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文檔簡介

本章要點*

差錯控制編碼的基本概念*

常用的幾種檢錯編碼第8章差錯控制編碼§8.1差錯控制編碼的基本概念

信道編碼即差錯控制編碼,目的是為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性不同系統(tǒng)的誤碼率不同 傳輸雷達(dá)數(shù)據(jù):10-5傳輸數(shù)字話音:10-3~10-4傳輸計算機數(shù)據(jù):10-9一、概述二、差錯控制方式1.檢錯重發(fā)法(ARQ):發(fā)送端發(fā)出有一定檢錯能力的碼。接收端根據(jù)編碼規(guī)則,判斷這些碼在傳輸中是否有錯誤產(chǎn)生,如有錯,就通過反饋信道告之發(fā)端,發(fā)端將錯碼重新發(fā)送,直到收端認(rèn)為正確。特點:只需要少量的多余碼就能獲得較低的誤碼率,系統(tǒng)的適應(yīng)性較強;必須有反饋信道,不能進行同播,實時、連貫性差。應(yīng)用:短波、有線通信2.前向糾錯法(FEC):前向糾錯方式是發(fā)送端發(fā)送有糾錯能力的碼,接收端的糾錯譯碼器收到這些碼之后,按預(yù)先規(guī)定的規(guī)則,自動的糾正傳輸中的錯誤。特點:不需反饋信道,譯碼的實時性好,控制電路簡單;譯碼設(shè)備比較復(fù)雜,因而對信道變化的適應(yīng)性差,為了獲得較低的誤碼率,設(shè)計信道冗余度較大。應(yīng)用:移動通信3.混合差錯控制(HEC):是上述兩種方式的結(jié)合。發(fā)送端發(fā)送的碼可檢錯、糾錯。接收端譯碼器收到信碼后,如果檢查出的錯誤是在碼的糾錯能力以內(nèi),則接收端自動進行糾錯,如果錯誤很多,超過了碼的糾錯能力但尚能檢測時,接收端則通過反饋信道告知發(fā)送端必須重發(fā)這組碼的信息。特點:該方法不僅克服了前向糾錯方式冗余度較大,需要復(fù)雜的譯碼電路的缺點,同時還增強了檢錯重發(fā)方式的連貫性

應(yīng)用:衛(wèi)星通信三、檢錯和糾錯編碼基本原理1.基本原理發(fā)送端信息序列信道編碼增加監(jiān)督碼相關(guān)碼序列接收端接收端接收碼序列信道譯碼相關(guān)檢測信息碼序列【例子】表示天氣:陰、晴用一位碼10無任何檢、糾錯能力用二位碼110001、10為禁用碼,可檢一位錯,不可糾錯用三位碼111000001、010、011、100、101、110為禁用碼,可糾一位錯,檢二位錯2.幾個概念冗余度:在信息中附加比特以便于收端進行錯誤檢測分組碼:在糾、檢錯編碼中,將純信息碼分組,然后在每組信息碼后附加若干位監(jiān)督碼分組碼結(jié)構(gòu):在分組碼中,每組信息碼為k位,后附加r位監(jiān)督碼,總長度n位,稱碼組(n,k),n=k+r例(7,3)3位信息碼,4位監(jiān)督碼

信息碼元k監(jiān)督碼元r碼組長度nR,有效性 k,.編碼效率:R=k/n.編碼增益:在給定誤碼率下,非編碼系統(tǒng)與編碼系統(tǒng)所需信噪比

之差(dB)按信息碼與監(jiān)督碼的函數(shù)關(guān)系分:線性碼、非線性碼

按信息碼與監(jiān)督碼的約束關(guān)系分:分組碼、卷積碼

按編碼后信息碼是否保持原形式分:系統(tǒng)碼、非系統(tǒng)碼

按編碼功能分:檢錯碼、糾錯碼

按糾、檢錯類型分:糾檢隨機錯誤、糾檢突發(fā)錯誤按碼元取值分:二進制碼、多進制碼四、差錯控制編碼分類五、糾檢錯能力1.碼重:碼組中碼元“1”的個數(shù)稱為碼組的重量,簡稱碼重,用W表示。如碼組:10001,W=2。2.碼距:兩個等長碼組之間對應(yīng)位不同的個數(shù)稱為這兩個碼組的漢明距離,簡稱碼距d如碼組:10001和01101,其碼距d=33.最小碼距:碼組集合中各碼組之間距離的最小值稱為碼組的最小距離,用d0表示。

4.糾錯與檢錯能力(1)為檢測e個錯誤,最小碼距d0應(yīng)滿足

(2)為糾正t個錯誤,最小碼距d0應(yīng)滿足

(3)為糾正t個錯誤,同時又能檢測e個錯誤,最小碼距d0應(yīng)滿足例已知兩碼組(0000)和(1111),若該碼組用于檢錯,能檢出幾位錯碼?若用于糾錯,能糾正幾位錯碼?若同時用于糾錯和檢錯,問各能糾、檢幾位錯碼?

