信道编码
3.4信道编码
§3-4 信道编码一、概念信源编码，它指的是将模拟信源信号转换为二进制数字信号，在接收端再将收到的数字信号还原为模拟信号的方法。
使用信源编码具有以下意义：•提高通话质量(因为：数字化＋纠错码)•提高频谱利用率(低码率编码)•提高系统容量(低码率＋话音激活技术)采用数字传输时，所传信号的质量常常用接收比特中有多少是正确的”来表示，并由此引出比特差错率(BER)概念。
BER表明总比特率中有多少比特被检测出错误，差错比特数目或所占的比特要尽可能小。
然而，要把它减小到0，那是不可能的，因为路径是在不断变化的。
这就是说必须允许存在一定数量的差错。
为了有所补益，可使用信道编码。
信道编码，在所传信息中加入一些冗余比特，这些比特可以有效地减少差错，但是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。
为了便于理解，我们举一简单例子加以说明。
假定要传输的信息是一个“0”或是一个“l”，为了提高保护能力，各添加3个比特：信息添加比特发送比特O 000 00001 111 1111对于每一比特(0或1)，只有一个有效的编码组(0000或l111)。
如果收到的不是0000或1111，就说明传输期间出现了差错。
比例关系是1：4，必须发送是必要比特4倍的比特。
保护作用如何?接收编码组可能为：0000 0010 0110 0111 1111判决结果：0 0 X 1 1如果4个比特中有1个是错的，就可以校正它。
例如发送的是0000，而收到的却是0010，则判决所发送的是0。
如果编码组中有两个比特是错的，则能检出它，如0ll0表明它是错的，但不能校正。
最后如果其中有3个或4个比特是错的，则既不能校正它，也不能检出它来。
所以说这一编码能校正1个差错和检出2个差错。
二、理论基础1、码距一组码元，常称为码字。
两个码字之间相应的码位上有着不相同的码元的位数之和称为码距/汉明距。
码距代表纠错能力。
最小码距：把某种编码中各个码字之间距离的最小值称为最小码距(d0)。
《通信原理》信道编码
11.2.2 信道编码的分类
· 按照不同功能分为检错码、纠错码和纠删码。检错码只具备检查码组错误的功能 纠错码还能对部分错误进行纠正。纠删码对超出纠错范围的误码能将其删除。
· 按照纠正错误的类型不同，分为纠正随机错误的码和纠正突发错误的码。随机错 误的误码从统计上是彼此独立的，同一个码组内发生若干个码元错误的概率远远 低于只有一两个码元错误的概率。这意味着信道编码哪怕只纠正每个码组内一两 个码元错误，也可使得整个系统的误码率大幅度下降。但有时信道中出现强度大 持续时间长的脉冲噪声，使连串的码元受到干扰，称为突发错误。例如连续若干 位的0变成1。这时必须用专门针对突发错误信道编码方式。
第11章 信道编码
11.1 信道编码基础知识
11.1.1 信道编码的概述
在信息码元中插入一些冗余码元（监督码元），使得整体码元具有一定规律。 当出现传输错误时，可以通过规律，对错误进行检测乃至纠正。
信道编码译码示意图
11.1.2 信道编码检错纠错的原理
11.1.3 几个相关概念
· 码率：R＝k/n=k/(k+r)。 · 编码增益：采用信道编码，对系统信噪比的要求要低一些，这个倍数称为编码增益 · 许用码组和禁用码组：即合法码组和非法码组。一旦接收方出现非法码组，说明传
· 最大似然译码：对于接收到的编码序列y，计算发送方发送哪一种码组x i 时，接 收到y的概率最大。即根据似然函数P ( y / x i )确定。
11.2 信道编码的分类
1.
