数字通信_信道编码
数字通信原理章 (5)
第5章 信道编码技术
5.1.2 差错控制编码的基本思想 差错控制编码的基本实现方法是在发送端给被传输的
信息附上一些监督码元,这些多余的码元与信息码元之间 以某种确定的规则相互关联。在接收端按照既定的规则校 验信息码元与监督码元之间的关系,一旦传输发生错误, 则信息码元与监督码元的关系就受到破坏,从而使接收端 可以发现错误,进而纠正错误。因此,各种编码和译码方 法是差错控制编码所要研究的问题。 5.1.3 差错控制方式
距应满足
dmin≥t+e+1 (e>t)
(5-3)
第5章 信道编码技术 图 5-2 纠错码纠错能力图示一
第5章 信道编码技术 图 5-3 纠错码纠错能力图示二
第5章 信道编码技术
5.2.3 奇偶监督码 奇偶监督码(又称为奇偶校验码)是一种最简单的检错
码,它的基本思想是在n-1位信息码元后面附加一位监督 码元,构成(n,n-1)的分组码,监督码元的作用是使码长 为n的码组中“1” 的个数保持为奇数或偶数。码组中“1” 的个数保持为奇数的编码称为奇数监督码,保持为偶数的 编码称为偶数监督码。
的一种改进形式,它不仅对每一行进行奇偶校验,同时对每 一列也进行奇偶校验。如表5-2所示的例子采用的是偶校验。
发送时,该码是按11001100、00100111、00011110、 11000000、01111011、00100111、01101001的顺序发送,而 在接收端将所接收的信号以列的形式排列,可得表5-2所示 的阵列。
(5-5)
奇偶监督码最小码距为2,无论是奇校验还是偶校验,
都只能检测出单个或奇数个错误,而不能检测出偶数个错
误,因此检错能力低,但编码效率随着n的增加而提高。
信源编码和信道编码的区别
信源编码和信道编码的区别信源编码和信道编码是数字通信领域中两个重要的概念。
尽管这两个概念有时会被混淆使用,但它们在通信系统中的作用和目标是不同的。
信源编码主要关注的是如何将源信息进行有效的压缩和表示,以减少传输所需的带宽和存储空间。
而信道编码则专注于在传输过程中,如何通过添加冗余信息来提高通信系统对噪声和干扰的容忍度。
下面将从定义、目标和应用等方面说明信源编码和信道编码的区别。
首先,信源编码是指对信号源进行编码,即将源数据转换为一系列编码符号的过程。
信源编码的目标是通过增加数据的冗余性,以便减少数据的存储和传输所需的比特数。
通过信源编码,我们可以压缩和表示原始数据,以便更有效地传输和存储。
常见的信源编码技术包括霍夫曼编码、算术编码、字典编码等。
例如,在图像和音频压缩中,我们通常使用信源编码来减少文件的大小,而不丢失太多信息。
相比之下,信道编码是指通过在信道上添加冗余信息,以提高通信系统对噪声、干扰和误码的容忍度。
信道编码的目标是在不增加传输时间的情况下,提高传输的可靠性和健壮性。
常见的信道编码技术包括海明码、卷积码、低密度奇偶校验码等。
通常,信道编码采用纠错码的方式来检测和纠正传输中的错误,从而可以提高数据的可靠性。
信道编码在很多通信系统中都得到了广泛应用,例如无线通信、卫星通信等。
信源编码和信道编码的主要区别在于它们的应用领域和目标。
信源编码主要关注如何有效地对源数据进行压缩和表示,以提高存储和传输的效率。
而信道编码主要关注如何在传输过程中提高数据的可靠性和健壮性,以应对信道噪声和干扰的影响。
信源编码和信道编码是数字通信中两个独立但密切相关的概念,它们通常结合使用,以提高通信系统的性能和效果。
此外,信源编码和信道编码还在某种程度上是相互依赖的。
良好的信源编码可以提供更好的信道编码性能。
因为信源编码可以减少数据的冗余性,减小信道编码的冗余部分,从而提高传输效率。
而信道编码可以弥补信源编码在传输过程中的失真或丢失,从而提高信号的质量和可靠性。
信道编码概念
信道编码概念信道编码是一种在数字通信中使用的技术,它可以提高数据传输的可靠性和效率。
在数字通信中,数据传输过程中会受到各种干扰和噪声的影响,这些干扰和噪声会导致数据传输错误。
信道编码技术可以通过在数据传输过程中添加冗余信息来提高数据传输的可靠性,从而减少数据传输错误的发生。
信道编码技术的基本原理是在发送端对原始数据进行编码,生成一些冗余信息,并将编码后的数据传输到接收端。
接收端通过解码过程来恢复原始数据。
在解码过程中,接收端可以利用冗余信息来检测和纠正数据传输中的错误。
常见的信道编码技术包括前向纠错编码、卷积码和块码等。
前向纠错编码是一种常用的信道编码技术,它可以在数据传输过程中检测和纠正错误。
前向纠错编码的基本原理是在发送端对原始数据进行编码,并在编码后的数据中添加一些冗余信息。
接收端在接收到编码后的数据后,可以利用冗余信息来检测和纠正数据传输中的错误。
前向纠错编码的优点是可以在数据传输过程中实时检测和纠正错误,从而提高数据传输的可靠性。
