信道编码PPT课件

《通信原理课件》
9.2 信道编码的基本原理
香农的信道编码定理指出：对于一个给
定的有扰信道，如果信道容量为C，只要发 送端以低于C的信息速率R发送信息，则一
定存在一种编码方法，使译码差错概率随 着码长的增加，按指数规律下降到任意小 的值。这就是说，通过信道编码可以使通 信过程不发生差错，或者使差错控制在允 许的数值之下。
样不变，后 r 位为监督码元。
图9-3 (n，k）线性分组码为系统码的结构
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9.3.1线性分组码的编码
在介绍线性分组码的原理之前，首先我 们来看一种简单而又常用的线性分组码— —奇偶监督码（也称为奇偶校验码），分 为奇数监督码和偶数监督码。无论信息码 元有多少，监督码元只有一位。在偶数监 督码中，监督码元的加入使得每个码字中 “1”的数目为偶数；在奇数监督码中，监 督码元的加入使得每个码字中“1”的数目 为奇数。
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如果用两个二进制码元来表示一个消息，有4 种可能的码字，即“00”、 “01”、“10”和
“11”。比如规定“00”表示消息A， “11”表 示消息B。码字“01”或“10”不允许使用，称
为禁用码字，对应地，用来表示消息的码字称为 许用码字。如果在传输消息的过程中发生一位错 码，则变成禁用码字“01”或“10”，译码器就 可判决为有错。这表明在信息码元后面附加一位 监督码元以后，当只发生一位错码时，码字具有 检错能力。但由于不能判决是哪一位发生了错码， 所以没有纠错能力。
第九章 信道编码
9.1 引言 9.2 信道编码的基本原理 9.3 线性分组码 9.4 循环码 9. 5 卷积码
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9.1 引言
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在无记忆信道中，噪声独立随机地影响着 每个传输码元，因此接收的码元序列中的错 误是独立随机出现的，以高斯白噪声为主体 的信道属于这类信道。在有记忆信道中，噪 声和干扰的影响往往前后相关，错误成串出 现。还有些信道既有独立随机差错也有突发 性成串差错，称为混合信道。对不同类型的 信道，需要设计不同类型的信道编码，才能 收到良好效果。按照信道特性和设计的码字 类型进行划分，信道编码可以分为纠独立随 机差错码、纠突发差错码和纠混合差错码。 本章将只讨论纠独立随机差错码。
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线性分组码的编码原理
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一般地，在 n, k 线性分组码中，设 M 是编码器的输入信息码元序列，
间的最小距离，称为该编码的最小汉明距离，简称为最小码距，用 d min 表示。例如码长 n =3 的重复码，只有 2 个许用码字，即 000 和 111， 显然 d min ＝3。
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信道编码的效用
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[例9.2.1]
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9.2.2 信道编码的译码方法
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编码中的几个定义
在信道编码中， n 长码字中非零码元的数目定义为码字的汉明
（Hamming）重量，简称码重。例如“10101”码字的码重为 3，“01111” 码字的码重为 4。
两个 n 长码字 x，y 对应码元取值不同的个数定义为码字的汉明距离，
简称码距，用 d(x，y)表示。在一种编码中，码字集合中任意两码字
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如果 S 0 ，则认为无错，反之有错。式（9.3-2）称为监督关系式或校
验关系式，S 称为监督子或校验子。由于只有一个监督码元，则只有一个监督 关系式，S 的取值只有两种，只能代表有错和无错这两种信息，不能进一步指 明错码的位置。可以推测，如果将监督码元增加一位，则有两个监督关系式，
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一、最大后验概率（MAP）译码
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二、最大似然（ML）译码
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三、最小汉明距离译码
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9.3 线性分组码
线性分组码既是分组码，又是线性码。分组码的编码包括两个
基本步骤：首先将信源输出的信息序列以 k 个信息码元划分为一 组；然后根据一定的编码规则由这 k 个信息码元产生 r 个监督码
元，构成 n k r 个码元组成的码字。线性码是指监督码元与信
息码元之间的关系是线性关系，它们的关系可用一组线性代数方程 联系起来。
线性分组码一般用符号 n, k 表示，其中 k 是每个码字中二进制信
息码元的数目； n 是码字的长度。
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一个 n 长的码字 C 可以用矢量 C cn1,cn2 ,,c1,c0 表示。线性分组码 n, k 为系统码的结构如图 9-3 所示，码字的前 k 位为信息码元，与编码前原
监督子 S1S2 的可能值就有 4 种组合，故能表示 4 种不同的信息，如果用其中
一种表示无错，则其余 3 种就可以用来指示一位错码的 3 种不同位置。同理，
监督子 S1S2 Sr 的可能值就有 2r 种组合，可以用其中一种表示无错，其余
2r 1 种用来指示一个错码的 2r 1 个可能的位置。
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本章我们将讨论常见的信道编码和译码的方法。信道编码的数字 通信模型如图 9-1 所示。进入信道编码器的是二进制信息码元序列
M 。信道编码根据一定的规律在信息码元中加入监督码元，输出码 字序列 C 。由于信道中存在噪声和干扰，接收码字序列 R 与发送码 字序列 C 之间存在差错。信道译码根据某种译码规则，从接收到的码 字 R 给出与发送的信息序列 M 最接近的估值序列 Mˆ 。
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9.2.1 信道编码的检错和纠错能力
信道编码的检错和纠错能力是通过信息 量的冗余度来换取的。为了便于理解，先 通过一个简单的例子来说明。例如，要传
送A和B两个消息，可以用一个二进制码元 来表示一个消息，比如“0” 码代表A， “1”码表示B。在这种情况下，若传输中
产生错码，即“0”错成“1”，或“1”错 成“0”，接收端将无法检测到差错，因此， 这种编码没有检错和纠错能力。