差错控制方法
· 差错控制方法，分为检错重发（ARQ），前向纠错（FEC）和混合方式三种。
· 检错重发系统（ARQ），又分为停发等候重发，返回重发和选择重发三种。
· 按照信息码元和监督码元之间的制约规则不同，分为分组码和卷积码。分组码是 指在每一组码元（k位信息码元和r 位附加监督码元）中，所有的监督码元取值， 仅仅与这一组的k位信息码元有关，而与其他组的信息码元无关。分组码编码器属 于无记忆的系统。而卷积码则是指r 位附加监督码元不仅与本码组内的k位信息码 元有关，还与之前其他码组的若干位码值有关。卷积码的编码器具有记忆功能
第8章 信道编码
G( 7 , 4 )
1
1
1 1
1 0
0 0
1 0
0 1
0
0
0 1 1 0 0 0 1
1 0 0 1 1 1 0
H(7,4)
0
1
0
0
1
1
1
0 0 1 1 1 0 1
经过变换后为
1 0 0 0 1 0 1
G( 7 , 4 )
0
0
1 0
0 1
0 0
1 1
1 1
1
0
0 0 0 1 0 1 1
例：(7,3)码的生成矩阵和监督矩阵为 1 0 1 1 0 0 0
1 0 0 1 1 1 0
G(7,3)
0
1
0
0
1
1
1
0 0 1 1 1 0 1
H (7,3)
1
1
1 1
1 0
0 0
1 0
0 1
0
0
0 1 1 0 0 0 1
则将两个矩阵的作用对换，得到对偶码(7,4)码的生成矩阵和
监督矩阵为 1 0 1 1 0 0 0
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 码
P
4
3
如果译码规则为00、11，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
HCT 0T CH T 0
则H称为(n, k)线性码的一致监督矩阵(或校验矩阵)
通信原理(第二版)第10章信道编码
信道编码的基本原理
信息比特与冗余比特的映射
信道编码通过将信息比特映射到包含冗余比特的码字，使 得在传输过程中出现错误时，能够被检测并纠正。
错误检测与纠正
信道编码利用各种算法和规则，对接收到的码字进行解码 和校验，检测并纠正其中的错误。
码字的选择与设计
信道编码中码字的选择与设计是关键，不同的码字具有不 同的纠错能力和性能。根据实际需求选择合适的码字，能 够提高通信系统的性能和可靠性。
信道编码
目录
• 信道编码概述 • 常见信道编码方式 • 信道编码性能分析 • 信道编码的应用 • 信道编码的未来发展
01
信道编码概述
信道编码的定义
01
信道编码是一种通过在原始信息 中添加冗余以增加数据传输可靠 性的技术。
02
它通过对信息比特进行一系列的 数学变换，使得在传输过程中出 现错误时，能够被检测并纠正。
编码增益是指采用信道编码技术后相 对于未编码情况下的信噪比改善程度。
编码增益越大，说明信道编码技术的 性能越好，能够更好地提高通信系统 的可靠性。
编码增益计算
编码增益可以通过比较相同误码率下， 采用信道编码技术的系统所需的信噪 比与未采用信道编码的系统所需的信 噪比来计算。
编码效率
编码效率定义
编码效率是指信道编码过程中， 每传输一个比特所需的总的比特
循环码
定义 原理 优点 应用
循环码是一类特殊的线性分组码，其码字具有循环特性。
循环码的编码过程是将信息比特经过有限域运算映射到码字中 ，其中冗余比特由信息比特循环移位和模运算得到。
循环码具有高效的编码算法和良好的错误纠正能力，且易于实 现。
循环码广泛应用于数字通信和数据存储领域，如移动通信、卫 星通信和磁存储器等。
第11章信道编码
d0 t e 1
信道编码的基本概念
练习：（7，1）重复码若用于检错，最多 能检出几位错码？若用于纠错，最多纠正 几位错码？若同时用于检错、纠错，他能 检测、纠正几位错码？
信道编码的基本概念
➢ 信道编码的分类： （1）根据信息码元和附加监督码元之间的关系可
由于封闭性，所以（n,k) 线性分组码中两个码组 之间的码距一定等于该分组码中某一非全0码字的 重量。
线性分组码的最小码距必等于码组集中非全0码 组的最小重量。