卷积码是一种常用的信道编码技术,它可以在数据传输过程中检测和纠正错误。
卷积码的基本原理是在发送端对原始数据进行编码,并在编码后的数据中添加一些冗余信息。
接收端在接收到编码后的数据后,可以利用冗余信息来检测和纠正数据传输中的错误。
卷积码的优点是可以在数据传输过程中实时检测和纠正错误,从而提高数据传输的可靠性。
块码是一种常用的信道编码技术,它可以在数据传输过程中检测和纠正错误。
块码的基本原理是将原始数据分成若干个块,并对每个块进行编码。
在编码过程中,会添加一些冗余信息。
接收端在接收到编码后的数据后,可以利用冗余信息来检测和纠正数据传输中的错误。
块码的优点是可以在数据传输过程中实时检测和纠正错误,从而提高数据传输的可靠性。
总之,信道编码技术是一种在数字通信中使用的重要技术,它可以提高数据传输的可靠性和效率。
常见的信道编码技术包括前向纠错编码、卷积码和块码等。
在实际应用中,需要根据具体的应用场景选择合适的信道编码技术,以提高数据传输的可靠性和效率。
信道编码基本概念
禁用码字数:23 – 4 = 4
101
有检错能力,无纠错能力
3)第三种编码方法:A
B
C
D
00111 01001 10010 11100
4位 许用码字数:4 禁用码字数:25 – 4 = 28
1位 3位 2位
11001 按最大似
有检错能力
然法则
有纠一位错的能力
B
可见,码字之间差别越大,则可能的检错、纠错 能力越强
20
4 信道编码的分类
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。
2020/4/9
19
4 信道编码的分类
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
2020/4/9
否发生 2020/有一信源具有A、B、C、D四个符号,用0、1 进行二元等长编码,并讨论其纠错能力。
解:1)第一种编码方法: A B C D
许用码字数:4
00 01 10 11
禁用码字数:0 无检错能力
2)第二种编码方法: A B C D
数字通信系统中的信道编码技术
数字通信系统中的信道编码技术在数字通信系统中,信道编码技术扮演着非常重要的角色,它具有纠错码和检错码两大功能,可以在信道传输数据时提高数据的可靠性和抗干扰能力。
在通信系统中,信道编码技术能够有效地改善数据传输的性能,确保数据的完整性和准确性。
首先,纠错码是信道编码技术中的重要组成部分。
通过引入冗余信息,在数据传输过程中对数据进行编码处理,从而可以在接收端对接收到的数据进行校验和恢复。
常见的纠错码有海明码、卷积码、RS码等。
海明码是一种比较经典的纠错码,它采用了特定的编码规则,在数据传输过程中可实现定位和恢复错误数据位的功能。
卷积码结构复杂,但在抗干扰性能上有着优势,适用于对抗信道中的突发错误。
RS码则适用于多媒体通信系统,能够有效纠正多个错误位。
这些纠错码的应用可以极大地提高系统的可靠性和稳定性。
其次,检错码也是信道编码技术中不可或缺的一部分。
检错码主要用于检测数据传输过程中的错误,识别出发生错误的位置,为后续的纠错码进行处理提供依据。
常见的检错码有奇偶校验码、CRC码等。
奇偶校验码是一种简单有效的检错码,通过统计数据中二进制位的个数,确定整体数据的奇偶性,从而检测单个位的错误。
CRC码则具有更强的错误检测能力,能够检测到更多错误位的发生。
检错码的引入可以有效减少数据传输中的错误率,确保数据传输的正确性。
在数字通信系统中,信道编码技术的应用不仅可以提高数据传输的可靠性,还可以提高系统的抗干扰性能。
采用适当的信道编码技术,可以有效地应对信道中的各种干扰和噪声,确保数据能够在恶劣的环境中稳定传输。
信道编码技术在无线通信、卫星通信、光纤通信等领域都有着广泛的应用,为数字通信系统的发展提供了有力支持。
总的来说,数字通信系统中的信道编码技术在数据传输中起着非常重要的作用。
通过引入纠错码和检错码,可以提高数据传输的可靠性和稳定性,确保数据能够在不稳定的信道中顺利传输。
信道编码技术的不断发展和完善,将为数字通信系统的性能提升和应用拓展带来更多的机遇和挑战。
《数字通信原理》习题库
《数字通信原理》例题讲解1、信源编码和信道编码有什么区别?为什么要进行信道编码? 解:信源编码是完成A/D 转换。
信道编码是将信源编码器输出的机内码转换成适合于在信道上传输的线路码,完成码型变换。
2、模拟信号与数字信号的主要区别是什么?解:模拟信号在时间上可连续可离散,在幅度上必须连续,数字信号在时间,幅度上都必须离散。
3、某数字通信系统用正弦载波的四个相位0、2π、π、23π来传输信息,这四个相位是互相独立的.(1) 每秒钟内0、2π、π、23π出现的次数分别为500、125、125、250,求此通信系统的码速率和信息速率;(2) 每秒钟内这四个相位出现的次数都为250,求此通信系统的码速率和信息速率。
