通信技术基础编码基础专业知识讲座.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,通信技术基础课程,第,4-,*,页,单击此处编辑母版标题样式,文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 信源压缩编码,第,3-,*,页,第一讲 模拟信号的数字化,文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,1.,信道编码的目的与原理,例：三位二进制码元共有,8,种可能的组合：,全码字空间,=000,001,010,011,100,101,110,111,；,如果,8,种码组都用于传递信息，设传输发生一个误码，则一种码组就会变成另一种码组，而接收端却不能发现。,如果选用码组,C=000,011,101,110,传输对应消息集,M=00,01,10,11,，而禁用码组,=001,010,100,111,来传输信息，,会出现什么效果？,能发现一个和三个错误，但不能纠错。,1.,信道编码的目的与原理,观察选用码组的码字有何规律？,如果许用码组,C=000,、,111,，来传输消息集（,0,，,1,），,会出现什么效果？,则可以发现所有两个以下的误码，如果用来纠错，还可以纠正一个错误。,1.,信道编码的目的与原理,观察选用码组的码字有何规律？,编码原理：,在被传送的信息码元序列中增加一些监督码元。,监督码与信息码之间具有某种特定的,校验关系,。,发端将信息码和监督码组合而成的码元序列送入信道。,收端收到该码序列后，依照约定的,译码规则,检验监督码元与信息码元之间的校验关系。,1.,信道编码的目的与原理,编码原理：,当校验关系因传输错误而受到破坏时，收端就可检查出来，这叫,检错,，称这种编码具有检错能力；,如果收端检测出差错后还能在译码时予以纠正，就叫,纠错,，称这种编码具有纠错能力,。,信道编码目标：,以,小的冗余度,增加量换取大的,纠检错能力,，同时尽量减小编码延迟和编码算法的复杂度。,1.,信道编码的目的与原理,编码系统模型：,信,源,信,道,发送端,接收端,信,宿,信道,译码,信道,编码,调制器,解调器,信源,译码,信源,编码,信源,编码,信道,译码,信宿,m,c,r,m,信源：输出的是信息序列。,信宿：收到的是纠错恢复后的信息序列。,信道：广义信道，也称编码信道。,1.,信道编码的目的与原理,2.,信道编码的基本概念,2.1,基本概念,信息组,码字,000,000,000,100,110,100,010,011,010,110,101,110,001,101,001,101,011,101,011,110,011,111,000,111,（,6,，,3,）线性分组码,2.,信道编码的基本概念,许用码组与禁用码组,以一定的规则从,2,n,个码组中选择,2,k,个码组，使,2,k,个信息组与,2,k,个码组之间建立一一对应关系，这,2,k,个码组就组成了一个线性分组码。我们称这,2,k,个码组为,许用码组,，简称码组、码矢或码字，而其余的,2,n,-,2,k,个码组为,禁用码组,。,码率也称编码效率。定义一个,(n,，,k),分组码的码率为,k/n,。或者定义为,编码前符号速率,与,编码后符号速率,之比。,通常，码率很高的码，其纠检错能力就比较差。,码率,2.,信道编码的基本概念,码距,定义分组码中任意两个码字之间的,汉明距离,为这两个码 字中,对应位不同,的数目。,通常，分组码任意两个码字之间的,码距,用,汉明距离,衡量,。,例：（,7,，,3,）分组码中两个码字（,0100111,）和（,1001110,）,码距为,4,分组码的码字重量用,汉明重量,衡量。定义分组码中每个码字的,“,1,”,的个数为该码字的汉明重量。例如（,6,，,3,）分组码中的某个码字是,011010,，则该码字的码重为,3,。,码重,最小码距,dmin,一个分组码的所有码距中的最小值就是该分组码的最小码距，用,dmin,表示，,dmin,决定该分组码的纠检错能力。,对于线性码，其最小码距应等于非零码序列的,最小汉明重量,。,2.,信道编码的基本概念,码距与检错和纠错能力的关系,编码的纠检错能力,2.,信道编码的基本概念,编码的纠检错能力,对于分组码，一般情况下其纠检错能力与最小码距有以下关系：,要检测一个码组内的,e,个误码，要求最小码距,dmin,e,+1,要纠正一个码组内的,t,个误码，要求最小码距,dmin,2,t,+1,要纠正一个码组内的,t,个误码，同时检测,e,（,e,t,）个误码，要求最小码距,dmin,t,+,e,+1,2.,信道编码的基本概念,编码增益,编码增益,=,编码增益反映的是,一定误码率,要求下具体的编码方案对信噪比的改善程度。从系统的角度来看，在给定误比特情况下，采用纠错编码后所需的,Eb/N0,（,dB,）低于不用编码时的,Eb/N0,（,dB,），把后者与前者之差称为编码增益。,2.,信道编码的基本概念,编码增益,黑色箭头线段是误比特率为,10,-2,时的系统编码增益。,2.,信道编码的基本概念,2.2,性能指标,编码增益,码率：定义一个,(n,k),分组码的码率为,k/n,编译码复杂度,编译码延时,2.,信道编码的基本概念,2.3,编码分类,按差错控制编码的不同功能：,检错码：发现错误的码,纠错码：自动纠正错误的码,按信息码元与附加监督码元间检验关系：,线性码,(Linear Code),：监督码元与信息码元满足线性关系,非线性码,(Nonlinear Code),：监督码元与信息码元不满足线性关系,2.,信道编码的基本概念,2.3,编码分类,按信息码元与监督码元间约束方式：,分组码,(Block Code),：信息序列每,k,位分成一组，产生,r,位监督元，输出长度为,n=r+k,的码字。,r,位监督元只与本分组的,k,位信息元有关，记为（,n,k,）。,卷积码,(Convolutional Code),：编码器给每,k0,位信息加上,r0,位监督元得到长度为,n0,的码字。该码字的运算，不仅与本组,k0,位信息有关，还与其前面,m,组,k0,位信息有关。称这种码为（,n0,，,k0,，,m,）卷积码。,2.,信道编码的基本概念,2.3,编码分类,按信息码元在编码后是否保持原来的形式：,系统码、非系统码,按纠正错误的类型：,纠正随机错误的码、纠正突发错误的码,按每个码元取值：,二进制码、多进制码,2.,信道编码的基本概念,2.3,编码分类,(1)ARQ,（,Automatic Repeat request,）,：,接收端如果检测到有错，则通过反向信道通知发送端重发。,发,收,能够发现错误的码,应答信号,ARQ,方式,3.,差错控制方式,优点：工作原理简单，易于实现。,缺点：延时大。,发,收,可以纠正错误的码,FEC,方式,(2)FEC,（,Forward Error Correction,）,：接收端根据编码规则进行译码，通过译码发现并纠正传输过程中的错误。,3.,差错控制方式,优点：不需要反馈信道；不要求检错重发。,缺点：编译码设备较复杂。,发,收,可以发现和纠正错误的码,应答信号,HEC,方式,(3)HEC,（,Hybrid Error Correction,）,：是,FEC,方式和,ARQ,方式的结合，接收端经纠错译码后如果检测无错码，则不再要求发端重发；如果收端经纠错译码后仍检测出有误码，则通过反馈信道要求发端重发。,3.,差错控制方式,自动请求重发（ARQ）Automatic Repeat request,前向纠错（FEC）Forward Error Correction,混合纠错（HEC）Hybrid Error Correction,