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  • 信道编码

    2020-06-20 17:17:10
    一般可以将信道编码方法分为两大类:分组码和卷积码。在分组编码中,将长度为k的二进制信道输出序列映射为长度为n的二进制信道输入序列,因此所得到的码率就是每次传输k/n比特。这样的一种码称为(n,k)分组码,并由...

    在有噪声信道上通信将产生差错。为了减少差错的影响并实现可靠的通信,有必要使发射的序列尽量不同,以使信道噪声不会将一个序列变成另一个序列。这就意味着不得不引入某些冗余度,以提高通信的可靠性。冗余度的引入会导致额外的比特传输,从而降低传输速率。
    一般可以将信道编码方法分为两大类:分组码卷积码。在分组编码中,将长度为k的二进制信道输出序列映射为长度为n的二进制信道输入序列,因此所得到的码率就是每次传输k/n比特。这样的一种码称为(n,k)分组码,并由长度为n的2k2^k个码字组成,通常记为c1,c2,c3c2kc_1,c_2,c_3\ldots c_{2^k}。信源输出映射为信道输入是独立完成的,而编码器输出仅取决于当前长度为k的输入序列,与先前的输入序列无关。在卷积编码中,长度为k0k_0的信源输出映射为长度为n0n_0的信道输入,但是该信道输入不仅与最近的k0k_0个信源输出有关,还与前面的(L1)k0(L-1)k_0个编码器输入有关。

    简单重复码

    最简单的一种分组码是简单重复码,其中有两个消息要在二元对称上传输,对这两个消息不用0和1传输,而是用由全0和全1组成的两个序列来传输。这两个序列的长度选为某个奇数n,其编码方法如下:
    0>00001>11110->00\ldots00\\1->11\ldots 11
    译码是按照简单多数表决的方式进行的;也就是说,如果接收符号大多数是1,译码器就判决为1;如果接受符号大多数是0,译码器就判决为0。
    如果接收到的传输符号至少有(n+1)/2个是错误的,就会发生差错。因为信道是交叉概率为c的二元对称信道。要想将差错降为0,就要增加利用信道的次数,因此传输速率将降为0。

    线性分组码

    线性分组码是最重要和应用最广泛的一类分组码。如果任意两个码字的线性组合还是一个码字,这种分组码就是线性的。在二进制情况下,这就意味着任意两个码字的和还是一个码字。在线性分组码中,码字形成n维空间的一个k维子空间。线性分组码是利用它们的生成矩阵G来描述的,它是一个k*n的二进制矩阵,以使每个码字c都能写成如下形式:
    c=uGc=uG
    其中,u是长度为k的二进制数据序列(编码器输入)。很显然,长度为n的全0序列总是(n,k)线性分组码的一个码字。
    线性分组码的一个重要参数就是最小码距,它决定了该码的纠错能力,定义为任意两个码字之间的最小Hamming距离。码的最小距离表示为dmind_{min},即有
    dmin=mini!=jdH(ci,cj)d_{min}=min_{i!=j}d_H(c_i,c_j)
    对于线性码,最小距离等于码的最小权重,定义为
    wmin=minci!=0w(ci)w_{min}=min_{c_i!=0}w(c_i)
    也就是说,在任何非零码字中1的最少个数。
    如果生成矩阵具有G=[IkP]G=[I_k|P]那么线性分组码就具有规则形式,其中,IkI_k代表kkk*k的单位矩阵,而P代表k(nk)k*(n-k)的矩阵。在一个规则码中,一个码字的前k个二进制符号是信息比特,而余下的n-k个二进制符号是奇偶校验符号。
    码字的奇偶校验矩阵是一个任意(n-k)*n维二进制矩阵H,使得对全部码字c有cHT=0cH^T=0显然GHT=0GH^T=0并且,如果G具有规则形式,则H=[PTIk]H=[P^T|I^k]

    Hamming码

    Hamming是最小距离为3的(2m1,2mm12^m-1,2^m-m-1)线性分组码,并且有一个简单的奇偶校验矩阵。奇偶校验矩阵是m(2m1)m*(2^m-1)的矩阵,除去全0序列以外,用长为m的所有二进制序列作为它的列。例如,对于m=3,有一个(7,4)码,它的规则形式的奇偶校验矩阵为
    在这里插入图片描述

