信道编码的发展历程

民用航空卫星通信系统中的信道编码技术研究摘要：卫星通信在航空、数字电视与广播等信号传输等方面具有广泛应用价值，能够为区域内之间相互沟通交流提供支持。

随着科学技术的逐渐发展，卫星通信信道传输距离逐渐扩大，信号传输中存在的干扰因素也越来越多。

卫星通信属于高斯白噪声信道，信号传输过程中常会出现突发性错误或者随机性错误。

当卫星通信传输功率受到限制时，便会对卫星通信系统正常工作造成不良影响。

因此，需要采用信道编码技术进行错误纠错，尽量减少错误发生情况。

基于此，本文主要对民用航空卫星通信系统中的信道编码技术进行分析探讨。

关键词：民用航空；卫星通信系统；信道编码技术1前言卫星通信属于高斯白噪声信道，突发性或随机性错误时常会出现在信号传输期间。

信道编码技术可有效处理存在于卫星通信中的噪声、干扰等问题，有利于信道的稳定传输。

而级联码信道编码技术能将译码难度与长码彼此矛盾妥善处理，可使卫星通信信道实现更显著的传输效率与可靠性。

而在不断完善信道编码技术的历程中，编码码型也呈现出相应的变化，这也在一定程度上推动了卫星通信系统的完善。

2信道编码技术信道编码技术是具有良好的纠错能力，能够对卫星通信信号进行编码处理，从而提升信息传输稳定性，降低外界因素干扰。

级联编码技术是信道编码技术中的一部分，能够有效降低译码器计算量，从而得到等效长码性能。

级联码源于国外，相关研究者认为这种信道编码技术能够解决译码器复杂性问题，从而获得良好纠错性能。

在卫星通信系统应用方面，卫星信道噪声干扰相对较大，需要通过级联码进行纠错处理。

在信道编码技术应用过程中，操作人员需要将交织器放入内外编码器间，从而提升卫星信道抗干扰性能。

在信道编码技术应用过程中，外码多使用线性分组码，这种信道编码突发错误纠正能力很强。

通过线性分组码将信息序列成分信息组，形成线性关系，通过监督码元了解外编码信息冗余度变化情况。

最小距离、汉明重量与编码效率等都是线性分组码中的重要参数，对信道编码纠错能力具有一定影响[1]。

回首三百八十年——计算机编年简史1623年：德国科学家契克卡德（W. Schickard）制造了人类有史以来第一台机械计算机，这台机器能够进行六位数的加减乘除运算。

1642年：法国科学家帕斯卡（B.Pascal）发明了著名的帕斯卡机械计算机，首次确立了计算机器的概念。

1674年：莱布尼茨改进了帕斯卡的计算机，使之成为一种能够进行连续运算的机器，并且提出了“二进制”数的概念。

（据说这个概念来源于中国的八卦）1725年：法国纺织机械师布乔（B.•Bouchon）发明了“穿孔纸带”的构想。

1805年：法国机械师杰卡德（J.Jacquard）根据布乔“穿孔纸带”的构想完成了“自动提花编织机”的设计制作，在后来电子计算机开始发展的最初几年中，在多款著名计算机中我们均能找到自动提花机的身影。

1822年：英国科学家巴贝奇（C.•Babbage）制造出了第一台差分机，它可以处理3个不同的5位数，计算精度达到6位小数。

1834年：巴贝奇提出了分析机的概念，机器共分为三个部分：堆栈，运算器，控制器。

他的助手，英国著名诗人拜伦的独生女阿达•奥古斯塔（Ada Augusta）为分析机编制了人类历史上第一批计算机程序。

阿达和巴贝奇为计算机的发展创造了不朽的功勋，他们对计算机的预见起码超前了一个世纪以上，正是他们的辛勤努力，为后来计算机的出现奠定了坚实的基础。

1847年：英国数学家布尔（G.Boole）发表著作《逻辑的数学分析》。

1852年：阿达•奥古斯塔（Ada Augusta）去世，年仅36岁。

1854年：布尔发表《思维规律的研究??逻辑与概率的数学理论基础》，并综合自己的另一篇文章《逻辑的数学分析》，从而创立了一门全新的学科－布尔代数，为百年后出现的数字计算机的开关电路设计提供了重要的数学方法和理论基础。