解: (1) 每秒钟传输1000个相位,即每秒钟传输1000个符号,故 R B =1000 Bd每个符号出现的概率分别为P(0)=21,P ⎪⎭⎫ ⎝⎛2π=81,P (π)=81,P ⎪⎭⎫ ⎝⎛23π=41,每个符号所含的平均信息量为H (X )=(21×1+82×3+41×2)bit/符号=143bit/符号信息速率R b =(1000×143)bit/s=1750 bit/s(2) 每秒钟传输的相位数仍为1000,故 R B =1000 Bd此时四个符号出现的概率相等,故 H (X )=2 bit/符号R b =(1000×2)bit/s=2000 bit/s4、已知等概独立的二进制数字信号的信息速率为2400 bit/s 。
(1) 求此信号的码速率和码元宽度;(2) 将此信号变为四进制信号,求此四进制信号的码速率、码元宽度和信息速率。
解:(1) R B =R b /log 2M =(2400/log 22)Bd=2400 Bd T =B R 1=24001 s=0.42 ms(2) R B =(2400/log 24)Bd=1200 BdT=B R 1=12001 s=0.83 ms R b =2400 b/s5、黑白电视图像每帧含有3×105个像素,每个像素有16个等概出现的亮度等级。
通信原理简答题
通信原理简答题1.数字通信的优缺点主要有哪些?答:数字通信具有以下优点:(1)抗干扰能力强;(2)传输差错可以控制,提高了传输质量;(3)便于使用现代数字信号处理技术来对数字信息进行处理;(4)便于加密,保密性强;(5)可以综合传递多种信息,增加了通信系统的灵活性和通用性。
数字通信的缺点:频带利用率低,同步要求高。
2.数字通信系统中编码分为哪两类?简述其各自的作用。
答:数字通信系统中编码分为信源编码和信道编码两类。
信源编码完成的是将模拟信号转换为数字信号,目的是提高传输的有效性。
信道编码完成的是将信源编码输出的数字信号变换成适合于信道传输的码型,目的是提高传输的可靠性。
3.什么是狭义平稳随机过程?什么是广义平稳随机过程?它们之间有什么关系?答:若随机过程的任何n维分布特性与时间起点无关,则称为狭义平稳随机过程。
若随机过程的数字特征与时间起点无关,即满足数学期望、方差与t无关,自相关函数只与τ有关,则称为广义平稳随机过程。
狭义平稳一定是广义平稳的,反之不一定成立。
4.什么是各态历经性?对于一个各态历经的平稳随机噪声电压来说,它的数学期望和方差代表什么?它的自相关函数在τ =0时的值R(0)又代表什么?答:各态历经性是大多数平稳随机过程都具有的重要性质。
它是指平稳随机过程的每一个样本都经历了随机过程的各种可能状态,从而包含了全部统计特性信息。
这样就可任取其一个样本函数来研究,使问题大为简化。
对数字特征的计算,可利用时间平均(时间均值)来取代统计平均。
对于一个各态历经的平稳随机噪声电压来说,它的数学期望代表电压的平均值,方差代表随机噪声偏离均值的程度。
在τ=0时,自相关函数R(0)代表噪声电压的平均功率。
5.简述调制的作用。
答:(1)将调制信号(基带信号)转换成适合于信道传输的已调信号(频带信号);(2)实现信道的多路复用,提高信道利用率;(3)减小干扰,提高系统抗干扰能力;(4)实现传输带宽与信噪比之间的互换。
信道编码理论及其应用
信道编码理论及其应用随着数字通信技术的不断进步,信息传输在我们的生活中变得越来越普遍。
然而,数字通信与模拟通信不同,数据受到各种噪声和干扰的影响,导致信息传输存在误码率问题。
因此,为了减小误码率,我们需要一些技术来提高信道传输的可靠性。
其中,信道编码技术就是其中的一种。
一、信道编码的基本概念信道编码是指在数字通信系统中采用编码技术,将数据序列编码成更长的序列,在传输过程中可以检测和纠正误码,从而提高数据传输的可靠性。
信道编码通过加入冗余信息,可以检测和纠正信道传输过程中的错误,从而在一定的传输速率要求下,提高信道的可靠性。
信道编码的基本要求是增加冗余信息以减少误码率,并且在加入冗余信息的同时,尽量保持相同的数据传输速度。
常见的信道编码技术有前向纠错码(FEC)和后向纠错码(BEC)。
二、前向纠错码前向纠错码(FEC),也称为码距为d的线性块码。
其基本原理是通过加入检验位或冗余位,构成更长的编码序列,从而使得对于信道中的一定数量的误码,在接收端可以通过解码来消除。
其中,码距d表示任意两个合法编码之间的最少的汉明距离。
一般来讲,码距越大的编码系统容错能力就越强,误码率也就越低。
但是,增加码距会占据更多的带宽资源和计算资源。
前向纠错码可以保证在误码率一定范围内能够检测和纠正误码。
常用的前向纠错码有海明码和卷积码等。
