《《无线通信技术》教学课件-第3章信道编码技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《无线通信技术》教学课件-第3章信道编码技术（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 第6章 Windows系统的安全第3章 信道编码技术2 第6章 Windows系统的安全知识点KNOWLEDGE了解信道编码的概念，掌握编码的准则及编码性能的衡量标准了解基本的编码方案，掌握卷积码、Turbo码的编码原理及解码方案了解5G系统中新的编码方案，了解LDPC编码及极化码编码的原理，掌握LDPC编码及极化码在5G系统中的应用3 第6章 Windows系统的安全内容CONTENTS导航编译码原理信道编码卷积码、Turbo码信道编码新技术极化码LDPC码4 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的概念第3章 信道编码技术数字信号在无线信道中传输时会受到信道噪声、信道畸变
2、及干扰信号的影响，可能导致接收端判决出错。5 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的概念第3章 信道编码技术信道编码：数字通信系统中的重要组成部分，它可以提高信道传输的可靠性，降低系统的错误率。传输可靠性 克服噪声和干扰引入监督位信息冗余提升可靠性6 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的概念第3章 信道编码技术传输可靠性 克服噪声和干扰引入监督位信息冗余提升可靠性正确的输出：7 第6章 Windows系统的安全内容CONTENTS导航编译码原理信道编码卷积码、Turbo码信道编码新技术极化码LDPC码8 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理：
3、编码原理第3章 信道编码技术比特是信息量的度量单位，二进制信息序列每一位所包含的信息就是1bit。二进制数0111006bit001110108bit9 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理：编码原理第3章 信道编码技术在信道编码中，输入和输出都是二进制信息序列，其长度可以用比特来表示。若 m个信息比特经过编码器编码后输出k个比特，则将这m个信息比特称为原信号，输出的k个比特称为编码信号。m个信息比特k-m个监督比特10 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理：编码原理第3章 信道编码技术汉明距：11 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理：编
4、码原理第3章 信道编码技术汉明距的性质：12 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理：编码原理第3章 信道编码技术最简单的校验方法：奇偶校验通过增加一个冗余位使得序列中1的个数恒为奇数或偶数奇偶校验码通过增加一位冗余将信号的最小汉明距从1增加到2，使其具有一定的检错能力。13 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理：编码原理第3章 信道编码技术奇性和偶性：一个二进制序列，如果它的码元有奇数个1，则称其具有奇性；如果其码元有偶数个1则称其具有偶性。例如：序列10110101有5个1，因此，这个序列具有奇性；序列10100101有4个1，则其具有偶性。基于此，通过给
5、每一个序列增加一个校验位，可以构成奇偶特性。14 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理：编码原理第3章 信道编码技术最简单的校验方法：奇偶校验奇偶校验码是一种最简单的检错编码方式，特别适用于以随机错误为主的通信系统。奇偶校验码又称为奇偶监督码，是奇校验码和偶校验码的统称。每一个奇偶校验码包含nbit的信息码元和1bit的校验码元。奇偶校验码的编码规则是将所传输的数据码元分成组，在每组数据后附加一位监督位，若连同监督位在内该组码元中l的个数为偶数，则称其为偶校验；若连同监督位在内该组码元中l的个数为奇数，则称其为奇校验。15 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原
6、理：编码原理第3章 信道编码技术最简单的校验方法：奇偶校验每一个奇偶校验码包含nbit的信息码元和1bit的校验码元。奇偶校验码的编码规则是将所传输的数据码元分成组，在每组数据后附加一位监督位，若连同监督位在内该组码元中l的个数为偶数，则称其为偶校验；若连同监督位在内该组码元中l的个数为奇数，则称其为奇校验。例如，信息码元10110101生成的奇校验码是101101010，偶校验码是101101011。16 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理：译码原理第3章 信道编码技术发射端进行信道编码的操作后，接收端需要从编码后的信号中恢复或提取原信号，这就是信道译码的工作。也就是说，
7、编码产生了冗余的信息，而译码则需要从冗余的信息中检查或纠正错误。最直接的一种信道译码方式是根据最小距离准则完成译码的工作。最小距离准则是指，将接收的信号与发射信号集中的所有信号进行比较，找出最相似（即汉明距最短）的那一个信号作为其译码输出。17 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理：译码原理第3章 信道编码技术奇校验码：101101010101101011奇数个1，偶数个1，偶校验码：101101010101101011奇数个1，偶数个1，18 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理：译码原理第3章 信道编码技术译码原理：19 第6章 Windows系统的安全
8、一、信道编码编译码原理：译码原理第3章 信道编码技术20 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理：译码原理第3章 信道编码技术译码原理：21 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理：译码原理第3章 信道编码技术22 第6章 Windows系统的安全一、信道编码编译码原理第3章 信道编码技术编码后的信号与原信号相比加入了冗余的信息，因此即使信号发生了为数不多的几位错误，也能依靠冗余信息进行纠正或检测，且编码信号的纠错、检错能力取决于该码的最小汉明距，即最小距离。23 第6章 Windows系统的安全内容CONTENTS导航编译码原理信道编码卷积码、Turbo码信道
