移动通信原理第8次课-线路编码和信道编码
数字通信中的信源编码和信道编码
数字通信中的信源编码和信道编码摘要：如今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用。
而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。
本论文根据当今现代通信技术的发展，对信源编码和信道编码进行了概述性的介绍.关键词：数字通信；通信系统；信源编码；信道编码Abstract：Now it is an information society. In the all of information technologies, transmission and communication of information take an important effect. For the transmission of information, Digital communication has been an important means. In this thesis we will present an overview of source coding and channel coding depending on the development of today’s communication technologies.Key Words：digital communication; communication system; source coding; channel coding1.前言通常所谓的“编码”包括信源编码和信道编码。
编码是数字通信的必要手段。
使用数字信号进行传输有许多优点, 如不易受噪声干扰, 容易进行各种复杂处理, 便于存贮, 易集成化等。
编码的目的就是为了优化通信系统。
一般通信系统的性能指标主要是有效性和可靠性。
所谓优化，就是使这些指标达到最佳。
除了经济性外，这些指标正是信息论研究的对象。
按照不同的编码目的，编码可主要分为信源编码和信道编码。
在本文中对此做一个简单的介绍。
移动通信原理第8次课-线路编码和信道编码共24页文档
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
移动通信原理第8次课线路编码和信道编码
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
信道编码原理
某一种符号。
p(b1
a) 1
p(0 0)
1
p
p
【例5－1】 二元对称信道简记为
BSC(BinarySpy(mb2mae2t)ricCph(1a1n)nel1)， 其p 输p入/输出符号均取
值于{0，1}，若r=sp=(2b1，a且2 )a1=pb(10=10)，ap2=b2=1，有转移概率
p(b2
（4）选择合适的译码规则可降低平均错误译码的概率 。
5.2.3 费诺不等式
描述了平均错误译码概率Pe与信道疑义度H(X|Y) 的内在联系，即
H(X︱Y) ≤ H(Pe)十Pe1oga(r-1)
注：
（1）不论采用什么准则选择译码规则，费诺不等式都是普 遍成立的。
（2）费诺不等式表明，在收到信道输出随机变量后，对输 入随机变量仍然存在的平均不确定性H(X|Y)由两部分 组成：第一部分是收到输出随机变量后，按选择的译 码规则译码时，是否产生错误译码的平均不确定性 H(Pe)；第二部分是当平均错误译码概率为Pe时，到底 是哪一个信源符号被错误译码的最大平均不确定性 Pe1oga(r-1)。
prj p X F(bj ) ai Y bj
3. 错误译码概率Pej
当信道的输入符号是ai，在信道输出端接收到某符号 bj(j=1,2,…,s)后，错误译码的概率pej为信道输出端出现 bj(j=1,2,…,s)的前提下，推测信道输入的符号是除了ai以外 的其他任何可能的输入符号的后验概率，即
（1）从整个传递作用的效果来看，信道的输入是 X=X1X2…XN，输出是Y=Y1Y2…YN。 （2）与基本离散信道相比，N次扩展信道的输入符号数由r 种扩展为rN种,输出符号数由s种扩展为sN种。
N次扩展信道的传递矩阵
信道编码课件