线性分组码的编码
用矩阵理论来讨论线性分组码的编码过程，得到 两个重要矩阵：
生成矩阵G和监督矩阵H 以（7,3）线性分组码为例。
码组： A [a6a5a4a3a2a1a0 ]
100
6
0000010
010
7
0000001
001
线性分组码的译码
练习：汉明码的监督矩阵为：
1110100 1101010 1011001
问题：检验 0100110和 0000011是否为码 字。若有错，请指 出错误并加以纠正。
循环码
循环码：若线性分组码的任一码字循环移位所得的 码字仍在该码字集中。
信道编码的基本概念
码的最小距离：码组集合中两两码组之间距离的最小值。 “d0”
最小码距决定了一个码的纠、检错能力。
编码效率：信息码元数与码长之比。“ ”
编码效率越高，传信率越高
➢ 3、最小码距d0与码的纠、检错能力之间的关系
（1）检测e个错误，则要求最小码距为 d0 e 1
（2）纠正t个错误，则要求最小码距为 d0 2t 1
信道编码的基本概念
信道编码
两者冗余度的区别：
信源编码是压缩随机的冗余度； 而信道编码是增加有规律的冗余度。
采用差错控制技术，减小误码率与制造高质量设备， 提高误码性能相比，往往起到事半功倍的效果。
9.1.1 差错控制方式
方式一：前向纠错法FEC
所发码具有纠错能力，收端接收后自动纠错。 无需反向信道。实时性好，所发码具有纠错能力， 译码自动纠IF
收端接收到信息后，将所收到的信息原封不动 地发回给发端。发端对比所收到的信息与之前发 送的信息是否一致，决定重发信息或发送新信息。 方法和设备简单，无需纠检错编译系统。但需 要双向信道，传输效率↓、实时性差 。
无纠/检错
9.1.2 信道编码的分类
按码的用途分：检错码 ，纠错码，纠删码 按监督码元与信息码元的关系分：线性码，非线性码
第9章
1 2
信道编码
信道编码概述 信道编码的基本概念 线性分组码 汉明码 循环码 m序列
3
4 5 6
9.1 信道编码概述
信源编码：为提高信号传输的有效性而采取的措施。减小量化误差， 信道编码： 为提高信号传输的可靠性而采取的措施,亦称差错控制
编码。 增加冗余度，具有纠检错能力，提高通信的可靠性。
尽可能压缩冗余度，降低数码率，压缩传输频带，提高通 信的有效性。
9.2.3 几种简单实用的纠/检错编码
1、奇偶监督码： k=n-1,r=1的线性码。 特点：码组中的1个数是偶数（偶监督码） 或奇数（奇监督码）。
an 1 an 2 a0 0
偶监督时，要满足：
奇监督时，要满足：
如 1011001 an 1 an 2 a0 1
按对信息码元处理方式分：分组码，卷积码
按信息码元在编码前后是否相同分：系统码，非系统码 按纠检错类型分：纠/检随机错、纠/检突发错
信道编码
简单重复编码（续）
其信道矩阵为： 1
2 3 4 5 6 7 8
P
1
8
p3 3 p
p2 p pp 2
p2 p pp 2
当输入为等概率分布时，译码规则A就是依据最大似 然译码准则而得的。
12
最大似然译码准则－例(续)
输入为等概率分布时，两种译码规则所对应的平均错 误概率分别为：
P P
(A) E
1 1 1 1 1 1 1 1 1 p(y/x) 3 Y, X-x* 3 6 3 3 6 6 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 p(y/x) 3 Y, X-x* 3 6 3 3 2 6 2 3
4
信道编译码的基本思想
信道编码的编码对象是信源编码器输出的数字序列M，又称为 信息序列。通常是由二元符号0，1构成的序列，而且符号0和 1是独立等概的。 信道编码，就是按一定的规则给数字序列M增加一些多余的码 元，使不具有规律性的信息序列M变换为具有某种规律性的数 字序列C，又称为码序列。码序列中信息序列的诸码元与多余码 元之间是相关的。 在接收端，信道译码器利用这种预知的编码规则来译码，或者 检错（检验接收到的数字序列R中是否有错），或者纠错（纠正 其中的差错）。 信道编码的基本思想就是根据相关性来检测和纠正传输过程中 产生的差错。