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  • 题目基于 MATLAB 的通信系统仿真 信道编码对通信系统性能的影响 专业 通信工程 姓名崔校通 学号 201300484316 日 期 : 2016.12.22 信道编码结课论文 目录 1 信道编码结课论文 基于 MATLAB 的通信系统仿真 信道编码对...
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    论信源编码与信道编码

    李希夷

    201110404107

    摘要:

    如今社会已经步入信息时代,在各种信息技术中,信息的传输及通信起着支撑

    作用。而对于信息的传输,数字通信已经成为重要的手段。而在数字通信系统

    中,信源编码和信道编码在信息的传送过程中起到了至关重要的作用,这要求

    我们对信源编码和信道编码的了解和认识有更高的层次。

    关键词:

    信息传输

    数字通信

    信源编码

    信道编码

    正文:

    一.信源编码和信道编码的发展历程

    信源编码:

    最原始的信院编码就是莫尔斯电码,另外还有

    ASCII

    码和电报码都是信源

    编码。

    但现代通信应用中常见的信源编码方式有:

    Huffman

    编码、

    算术编码、

    L-Z

    编码,这三种都是无损编码,另外还有一些有损的编码方式。信源编码的目标

    就是使信源减少冗余,更加有效、经济地传输,最常见的应用形式就是压缩。

    相对地,信道编码是为了对抗信道中的噪音和衰减,通过增加冗余,如校验码

    等,来提高抗干扰能力以及纠错能力。

    信道编码:

    1948

    Shannon

    极限理论

    1950

    Hamming

    1955

    Elias

    卷积码

    1960

    BCH

    码、

    RS

    码、

    PGZ

    译码算法

    1962

    Gallager LDPC

    (

    Low Density Parity Check

    ,低密度奇偶校验)码

    1965

    年B-

    M

    译码算法

    1967

    RRNS

    码、

    Viterbi

    算法

    1972

    Chase

    氏译码算法

    1974

    Bahl MAP

    算法

    1977

    IMaiBCM

    分组编码调制

    1978

    Wolf

    格状分组码

    1986

    Padovani

    恒包络相位/频率编码调制

    1987

    Ungerboeck

    TCM

    格状编码调制、

    SiMonMTCM

    多重格状编码调制、

    WeiL.F.

    多维星座

    TCM

    1989

    Hagenauer SOVA

    算法

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  • 什么是信道编码信道编码比较

    万次阅读 多人点赞 2018-11-23 14:24:20
    消除干扰,让无线信号更干净,这本是信道编码技术的初衷。然而,最近网络上这场“Polar码投票”闹剧,无中生有地添加杂质,与所议论的技术之本质背道而驰,若Polar码也有血肉之躯,此君情何以堪?香农前辈若在世,也...

            消除干扰,让无线信号更干净,这本是信道编码技术的初衷。然而,最近网络上这场“Polar码投票”闹剧,无中生有地添加杂质,与所议论的技术之本质背道而驰,若Polar码也有血肉之躯,此君情何以堪?香农前辈若在世,也会笑话我们吧?         

            2016年11月3GPP会议上,华为及其他55家公司(包括联想和摩托罗拉移动)基于广泛的性能评估和分析比较,联合提出Polar码作为控制信道的编码机制并获得通过,联想及其旗下摩托罗拉移动针对该方案的投票都是赞成票。如同Polar码的本质,消除杂质干扰,还一片明亮干净。我们今天就来聊一聊Turbo、LDPC、Polar等信道编码技术那些事,让我们在一段波澜壮阔的信道编码史中去找回技术的初心。

    什么是信道编码?

            当我们拿起手机刷朋友圈时,数据通过无线信号在手机和基站间传送。由于无线信号是敏感而脆弱的,易受干扰、弱覆盖等影响,发送的数据和接收到的数据有时候会不一致,比如手机发送的1 0 0 1 0,而基站接收到的却是1 1 0 1 0,为了纠错,移动通信系统就引入了信道编码技术。

            在上个世纪40年代以前,人们认为只有通过增加发射功率和重传的方式,才能减少这种通信错误。直到1948年香农提出了伟大的香农定理,人们才认识到,可以通过信道编码的方式来实现可靠通信。

            所谓信道编码,也叫差错控制编码,就是在发送端对原数据添加冗余信息,这些冗余信息是和原数据相关的,再在接收端根据这种相关性来检测和纠正传输过程产生的差错,从而对抗传输过程的干扰。