编码系统模型下的数字序列变换
信息序列：mi=[mi1 , mi2 ,…, mik]
编码
编码后的发送序列：Ci=[Ci1 , Ci2 ,… , Cin] 信道（干扰） 受到干扰后的接收序列：ri=[ri1 , ri2 ,…, rin]
发 送 端 接 收 端
21
译码
信息序列：m’i=[m’i1 , m’i2 , … , m’ik]
2013-7-11
1.2 错误类型与信道模型
离散无记忆信道（Discrete Memoryless Channel, DMC）
P(y0/x0) P(y0/x1) x0 P(y1/x0) P(y /x0) P(y21/x1) x1 P(y2/x1) P(yQ-1/x0) . . P(yQ-1/x1) . xq-1 y0 y1
2013-7-11
1.1 用于可靠传输和存储数据的编码 ——编码系统模型
信源 m 编码 c 信道
噪声干扰
r
m′ 译码 信宿
三点说明： 1.不可无限的增加冗余码 2.尽可能的重现m，即 使m′尽量接近m 3.编译码算法易实现，设备费用尽量低
研究各种编码和译码方法是信道编码所要解决的问题。
2013-7-11 22
2013-7-11
28
1.2 错误类型与信道模型
吉尔伯特模型：
1-Pgb Good Pgb Bad Pbg 1-Pbg
两个状态：Good，Bad 某一时刻，信道处于两种状态之一 三个主要参数：
Pgb：信道由Good状态转到Bad状态的概率 Pbg：信道由bad状态转到Good状态的概率 2013-7-11 Pe ：信道处于Bad状态下的误码率
发送端
干扰
信道编码
4、GSM系统中的
GSM系统把20ms语音编码后的数据作为一帧，共260bit，分成50个最重要比特、132个次重要比特和78个不 重要比特。
在GSM系统中，对话音编码后的数据既进行检错编码又进行纠错编码。如图5所示。
图5 GSM系统中对语音业务的信道编码
首先对50个最重要比特进行循环冗余编码(CRC)，编码后为53bit；再将该53bit与次重要的132bit一起进 行约束长度为K=5，编码效率为R=1/2的卷积编码，编码后为2(53+132+4)=378bit；最后再加上最不重要的78bit， 形成信道编码后的一帧共456bit。
②构造性的编码方法以及这些方法能达到的性能界限。
发展简史
发展简史
人类在信道编码上的第一次突破发生在1949年。R.Hamming和M.Golay提出了第一个实用的差错控制编码方 案——汉明码。
汉明码每4个比特编码就需要3个比特的冗余校验比特，编码效率比较低，且在一个码组中只能纠正单个的比 特错误。
信道编码之所以能够检出和校正接收比特流中的差错，是因为加入一些冗余比特，把几个比特上携带的信息 扩散到更多的比特上。为此付出的代价是必须传送比该信息所需要的更多的比特。
2、发展
编码定理的证明，从离散信道发展到连续信道，从无记忆信道到有记忆信道，从单用户信道到多用户信道， 从证明差错概率可接近于零到以指数规律逼近于零，正在不断完善。编码方法，在离散信道中一般用代数码形式， 其类型有较大发展，各种界限也不断有人提出，但尚未达到编码定理所启示的限度，尤其是关于多用户信道，更 显得不足。在连续信道中常采用正交函数系来代表消息，这在极限情况下可达到编码定理的限度。不是所有信道 的编码定理都已被证明。只有无记忆单用户信道和多用户信道中的特殊情况的编码定理已有严格的证明；其他信 道也有一些结果，但尚不完善。
第信道编码定理PPT课件
收到1时译成1，那么译码错误
1
1 - pb
1
概率为0.9。
• 反之，如果规定在接收到符号0 时译成1；接收到1时译成0，则 译码错误概率为0.1。
二元对称信道
• 可见，错误概率既与信道统计特
5
第5页/共53页
无记忆二进制对称信道（BSC）
消息
码字 c
m 信源编码 ci{0,1}
二进制信道 p(r/c)
定义6.1.2 选择译码函数F( y j ) x*,使之满足条件
p x * y j p xi y j 对i
则称为最大后验概率译码准则. 最大后验概率译码准则是选择这样一种译码函数, 对于每一个输出符号y j , j 1, 2,..., m,均译成具有最大
后验概率p xi y j 的那个输入符号x *.则信道译码