pp 2 p2 p
p2 p pp 2
pp 2 p2 p
pp 2 p2 p
信道编码
第6章信道编码教学内容：信道编码的概念、信道编码定理、线性分组码、循环码6.1信道编码的概念教学内容：1、信道编码的意义2、信道编码的分类3、信道编码的基本原理4、检错和纠错能力1、信道编码的意义由于实际信道存在噪声和干扰，使发送的码字与信道传输后所接收的码字之间存在差异，称这种差异为差错。
信道编码的目的是为了改善通信系统的传输质量。
基本思路是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。
信道编码的任务就是构造出以最小冗余度代价换取最大抗干扰性能的“好码”。
2、信道编码的分类纠错编码的目的是引入冗余度，即在传输的信息码元后增加一些多余的码元（称为校验元，也叫监督元），以使受损或出错的信息仍能在接收端恢复。
一般来说，针对随机错误的编码方法与设备比较简单，成本较低，而效果较显著；而纠正突发错误的编码方法和设备较复杂，成本较高，效果不如前者显著。
因此，要根据错误的性质设计编码方案和选择差错控制的方式。
3、信道编码的基本原理可见，用纠（检）错控制差错的方法来提高通信系统的可靠性是以牺牲有效性的代价来换取的。
在通信系统中，差错控制方式一般可以分为检错重发、前向纠错、混合纠错检错和信息反馈等四种类型。
香农理论为通信差错控制奠定了理论基础。
香农的信道编码定理指出：对于一个给定的有干扰信道，如信道容量为C，只要发送端以低于C的速率R发送信息(R为编码器输入的二元码元速率)，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。
这就是说，可以通过编码使通信过程实际上不发生错误，或者使错误控制在允许的数值之下。
4、检错和纠错能力举例：A、B两个消息a、没有检错和纠错能力：0、1b、检出一位错码的能力：00、11c、判决传输有错：000、111（大数法则）一般来说，引入监督码元越多，码的检错、纠错能力越强，但信道的传输效率下降也越多。
人们研究的目标是寻找一种编码方法使所加的监督码元最少，而检错、纠错能力又高且又便于实现。
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。
信道编码(差错控制编码)
行监督码元 ↓
0101101100
1
0101010010ຫໍສະໝຸດ 00011000011
0
1100011100
1
0011111111
0
0001001111
1
1110110000
1
列监督码元 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1
0
5.2.3 群计数码
把信息码元中“1”的个数用二进制数字 表示，并作为监督码元放在信息码元的后面， 这样构成的码称为群计数码。
表5-2
国际通用的七中取三码
5.2.5 ISBN国际统一图书编号
国际统一图书编号也是一种检错码，主 要目的是为了防止书号在通信过程中发生误 传。图书编号的格式有统一的规定。
5.3 线性分组码
5.3.1 线性分组码基本概念 5.3.2 汉明码 5.3.3 对一般线性分组码的讨论
上一节介绍了一些简单编码，其中奇偶 监督码的编码原理利用了代数关系式，这类 建立在代数学基础上的编码称为代数码。
系。
图5-5 最小码距与检纠错能力的关系示意图
5.2 几种常用的检错码
5.2.1 奇偶监督码（奇偶校验码） 5.2.2 二维奇偶监督码 5.2.3 群计数码 5.2.4 恒比码 5.2.5 ISBN国际统一图书编号
5.2.1 奇偶监督码（奇偶校验码）
奇偶监督码（又称为奇偶校验码）是一 种最简单也是最基本的检错码，在计算机数 据传输中得到了广泛的应用。
第5章 信道编码（差错控制编码）
5.1 信道编码基本概念 5.2 几种常用的检错码 5.3 线性分组码 5.4 循环码 5.5 卷积码 5.6 交织编码 本章内容小结
学习要点
信源编码的概念 差错控制编码的分类及其工作原理 常用的检错码 线性分组码 循环码 卷积码 交织码