1868年：美国新闻工作者克里斯托夫•肖尔斯（C.Sholes）发明了沿用至今的QWERTY键盘。

1871年：为计算机事业贡献了毕生精力的巴贝奇（C.•Babbage)去世。

信号与信息处理的发展历程应用领域和发展趋势信号与信息处理是以研究信号与信息的分析与处理为主体，包含信息获取、变换、存储、传输、交换、应用等环节中的信号与信息的分析与处理，是信息科学的重要组成部分，其主要理论和方法已广泛应用于信息科学的各个领域，且不再只是信息科学领域的专利，而成为相当广泛的科学与工程领域中十分有用的概念和方法，是当今世界科技发展的重点，也是国家科技发展战略的重点。

1.信号与信息处理的发展历程信号主要分为模拟信号和数字信号。

模拟信号处理是主要建立在连续时间信号（模拟信号）及连续事时间系统（模拟系统）的基础上。

数字信号处理是针对数字信号和数字烯烃，用数值计算的方法，完成对数字信号的处理近40年来，数字信号处理已逐渐发展成为一门非常活跃、理论与实践紧密结合的应用基础学科。

（1）20世纪60年代中期以后高速数字计算机的发展已颇具规模，它可以处理较多的数据，从而推动着数字信号处理技术的前进；(2)快速傅里叶变换（FFT）的提出，在大多数问题中能使离散傅里叶变换（DFT）的计算时间大大缩短，此外，若干高效的数字滤波算法的提出也促进了数字信号处理技术的发展；（3）大规模集成电路的发展，是数字信号处理不仅可以在通用计算机上实现还可以用数字部件组成的专用硬件来实现。

很多通用硬件已经单片机化。

这些都极大的降低了成本，减少了硬件体积并缩短了研制时间。

使信号与信息处理技术得到快速发展。

数字信号处理技术作为新兴学科，由于技术的先进性和和应用的广泛性，越来越显示出强大的生命力，凡是需要对各种各样的信号进行谱分析、滤波、压缩等领域有着越来越多的应用。

2.信号与信息处理的应用领域数字信号处理在语音处理、通信系统、声纳雷达、控制系统等有着广泛应用，主要体现在以下九个方面：（1）信号处理，如数字滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换、相关运算、谱分析、卷积、模式匹配、加窗、波形产生等。

（2）通信，如调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、可视电话等。

极化编码理论与实用方案研究一、本文概述极化编码（Polar Coding）作为一种新型的信道编码技术，自其2008年由E. Arıkan首次提出以来，就以其出色的性能和独特的编码构造引起了全球通信领域的广泛关注。

极化编码理论的核心思想是利用信道极化现象，在噪声信道中构造出容量接近甚至达到信道容量的可靠和不可靠的子信道，进而通过在这些子信道上传输不同的信息比特，实现高效的信道编码。

本文旨在深入研究极化编码理论，探讨其实用方案，为极化编码在实际通信系统中的应用提供理论支持和实践指导。

文章将首先介绍极化编码的基本原理和发展历程，阐述极化现象的物理意义和数学基础。

随后，将重点分析极化编码的性能优势，包括其相对于传统信道编码技术的优越性以及在实际通信系统中的应用前景。

在理论分析的基础上，文章将进一步探讨极化编码的实用方案，包括编码算法的优化、解码算法的改进以及与其他通信技术的结合等。

通过仿真实验和实际案例的分析，验证极化编码在实际通信系统中的应用效果，为极化编码的进一步研究和应用提供有力支持。

本文的研究不仅有助于深化对极化编码理论的理解，也为极化编码在实际通信系统中的应用提供了有益的参考。

相信随着研究的深入和技术的不断发展，极化编码将在未来通信领域发挥更加重要的作用。

二、极化编码基本理论极化编码（Polar Coding）是一种新型的信道编码技术，由土耳其教授Erdal Arikan于2008年首次提出。

极化编码理论的基础是信道极化现象，即通过对多个独立且相同的二进制输入离散无记忆信道（B-DMCs）进行特定的组合和变换，可以生成一组新的信道，这些新信道的容量呈现两极分化的特性，一部分信道容量趋于1，而另一部分趋于0。

