通信系统原理 教学课件 作者 孔英会 通信系统原理第9章.ppt

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1、通信系统原理第9章信道编码第9章信道编码基本内容：引言信道编码的基本概念线性分组码卷积码复合编码网格编码调制(TCM)*差错控制编码的应用9.1引言什么时候需要引入信道编码？在实际信道中传输数字信号时，由于信道特性不理想及加性噪声的影响，接收端所收到的数字信号不可避免地会产生错码，影响通信质量；为了使数字通信系统达到一定的误比特率指标，首先应合理设计基带信号、选择调制方式、解调方式、采用均衡、提高发信功率等；但如果误比特率指标仍不能满足要求，则必须采用信道编码。纠错编码的基本思想在发送端被传输的信息序列后附加一些监督码元，这些多

2、余的监督码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联（约束）；接收端按照既定的规则检测信息码元与监督码元之间的关系，一旦传输过程中发生差错，则信息码元与监督码元之间的关系受到破坏，从而发现错误，甚至改正错误。9.2信道编码的基本概念9.2.1差错控制方式常用的差错控制方式主要有三种：检错重发(ARQ)前向纠错(FEC)混合纠错(HEC)三种差错控制方式示意图发送检错和纠错码接收应答信号发送纠错码接收发送检错码接收应答信号(a)检错重发(ARQ)(b)前向纠错(FEC)(c)混合纠错(HEC)9.2.2信道编码的分类(１)按照信道编

3、码的不同功能，可以将它分为检错码纠错码检错码仅能检测误码，例如，在计算机串行通信中常用到的奇偶校验码等；纠错码具有检错的能力且同时可以纠正误码，当发现不可纠正的错误时可以发出出错指示。信道编码的分类(2)按照信息码元和监督码元之间的检验关系，可以将它分为：线性码非线性码若信息码元与监督码元之间的关系为线性关系，即满足一组线性方程式，称为线性码；否则，称为非线性码。信道编码的分类(3)按照信息码元和监督码元之间的约束方式不同，可以将它分为：分组码卷积码在分组码中，编码后的码元序列每n位分为一组，其中k位信息码元，r个监督位，r=n

4、-k。监督码元仅与本码字的信息码元有关；卷积码则不同，监督码元不但与本信息码元有关，而且与前面码字的信息码元也有约束关系。信道编码的分类(4)按照信息码元在编码后是否保持原来的形式，可以将它分为：系统码非系统码在系统码中，编码后的信息码元保持原样不变;非系统码中的信息码元发生变化。除了个别情况，系统码的性能大体上与非系统码相同，但是非系统码的译码较为复杂，因此，系统码得到了广泛的应用。信道编码的分类(5)按照纠正错误的类型不同，可以将它分为：纠正随机错误码纠正突发错误码纠正随机错误码主要用于发生零星独立错误的信道;纠正突发错误码

5、用于对付以突发错误（指成串出现的错误）为主的信道。信道编码的分类(6)按照信道编码所采用的数学方法不同，可以将它分为：代数码几何码算术码其中代数码是目前发展最为完善的编码，线性码就是代数码的一个重要的分支。除上述信道编码的分类方法外，还可以分为二进制信道编码和多进制信道编码等。9.2.3有扰离散信道的编码定理有扰信道中信息传输的重要理论基础是香农的信道编码定理，定理描述如下：对于一个给定的有扰信道，若信道容量为C，只要发送端以低于C的速率R发送信息，则一定存在一种编码方法，使编码错误概率P随着码长n的增加按指数下降到任意小的值，

6、表示为式：其中E(R)为误差函数，它随信道容量的增加而增大。结论：（1）在码长n与速率R一定时，增加信道容量C，可以减小错误概率P。（2）在信道容量C和速率R一定时，增加码长n，可以减小错误概率P。9.2.4信道编码的基本原理以三位二进制码组为例说明3位二进制码组（a3a2a1）有8种不同的组合：(000)、(001)、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)、(111)，可用这8个码组分别代表不同的信息含义，分三种情况讨论信道编码的差错控制原理。（1）将8个码组都作为有用码组来使用，如8个码组用来代表8种天气

7、情况：000（晴），001（雷），010（雹），011（阴），100（风），101（云），110（雨），111（雪）若在传输过程中发生一个误码，一种码组会错成另外一个码组，因为每一个码组都可能出现，没有信息量冗余，因此接收端无法发现错误，这种编码方法就不具有任何抗干扰能力。三位二进制码组的组合及不同含义三位二进制码组的组合及不同含义（2）在8个码组中，规定只准使用下面4个来传输信息（称作许用码组），其它禁用000（晴），011（阴），101（云），110（雨）由前2位二进制数字来表示4种信息，而第三位完全是冗余的，这第三位就作为

8、附加的监督码元。这个监督码元与前面的两个信息码元组成偶校验关系，保证码组中“1”的个数为偶数。8个码组中其余的4个码组不满足这种校验关系，称为禁用码组，接收端一旦发现这些不满足校验关系的禁用码组，表明传输过程中发生了错误，利用这种码组传输信息，接收端就有可能发现