。
布尔码采用了一种更加复杂的编码方式,它能够纠正多个错误。
布尔码在数据存储和传输中有着广泛的应用,例如光盘、磁盘和数字电视等。
2. 自动重传请求(ARQ)ARQ是一种基于反馈机制的编码技术,它通过接收方发送ACK (Acknowledgment)或NAK(Negative Acknowledgment)信号来告知发送方是否接收到正确的数据。
当发送方接收到NAK信号时,它会重新发送数据,直到接收方确认接收到正确的数据为止。
二、信道编码技术的优势和应用信道编码技术在无线通信中具有许多优势和广泛的应用。
1. 提高信号传输质量和可靠性通过使用信道编码技术,可以提高信号在传输过程中的容错性。
无论信道中存在多少干扰和噪声,接收方都能够通过解码过程还原出原始数据。