的，因此要讨论选择译码规则的准则，这些准则总的
原则是使译码平均错误概率最小。
10
第10页/共53页
1、译码平均错误概率
•
若 则
译 信
码 道
规则为 输出端
接F收(y到j ) 符x号i ,i
1, 2, yj时，
, n; j 1, 2, 一定译成
x
,m i。
，
• 如果发送端发的就是xi，这就是正确译码，因此条
• 有线通信中的如调制解调器、电缆等全体；
4
• 互联网的多个路由器、第节4页点/共、53电页缆、低层协议等全体；
错误概率和译码规则
• 考虑一个二元对称信道，单符号
错误传递概率是pb=0.9，其输入 符号为等概率分布。
0
1 - pb
0
pb
• 如果规定在信道输出端接收到符
信道编码讲述
信道，信道编码及作用1.信道(channel) 和通信电路并不等同，用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
从通信的双方信息交互方式看有三个基本方式：单工，半双工，全双工通信2.从信道上传送的信号分为基带（baseband）和宽带(broadband)信号.基带信号：就是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上传输。
宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号信道编码的实质是在信息码中增加一定数量的多余码元(称为监督码元)，使它们满足一定的约束关系，这样，由信息码元和监督码元共同组成一个由信道传输的码字。
一旦传输过程中发生错误，则信息码元和监督码元间的约束关系被破坏。
在接收端按照既定的规则校验这种约束关系，从而达到发现和纠正错误的目的。
为什么要进行信道编码？信息通过信道传输，由于物理介质的干扰和无法避免噪声，信道的输入和输出之间仅具有统计意义上的关系，在做出唯一判决的情况下将无法避免差错，其差错概率完全取决于信道特性。
因此，一个完整、实用的通信系统通常包括信道编译码模块。
视频信号在传输前都会经过高度压缩以降低码率，传输错误会对最后的图像恢复产生极大的影响，因此信道编码尤为重要。
信道编码的作用一是使码流的频谱特性适应通道的频谱特性，从而使传输过程中能量损失最小，提高信号能量与噪声能量的比例，减小发生差错的可能性；二是增加纠错能力，使得即便出现差错也能得到纠正。
信息与通信系统的编码有4种形式：信源编码、信道编码、密码编码和多址编码。
信源编码解决了通信系统的有效性问题，通过压缩信源冗余信息来提高通信的效率；信道编码是通过增加冗余位来达到保证通信系统的可靠性（通过牺牲带宽或传输速率来换取可靠性）；密码编码则是保证了系统的安全性；多址编码主要是解决多用户通信问题2.信道编码的基本思想根据一定的规律在待发送的信息码中加入一些多余的码元，以保证传输过程的可靠性。
信道编码定义
信道编码定义
嘿，各位！今天咱来聊聊信道编码是啥。
就说前几天我给我远方的朋友寄了封信。
我在信上写了好多心里话，可我就担心这信在寄的过程中会不会被弄坏了，或者有些字看不清了。
这时候呢，信道编码就有点像给这封信加了一层保护。
信道编码呢，简单来说，就是在我们传递信息的时候，给信息加上一些额外的东西，让信息能更准确地被接收方收到。
就像我寄信的时候，如果我在信上做一些标记，或者重复写一些重要的话，这样就算信在路上有点小问题，我朋友也能大概猜出我想说啥。
比如说，我在信里反复强调我很想他，就算有几个字模糊了，他也能从上下文猜到我在表达思念之情。
这就是信道编码的作用，让信息在传输过程中更可靠。
所以啊，信道编码就是为了让我们传递的信息能更好地到达目的地，就像给我们的信加上一层保护一样。
下次你发信息或者寄东西的时候，就可以想想这个信道编码的道理哦。
哈哈。
论信源编码与信道编码
论信源编码与信道编码李希夷 201110404107摘要：如今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用。
而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。
而在数字通信系统中，信源编码和信道编码在信息的传送过程中起到了至关重要的作用，这要求我们对信源编码和信道编码的了解和认识有更高的层次。