海明码可以根据任意输入信息添加相应的校验码,使得检测和纠正误码的能力更强。
卷积码是信道编码中一种重要的编码方式,由于具备较高的编码效率、解码性能以及抗窜扰能力。
三、后向纠错码后向纠错码(BEC)是一种信道编码技术。
与前向纠错码相比,后向纠错码在编码过程中不需要生成冗余的编码符号,而是依靠编解码的算法对数据传输过程中产生的误码进行检测和纠正。
后向纠错码的核心是迭代译码算法,通过不断的纠正与重构消息传输系统,最终得到正确的消息。
后向纠错码的主要优势在于可以实现软判定,即使信号出现强干扰或噪声,也能够实现更精确的译码。
数字通信中的信源编码和信道编码【精选文档】
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 communica tion 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.2.数字通信系统通信的任务是由一整套技术设备和传输媒介所构成的总体—-通信系统来完成的.电子通信根据信道上传输信号的种类可分为模拟通信和数字通信.最简单的数字通信系统模型由信源、信道和信宿三个基本部分组成.实际的数字通信系统模型要比简单的数字通信系统模型复杂得多。
4g和5g通信所采用的信源编码和信道编码
4g和5g通信所采用的信源编码和信道编码4G和5G通信所采用的信源编码和信道编码是不同的,具体如下:1. 4G通信所采用的信源编码4G通信系统采用了多种信源编码方式,其中最常用的是AMR (Adaptive Multi-Rate)编码。
AMR编码是一种自适应多速率语音编解码器,其主要作用是将语音转化为数字数据,并通过无线网络传输。
AMR编码可以根据网络质量自适应调整传输速率,从而提高语音质量。
2. 4G通信所采用的信道编码4G通信系统采用了Turbo编码和LDPC(Low Density Parity Check)编码两种主要的信道编码方式。
Turbo编码是一种迭代式卷积码,能够有效地提高数据传输速率和距离性能。
LDPC编码则是一种基于图像理论的低密度奇偶校验码,具有低复杂度、高效率等优点。
3. 5G通信所采用的信源编码5G通信系统引入了新型的波形调制方式和多路访问技术,因此在信源编解码方面也进行了改进。
5G通信系统主要采用Polar Coding(极化编解码)技术进行数据压缩和解压缩。
Polar Coding是一种基于极化理论的新型编码方式,具有高效率、低复杂度等优点。
4. 5G通信所采用的信道编码5G通信系统主要采用了LDPC编码和Polar Coding两种信道编码方式。
与4G通信系统相比,5G采用了更加先进的LDPC编码技术,能够提高数据传输速率和距离性能。
此外,Polar Coding也可以应用于5G通信系统的信道编码中,进一步提高数据传输效率。
总之,4G和5G通信所采用的信源编码和信道编码各有不同,并且在技术上都进行了不断改进和优化,以满足不断增长的无线通信需求。
数字通信系统各个组成部分的作用
数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能:
(1)信源编码和信源解码
信源编码有两个作用,其一,进行模/数转换;其二,数据压缩,即设法降低数字信号的数码率,提高数字信号传输的有效性。
信源解码的作用是进行数/模转换。
(2)信道编码与信道解码
数字信号在信道中传输时,由于噪声影响,会引起差错,信道编码就是要降低传输的差错率,对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分(监督元),组成所谓“抗干扰编码”。
接收端的信道解码器按一定规则进行解码,从解码过程中发现错误或纠正错误,从而提高通信系统抗干扰能力,提高传输可靠性。
(3)加密器和解密器
在需要实现保密通信的场合,为了保证所传信息的安全,人为将被传输的数字序列扰乱,即加上密码,这种处理过程叫加密。
在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列恢复原来信息,这个过程叫做解密。
(4)调制器和解调器
数字调制的任务是把各种数字基带信号转换成适应于信道传输的数字频带信号。
数字通信系统:利用数字信号传输信息的系统,是构成现代通信网的基础。
通信的基本功能是传递信息,即由信源产生的信息,通过一定的媒介(即信道)传输,最后被信宿(收信暂)接收。
一个数字通信系统的基本任务就是把信源产生的信息变换成一定格式的数字信号,迩过信道传输,到达接收端后,再变换为适宜于信宿接受的信息形式送至信宿。
第九章信道编码(精品)
第九章差错控制编码主讲人:***主要内容信道编码的基本概念线性分组码循环码9.1 引言目的:改善数字通信系统的传输质量基本思路:根据一定的规律在待发送的信息码中加入一些人为多余的码元(冗余码,监督码),以保证传输过程可靠性,n=k+r。