信息论与编码第6章信道编码
素(既约)多项式
若 p( x) f ( x), deg( p( x)) 1且p( x)在F[ x] 中只有因式 c和cp( x) 则称 p( x) 为域F上的不可约多项式。
的集合
余类环
多项式剩余类环 n n1 f ( x) an x an1x ... a1x a ai Fq 用 Fq [ x] 或者 GF (q)[ x] 表示所有这样多项式
纠错码的分类
根据监督码元与信息组之间的关系 系统码 信息码元是否发生变化 非系统码 代数码 几何码 算术码 线性码 非线性码 分组码 卷积码
构造编码的数学方法
根据监督码元和信息码元的关系
根据码的功能
按纠误的类型
检错码 纠错码 纠删码 纠随机差错码 纠突发差错码 纠混合差错码 二元码 多元码 等保护纠错码 不等保护纠错码
3 3 2 2 3 2 3 2
x x , x x, x x 1, x 1, x ,
3 3 3 3
x x 1, x x, x 1, x , x 1, x,1, 0
2 2 2 2
4．有限域的性质和代数结构
1）有限域 Fq 的结构 对 a Fq , a 0, 满足 na 0, 的最小正整 数 n ，称为元素 a 的周期。 定理6-6：在有限域 Fq中 (1) ( Fq , ) 是循环加群，它的非零元素的周期等于其 域的特征； (2) ( Fq* , ) 是循环乘群，共有 (q 1) 个乘群的生成 元。 a 乘群 ( Fq* , ) 的生成元 a 称有限域 Fq 的本原元， 的阶为 q 1 ，即 a q 1 e ，且 F * a
q
本原元性质定理6-7
* F (1) q
的元素的阶都是 q 1 的因子， Fq* 的所 q 1 x e 0 的根。 有元恰是 (2) 若 a 是 Fq 的本原元，则当且仅当(k , q 1) 1 k k a 时， 也是本原元。非本原元 a 的阶是
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}
信道编码
6
经典信道编码
■分组码之汉明码 ●汉明码（7，4）编码方法 设码字为a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0，规定校验关系（不唯一）
a6+a5+a4+a2=0 a6+a5+a3+a1=0 a6+a4+a3+a0=0
矩阵形式
1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0
汉明距离，记作 汉明距离直接决定着编码算法的检错和纠错能力，汉明距离越大，说明码字间 的最小差别越大，抗干扰能力越强。
●汉明距离与检错纠错能力
检测e个错误 纠正t个错误 检测e个错误，同时纠正t个错误(e>t)
4
经典信道编码
■分组码之汉明码 ● 1950年，R.Hamming和M.Golay提出了第一个实用的差错控制编码方案，极大地
1
2 3 4 5
aaaa
abca aaab aaab aabc
000 000 000
111 001 011 000 000 111 111 001 100 000 111 001
5
3 6 4 7
否
是 否 是 否
6 7
8
abdc aabd
abdd
111 110 010 000 111 001
111 110 101
交织器 1 2 3 4 2 3 4 x x x x x 1 xxx1 x x 1 x x xxxx x 解交织器
x
交织器 5 6 7 8 6 7 8 3 4 2 x x 5 x x25
解交织器 x 2 5
x
x 1
xxxx x
交织器 9 10 11 12 10 11 12 7 8 6 3 x 9 x 369
信道编码是什么？
信道编码是什么？一、信道编码的基本概念信道编码是一种用于提高数据传输可靠性的技术手段。
在信息传输过程中，信号可能会受到噪声、干扰等因素的影响，导致传输错误。
信道编码通过在发送端对数据进行特定的编码处理，使得接收端可以根据编码规则对接收到的数据进行解码，从而提高数据传输的可靠性。