关键词：信息传输数字通信信源编码信道编码正文：一．信源编码和信道编码的发展历程信源编码：最原始的信院编码就是莫尔斯电码，另外还有ASCII码和电报码都是信源编码。
但现代通信应用中常见的信源编码方式有：Huffman编码、算术编码、L-Z 编码，这三种都是无损编码，另外还有一些有损的编码方式。
信源编码的目标就是使信源减少冗余，更加有效、经济地传输，最常见的应用形式就是压缩。
相对地，信道编码是为了对抗信道中的噪音和衰减，通过增加冗余，如校验码等，来提高抗干扰能力以及纠错能力。
信道编码：1948年Shannon极限理论→1950年Hamming码→1955年Elias卷积码→1960年 BCH码、RS码、PGZ译码算法→1962年Gallager LDPC（Low Density Parity Check，低密度奇偶校验）码→1965年Ｂ－M译码算法→1967年RRNS码、Viterbi算法→1972年Chase氏译码算法→1974年Bahl MAP算法→1977年IMaiBCM分组编码调制→1978年Wolf 格状分组码→1986年Padovani恒包络相位／频率编码调制→1987年Ungerboeck TCM格状编码调制、SiMonMTCM多重格状编码调制、WeiL.F.多维星座TCM→1989年Hagenauer SOVA算法→1990年Koch Max－Lg－MAP算法→1993年Berrou Turbo码→1994年Pyndiah 乘积码准最佳译码→1995年 Robertson Log－MAP算法→1996年 Hagenauer TurboBCH码→1996MACKaｙ－Neal重新发掘出LDPC码→1997年 Nick Turbo Hamming码→1998年Tarokh 空－时卷格状码、AlaMouti空－时分组码→1999年删除型Turbo码虽然经过这些创新努力，已很接近Shannon极限，例如1997年Nickle的Turbo Hamming码对高斯信道传输时已与Shannon极限仅有0.27dB相差，但人们依然不会满意，因为时延、装备复杂性与可行性都是实际应用的严峻要求，而如果不考虑时延因素及复杂性本来就没有意义，因为50多年前的Shannon理论本身就已预示以接近无限的时延总容易找到一些方法逼近Shannon极限。
信源及信道编码课件
BCH码与RS码
总结词
BCH码（Bose-ChaudhuriHocquenghem码）和RS码（ReedSolomon码）是两种常用的纠错码。
VS
详细描述
BCH码是一类具有循环结构的纠错码，能 够纠正多个随机错误。RS码是一种非二 进制的、具有强纠错能力的纠错码，广泛 应用于光盘、硬盘等数据存储设备。
成压缩码字。
LZ78算法则是在LZ77的基础上 进行改进，它使用字典的方式 进行压缩，能够处理更广泛的 数据类型和格式。
LZ系列算法在实际应用中具有 较高的压缩比和较快的压缩速 度，因此在许多领域都有广泛 的应用。
04
常见信道编码技术
线性分组码
总结词
线性分组码是一种纠错码，它将信息 比特分成若干组，每组包含k个比特， 然后添加r个校验比特，形成一个长度 为n的码字。
卷积码是一种将输入信 息序列分成若干个段， 并利用有限状态自动机 进行编码的方法，它能 够在纠错能力和编码效 率之间进行折衷选择。
03
常见信源编码技术
霍夫曼编码
01
霍夫曼编码是一种无损数据压缩 算法，它利用了数据的概率分布 特性进行编码。
02
在霍夫曼编码中，频繁出现的字 符使用较短的编码，而较少出现
奇偶校验是一种简单的 错误检测方法，通过在 信息码元中添加一个校 验位，使得整个码字的 二进制数中“1”的个数 为偶数（偶校验）或奇 数（奇校验）。
循环冗余校验（CRC） 是一种利用模运算和多 项式除法进行错误检测 的方法，通过生成一个 包含冗余信息的校验码 ，使得在传输过程中出 现错误时能够被检测。
信源及信道编码课件
目录 CONTENT
• 信源编码概述 • 信道编码概述 • 常见信源编码技术 • 常见信道编码技术 • 信源与信道编码的应用场景 • 信源与信道编码的未来发展
第8章 信道编码(北京交通大学通信原理专业课 课堂资料)
