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第一章-纠错码的基本概念资料讲解

作者:小编 日期:Dec.21.2025 点击数:  

  

第一章-纠错码的基本概念资料讲解(图1)

  奇偶校验码是一种简单的错误检测和纠正方法,通过在数据中添加校验位,使得整个数据(包括校验位)中1的 个数为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)。这种方法简单易行,但只能检测到一位错误,且无法纠正错误。

  有实用价值的码应该具备良好 的结构特性,这样可保证译码简单 易行。香农在证明有噪声信道编码 定理时提出随机编码方法,这不过 是一种为避免寻找好码而采取的权 宜之计,有理论意义而无实用价值。 真正实用的信道编码还须用适当的 数学工具来构造,使得构造出的码 具有很好的结构特性,以便译码。

  几个基本概念 码重:码组中“1”的个数成为码组的重量。 码距 :两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距离。我们把 某种编码中各个码组之间距离最小值称为最小码距(d0)。一种编码 的最小码距d0的大小直接关系着这种编码的检错和纠错能力。

  按功能分:检错码和纠错码 按监督码元与信息码元之间是否存在线性关系分:线性码与非线性码 按信息码元与监督码元之间的约束关系不同分:分组码与非分组码如 卷积码 按纠正差错的类型分:纠正随机错误的码与纠正突发错误的码 按码元的取值分:二进制码与多进制码

  把信源输出的信息序列,以个 k 0(k 0 通常小于 k)码元分为一段,通过 编码器输出长为 n 0(≥k 0 )一段的码段。 但是该码段的 n 0 k 0 个校验 元不仅与本组的信息元有关,而且也与其前m段的信息元有关,称m为 编码存贮。因此卷积码用(n 0, k 0, m)表示。

  应当指出,当码元作删除处理时,它在序列中的位置是已 知的,仅不知其值是0还是1,故对这种BEC信道的纠错要比 BSC信道容易。

  上述三种信道模型只是为了讨论问题方便而简化成理想的 情况,它们表达了某些实际信道传送信号的主要特征。但有很 多实际信道如高频、散射、有线等信道, 由于各种干扰所造成 的错误, 往往不是单个地而是成群成串地出现的, 表现为错 误之间的相关性。产生这种错误的信道称有记忆信道或突发信 道。

  如果把干扰也用二进制序列E:(en-1,en-2,…,e1,e0)表示, 则相应有错误的各位ei取值为1,无错的各位取值为0,而R就是 C与E序列模2相加的结果,我们称E为信道的错误图样或干扰矢 量。

  例如,发送序列C:(1111100000), 收到的序列R: (1001010000),第二、三、五、六位产生了错误, 因此信道的 错误图样E的二、 三、 五、 六位取值为1,其它各位取值为0, 即E: (0110110000)。 用式子可表示成:

  2.重传反馈(ARQ)方式 ARQ (Automatic Repeat Request)方式是,发端发 出能够发现错误的码(检错码),收端译码器收到 后,判断在传输中有无错误产生,并通过反馈信道 把捡测结果告诉发端。发端把收端认为有错的消息 再次传送,直到收端认为正确接收为止。 缺点是必须有一条从收端至发端的反馈信道。 并要求信源产生信息的速率可以进行控制,收、发 两端必须互相配合,其控制电路比较复杂,传输信 息的连贯性和实时性也较差。该方式的优点是译码 设备简单,在多余度一定的情况下,码的检错能力 比纠错能力要高得多,因而整个系统能获得极低的 误码率。

  (2)卷积码是把信源输出的信息序列,以k0 个码元分为一段,通过编码器输出长为n0 (k0 )的码段,但是该码段的n0 – k0个 校验元不仅与本组的信息元有关,而且也 与其前m段的信息元有关,一般称m为编码 存贮,因此卷积码用( n0 , k0 ,m)表示。 卷积码的构成如图1-4所示。

  例1.2 考虑有两个码字{0100,1111}的码C。 码字的汉明重量为w(0100)=1和w(1111)=4。 这两个码字间的汉明距离为3,因为它们在第1、 第3和第4位置上不同。 观察到w(0100-1111)= w(1011)=3=d(0100,1111) 。 一般而言,对于任意一种编码,其中各 码组之间的距离不一定都相等。

  香农第二定理是有噪信道编码定理, 作为一个存在性定理,指出可以用任意接 近信道容量的信息传输速率传送消息,且 出错的概率可以任意小,这就引发了人们 对纠错码的研究。纠错码理论的中心任务 就是要针对具有不同干扰特性的各种信道 设计出编码效率高、抗干扰性能好而编译 设备又较简单的纠错码。

  • 现代无线通信系统的设计是以Shannon理论为指导,以 编码为主线,通过(迭代式)编译码将各功能模块联成一 个有机的整体 网络编码与多用户协作编码 Shannon 信息理论 多用户预编码与多址编码 MIMO编码 信道编码 现代 无线 通信 系统

  信源编码器:将信源发出的消息如语言、 图像、 文字等转换成为二进制(也可转换成为多进制)形 式的信息序列。

  信源编码器的设计目标: (1)以最低的比特率表示信源的输出消息; (2)信源的输出可由信息序列{m}准确的重现。

  例:发送序列C:(1111100000),收到的 序列R:(1001010000),第二、三、五、 六位产生了错误,因此错误图样e的二、三、 五、六位取值为1,即e:(0110110000)

  调制器或写入单元:将信道编码器输出的每个符 号,转换为持续时间为T秒的适合传输(或记录) 的波形,这些波形进入信道或存储媒质,并受到 噪声的干扰。 解调器或读出单元:处理收到的每个持续时 间为T秒的波形,然后产生离散(量化)或连 续(非量化)的输出。

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  工作原理:发送端发送检错码,通过信道传输 到接收端,接收端译码器根据编码规则判断是 否有错误,并把判决信号通过反馈信道送回发 送端。发送端根据判决信号确定是否重新发送, 直到接收端检查无误为止。

  例:发送序列C:(1111100000),收到的 序列R:(1001010000),第二、三、五、 六位产生了错误,因此错误图样e的二、三、 五、六位取值为1,即e:(0110110000)

  调制器或写入单元:将信道编码器输出的每个符 号,转换为持续时间为T秒的适合传输(或记录) 的波形,这些波形进入信道或存储媒质,并受到 噪声的干扰。 解调器或读出单元:处理收到的每个持续时 间为T秒的波形,然后产生离散(量化)或连 续(非量化)的输出。

  设发送的是序列C(码元长度为n),通过信道传 输后,接收端的序列为R。由于信道中存在干扰, R序列中的某些码元和C序列中的对应码元的值可 能不同,如果信道中的干扰采用二进制序列e表示, 相应有错误的位取值为1,无错的位取值为0,可 得e=C⊕R。大游中国股份有限公司大游中国股份有限公司