二、信道编码的原理和应用1. 原理：信道编码利用冗余编码原理，在发送端将原始数据编码成比特序列的形式，添加冗余信息，通过冗余信息的校验来检测和纠正传输错误。
常见的信道编码方式有哈密顿码、奇偶校验码、海明码等。
2. 应用：信道编码广泛应用于各种通信系统中，如无线通信、有线通信、卫星通信等。
它可以提高数据传输的可靠性，减少丢包率和信号失真，提高通信系统的性能和可靠性。
三、信道编码的工作原理1. 数据编码：发送端将原始数据按照编码规则进行转换和处理，生成一组比特序列，并添加一定的冗余信息。
编码规则通常是根据预定的算法或码表来进行操作，以保证编码和解码的一致性。
2. 数据传输：经过编码处理的数据通过信道进行传输，信道可以是有线或无线的媒介。
在传输过程中，信号可能会受到干扰、噪声等因素的影响，导致传输错误。
3. 数据解码：接收端接收到经过信道传输的数据后，根据预定的解码规则进行解码处理。
解码规则就是编码规则的逆过程，通过对冗余信息的校验和纠错，还原出原始数据。
四、信道编码的优势和挑战1. 优势：信道编码可以提高数据传输的可靠性和稳定性，有效减少传输错误。
它可以通过冗余信息的检测和纠正，实现数据的完整性和准确性。
2. 挑战：信道编码需要在编码和解码过程中消耗一定的计算和存储资源，增加了系统的复杂度和延迟。
此外，在传输过程中，信号可能会受到多种噪声和干扰的影响，需要选择合适的编码方式和参数来提高传输效果。
五、结语信道编码作为一种提高数据传输可靠性的重要技术，已经得到了广泛的应用。
它不仅可以提升通信系统的性能，也可以在各种数据传输场景中起到重要的作用。
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第六章目标通过本章学习，学生应该能够：1．画出GSM突发脉冲序列的结构图并理解每个构成的用途。
2．理解为保护空中接口上语音、数据和控制信道不出错采用的不同措施。
GSM突发脉冲序列（Burst）对面图示的是一个GSM突发脉冲序列（Burst），它包括以下几个部分：●信息即话音，数据或控制信息。
●保护带BTS和MS接收信息时都必须在分配给它的时隙这一短暂的时间段内接收和解码突发脉冲序列，所以对于定时精确性的要求极高。
采用保护带之后，允许有一小段空白的时间误差，一定程度上降低了定时精确性的要求。
准确的说，时隙的长度是0.577ms，脉冲序列的长度是0.546ms，允许时隙中突发脉冲序列有0.031ms时间上的误差。
●偷帧标志当话务信道突发脉冲序列被FACCH(Fast Associated Control Channel)盗用时,这两个比特将被设臵.只设臵了一个比特表示突发脉冲序列只有一半被盗用。
●训练序列供接收均衡器评估BTS和MS之间物理通路的传输质量,训练比特长26比特.●尾比特用于指示突发脉冲序列的开始和结束。
GSM 突发脉冲序列和TDMA帧保护带保护带信息训练序列信息尾比特偷帧标志尾比特常规突发脉冲序列GSM突发脉冲序列…突发脉冲序列类型（Burst Types）对面图示了GSM空中接口用到的五种脉冲序列。
所有的脉冲序列，不管是什么类型的，必须在时间上准确定时到给定的时隙。
突发脉冲序列Burst是BTS或MS发送的比特序列，时隙则是一个固定的时间段，脉冲序列必须顺序准确的到达这一时间段，以便接收器能正确接收解码。
●常规突发脉冲序列（Normal Burst）常规突发脉冲序列用于业务信道和除以下所说的各种控制信道以外的控制信道。
（双向的）●频率校正突发脉冲序列（Frequency Correction Burst）该突发脉冲序列用于下行的FCCH，使MS能校正自己振荡器的频率并锁定到BTS的频率。
●同步突发脉冲序列（Synchronization Burst）用来用于下行的SCH，使MS同步到BTS。
●填充突发脉冲序列（Dummy Burst）当BCCH载频中没有用到的时隙中没有信息可发送时，发送填充突发脉冲序列（仅在下行方向）●接入突发脉冲序列（Access Burst）这种突发脉冲序列比其它类型的脉冲序列短很多。