第8章信道编码知识点基本内容：通过第1章了解信道特征和仙农信道容量公式基本概念基础上，主要介绍波形编码和分组码、循环码以及卷积码等的基本编解码方法及评价。
知识点及层次(1) 波形编码——主要认识基于正交的哈德玛正交码的特性。
(2) 基于汉明距离的差错控制定理（掌握）。
(3) 线性分组码(n，k)码的结构、编码方法、解码、检纠错计算（掌握）。
(4) 循环码的构成特征及编、解码方法（掌握），以及CRC、R-S、BCH码的特征（了解）。
(5) 卷积码的基本特征（熟悉概念），TCM（一般认识）。
第9章信道编码返回本章信道编码包括波形编码和差错控制码，都属于抗干扰码，目的在于提供较佳的信号设计，以匹配信道特性，减少误差概率，重点是分组码与卷积码两大类，同时也简单提出了编码与调制结合的TCM码。
1.正交（波形）编码本章给出了几种正交码规则及其特征，多数具有一定冗余位，因此具有一定抗干扰能力。
2.（n,k）分组码从奇、偶校验与差错控制定理入门，建立了（n,k）分组码编解码思路。
（1）一般信源编码k位信码事先给定（2）可根据信道特征提出误差率指标，由纠错定理和汉明界限，取得加入满足要求的冗余位r=n-k（3）谨慎设计n-k=r个独立线性方程，并均由信码模2加构成，然后抽出系数得到H（4）由H得到G，由信息码组与G计算，G中k行码字以外的其他码字。
（5）接收伴随式纠错3.(n,k)循环码是(n,k) 分组码的一个子类码，具有很多相同特点。
（1）编码，首先给出已知信码位数k，由目标与差错控制能力要求，可得适用的最小码长n。
（2）接收伴随多项式（3）循环码的几个子类码4.卷积码卷积码是已得到广泛应用的纠错编码，首先在卫星系统使用，中速modem最高位利用了（2，1）卷积码进行保护。
卷积码能力取决于约束长度N，使用中往往在速率与误比特率间权衡。
第八章差错控制返回8.10.1 差错控制概念8-2 BSC信道错误转移概率为，为了提高二元码传输可靠性，现采用重复码，接收时按“后验概率择大”规则判决。
信道编码详解
0 .80 .2 P R |C 0 .10 .9
0 .2 40 .0 6 P R C 0 .0 70 .6 3
最大联合概 率译码规则
F (0) 0
F
:
F
(1)
1
pw Fe 1p(00)p(11) 10.240.630.13
P R P C P R |C 0 .30 .7 0 0 ..8 10 0 ..9 2 0 .3 10 .6 9
最佳译码规则：使平均差错率达到最小的译码规则
由： p w e tj 1p (rj)p (e i|rj) tj 1p (rj){ 1 p [F (rj)|rj]}
可知：要使 p w e 达到最小，应使每个 p(ei | rj ) 都最小，或者使
p[F(rj)|rj] 达到最大，即在后验概率集 {p(ci | rj )}中选取一个
因此有时也称为连环码
7
信道编码的分类(续)
按码的结构(校验码元与信息码元 的关系)分:
线性码：校验码元与信息码 元之间是线性关系，可用一 组线性代数方程联系起来
非线性码：校验码元与信息 码元之间是非线性关系 按校验码字对差错的处理能力分 检错码：仅能检测误码 纠错码：可纠正误码 纠删码：兼纠错和检错能力 按抗干扰模式分 纠随机差错码 纠突发差错码 纠混合差错码 纠同步差错码
按信息码元在编码后是否保持原 形式不变
系统码：信息码元与监督码 元在分组内有确定位置，编 码后的信息码元保持不变 非系统码：信息位打乱，与 编码前不同 按编、译码理论所用数学工具分 代数码：近世代数 几何码：投影几何 算术码：数论和高等算术 组合码：排列组合和数论
8
6.1.2 编码信道
消息 m
信道
rj {r1,r2, ,rt} c i,c * {c 1,c 2, ,c s}
第8章信道编码
? 则d(x,y)=1
?
? (1)对称性：d(C1, C2)＝d(C2, C1) ? (2)非负性：d(C1, C2)≥0 ? (3)三角不等式：d(C1, C2)≤d(C1, C3)＋d(C3, C2)
? 最小汉明距离： (n,k) 分组码中任意两个码字之间 汉明距离的最小值，用 dmin表示
即该错误不能被正确纠正过来 ? 因此只能纠1位错
8.1.2 平均错误译码概率
?1
?
