第九章 差错控制编码 9.4 线性分组码 9.1 引言 9.5 循环码 9.2 纠错编码的基本原理 9.6 卷积码 9.7 网格编码调制 ● —— 主要内容 第九章 差错控制编码 9.4 线性分组码 9.5 循环码 9.6 卷积码 9.7 网格编码调制 9.1 引言 9.2 纠错编码的基本原理 9.3 常用的简单编码
9.1 引言 数字信号在传输过程中受到干扰的影响,使信号波形变坏,发生误码,可以采用一些方法解决。同时设计系统时,还要合理地选择调制、解调、发送功率等因素,采用上述措施仍难以满足性能要求,就要采用差错控制措施了。
要求在满足有效性前提下,尽可能提高数字通信的可靠性。 差错控制编码属信道编码, 要求在满足有效性前提下,尽可能提高数字通信的可靠性。 差错控制的目的是用信道编码的方法检测和纠正误码,降低误比特率。 目的
从差错控制角度来看,根据加性干扰引起的错码分布规律的不同,把信道分为三类: 随机信道、突发信道和混合信道, 对不同类型的信道,采用不同的差错控制技术。 差错控制方法常用的有以下三种: 检错重发法(ARQ) 前向纠错法(FEC) 反馈校验法
(1)检错重发法(ARQ):检错重发方式只用于检测误码,需具备双向信道。收端在接收到的信码中发现错码时,就通知发端重发,直到正确接收为止。 (2)前向纠错法(FEC):收端不仅能检测误码,还能纠正错码。这种方法实时性好,不需要反向信道,但纠错设备较复杂。 (3)反馈校验法:接收端将接收到的信码原封不动地转发回发端,并与原发送信码相比较,若发现错误,发端再重发。 三种方法可以结合使用
差错控制方式
在信息码序列中加监督码就称为差错控制编码,也叫纠错编码。 9.2 纠错编码的基本原理 在信息码序列中加监督码就称为差错控制编码,也叫纠错编码。 不同的编码方法,有不同的检错和纠错能力,监督码元越多,检(纠)错能力越强。 差错控制编码原则上是降低Rb 来换取可靠性提高。 注意
纠错码的分类 (1) 根据纠错码各码组信息元和监督元的函数关系,可分为线性码和非线性码。如果函数关系是线性的,即满足一组线性方程式,则称为线性码,否则为非线性码。 (2) 根据上述关系涉及的范围,可分为分组码和卷积码。分组码的各码元仅与本组的信息元有关;卷积码中的码元不仅与本组的信息元有关, 而且还与前面若干组的信息元有关。 (3) 根据码的用途,可分为检错码和纠错码。检错码以检错为目的,不一定能纠错;而纠错码以纠错为目的,一定能检错。
信息码元和监督码元之间有一种关系,关系不同,形成码的类型也不同。 信息码元和监督码元用线性方程组联系,所形成的码称为线性分组码,包括汉明码和循环码。
k r n 分组码 分组码一般可用(n,k)表示。其中,k是每组二进制信息码元的数目,n是编码码组的码元总位数,又称为码组长度,简称码长。n-k=r为每个码组中的监督码元数目。
简单地说,分组码是对每段k位长的信息组以一定的规则增加r个监督元, 组成长为n的码字。在二进制情况下,共有2k个不同的信息组,相应地可得到2k个不同的码字,称为许用码组。其余 2n-2k个码字未被选用,称为禁用码组。
在分组码中,非零码元的数目称为码字的汉明(Hamming)重量, 简称码重。例如,码字 10110,码重w=3。 两个等长码组之间相应位取值不同的数目称为这两个码组的汉明(Hamming)距离, 简称码距。例如 11000 与 10011之间的距离d=3。码组集中任意两个码字之间距离的最小值称为码的最小距离,用d0表示。最小码距是码的一个重要参数, 它是衡量码检错、纠错能力的依据。
码的最小距离d0直接关系着码的检错和纠错能力;任一(n,k)分组码,若要在码字内: (1) 检测e个随机错误,则要求码的最小距离d0≥e+1; (2) 纠正t个随机错误, 则要求码的最小距离d0≥2t+1; (3) 纠正t个同时检测e(≥t)个随机错误,则要求码的最小距离d0≥t+e+1。
编码效率 用差错控制编码提高通信系统的可靠性, 是以降低有效性为代价换来的。我们定义编码效率R来衡量有效性: R=k/n 其中, k是信息元的个数,n为码长。 对纠错码的基本要求是: 检错和纠错能力尽量强; 编码效率尽量高;编码规律尽量简单。实际中要根据具体指标要求,保证有一定纠、检错能力和编码效率,并且易于实现。
9.3 常用的几种简单分组码 一、奇偶监督码 奇偶监督码是在原信息码后面附加一个监督元, 使得码组中“1”的个数是奇数或偶数。或者说,它是含一个监督元,码重为奇数或偶数的(n,n-1)系统分组码。奇偶监督码又分为奇监督码和偶监督码。