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1、 信道编码理论的探讨摘要 本文概述了通过信道纠错编码来抵抗噪声干扰的基本思路。首先引入了信道编码的概念，介绍并分析了信道编码的要求及工作原理；然后用节目上星来具体表示信道编码的工作方式；最后对编码增益的原理做出介绍。随着信息技术的不断发展，信道编码对抗噪声的抵抗研究必将更加体现其价值。关键词：信道编码；纠错编码；信道，上星；噪声干扰；编码增益信道编码是为了与信道的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的可靠性，而在信源编码的基础上，按一定规律加入一些新的监督码元，以实现纠错的编码。信道编码的本质是增加通信的可靠性，或者说增加整个系统的抗干扰性。纠错编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到
2、在接收端进行判错和纠错的目的。对信道编码有下列要求：（a）通透性：要求对所传信息的内容不加任何限制；（b）有与信道相适应的频谱特性；（c）有纠错能力；（d）效率高：为了与信道频谱匹配和具有纠错能力，通常要向原信号添加一些码，要求加入最少的比特数而得到最大的利益；（e）包含适当的定时信息；（f）包含适当的信号电平信息；（g）包含帧同步信息；（h）差错扩散度低。 在这些要求中，除编码的必须信息外，所做的处理主要有两条：一是要求码列的频谱特性适应通道的频谱特性，从而使传输过程中能量损失最小，提高信号能量与噪声能量的比例，减少发生差错的可能性；二是增加纠错能力，使得即便出现差错，也能得到纠正。前者要用
3、到频谱成形技术，后者则要用到检错纠错编码。信息在传输过程中经受着来自各方面的干扰，包括通信设备各个器件的缺陷和内部噪声干扰、信道中存在的各种干扰，如高频信道的衰落、天电干扰等，所有这些干扰都会影响信息的传输可靠性。若不对信息进行信道编码而直接将其送入信道，则由于其没有任何检、纠错能力而导致收端收到的信息无可靠性。信道编码大致分为两类 ：信道编码定理，从理论上解决理想编码器、译码器的存在性问题，也就是解决信道能传送的最大信息率的可能性和超过这个最大值时的传输问题；构造性的编码方法以及这些方法能达到的性能界限。信道是指传输信号的通道。但是, 经过信源编码后并不能将信号直接送到传输通道发送出去, 因
4、为数字信号在传输中受到衰减、杂波、干扰等所造成的质量劣化是突变性的 (模拟信号质量的劣化是渐变的) , 也就是说,数字信号在衰减、杂波或干扰没有低于某一门限时, 只要接收设备能判别出0码和1码, 信号质量就不会受到大的影响, 而一旦超过此门限, 接收设备判别不出0码和1码, 信号就会丢失。因此, 在数字信号传输中最重要的是防止误码, 也就是要尽量降低误码率。因此, 在数字信号传输中要在信号源的原数码序列中以某种方式加入某些作为误差控制用的数码 (即纠检错码) , 以实现自动纠错或检错的目的, 这就是信道编码或纠错编码。 由此可见, 信道编码目的了降低信号的误码率, 提高信号传输的可靠性。在我国
5、大部分上星的节目中, 都采用了前向纠错的方法 (FEC) , 即在发送端按照一定规则, 在信号数码中加入一定的控制误差用数码, 以组成具有纠错能力的码, 接收端收到后, 按预先的规则进行解码, 确定信息中有无错误, 若有错误, 确定其位置并进行纠正。在日常中, 我们使用两级编码。其中一级采 表1用R eed- so lomon 编码 (简称RS码) , 其特点是主要纠正与本组有关的误码, 且对纠正突发性误码很有效。另一级采用卷积编码, 其特点是除能纠正本组的误码外, 也纠正其它组的误码, 卷积编码可以采用不同的比率, 在DVB 标准中, 规定5种比率(即 12、23、34、56、78)。 我国
6、的北京、山西、河北等省的上星节目采用12卷积编码比率。在RS码和卷积码之间, 有一个交织器, 其主要完成信号数码序列的交织作用。因为当信号受到突发性干扰时, 不仅干扰个别字节, 而且会干扰一串字节, 造成一片数码都出错, 错误集中在一起, 可能会超出纠错码的纠错能力, 交织作用可以将错误分散开, 目的是使解码器能有效纠错, 由于在发送端进行了数码交织, 接收端就要相应地进行去交织, 恢复其本来的数码顺序。当然, 一套节目要顺利上星, 信源编码和信道编码只是其中的一部分, 信号还要经过AD转换, 复用、调制、变频、发射等环节。随道卫星技术及数字视频技术的飞速发展, 今后将会越来越多的融入到我们的
7、生活中来。在通信中信源编码、信道编码和数据编码常常同时使用1，信道编码能够使通信系统获得编码增益，从而提高通信的可靠性。通信系统通常具有给定的误码率指标要求，这一指标是系统译码后最终能达到的误码率指标要求，对应的译码前传输误码率因编码方式不同而异，一种好的信道编码方式应具有较强的纠错能力，从而允许译码前产生相对较大的误码率，对应系统传输所需的比特能量噪声密度比较小，与非编码传输相比所节省的比特能量噪声密度比就是系统所获得的编码增益。采用较强纠错能力的编码方式允许信号在传输过程中产生大于系统指标的误码率，使得系统在降低载噪比的情况下仍然能达到误码率指标要求，因此提高编码增益可以提高系统的可靠性和降低系统成本。数字信号纠错编码：数字序列在信道中传输时，由于信道衰减及噪声（随机热噪声、冲击噪声）的干扰，在接收端恢复信息序列时，将出现误码。提高信噪比可以降低误码，但提高信噪比往往受到信道带宽及信号功率的限制。技术实践表明，为了提高电视图像信号的传输质量，采用抗干扰的纠错编码也是必不可少的。结语：本文的目的是对信道编码对噪声的抵抗理论做一个简洁的探讨，以作为促进学习之用，对于更详细的编码计算方法，本文暂时不作介绍。