例：二进制对称信道传递矩阵
P
?
? ?
4
码
?3
? 如果译码规则为0?0、1?1，则 ?4
3?
4
? ?
，先不考虑编
1?
4?
? 0和1被正确译码的概率均为1/4，即系统的平均正确译码概率为1/4
? 0和1被错误译码的概率均为3/4，即系统的平均错误译码概率为3/4
信息元 k
? 分组
k
r
? 线性：校验元与信息元
n
之间是线性关系
? 称为(n,k)线性分组码
校验元
码字
? (n,k)线性码的每个码字C可以表示为C=(cn-1, cn-2, …, c1, c0)， 其中前k位是信息位
线性分组码的例
? (7,3)线性分组码
编码规则 （监督方程、校验方程）
c3=c6+c4 c2=c6+c5+c4 c1=c6+c5 c0=c5+c4
? 则G是该(n, k)线性分组码的生成矩阵，即
?g11 g12 L G ? ??g21 g22 L
?M M ??gk1 gk2 L
g1n ?
移动通信原理第8次课-线路编码和信道编码
返回
• 两种线路码的功率谱密度
7.1.2 线路编码 1、差分码 • 对于用电位高低来表示0和1的绝对电位码来 说，当收发端的极性颠倒时，收端判定的码流 序列将与发端的完全相反。 • 差分码又叫相对码。与绝对码不同，差分码是 用脉冲电位的跳变来表示1，脉冲电位保持不 变表示0。即使收发端的极性搞颠倒，收端判 定的码流序列也将与发端的完全一样。 • 用线路编码器产生差分码时，必须预先给定一 位前置码，如图中虚线所示。前置位的电位高 低不同，码型取反，但是译码结果相同。 • 差分码的频谱与变换前的基带原码一样。 线路码
7. 2.4 Turbo码 • 将卷积码经过交织后就得到Turbo码。 • 交织编码可以纠正数据中的突发差错，卷积 码可以纠正数据中的随机差错，因此，Turbo 码既可以纠正数据中的随机差错，又可以纠 正数据中的突发差错。适合对时延要求不严 格的应用。 • 例如，我们可以将前面（3，1）卷积码产生 的码序列111，100，010，011，101交织后生成 Turbo码。 • 首先，将卷积码序列分成一个3×5矩阵： • 1 1 1 1 0
• 与基带信号相对应的是频带信号。用基带信号 对余弦载波信号的幅度、频率和相位进行调制 就得到数字调制信号。数字调制信号是频带信 号，其功率谱密度与基带信号的相同，对称分 布在载波频率的两侧。 • 基带信号又可以分为基带原码(Baseband Source Code)和线路码(Line Code)。 1、基带原码 • 基带原码是由数字信号源输出的原始脉冲信号 序列。例如，传感器输出的脉冲信号、PCM信 号和波形与参数混合编码器等A/D转换器输出 的信号。基带原码常见码型如下图。
对线路码码型的要求如下： ① 频谱中没有直流分量和只有很少的低频分量。 ② 码流中 “1”和“0”的出现概率相同,各占50%， 与它们在信源中出现的统计规律无关。 ③ 码流含有定时信息。 ④ 码流含有检错和纠错信息。 ⑤ 码元携带的信息量大，频带利用率高。 ⑥ 线路编译码方法简单。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• •
0 0 1 0 0 1 1 1 0 1
• 然后，按照列从左到右，从上到下输出 新的码序列： 101，101，111，100，001。 • 即使矩阵中第一行的码元全错，它们在 新的码序列里也是以随机差错的形式出 现，可以用纠正随机差错的办法进行纠 正。
7. 2.5 3G应用的信道编码 • 3G的三大主流技术都采用了卷积码和Turbo 码。 • Turbo码适用于高速率、对编译码时延要求不 严格的辅助数据链路中。 • 卷积码适用于低速率、实时和对编译码时延要 求严格的数据链路中。 • 3G的业务信道上一般用卷积码，高速率用 Turbo码。 • 3G的控制信道上也是主要用卷积码，高速率 用Turbo码。
