点到点通信的信道编码_(翻译)

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1、第二章点到点通信的信道编码这篇论文主要是研究对于小型继电网络的编码问题。在这一章，我们将会解释关于从数据源到末端的点到点通信的信道编码的最基本需要。这篇论文的一个贡献是交叉分组信道编码，它是关于点到点通信的一种编码策略，将在2.5章节介绍。2.1信道编码的前向纠错我们研究从远端到末端的数据通信，数据需要通过一种有干扰的信道传输，这种点到点通信的例子能够在无线、有线通信和存储系统中发现（例如，硬盘，CDs，DVDs）。在这篇论文中我们主要是关注无线通信，特别是基于移动通信系统的移动电话。在这个系统，移动

2、手机或移动电脑到基站的数据传输（上行），例如声音或是图片，或是从基站到移动设备传输数据（下行）。通信工程的目的是能够实现可靠通信，也就是以最小的干扰在终端获得数据。如果我们需要传输数据信息（比特），我们能够用前向错误改正（FEC）的信道编码保护数据信息来抵抗信道干扰。这就意味着数据在信道之前是编好码的。一个二进制的信道编译器编了一个包U=（u1，u2,...,uk）有k个数据比特并且输出了一组（码字）C=（c1，c2，...，cN）N≥K个编码比特。信道编译器包括N-K个冗余比特来使信道译码器在末端能

3、够改正信道干扰带来的错误。编码速率RC定义为RC=K/N。元素u和c都是在GF(2)中以二进制元素{0,1}来定义的。在这篇论文里，我们只考虑线性信道编码。信道编码器通过生成矩阵G来定义，信道编码器的输出通过c=u*G(2.1)来给出。改正错误需要区别于发现错误。相对于错误修正，发现错误的目的不是去改正错误而是在末端的包含错误的包中发现错误。信道的双重问题是信源编码。信源编码的目的是压缩数据并且去除数据中的所有冗余。即使用户大多没有意识到，但是信道编码还是在日常生活中有应用。在手机通信系统，电视广播，

4、CD和硬盘驱动器中都有信道编码。把比特信息输入到物理信道中是不可能的。这也关系到电磁波在无线媒介中的通信。为了在这种物理信道（例如，无线信道）中传输比特信息，调制器需要将数据比特与模拟波形相匹配来与信道特性相匹配。匹配是通过采用L个编码比特并取决于信道传输在2L能量波形中选择L个比特。由于实际的约束，2L个波形应该有相类似的形状只在振幅上有区别，在相位或是频率上有替换。我们只考虑振幅和相位描述为一系列的由2L个复杂的数据组成的S个具有一致的振幅大小和相位变化并且没有必要考虑信号的波形。重要的初步的例子

5、是以S2={-1，+1}二进制相移键控（BPSK）以S4={-j，-1，j，1}的正交相移键控（QPSK），4-QAM和16-QAM。4-QAM和16-QAM在[Pro95]中有定义。每个BPSK的符号携带L=1bits信息，每个QPSK和每个4-QAM符号携带L=2bits信息，每个16-QAM符号携带L=4bits信息。同时特数据传输速率也增加了L倍。然而，Euclidean距离在星座点数减少的数目和接收者发现的错误符号增加的数目之间。调制器传输N个编码比特的模块c到模块x=（x1，x2，...，

6、xM）集合S中的M=N/L个符号。信道编码和调制速率R定义为R=K/M=RC*L信道干扰了符号X并且输出了被干扰的符号y=（y1，y2，...，yM）末端接收到y。解调器和信道译码试图恢复从y中恢复原始数据并且输出估计量。设计信道编码和调制的目的是使在u和在给定的速率R和其他约束条件例如在无线系统中传输能力或能量下的最小错误比特。传输能力与符号x的振幅的均方值一致。图2.1描述了一个被考虑的系统模型。更多的关于信道编码和调制的信息可以查看[LC02，BB99，Pro95，CHIW98，CF07]。图2

7、.1点到点通信的系统模型2.2无线信号传输的信道模型我们假设一个带有噪声，传播路径损耗和衰退的无线信道模型。2.2.1噪声电磁噪声限制了无线通信。主要的噪声类型是在接收端的热噪声和人造噪声。空气和银河噪声[Yac93]。热噪声是由接收端的导电的电荷携带者（例如，电子）的热运动引起的。热噪声温度为在0Kelvin时消失。人造噪声在城市噪声频率低于4000MHz的部分和在郊区的低于1000MHz的部分占主要部分[Yac93]。空气和银河噪声在频率低于500MHz时可以忽略。在接收端收到的信号需要通过一个足

8、够宽的带宽为W的带通滤波器以便于不让传输波形失真。我们做同样的假设噪声在接受滤波器后是叠加在传输信号上的，功率谱密度是N0/2并且它的概率密度函数是高斯形式的。在这个模型中的噪声叫加性高斯白噪声（AWGN）。2.2.2传播路径损耗对于无线中继网络，通常拓扑网络是给出，例如中继器是在源端和收端的中间位置。自由空间的传输公式Friis[Rap,Yac93]用来估算收端功率PT(d)，在已知源端发射功率P，远端和目的端的距离d：（2.2）这个公式根据附加的传输