(1)(2)(3)解:例已知8個碼組為:(O00000),(001110),(010101),(011011),(100011),(1O1101),(110110),(111000),(1)求以上碼組的最小碼距;(2)若此8個碼組用于檢錯,可檢出幾位錯?(3)若用于糾錯碼,能糾幾位?(4)若同時用于糾錯和檢錯,糾錯、檢錯性能如何?例已知8個碼組為:(O00000),(001110),(010101),(011011),(100011),(1O1101),(110110),(111000),(1)求以上碼組的最小碼距;(2)若此8個碼組用于檢錯,可檢出幾位錯?(3)若用于糾錯碼,能糾幾位?(4)若同時用于糾錯和檢錯,糾錯、檢錯性能如何?

(1)(2)(3)(4)

§8.2常用的幾種檢錯編碼

一、奇偶監(jiān)督碼

1.奇監(jiān)督碼:在每組信息碼之后加一位監(jiān)督位,使碼組中“1”的數(shù)目為奇數(shù)。*

糾檢錯能力:只能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個錯誤,不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個錯誤。

2.偶監(jiān)督碼:例:已知信息碼組m1、m2、m3為(000),(001),(010),(011),(100),(101),(110),(111),試寫出奇數(shù)監(jiān)督碼組和偶數(shù)監(jiān)督碼組。二、二維奇偶監(jiān)督碼

1.概念:每一碼組先寫成一行,然后再按列的方向排列,若干碼組排列成矩陣,最后加一行、列構(gòu)成二維監(jiān)督位。

*

糾檢錯能力:糾一行中的奇數(shù)個錯誤,檢偶數(shù)個錯誤,但不可檢測對角式錯誤。

例:已知行列矩陣,寫出監(jiān)督碼(奇校驗)。10001111010001010001100011三、群計數(shù)碼

1.概念:將信息碼中“1”的個數(shù)用二進制表示,并作為監(jiān)督碼放在信息碼的后面。例:信息碼:1010111---“1”的個數(shù)為5---101糾檢錯碼組為1010111101

*

糾檢錯能力:除碼組中“1”→“0”、“0”→“1”的成對錯誤外,可糾正所有形式的錯誤。

四、恒比碼

1.概念:每個碼組中“1”和“0”的數(shù)目保持恒定。例如:我國電傳通信中普遍采用5中取3恒比碼,即每個碼組長度為5,“1”的個數(shù)為3,“0”的個數(shù)為2。該碼組共有個許用碼字,用來傳送10個阿拉伯?dāng)?shù)字。*

糾檢錯能力:不能檢測“1”錯成“0”和“0”錯成“1”成對出現(xiàn)的差錯外,能發(fā)現(xiàn)幾乎任何形式的錯碼。

五、正反碼

1.概念:監(jiān)督位數(shù)目與信息位數(shù)目相同,監(jiān)督碼元與信息碼元是相同(是信息碼的重復(fù))或相反(是信息碼的反碼-由信息碼中“1”的個數(shù)而定。例如:電報通信用的正反碼的碼長n=10,其中信息位k=5,監(jiān)督位r=5。其編碼規(guī)則為:(1)當(dāng)信息位中有奇數(shù)個“1”時,監(jiān)督位是信息位的簡單重復(fù);(2)當(dāng)信息位中有偶數(shù)個“1”時,監(jiān)督位是信息位的反碼。

收端解碼的方法為:先將收碼組中信息位和監(jiān)督位按位模2相加,得到一個5位的合成碼組,然后,由此合成碼組產(chǎn)生一校驗碼組。若接收碼組的信息位中有奇數(shù)個“1”,則合成碼組就是校驗碼組;若接收碼組的信息位中有偶數(shù)個“1”,則取合成碼組的反碼作為校驗碼組。最后,觀察校驗碼組中“1”、“0”的個數(shù),按表進行判決及糾正可能發(fā)現(xiàn)的錯碼。*

糾檢錯能力:有糾正一位錯碼的能力,并能檢測全部兩位以下的錯碼和大部分兩位以上的錯碼。

例如:信息碼11001監(jiān)督碼11001

發(fā)送碼組1100111001

其編碼規(guī)則為:

(1)當(dāng)信息位中有奇數(shù)個“1”時,監(jiān)督位是信息位的簡單重復(fù);(2)當(dāng)信息位中有偶數(shù)個“1”時,監(jiān)督位是信息位的反碼。其解碼規(guī)則為:

(1)將收碼組中信息位和監(jiān)督位按位模2相加,得到一5位的合成碼組

;(2)然后,由此合成碼組產(chǎn)生一校驗碼組。a.若收到信息位中有奇數(shù)個“1”,則校驗碼組=合成碼組;b.若收到信息位中有偶數(shù)個“1”,則校驗碼組=合成碼組的反碼接收碼組1:1100111001

合成碼組:00000校驗碼組:00000接收碼組2:1000111001

合成碼組:01000校驗碼組:10111接收碼組3:1100101001

合成碼組:10000校驗碼組:10000發(fā)送碼組1100111001

接收碼組1:1100111001

合成碼組:00000校驗碼組:00000接收碼組2:1000111001

合成碼組:01000校驗碼組:10111接收碼組3:1100101001

合成碼組:10000校驗碼組:10000§

10.3線性分組碼

現(xiàn)以(7,4)分組碼為例來說明線性分組碼的特點。設(shè)其碼字為A=[a6

a5

a4

a3

a2

a1

a0],其中前4位是信息元,后3位是監(jiān)督元,可用下列線性方程組來描述該分組碼,產(chǎn)生監(jiān)督元。

(7,4)碼的碼字表一、監(jiān)督矩陣H和生成矩陣G

1.上述(7,4)碼的監(jiān)督方程為線性方程可用矩陣表示為

其中,P為r×k階矩陣,Ir為r×r階單位矩陣??梢詫懗蒆=[PIr]形式的矩陣稱為典型監(jiān)督矩陣。HAT=0T,說明H矩陣與碼字的轉(zhuǎn)置乘積必為零,可以用來作為判斷接收碼字A是否出錯的依據(jù)。并簡記為

若把監(jiān)督方程補充為下列方程

可改寫為矩陣形式1000111010011000101010001011G=Q==PT111110101011二、伴隨式(校正子)S

設(shè)發(fā)送碼組A=[an-1,an-2,…,a1,a0],在傳輸過程中可能發(fā)生誤碼。接收碼組B=[bn-1,bn-2,…,b1,b0],則收發(fā)碼組之差定義為錯誤圖樣E,也稱為誤差矢量,即其中E=[en-1,en-2,…,e1,e0],且當(dāng)bi=ai

當(dāng)bi≠ai

令S=BHT,稱為伴隨式或校正子。(7,4)碼S與E的對應(yīng)關(guān)系§

7.4循環(huán)碼

(7,3)循環(huán)碼

在代數(shù)理論中,為了便于計算,常用碼多項式表示碼字。(n,k)循環(huán)碼的碼字,其碼多項式(以降冪順序排列)為

...一、生成多項式及生成矩陣

如果一種碼的所有碼多項式都是多項式g(x)的倍式,則稱g(x)為該碼的生成多項式。在(n,k)循環(huán)碼中任意碼多項式A(x)都是最低次碼多項式的倍式。如表9-4的(7,3)循環(huán)碼中,

循環(huán)碼的生成矩陣常用多項式的形式來表示()xk-1g(x)Gxxg(x)g(x)=xk-2g(x)......例如(7,3)循環(huán)碼,n=7,k=3,r=4,其生成多項式為生成矩陣為二、監(jiān)督多項式及監(jiān)督矩陣

為了便于對循環(huán)碼編譯碼,通常還定義監(jiān)督多項式,令其中g(shù)(x)是常數(shù)項為1的r次多項式,是生成多項式;h(x)是常數(shù)項為1的k次多項式,稱為監(jiān)督多項式。同理,可得監(jiān)督矩陣H

是h(x)的逆多項式。例如(9,3)循環(huán)碼,g(x)=x4+x3+x2+1,則其中()x6+x4+x3Hx=x5+x3+x2x4+x2+xx3+x+11011000010110000101100001011H=三、編碼方法和電路

在編碼時,首先要根據(jù)給定的(n,k)值選定生成多項式g(x),即應(yīng)在xn+1的因式中選一r=n-k次多項式作為g(x)。設(shè)編碼前的信息多項式m(x)為循環(huán)碼的碼多項式可表示為

...

(7,3)循環(huán)碼編

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