7.2.2 卷积码
• 卷积码主要用于纠正数据中的随机差错。 • 现以（3，1）编码器为例介绍卷积码的编码原理。 （3，1）编码器的码长是3bit，信息码元只有1bit。 （3，1）编码器的原理如图所示。
Pj 1=mj⊕mj-1⊕mj-3
CP
0
1 2 3
Pj 2=mj⊕mj-1⊕mj-2
mj -3
0
0 0 0
mj
0
1 1 0
mj -1
0
0 1 1
mj -2
0
0 0 1
P j1
0
1 0 1
Pj2
0
1 0 0
卷积码
000
111 100 010
4
5
0
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
011
101
• 从上面的例子我们可以看出， 一个卷积码组由一个信息码元 和若干监督码元组成，监督码 元与前面的几个码元都有关系。 本例中有两个监督码元，监督 码元与前面的三个信息码元有 关，加入 当前信息码元后卷 积码组与四个码元有关。我们 称这个卷积码的约束长度k=4。 k的长度与移位寄存器的长度 m有关，等于m+1。 • 卷积码的传输码率： 码率=信息码元数/码组长度
线路码
3、AMI码 • AMI码的全称是传号交替翻转码，也有文献称 之为双极性码。AMI码的脉冲序列有三个电位： 正电位、零电位和负电位。它维持原码中表示 0的零电位不变，将表示1的电位在正电位与 负电位之间交替变化。可以对单极性归零码进 行变换得到AMI码。 • AMI码的频谱有突出的优点：无直流分量，对 单极性归零码的频谱特性有所改善，频谱带宽 比双相码小。但是，AMI码的频谱中无1/T定 时频率，在提取位定时信号时需要进行非线性 变换。不过，当出现长的连续0时，定时信号 会丢失。
单极性二 双极性负 进制数字 逻辑波形 信号的摸 的逻辑乘 二加
0⊕0=0
(+1)×(+1)= +1
1⊕1=0 1⊕0=1
0⊕1=1
(-1) ×(-1)= +1 (-1)×(+1)= -1
(+1)×(-1)= -1
7.2.3 交织
• 由于移动通信很容易出现深衰落和受到强脉 冲干扰，导致比特流出现长串连续出错。这 种连续的长串差错，往往超过系统的纠错能 力。如果将长串的差错人为分散开变成随机 的差错，这样就好发现，并用纠正随机差错 的方法来纠正。 • 方法：首先将输入信号序列分成m行n列，然 后按列自左至右顺序输出。
• 课堂练习 • 用三级移位寄存器SR0、SR1和SR2输出码组 10011中各位的卷积码。 SR0、SR1和SR2的初 始输出状态为0。
CP
0 1 2 3 4 5
m
0 1 0 0 1 1
j
mj -1
0
mj -2
0
mj -3
0
Pj1
0
Pj 2
0
卷积码
000
返回
• 两种线路码的功率谱密度
7.1.2 线路编码 1、差分码 • 对于用电位高低来表示0和1的绝对电位码来 说，当收发端的极性颠倒时，收端判定的码流 序列将与发端的完全相反。 • 差分码又叫相对码。与绝对码不同，差分码是 用脉冲电位的跳变来表示1，脉冲电位保持不 变表示0。即使收发端的极性搞颠倒，收端判 定的码流序列也将与发端的完全一样。 • 用线路编码器产生差分码时，必须预先给定一 位前置码，如图中虚线所示。前置位的电位高 低不同，码型取反，但是译码结果相同。 • 差分码的频谱与变换前的基带原码一样。 线路码
基 带 原 码 的 常 见 码 型
几 种 基 带 原 码 的 功 率 谱 密 度
2、线路码 • 由于数字基带原码含有直流和丰富的低 频成分，以及0码和1码出现概率不均衡 等缺点，所以在它们进入数字通信系统 之前需要将其转换成适合在线路上传输 的线路码或传输码(Transmission Code)。这种码型转换过程就是线路编码， 有些文献将线路编码归入信源编码模块。