因为MS试图接入到系统时还不知道发射定时，所以要增加保护带。
MS发送该突发脉冲序列时，BTS并不知道MS的位臵，所以来自MS的消息的定时也无法准确计算（接入突发脉冲序列仅为上行）。
GSM突发脉冲序列类型常规突发脉冲序列(NB)信息训练序列信息频率校正突发脉冲序列(FB)固定比特同步突发脉冲序列编码过的比特同步序列编码过的比特填充突发脉冲序列固定比特训练序列固定比特接入突发脉冲序列同步序列加密比特时间差错保护与检测为保护逻辑信道，避免逻辑信道在无线通路上发送时出现差错，系统采用了多种编码方案。
对面图示了话音，控制和数据信道的编码处理，处理的过程非常复杂。
采用何种编码和交织方案取决于被编码的信道，所有的逻辑信道都需要经过某种形式的卷积编码，但由于不同的逻辑信道对信息保护的要求不同，所以编码速率也会不同。
有三种编码保护方案：●对话音信道编码将每20ms的话音信息块分到8个GSM Burst，这样当空中接口上的干扰导致Burst丢失时，仍然可以准确的恢复出话音信息。
●对通用控制信道编码20ms的控制信息块被分到了4个Burst，比如BCCH，这使得这些突发脉冲序列可以插到一个TDMA复帧中。
●对数据信道编码数据信息被展开到了22个Burst。
因为数据每一个比特的信息都是很重要的，把数据信息分到22个Burst使得在接收端恢复数据信息时，如果有一个脉冲序列丢失，20ms的数据信息块中只有很小的一部分丢失，通过差错编码机制可以将这一部分丢失的信息恢复出来。
20ms信息块0.577ms信息突发脉冲序列话音（260bit）话音（8个Bursts）控制信息（184bit）编码交织控制信息（4个Bursts）数据（240bit）数据（22个Bursts）8×TCHFR(Bursts)8×TCHEFR(Bursts)8×FACCH/TCH(Bursts)8×TCH2-4kbps(Bursts)4×BCCH,PCH,AGCH4×SDCCH,SACCH4×CBCH(Bursts)19×TCH9.6kbps(Bursts)1×RACH1×SCH(Bursts)差错保护与检测差错保护与检测话音信道编码BTS从Abis接口接收来自BSC的压缩编码后的话音信息，在这里这些话音信息被BTS放到了各自的逻辑信道。
这些逻辑信道的信息在发送到空中接口前先要经过信道编码。
压缩编码过的信息也是成帧接收的，每帧有260个bit，这260个bit根据对差错的敏感度被分成了三组，对话音信息的可理解性越重要的比特，敏感度越高。
●Class la这一级对差错最敏感。
从la级的50个比特中生成3个校验比特。
Class 1a的比特对于话音信息的可理解性是关键的，不容出错。
有了校验比特后，话音解码器可以检测到Class la比特中不可纠正的错误，如果Class la比特中出现错误，一般整个信息块都会被丢弃。
●Class lb132个比特的lb级比特没有差错校验位，但和la级比特和校验比特卷积到了一起。
加上了4个尾比特是为了将接收器的寄存器设臵到解码状态。
●Class2这72个比特对差错最不敏感，根本没有任何加保护措施。
最后得到的456个比特在发送到空中接口前还要经过交织。
注：在A bis链路上如果采用的是全速率话音编码，那么260个比特在20ms内发送，数据速率是13Kbit/s。
如果采用的是增强型全速率编码（EFR，Enhanced Full Rate），A bis链路上每20ms内将传送244个比特。
EFR的信息在经过和全速率话音信息同样的信道编码之前要经过预编码，使之从244比特变成260比特。
编码后的话音占456比特，但仍在20ms内发送，所以数据速率提高到了22.8kbit/s。
话音信道编码校验比特尾比特卷积编码增强型全速率EFR( Enhanced Full Rate)话音的信道编码增强型全速率话音编码将话音压缩编码生成每帧244bit，时长20ms的话音信息。
将244bit的信息经过预编码后加上了16个比特，变成260比特，然后将EFR话音信息按照全速率话音信息相同的编码方式进行信道编码。
另外加上的16个比特中有8个比特是从1a级的50个比特和1b级中最重要的15个比特生成的CRC校验码。