极化编码的目标是利用这种现象，将信息尽可能地传输在容量趋于1的信道上，从而实现高效的信息传输。

极化编码的基本流程包括信道极化、信息编码和信道解码三个步骤。

通过对原始信道进行信道极化操作，生成一组极化信道。

通信技术报告范文一、引言通信技术作为现代社会发展的重要驱动力，正以前所未有的速度改变着人们的生活和工作方式。

从传统的有线通信到无线通信，从语音通话到多媒体信息传输，通信技术的不断创新和演进为人类带来了巨大的便利和机遇。

二、通信技术的发展历程（一）早期通信技术在古代，人们通过烽火、信鸽、驿站等方式传递信息，这些方式效率低下且受限于地理和环境因素。

直到 19 世纪，随着电报和电话的发明，通信技术迎来了第一次重大变革。

电报通过电流信号传输编码的文字信息，大大提高了信息传递的速度和准确性；电话则实现了语音的实时传输，使人与人之间的沟通更加便捷。

（二）移动通信技术的兴起20 世纪 80 年代，第一代移动通信技术（1G）诞生，它采用模拟信号进行传输，主要用于语音通话。

随后，第二代移动通信技术（2G）引入了数字信号处理技术，不仅提高了语音质量，还支持短信和低速数据业务。

21 世纪初，第三代移动通信技术（3G）实现了高速数据传输，使得移动互联网成为可能，人们可以通过手机浏览网页、下载文件和观看视频。

近年来，第四代移动通信技术（4G）的普及带来了更快的网速和更丰富的应用，如在线视频通话、移动支付和社交媒体等。

（三）无线通信技术的发展除了移动通信技术，无线通信技术在其他领域也取得了显著进展。

例如，WiFi 技术让人们可以在家庭、办公室和公共场所实现无线联网；蓝牙技术则方便了设备之间的短距离数据传输，如耳机与手机的连接。

三、通信技术的关键技术（一）编码与调制技术编码技术用于将信息转换为适合传输的数字信号，常见的编码方式有脉冲编码调制（PCM）、曼彻斯特编码等。

调制技术则将编码后的信号加载到高频载波上，以便在无线信道中传输，如幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等。

（二）多址技术多址技术允许多个用户在同一信道上进行通信，常见的多址技术有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等。

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。

信息编码的发展历程。

信道编码和/或编码调制理论与技术创新50年左右的重要里程碑可概要汇总如下: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UngerboeckTCM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 SOV A算法→1989年Hagenauer SOV A算法→1990年Koch Max - Lg - MAP算法→1993年Berrou Turbo码→1994年Pyndiah乘积码准最佳译码→1995年Robertson Log - MAP算法→1996年Hagenauer TurboBCH码→1996MACKay - Neal重新发掘出LDPC码→1997年Nick Turbo Hamming码→1998年Tarokh空-时卷格状码、AlaMouti空-时分组码→1999年删除型Turbo码虽然经过这些创新努力，已很接近Shannon极限，例如1997年Nickle的Turbo Hamming码对高斯信道传输时已与Shannon极限仅有0.27dB相差，但人们依然不会满意，因为时延、装备复杂性与可行性都是实际应用的严峻要求，而如果不考虑时延因素及复杂性本来就没有意义，因为50多年前的Shannon理论本身就已预示以接近无限的时延总容易找到一些方法逼近Shannon极限。

第十三章T u r b o码Shannon理论证明，随机码是好码，但是它的译码却太复杂。

因此，多少年来随机编码理论一直是作为分析与证明编码定理的主要方法，而如何在构造码上发挥作用却并未引起人们的足够重视。

直到1993年，Turbo码的发现，才较好地解决了这一问题，为Shannon 随机码理论的应用研究奠定了基础。

Turbo码，又称并行级连卷积码(PCCC)，是由C. Berrou等在ICC’93会议上提出的。

码R史。

需要说明的是，由于原Turbo编译码方案申请了专利，因此在有关Turbo码的第一篇文章中，作者没有给出如何进行迭代译码的实现细节，只是从原理上加以说明。

此后，P. Robertson对此进行了探讨，对译码器的工作原理进行了详细说明。

人们依此进行了大量的模拟研究。

Turbo码的提出，更新了编码理论研究中的一些概念和方法。

现在人们更喜欢基于概率的软判决译码方法，而不是早期基于代数的构造与译码方法，而且人们对编码方案的比较方法也发生了变化，从以前的相互比较过渡到现在的均与Shannon限进行比较。