9、编码新技术极化码LDPC码24 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术25 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术26 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）码也是一种具有检错、纠错能力的线性纠错码。循环冗余校验码的序列具有循环移位特性，简单的编译码结构使其获得了广泛应用。CRC码元由信息码元和校验码元两个部分组成，仍然可以用（m,k） 的形式描述。27 第6章 Windows系统的安全一
10、、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术上述几种信道编码方式都属于分组码。分组码具有一个共同的特点，即编码后的信号可以被分为两个部分，第一部分是信息码元，第二部分是冗余监督码元，表示为(m,k)的形式m个信息比特k-m个监督比特28 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术分组码:29 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术30 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术31 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编
11、码技术32 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术对于任意一个（7,4）汉明码，其序列中的码元必须满足以下3个等式，否则这个序列就是错误的这三个等式也称为监督方程。可以用矩阵的形式描述33 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术监督方程：34 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术35 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术上述（7,3）线性分组码最小汉明距为3，因此当接收到的编码序列出现2bit的错误时，系统将
12、可以发现这个错误，若只有1bit出现了错误，那么系统可以根据就近原理恢复出正确的信息序列。36 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术37 第6章 Windows系统的安全一、信道编码信道编码的分类与发展第3章 信道编码技术38 第6章 Windows系统的安全一、信道编码卷积码第3章 信道编码技术与分组码的编码方式不同，卷积码可以通过编码运算将连续的输入序列映射为连续的输出序列，在性能上优于分组码，和分组码相比更容易实现，特别是其译码极大地降低了实现的复杂度，因此得到了广泛的应用。39 第6章 Windows系统的安全一、信道编码卷积码第3章 信
13、道编码技术示意图40 第6章 Windows系统的安全一、信道编码卷积码第3章 信道编码技术示意图41 第6章 Windows系统的安全一、信道编码卷积码第3章 信道编码技术示意图42 第6章 Windows系统的安全一、信道编码卷积码第3章 信道编码技术卷积码的描述方法：状态转移图 多项式法矩阵法43 第6章 Windows系统的安全一、信道编码卷积码第3章 信道编码技术矩阵描述：44 第6章 Windows系统的安全一、信道编码卷积码第3章 信道编码技术矩阵描述：45 第6章 Windows系统的安全一、信道编码卷积码第3章 信道编码技术采用概率译码方式时，理论上要求译码器接收完整的数据后
14、才可以进行判决，译码器存储空间的大小取决于编码长度。对于用网格图所表示的卷积码，每个码组序列都可以映射为从全零状态出发，经过不同的分支最后回到全零状态的一条路径。在二进制对称信道下，卷积码译码的维特比算法就是根据最大似然准则，利用接收码元序列在网格图上寻找最接近的一条路径。卷积码的译码可以采用两种方式，即代数译码与概率译码。46 第6章 Windows系统的安全一、信道编码卷积码第3章 信道编码技术卷积码具有更优于分组码的纠错性能，许多通信协议中都引入卷积码作为其信道编码的方案。如无线局域网的物理层通信协议IEEE 802.11ac中就采用了二进制卷积码（Binary Convolutiona
15、l Codes，BCC）作为其必选方案。卷积码的应用：47 第6章 Windows系统的安全一、信道编码卷积码第3章 信道编码技术对于图中描述的卷积编码器，每1bit的输入可以产生2bit的输出，此时编码的码率为 。在实际系统中，大多数通信协议可以支持不同的编码速率，例如，在无线局域网中，其可以支持 1/2、2/3 、3/4 和4/5 四种编码速率。尽管采用不同的编码速率，但在无线局域网协议中仍采用相同的编码器实现。卷积码的应用：48 第6章 Windows系统的安全一、信道编码卷积码第3章 信道编码技术为达到不同的编码速率，将会运用到打孔的技术。打孔的基本思想是采用相同的编码器进行编码，针对
16、不同的码率规定特定位置的比特不进行传输，这样就提高了编码的速率。例如，原信号经过编码后产生 码率的编码信号，为了实现更高的编码速率，需要从编码后的信号中去除一些信号，以降低冗余度，提升编码效率。卷积码的应用：为达到不同的编码速率，将会运用到打孔的技术。打孔的基本思想是采用相同的编码器进行编码，针对不同的码率规定特定位置的比特不进行传输，这样就提高了编码的速率。例如，原信号经过编码后产生码率的编码信号，为了实现更高的编码速率，需要从编码后的信号中去除一些信号，以降低冗余度，提升编码效率。 49 第6章 Windows系统的安全一、信道编码Turbo码第3章 信道编码技术Turbo码是一种非常高效的编码方式，可以获得近似香农界的编码性能。Turbo码是由克劳德贝鲁（Claude Berrou）等在1993年首次提出的，它由两个并联或串联的编码器组成，并通过迭代运算实现高效的编码。turbo这个英文单词翻译过来就是涡轮的意思，Turbo码的基本原理就是采用双设备机制，并利用信息交换机制优化产生新的信息序列。为达到不同的编码速率，将会运用到打孔的技术。打孔的基本思想是采用相同的编码器进行编码，