任务:构造出以最小多余度代价换取最大抗干扰性能的“号码”又称差错控制编码信道编码的分类(1)按照信道编码的不同功能,可以将它分为检错码和纠错码。
(2)按照信息码元和监督码元之间的检验关系,可以将它分为线性和非线性码。
(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和卷积码。
差错控制方式发发可以纠正错误的码(a) 前向纠错(FEC)收收发能够发现错误的码应答信号(b) 检错重发(ARQ)收可以发现和纠正错误的码应答信号(c) 混合纠错检错(HEC)1.检错重发方式--自动请求重传方式,ARQ(Automatic Repeat Request) •由发端送出能够发现错误的码,由收端判决传输中无错误产生,如果发现错误,则通过反向信道把这一判决结果反馈给发端,然后,发端把收端认为错误的信息再次重发。
•其特点是需要反馈信道,译码设备简单,对突发错误和信道干扰较严重时有效,但实时性差,主要在计算机数据通信中得到应用。
2. 前向纠错方式 前向纠错方式记作FEC(Forword Error Correction)。
发端发送能够纠正错误的码,收端收到信码后自动地纠正传输中的错误。
其特点是单向传输,实时性好,但译码设备较复杂。
纠错码发收3. 反馈校验方式•接收端将接收到的码元转发回发送端。
•发送端和源发送码逐一比较。
•发现不同——出错,重发•发现相同——正确,不重发•特点:简单,浪费资源4. 检错删除接收端收到的码元检查出错误后立即删除,并不要求重发。
适用存在大冗余量的通信系统。
9.2 差错控制编码的基本概念¾几个概念:¾码长n:码字中码元的数目;•在编码前先把信息序列分为k位一组(称为信息码),然后附加m位监督码,形成n = k + m位的码组。
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
数字通信:差错控制编码(纠错码)
差错控制的基本原理 在信息码上附加一定位数的监督码元,使其与信息位按某 种规则相互关联;
若数据在传输过程中发生差错,关联关系被破坏,从而可 检出和/或纠正错误。
第 10 章 差错控制编码 差错控制编码的分类
线性码:
信息码与监督码之间的关系为线性关系;
非线性码:信息码与监督码之间的关系为非线性关系。
1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1
当信息位为0001时, (1)试求其后的监督位。 (2)监督矩阵H
第 10 章 差错控制编码
解:
G ( 1) A a6 a5 a4 a 3
强干扰引起。
混合错误:以上两种误码及产生原因的组合。
第 10 章 差错控制编码
10.1.2 差错控制类型
1、检错重发 (ARQ Automatic Repeat Request ):在发送端采用 具有检错功能的编码,接收端发现出错后自动请求重发. 有以下三种方式: 停止---等待ARQ
第 10 章 差错控制编码 具有回拉功能的连续ARQ
奇偶监督码
二维奇偶监督码(略,见附录)
恒比码
第 10 章 差错控制编码
10.2.1 奇偶监督码 奇偶监督码:在信息码元后附加一位监督位,使 得码组中奇偶监督码“1”的个数为偶数或奇数。
对k位码元 校验位 a1a2a3 ...ak ak 1 a1 a2 a3 ... ak ak 1 a1 a2 a3 ... ak 1
第 10 章 差错控制编码 (1)
A a5 a4 a3 G
信息码 000 001 010 011 100 101 110 111
数字通信系统传输模拟信号的步骤
数字通信系统是一种利用数字技术来传输和处理信息的通信系统。
在数字通信系统中,传输模拟信号是其中一个重要的步骤。
本文将从以下四个方面探讨数字通信系统传输模拟信号的步骤。
一、采样在数字通信系统中,信号首先需要经过采样的步骤。
采样是指将连续时间信号在一定时间间隔内取样,转换成离散时间信号。
在进行采样时,需要确定采样频率,即在一秒钟内对信号进行取样的次数。
采样频率的选择需要根据信号的带宽进行决定,通常选择的采样频率是信号带宽的两倍以上,以避免出现混叠失真。
二、量化采样得到的信号是连续幅度的,为了将其转换成数字形式,还需要经过量化的步骤。
量化是指将连续幅度范围划分成若干个离散值,并将每个采样值与最接近的离散值相对应。
在量化时,需要确定量化级数和量化误差。
量化级数越多,表示对信号的描述越准确,但同时会增加数据的存储和传输需求。
量化误差则是指量化所引入的误差,通常采用均方根误差来描述。
三、编码经过采样和量化后,信号的幅值和时间都已经离散化了,但还需要经过编码步骤将其转换成数字形式。
编码是将量化后的信号转换成二进制形式的过程。
