教学课件现代通信原理(第2版第十二章 信道编码ppt(全).pptx
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1、教学课件现代通信原理(第2版第十二章 信道编码第十二章信道编码严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码本章内容结构n12.1 引言n12.2 纠错编码的原理n12.3 常用的简单编码n12.4 汉明码(属于一种线性分组码)n12.5 循环码(也属于一种线性分组码)n12.6 卷积码简介严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码12.1 引言n信道编码的概念和作用概念:根据具体信道误码情况,在发送端按照一定约束规则,在纯信息码中加入适当的冗余码(或称“监督位”);在接收端根据规则检查或纠正传输中的错误。作用:检错纠错从而提高通信系统的可靠性。严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码常用的差错控制方
2、法n检错重发(Automatic Repeat-reQuest)n前向纠错(Forward Error Correction)n混合差错控制(Hybrid Error Correction)严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码检错重发(Automatic Repeat-reQuest)n原理:系统有检错检错功能,但无纠错功能,收端发现错误后,请求发端重新发送,直至接收端认为无错为止。发送端信息信息(按一定规则,(按一定规则,对信息编码)对信息编码)编码后信息编码后信息接收端(按发端编码规则,对(按发端编码规则,对收到的码进行验证)收到的码进行验证)注意:由于信道不理想,注意:由于信道不理想
3、,传输中可能产生误码传输中可能产生误码若验证无若验证无误则向后误则向后发送或者发送或者处理处理若验证有误若验证有误通知重发通知重发(然后重复上述过程,直至所有信息正确传输。可简记为(然后重复上述过程,直至所有信息正确传输。可简记为“只检不纠只检不纠”)严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码ARQ的主要优缺点n优点:只需要少量的冗余码就能获得较低的误码率n缺点:当信道的干扰较大时,信息传输的连贯性和实时性较差。严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码前向纠错(Forward Error Correction)n原理:发端发送的编码有纠错能力,收端收到码字后,根据规则校验,如果发现错误,直接纠正
4、,而不需要给发端反馈。发送端信息信息(按一定规则,对信息编码,(按一定规则,对信息编码,该编码要有纠错能力该编码要有纠错能力)编码后信息编码后信息接收端(按发端编码规则,对(按发端编码规则,对收到的码进行验证)收到的码进行验证)注意:由于信道不理想,注意:由于信道不理想,传输中可能产生误码传输中可能产生误码若验证无若验证无误则向后误则向后处理,若处理,若有误,则有误,则直接纠正直接纠正其特征可简记为其特征可简记为“只纠不检只纠不检”严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码FEC的主要优缺点n优点:不需要反馈信道,能够以广播方式通信实时性好n缺点:需要针对不同信道设计编码,复杂度较高严谨 严格
5、求实 求是第十二章 信道编码混合差错控制(Hybrid Error Correction)n原理:是ARQ与FEC的结合。由于信道的随机性,所以每次传输过程中的误码,可能有时多、有时少,误码少时可纠正;误码太多,超出编码纠错能力,不能纠正,就请求重发。发送端信息信息(按一定规则,对信息编(按一定规则,对信息编码,码,该编码可纠可检该编码可纠可检)编码后信息编码后信息接收端(按发端编码规则,对(按发端编码规则,对收到的码进行验证)收到的码进行验证)注意:由于信道不理想,注意:由于信道不理想,传输中可能产生误码传输中可能产生误码若验证无若验证无误则向后误则向后处理,误处理,误码较少,码较少,直接纠
6、正直接纠正若验证误码若验证误码太多,重发太多,重发(然后重复上述过程,直至所有信息正确传输。可简记为(然后重复上述过程,直至所有信息正确传输。可简记为“既纠又检既纠又检”)严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码12.2 纠错编码的原理和指标n12.2.1 纠错编码的基本原理和基本概念n12.2.2 纠错编码的分类和相关指标严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码12.2.1 纠错编码的基本原理和基本概念n一、“编码方案”与“差控方式”的关系和区别n二、线性分组码的概念和结构n三、许用码组与禁用码组的概念n四、检错能力与纠错能力的关系严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码一、“编码方案”与“
7、差控方式”n区别:差控方式指的是发端与收端之间约定好的、对传输中出现错误的处理方式。其重点在于收与发的配合互动机制。而编码方案指的是发端采用什么样的算法、加入多少监督位、在哪里加这些监督位。其重点在于发端的码组生成算法。严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码一、“编码方案”与“差控方式”n区别:同一种差控方式可以采用不同的编码方案n例1:对于ARQ,既可采用(2,1)重复码,又可采用(3,1)奇偶校验码n例2:对于FEC既可以采用(3,1)重复码,也可采用(5,1)重复码,还可以采用我们后面要讲的汉明码。n例3:对于HEC既可以采用(4,1)重复码,也可采用(5,1)重复码、(6,1)重复码
