信道编码纠错码基础.pptx

课程概况教材及参考书作业及考试“通信的基本问题就是在一点重新准确地或近似地再现另一点所选择的消息”。烽火狼烟、摔杯为号、铜镜反光、鸣金收兵、集结号…为什么需要信道编码？信道编码发展简史（1）信道编码发展简史（2）信道编码发展简史（3）信道编码在GSM中应用信道编码是提高通信系统可靠性的最主要手段，它不仅成功地用于典型的加性高斯噪声AWGN信道，也成功的用于各类变参量的衰落信道，前者主要是卫星通信。信道编码在数字蜂窝移动通信中最典型的应用是在全球移动通信系统GSM中的应用。在GSM中无线信道按其功能可分为业务信道(TCH)和控制信道(CCH)，其中业务信道用于传送话音与数据，控制信道用于传送信令和同步。GSM的信道编码系统总体框图如图所示。GSM编、译码器方框图图解GSM语音信道编码CDMA(IS-95)CDMA2000(IS-2000)、WCDMA中的信道编码IS-95是高通公司基于CDMA技术发展出来的2G移动通信标准：检错码、卷积码、交织编码。CDMA2000：检错码、卷积码、Turbo码、交织编码。WCDMA：检错码、卷积码、Turbo码、交织编码。第一章纠错码的基本概念BasicConceptsofErrorControlCoding§1.1数字通信系统的组成及信道模型图1-1数字通信系统模型图中，信源编码器是把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，并且为了使传输有效，还去掉了一些与传输信息无关的多余度(有时为了保密，信源编码器后还可接上加密器)。为了抗击传输过程中的各种干扰，往往要人为地增加一些多余度，使其具有自动检错或纠错能力，这种功能由图中的信道编码器即纠错编码器完成。发射机(调制器)的功用是把纠错码送出的信息序列通过调制器变换成适合于信道传输的信号。数字信号在信道传输过程中，总会遇到各种干扰而使信号失真，这种失真信号传输到接收端的接收机，进行解调，变成二进制(或多进制)信息序列。由于信道干扰的影响，该信息序列中可能已有错误，经过信道译码器即纠错码译码器，对其中的错误进行纠正，再通过信源译码器恢复成原来的消息送给用户。本课程研究的是图中的信道编、译码器即纠错编、译码器两个方框，为了研究方便，将上述模型再进一步简化成图１-２所示的模型。在此模型中，信源是指原来的信源和信源编码器，其输出是二(多)进制信息序列。信道是包括发射机、实际信道(或称传输媒质)和接收机在内的广义信道(又称编码信道)，它的输入是二(多)进制数字序列，输出一般也是二(多)进制数字序列，而图中的信宿可以是人或计算机。图1-2数字通信系统简化模型二、信道模型回顾：编码是消息到信道波形或矢量的一种映射关系收发集合可以以符号集的多重形式表示，相当于多维空间。发空间的维数n与收空间的维数m可以不等例如当发送波形x(t)通过一个滤波器h(t)时，输出y(t)=x(t)*h(t)，如果x(t)只在[0,T]内有值，而当h(t)有一定的宽度t时，输出的非零长度变成了T+t，也就是说当接收采样率等于或高于发送采样率时，接收的维数增加了。而如果接收时采用了较低的采样率，则有效维数就减低了。根据收发空间中每一维所取的数域有限或无限可分为离散信道和连续信道这里借用了空间的名称，但只用到了它的集合概念而没有用到空间中的运算，只有线性信道才可以直接用线性运算构成一个线性空间。离散信道可用转移概率律描述：P(y=b|x=a),a=(a1,a2,...aK)X（发空间）,b=(b1,b2,...bJ)Y（收空间）,均为矢量（或K(J)重符号）信道特性：信道译码：发送ak,收到bj的概率为，接收端不唯一，以什么准则译码，使差错可接受？例：二元对称信道译码器1：译码器2：关于译码准则的结论现在以图1-2的模型来讨论二进制数字序列通过该系统时所发生的情况。设从信源送出字母A，它的二进制序列为11000，以基带信号传送，经发射机调制后，送往信道的已调信号如图1-3所示。由于信道的干扰，从信道输出端的信号产生了失真，如图1-4所示。这些失真信号送入接收机进行判决时，由于第一、二、四、五码元的波形失真不大，容易正确地判为1、1和0、0；但对第三个码元来说，由于失真严重而难于判决。这时有以下三种判决方法：一是勉强作出是0还是1的判决，即所谓硬判决；另一种是对该码元暂且不作判决，而输出一个未知或待定的信号“x”，称其为删除符号；第三种方法是输出一种有关该码元的信息，例如关于0和1的后验概率或似然函数，这种作法称为软判决。当然软判决的性能较好，但实现起来较复杂。图1–311000发送的已调信号波形图1-4接收端收到的失真信号波形在二进制硬判决情况下，信道可用图1-5所示的简单模型表示。图中，p01和p10分别是0错成1和1错成0的概率，