在数字通信系统中,常用的编码方式包括脉冲编码调制(PCM)、Δ调制(DM)等。
编码的目的是为了方便信号的传输和处理,并且可以提高传输的可靠性和抗干扰能力。
四、传输最后一步是将经过采样、量化和编码的数字信号进行传输。
数字信号的传输可以通过有线或者无线的方式进行。
在有线传输中,可以利用光纤、同轴电缆等介质进行传输;而在无线传输中,则通过无线电波来进行传输。
在传输过程中,需要注意信号的调制解调、信道编码等环节,以提高传输的性能和可靠性。
数字通信系统传输模拟信号的步骤主要包括采样、量化、编码和传输四个方面。
这些步骤的合理实现可以有效地保证模拟信号在数字通信系统中的准确传输和可靠处理。
希望通过本文的介绍,读者对于数字通信系统传输模拟信号的步骤有更为深入的了解。
数字通信系统传输模拟信号的步骤是数字通信中至关重要的部分, 可以看出传输模拟信号需要多个步骤, 下文将进一步讨论这些步骤的细节和相关技术。
信道编码
2. 前向纠错方式 前向纠错方式记作FEC(Forword ErrorCorrection)。发 端发送能够纠正错误的码,收端收到信码后自动地纠正传 输中的错误。其特点是单向传输,实时性好,但译码设备 较复杂。
3. 混合纠错方式 混合纠错方式记作HEC(Hybrid ErrorCorrection)是FEC 和ARQ方式的结合。发端发送具有自动纠错同时又具有检错 能力的码。收端收到码后,检查差错情况,如果错误在码的
现传输中的一位错误。如果是(3,1)重复码,两个许用码组是 000 与111, d0=3; 当收端出现两个或三个 1 时,判为 1,否则判 为 0。此时,可以纠正单个错误,或者该码可以检出两个错误。
码的最小距离d0 直接关系着码的检错和纠错能力;任 一(n,k)分组码,若要在码字内: (1) 检测e个随机错误,则要求码的最小距离d0≥e+1; (2) 纠正t个随机错误, 则要求码的最小距离d0≥2t+1; (3) 纠正t个同时检测e(≥t)个随机错误,则要求码的最小 距离d0≥t+e+1。
2.3.5 恒比码
码字中 1 的数目与 0 的数目保持恒定比例的码称为恒比码。
由于恒比码中,每个码组均含有相同数目的 1 和 0,因此恒比
码又称等重码,定 1 码。这种码在检测时,只要计算接收码元 中 1 的数目是否正确,就知道有无错误。
目前我国电传通信中普遍采用 3∶2 码,又称“5 中取 3”
S3指示23-1种不同的错误图样,校正子与错码位置的对应关 系如表2-5所示。
表2-5 校正子与错码位置的对应关系
S1 S2 S3 001 010 100 011
错码位置 a0 a1 a2 a3
S1 S2 S3 101 110 111 000
信道编码与译码matlab
信道编码与译码matlab1.引言1.1 概述概述信道编码与译码是信息传输中重要的技术手段之一。
在无线通信系统中,由于信道噪声、干扰和传输损耗等因素的存在,信号在传输过程中容易发生误码。
为了提高传输的可靠性和效率,人们采用信道编码与译码技术来减小误码率,提高系统的性能。
信道编码的主要目标是通过在发送端增加冗余信息,使得接收端能够检测和纠正传输中出现的误码。
它通过在原始数据上附加冗余编码,增加冗余度以提高传输可靠性。
常见的信道编码技术包括前向错误纠正码(FEC)和卷积码等。
译码是信道编码的一个重要环节,它是指接收端根据接收到的编码信息,恢复出原始数据的过程。
译码算法的设计和性能评估对于提高系统的可靠性和效率至关重要。
常见的译码算法包括硬判决译码、软判决译码和迭代译码等。
MATLAB作为一种强大的数学计算和仿真工具,在信道编码与译码中有着广泛的应用。
它提供了丰富的函数库和工具箱,可以实现对不同类型信道编码方案的设计、仿真和性能分析。
通过MATLAB,我们能够方便地研究各种信道编码与译码算法,并对其性能进行评估和优化。
本文将介绍信道编码与译码的基本概念,包括信道编码的原理、应用场景以及常见的编码方案;译码算法的分类和性能评估方法;MATLAB在信道编码与译码中的应用及实现步骤;以及通过实验结果与分析来验证不同编码方案的性能优劣。
最后,我们将总结本文的主要内容,并对未来研究进行展望。
通过本文的阅读,读者将能够全面了解信道编码与译码的基本原理和应用,掌握MATLAB在信道编码与译码中的实现方法,并对不同编码方案的性能进行评估和优化,为无线通信系统的设计和优化提供一定的参考和指导。
文章结构的部分是用来说明本篇文章的组成和安排,以帮助读者更好地理解文章的内容和架构。
本文的结构如下:1. 引言1.1 概述1.2 文章结构- 本节1.3 目的2. 信道编码2.1 信道编码的基本概念2.2 信道编码的应用3. 译码3.1 译码算法的分类3.2 译码性能评估4. 实现与分析4.1 MATLAB在信道编码与译码中的应用4.2 实验结果与分析5. 结论5.1 总结5.2 对未来研究的展望引言部分提供了本文研究领域的概述、文章结构和目的。