2、双相码 • 双相码又叫分相码、双流码、裂相码或曼彻斯 特（Manchester）码。它把一位原码转换成 两位，方法是：1变成01，0变成10。 双向码的特点是： ① 每个码元正负平衡，无直流分量； ② 每个码元中部电位跳变，便于提取定时信号； ③ 频谱的第一个零点在2/T处，信号带宽较原码 增加一倍； ④ 便于误码自检。
7. 2.4 Turbo码 • 将卷积码经过交织后就得到Turbo码。 • 交织编码可以纠正数据中的突发差错，卷积 码可以纠正数据中的随机差错，因此，Turbo 码既可以纠正数据中的随机差错，又可以纠 正数据中的突发差错。适合对时延要求不严 格的应用。 • 例如，我们可以将前面（3，1）卷积码产生 的码序列111，100，010，011，101交织后生成 Turbo码。 • 首先，将卷积码序列分成一个3×5矩阵： • 1 1 1 1 0
线路码
4、三阶高密度双极性码 • 三阶高密度双极性码（ HBD3 ）不仅保留了AMI码的 所有优点，还可以将连0码限制在3个以内，克服了 AMI码长连0不利于提取时钟信号的缺点。 • 在二进制NRZ码转换成HBD3码的编码过程中，编码 原理与AMI码基本一样，不过，当出现连续4个0时， 需用000V或B00V代替。其中，V码破坏传号正负极 性交替出现的规律，其出现的位置叫做破坏点，相邻 V码的极性是交替出现的；B码不破坏传号正负极性 交替出现的规律，其出现的位置叫做非破坏点。 • HBD3的优点与AMI码一样多，但它克服了AMI码的缺 点， HBD3在通信系统中得到广泛应用。
• Manchester码、AMI码和HDB3码的编码原理
7.2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
信道编码
7. 2.1 信道编码概述 • 信道编码的目的是降低数据传输差错率，提高数据 传输可靠性。 • 信道编码是在数字基带信号序列中加入校验码，以 便解码器利用这些校验码检测或纠正数字信号在存 储和传输过程中产生的随机差错和突发差错。 • 3G移动通信采用的信道编码是卷积码和Turbo码。
第7章
线路编码和信道编码
• 第 6 章我们讨论了数字调制和解调。本章将讨 论线路编码和提高通信系统可靠性的主要方 法—信道编码。线路编码和信道编码在扩频发 射设备中的位置如图所示。
7.1 线路编码 7.1.1基带信号 • 含有直流和丰富低频成分的信号就是 基带信号(Baseband Signal)，其较 大的功率谱密度分量集中在直流附近 的频带内。所有的脉冲信号序列都可 以说是基带信号。例如，传感器输出 的脉冲信号、PCM数字语音信号、 传输线路中的脉冲信号序列等。
对线路码码型的要求如下： ① 频谱中没有直流分量和只有很少的低频分量。 ② 码流中 “1”和“0”的出现概率相同,各占50%， 与它们在信源中出现的统计规律无关。 ③ 码流含有定时信息。 ④ 码流含有检错和纠错信息。 ⑤ 码元携带的信息量大，频带利用率高。 ⑥ 线路编译码方法简单。
• 现有线路码超过100种，ITU规定了20多种可用，常 用的有以下几种。
• 与基带信号相对应的是频带信号。用基带信号 对余弦载波信号的幅度、频率和相位进行调制 就得到数字调制信号。数字调制信号是频带信 号，其功率谱密度与基带信号的相同，对称分 布在载波频率的两侧。 • 基带信号又可以分为基带原码(Baseband Source Code)和线路码(Line Code)。 1、基带原码 • 基带原码是由数字信号源输出的原始脉冲信号 序列。例如，传感器输出的脉冲信号、PCM信 号和波形与参数混合编码器等A/D转换器输出 的信号。基带原码常见码型如下图。