同时，也使编码理论家变成了实验科学家。

图13-1 AWGN信道中的码率与Shannon限关于Turbo码的发展历程，C. Berrou等在文[4]中给出了详细的说明。

因为C. Berrou 主要从事的是通信集成电路的研究，所以他们将SOVA译码器看作是“信噪比放大器”，从码的发N余（puncturing）技术从这两个校验序列中周期地删除一些校验位，形成校验位序列X p。

X p与未编码序列X s经过复用调制后，生成了Turbo码序列X。

例如，假定图13-2中两个分量编码器的码率均是1/2，为了得到1/2码率的Turbo码，可以采用这样的删余矩阵：P [1 0, 0 1]，即删去来自RSC1的校验序列X p1的偶数位置比特与来自RSC2的校验序列X p2的奇数位置比特。

图13-2 Turbo码编码器结构框图为交织器后信息序列变为：)1101010(~=c第二个分量码编码器所输出的校验位序列为：)1000000(2=v 则Turbo 码序列为：§13.3 Turbo 码的译码一．Turbo 码的迭代译码原理由于Turbo 码是由两个或多个分量码对同一信息序列经过不同交织后进行编码，对任何单个传统编码，通常在译码器的最后得到硬判决译码比特，然而Turbo 码译码算法不应限制在译码器中通过的是硬判决信息，为了更好的利用译码器之间的信息，译码算法所用的应当是软判决信息而不是硬判决。

信息理论与编码信息理论与编码是通信领域中的两个非常重要的学科，它们的发展对于现代通信技术的发展起到了至关重要的作用。

本文将从信息的概念入手，分别介绍信息理论和编码理论的基本概念、发展历程、主要应用以及未来发展的前景和挑战。

一、信息的概念信息可以理解为一种可传递的事实或知识，它是任何通信活动的基础。

信息可以是文字、图像、音频、视频等形式，其载体可以是书本、报纸、电视、广告、手机等媒介。

信息重要性的意义在于它不仅可以改变人的思想观念、决策行为，还可以推动时代的发展。

二、信息理论信息理论是由香农在1948年提出的，目的是研究在通信过程中如何尽可能地利用所传输的信息，以便提高通信的效率和容错性。

信息理论的核心是信息量的度量，即用信息熵来度量信息的多少。

信息熵越大，信息量越多，反之就越少。

比如一篇内容丰富的文章的信息熵就比较大，而一张黑白的图片的信息熵就比较小。

同时，信息熵还可以用来计算信息的编码冗余量，从而更好地有效利用信道带宽。

信息理论具有广泛的应用，特别是在数字通信系统中，例如压缩编码、纠错编码、调制识别等。

通过利用信息理论的相关技术，我们可以在有限的带宽、时间和功率条件下，实现更高效的数据传输。

三、编码理论编码理论是在通信领域中与信息理论密切相关的一门学科。

其核心在于如何将所传输的信息有效地编码，以便提高信息的可靠性和传输效率。

编码技术主要分为三类：信源编码、信道编码和联合编码。

信源编码，也称数据压缩，是通过无损压缩或有损压缩的方式将数据压缩到最小，以便更加高效地传输和存储。

常见的信源编码算法有赫夫曼编码、算术编码、LZW编码等。

信道编码则是为了提高错误率而采用的一种编码方法。

通过添加冗余信息，例如校验和、海明码等技术，可以实现更高的错误检测和纠正能力。

联合编码则是信源编码和信道编码的组合。

它的核心思想是将信源编码和信道编码结合起来，以得到更加高效的编码效果。

编码理论在现代通信系统中具有广泛的应用，包括数字电视、移动通信、卫星通信、互联网数据传输等。