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
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xlabel('信噪比SNR/(dB)')
ylabel('误码率BER/(bit/symbol)')
仿真得到的曲线作对比后,如图四
图四 汉明(7,4)信道编码误码率性能比较 小结:从图中随对比可知,经过信道编码,使得BPSK在的误码率性
能得到了优化,尤其是到了8dB后,误码率性能得到很大的提升,10-4 对应的信噪比下降3dB左右。同时可以发现在低信噪比时,分组码的效 果是不明显的,这是由于汉明74编码的编码效率为4/7,发送的信息序 列变长,在相同功率下导致每个比特的功率下降,信息受污染的可能增 加,同时,增长的码序列也导致信息速率的下降,非信息位的存在降低 了频带的使用率。说明分组码用带宽和时间来换取误码率性能的提高。 第二部分:衰落信道
h=H';
%错码位置和S[S1 S2 S3]的关系对应
A0=[0 0 1];
%错a0位
A1=[0 1 0];
%错a1位
A2=[1 0 0];
%错a2位
A3=[0 1 1];
%错a3位
A4=[1 0 1];
%错a4位
A5=[1 1 0];
%错a5位
A6=[1 1 1];
%错a6位
%利用生成矩阵每四个信源符号编码成七符号
n=length(src)/4;
%src中以四个为一组的分组数目
SRC=zeros(1,n*7);
%编码后矩阵
for j=1:1:n
tmp1=[src(4*j-3) src(4*j-2) src(4*j-1) src(4*j)];
tmp2=mod(tmp1*G,2);
SRC(round(7*j-6):round(7*j))=tmp2;
四、实验原理
第一部分:线性分组码 线性分组码是一类奇偶校验码,它可以由前面提到的(n,k)形式
表示。编码器将一个k比特的信息分组(信息矢量)转变成一个更长的 由给定元素符号集组成的n比特编码分组(编码矢量)。
汉明(7,4)码是一种线性分组码,使用生成矩阵实现从信息矢量 到编码矢量的转换,采用监督矩阵和伴随式的检测实现解码和检错纠 错。
N=1000000;
M=(7*N)/4;
SNR=0:1:20;
BER=zeros(1,21);
%产生并调整信源样本数量
src=randsrc(1,N,[0 1;0.5 0.5]);
if (rem(length(src),4)~=0)
src=[src,zeros(1,4-rem(length(src),4))];
%汉明(7,4)码的监督矩阵H
H=[1 1 1 0 1 0 0; 1 1 0 1 0 1 0; 1 0 1 1 0 0 1];
%H转置后为后面检测使用 h=H';
%衰落信道特征定义 fade=ones(1,100); fade(1,91:100)=0.1; K=round(M/100); fadeall=repmat(fade,1,K);
五、实验结果
第一部分:线性分组码的性能 首先,由第一次实验仿真得到基带传输系统的误码率曲线。在此部
分,改进原实验,增加线性分组码的编码解码过程,观察增加信道编码 后数字传输系统的性能变化。
图三为BPSK在基带传输系统的误码率性能曲线。
图三 BPSK基带传输误码率性能(无信道编码) 截下来,对信源信息传送前进行信道编码,采用线性汉明(7,4) 码,能够纠正一比特的错误,仿真程序如下: %********************************************************* %实验采用BPSK信号作为信源,仿真采用{-1,1}等概率分布 %信道编码采用线性分组码,仿真采用汉明(7,4)码 %********************************************************** clear;
for i=1:1:N
if result(1,i)~=src(1,i)
sum=sum+1;
end
end
BER(1,j)=sum/N;
%计算误码率
end
semilogy(SNR,BER,'-*g') %画误码率曲线
grid on;
%图形控制语句
title('BPSK线性分组(7,4)编码误码率曲线')
%产生并调整信源样本数量 src=randsrc(1,N,[0 1;0.5 0.5]); if (rem(length(src),4)~=0)
src=[src,zeros(1,4-rem(length(src),4))]; end
%汉明(7,4)码的生成矩阵G G=[1 0 0 0 1 1 1;