另外8个比特是从原244bit的帧中选出来的4个比特的重复。
EFR 的信道预编码EFR话音帧：50 Class1a+124 Class1b+70 Class2=244 bit预编码：从50 Class1a+15 Class1b中生成的8bitCRC加入到Class1b 中。
8个重复比特加入到Class2中。
预编码后得到：50 Class1a+132 Class1b+78 Class2=260 bit经过预编码之后得到260比特的EFR帧，再接下来的信道编码处理与全速率话音相同。
对增强型全速率话音的预编码244bitsClass 1a Class 2b Class 250 bits 124bits 70 bits8bit的CRC加到8个重复bitsClass 1b中加到Class 2 中Class 1a Class 1b Class 250bits 132bits 78bits260 bits差错保护与检测控制信道编码对面图示的是控制信道的差错保护方法。
这种方法用在所有的逻辑信令信道、同步信道SCH和随机接入信道RACH，只是在某些数字上有些不同。
送到BTS待发送的控制信息是184bit的信息块，这184bit信息块首先经过称为Fire Code的循环块编码,并加上了40bit的校验比特，对于突发脉冲序列差错的检测与校正非常有利。
卷积前另外还加上了4比特的尾比特，用于将接收仪器的寄存器臵为解码状态。
每184bit的信令数据信息块经过编码处理后得到456bit，与话音编码后得到的比特数相同。
456bit的信息块在空中接口发送前还要经过交织。
控制信道的编码卷积编码尾比特校验比特差错保护与检测数据信道编码对面图示的是9.6kbit/s数据信道的差错保护方法。
4.8kbit/s和2.4kbit/s数据信道的编码略有不同，但基本编码的方法是相同。
数据信道编码只采用了卷积编码。
9.6kbit/s的数据在编码后有一些比特在交织前被去掉了，使其比特数同编码后的话音和控制信道一样，每20ms有456bit。
数据业务信道要求有比实际发送速率更高的净速率（‘净速率’是指加入编码比特前的比特率），例如9.6kbit/s的业务将需要12kbit/s 的传输速率，因为同时还要传送一些状态信号（比如RS-232 DTR （Data Terminal Ready））。
每240bit的数据业务信息块编码后得到456bit的信息块，与话音和控制信息编码后得到的比特数相同。
456bit的信息块在发送到空中接口前要经过交织。
注：PCM链路上240bit的信息在20ms内传送，其传输速率相当于是12kbit/s，其中9.6kbit/s是数据，另外2.4kbit/s是信令信息。
编码后的信息有456bit，但仍在20ms内发送，所以传输速率升至22.8kbit/s。
数据信道的编码数据信道9.6 kbit/s卷积编码截短逻辑信道映射到TDMA帧结构中交织逻辑信道经过编码或差错保护之后，应将比特流放入突发脉冲序列中，在TDMA帧中发送，交织处理正是在这一阶段进行的。
交织处理是将一个业务块分成多块，放到多个TDMA时隙中，交织深度分别为：话音8块控制信息4块数据22块交织处理对于保护空中接口无线信道环境中的数据是很重要的。
由于无线通路上的干扰、噪音或物理中断，MS和BTS之间发送的突发脉冲序列可能会受到破坏，大约只有10-20%的突发脉冲序列完全正常。
交织的目的是为了使每个突发脉冲序列只包含业务块的一小部分数据,这样当某个突发脉冲序列没有正常接收时,不会影响到整体的传输质量,因为差错校正技术可以将丢失的数据恢复出来。
如果系统简单的让一个突发脉冲序列对应一个业务块的话,难以用差错校正技术恢复出丢失的数据,传输质量将受影响。
因为采用了交织,所以也使得GSM空中接口的抗噪声性能大大提高,保证了提供给用户的服务质量。
交织注:TRAU = Transcoder Rate Adaption Unit 压缩编码适配单元逻辑信道映射到TDMA帧中对角交织----话音对面图示的是全速率话音信道交织原理的简化示意图。