8、严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码一、“编码方案”与“差控方式”n区别:同一种编码方案也可以用于不同的差控方式n例1(3,1)重复码既可用于ARQ,也可用于FECn例2(5,1)重复码既可用于ARQ,也可用于FEC,还可用于HEC。严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码一、“编码方案”与“差控方式”n关系:插入的监督位很少的、只有检错能力、没有纠错能力的编码方案,用于ARQ随着监督位数的增多,编码方案将会具备纠错能力,此时可用于FEC或HEC由于检纠错能力的不同,监督位数较多的编码方案可以用于ARQ,但由于效率不高,不常见严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码二、线性分组码的概念和结
9、构n线性分组码的概念:顾名思义,线性分组码有两个显著的特征:“线性”和“分组”所谓“线性”,指的是监督位由纯信息位经过“线性运算”和得到所谓“分组”,指的是整个码组编完后,可以“泾渭分明”地将码组分成两组:“纯信息比特组”和“监督位比特组”严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码线性分组码的结构nn位线性分组码的结构可用下图来表示an-1an-2an-kk位纯信息比特组ar-1ar-2a0r位监督比特组整体称为一个“n位的系统码”不难看出,n、k、r之间满足关系式:n=k+r通常将这样的线性分组码标记为“(n,k)码”严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码三、“许用码组”与“禁用码组”n这是
10、两个码组的集合:n许用码组:在发送端,编码器输出的、所有可能出现的码组的集合。n禁用码组:发送端编码器 不可能输出的那些码组 所组成的集合。也就是许用码组集合的补集。严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码许用码组与禁用码组举例n例1:(2,1)重复码的许用码组有2个:“00”和”11”禁用码组也有2个:“01”和“10”n例2:(3,1)重复码的许用码组有2个:“000”、“111”禁用码组有6个:“001”、“010”、“100”、“011”、“110”、“101”严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码许用码组与禁用码组举例n例3:(3,1)偶校验码的许用码组有4个:“000”、”011
11、”、“101”、“110”禁用码组有4个:“001”、“010”、“100”、“111”严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码四、检错与纠错的关系n二者是对立统一的关系:统一面:检错是纠错的基础,没有检错能力的编码方案不可能有纠错能力。对立面:但“过于自信”的纠错,可能反过来会降低检错能力。n例如(3,1)重复码:如果用于只检不纠(ARQ),发生2位错误时n能被系统发现;如果用于前向纠错(FEC),发生2位错误时n系统因为要进行纠错,将发现不了2位错误。严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码12.2.1 差控编码的分类和指标n一、差控编码的分类n二、差控编码的几个重要指标n三、最小码距和检
12、纠错能力的关系规律严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码一、差控编码的分类n根据信息位与监督位的函数运算关系线性码非线性码n根据信息位与监督位的约束方式分组码卷积码n根据信息位在编码完成后是否保持原样系统码非系统码严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码二、差控编码的几个重要指标n1、编码效率Rn2、码重wn3、码距dn4、最小码距d0严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码指标1、编码效率Rn定义:编码后,码组中所含纯信息位数(k),与码组总长(n)的比值,即n举例:(2,1)重复码的编码效率是50%(3,1)重复码的编码效率是1/3n推论:在信息位相同的情况下,监督位越少,编码效率越高,
13、但同时检就错能力也会下降。严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码指标2、码重wn定义:一个二进制码组中“1”的个数n举例:10110的码重w=311111的码重w=500000的码重w=0严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码指标3、码距dn定义:两个等长的二进制码组,其对应位不相同的位数和,称为这两个码组的码距,通常记为dn举例:“1000”和“1001”之间的码距d=1“10100”和“01110”之间的码距d=3严谨 严格 求实 求是第十二章 信道编码指标4、最小码距n定义:在一组(2个或2个以上)的等长的码组集合中,求出其所有两两码距(例如有4个等长码组时,需求出d12,d13,d
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