0 1 0 0 1 1 0; 0 0 1 0 1 0 1; 0 0 0 1 0 1 1];
end
%汉明(7,4)码的生成矩阵G
G=[1 0 0 0 1 1 1;
0 1 0 0 1 1 0;
0 0 1 0 1 0 1;
0 0 0 1 0 1 1];
%汉明(7,4)码的监督矩阵H
H=[1 1 1 0 1 0 0;
1 1 0 1 0 1 0;
1 0 1 1 0 0 1];
%H转置后为后面检测使用
4 信道输出为 y(t)=k(t)*s(t)+n(t)
仿真要求: 1 设计交织+纠错结合的信道编码。 2 画出SER VS SNR的结果图,SNR取0-25dB 3 比较有无交织在SNR变化情况下的结果。 4 改变衰落时间t的值,取t=2ms, t=5ms,观察并画出结果。
图一 理想化衰落信道示意图
end
%采用双极性,则src为{0 1},需要发送为{-1 1}
for j=1:1:M if SRC(1,j)==0 SRC(1,j)=-1; end
end %实际信道传送的信号来自SRC,和src相比,信噪比不变 for j=1:21
sum=0; result=zeros(1,N); snr=SNR(1,j); noise=randn(1,M); a=sqrt(10^(snr/10)); b=0; y=a.*SRC+noise; for i=1:1:M if y(1,i)<b
第二部分:卷积编码 卷积码由3个整数n, k, K描述,这里k/n也表示分组码的编码效率
(每编码比特所含的信息);K是约束长度,表示在编码移位寄存器中 k元组的级数。卷积码的编码器有记忆性,卷积编码过程产生的n元组, 不仅是输入k元组的函数,也是前面K-1个输入k元组的函数。原理如图 所示:
第三部分:交织编码 大多数分组码和卷积码都可以抵抗随机独立错误,对于有记忆信
y(1,i)=0; else y(1,i)=1; end end %对判决后的y{0 1},进行(7,4)解码和纠错 for i=1:1:n tmp3=y(round(7*i-6):round(7*i)); S=mod(tmp3*h,2); if all(all(S==0))==1
result((4*i-3):(4*i))=y((7*i-6):(7*i-3)); else if all(all((S-A0)==0))==1
%错码位置和S[S1 S2 S3]的关系对应
A0=[0 0 1];
%错a0位
A1=[0 1 0];
%错a1位
A2=[1 0 0];
%错a2位
A3=[0 1 1];
%错a3位
A4=[1 0 1];
%错a4位
A5=[1 1 0];
%错a5位
A6=[1 1 1];
%错a6位
%利用生成矩阵每四个信源符号编码成七符号
道,错误不再是比特间相互独立的随机分布的比特错误,这使得编码的 差错性能下降。交织编码就是为解决此类为此而被研究出来。
在传输之前对编码信息进行交织,接收后解交织,这使得信道的突 发错误在时间上得以扩展,从而使得译码器可以将它们当做随机错误处 理,随着时间的分离,信道记忆性也会降低。当交织深度足够大时,就 可以在时间上分离码元将一个有记忆信道转变为无记忆信道。
y(1,round(7*i))=not(y(1,round(7*i))); result((4*i-3):(4*i))=y((7*i-6):(7*i-3)); else if all(all((S-A1)==0))==1
y(1,round(7*i-1))=not(y(1,round(7*i-1))); result((4*i-3):(4*i))=y((7*i-6):(7*i-3)); else if all(all((S-A2)==0))==1
n=length(src)/4;
%ห้องสมุดไป่ตู้rc中以四个为一组的分组数目
SRC=zeros(1,n*7);
%编码后矩阵
for j=1:1:n
tmp1=[src(4*j-3) src(4*j-2) src(4*j-1) src(4*j)];
二、实验要求 1、用MATLAB,,C/C++等语言在计算机进行通信系统模拟。
2、提交完整源程序以及结果图,并要求结合课堂知识根据结果推出结论 (每个设计报告10页以上)。
3、不得抄袭。
三、实验内容
第一部分:利用线性分组码或卷积码进行信道编码 仿真条件:
1 信道输入:s(t), s(t)可以取为MPSK 信号 2 考虑常数AWGN信道 3 噪声设为n(t) 4 信道输出为 y(t)=ks(t)+n(t)
y(1,round(7*i-5))=not(y(1,round(7*i-5))); result((4*i-3):(4*i))=y((7*i-6):(7*i-3)); else if all(all((S-A6)==0))==1