            但是,香农前辈虽然指出了可以通过差错控制码实现可靠通信的理论参考,但却没有给出具体实现的方法。于是,人们开始研究编码方案,不断逼近香农极限。

    信道编码简史

            人类在信道编码上的第一次突破发生在1949年。R.Hamming和M.Golay提出了第一个实用的差错控制编码方案——汉明码。

    汉明码每4个比特编码就需要3个比特的冗余校验比特,编码效率比较低,且在一个码组中只能纠正单个的比特错误。

    随后,M.Golay先生研究了汉明码的缺点,提出了Golay码。

    Golay码在1979~1981年间被用于美国国家航空航天局太空探测器Voyager的差错控制系统,将成百张木星和土星的彩色照片带回地球。

    Golay码之后是一种的新的分组码——RM码。在1969年到1977年之间,RM码广泛应用于火星探测,同时,其快速的译码算法非常适合于光纤通信系统。

    RM码之后人们又提出了循环码的概念,也叫循环冗余校验(CRC)码。循环码也是分组码的一种,其码字具有循环移位特性,这种循环结构大大简化了编译码结构。

    不过,以上编码方案都是基于分组码实现,分组码主要有两大缺点:一是在译码过程中必须等待整个码字全部接收到之后才能开始进行译码,二是需要精确的帧同步,从而导致时延较大、增益损失大。

    直到卷积码的出现,改善了分组码的缺点。归功于卷积码,在接下来的10年里,无线通信性能得到了跳跃式的发展。

    ▲Elias于1955年提出卷积码

            卷积码与分组码的不同在于:它充分利用了各个信息块之间的相关性。在卷积码的译码过程中,不仅从本码中提取译码信息,还要充分利用以前和以后时刻收到的码组,从这些码组中提取译码相关信息,而且译码也是连续进行的,这样可以保证卷积码的译码延时相对比较小。

    尽管卷积码让通信编码技术腾飞了10年,但终究还是遇到了瓶颈——“计算复杂性”问题。

    还好,这个世界有一个神奇的摩尔定律。得益于摩尔定律,编码技术在一定程度上解决了计算复杂性和功耗问题。而随着摩尔定律而来的是,Viterbi于1967年提出的Viterbi译码算法。

    Viterbi译码算法提出之后,卷积码在通信系统中得到了极为广泛的应用,如GSM、 IS-95 CDMA、3G、商业卫星通信系统等。

    但是,随着通信技术的飞速发展,“计算复杂性”依然是一道迈不过的墙,专家们苦苦思索,试图在可接受的计算复杂性条件下设计编码和算法,以提高效率,但其增益与香农理论极限始终都存在2~3dB的差距。

    正在专家们一筹莫展之时,奇迹出现了。

    1993年,两位当时名不见经传的法国电机工程师C.Berrou和A.Glavieux声称他们发明了一种编码方法——Turbo码,可以使信道编码效率接近香农极限。

    C.Berrou

    一开始,大家都是持怀疑态度的,甚至懒得去理睬这两个小角色,这么多数学家都没能突破,你两个小小的机电工程师也敢宣称接近香农极限?忽悠吧?

    但是,这两位法国工程师正是绕过数学理论,凭借其丰富的实际经验,通过迭代译码的办法解决了计算复杂性问题。 

    ▲Turbo码的译码器有两个分量码译码器,译码在两个分量译码器之间进行迭代译码,故整个译码过程类似涡轮(turbo)工作,所以又形象的称为Turbo码。

    Turbo码的发明又一次开创了通信编码史的革命性时代。

    随后,全世界各大公司开始聚焦于Turbo码研究。Turbo码也成为了3G/4G移动通信技术所采用的编码技术,直到今天4.5G,我们依然在采用。

    但是,由于Turbo码采用迭代解码,必然会产生时延,所以对于实时性要求很高的场合,对于即将到来的超高速率、超低时延的5G需求,Turbo码又遇到瓶颈,因此,在5G时代就出现了Polar码和LDPC码之争。

    5G:LDPC和Polar码闪亮登场

    先来看看5G KPI

    如上图,5G与4G至少有三大不同:

    ①4G面向单一的MBB场景,即手机的移动宽带业务;而5G面向eMBB、eMTC和URLLC三大场景,即5G面向万物互联,要应对AR、VR、车联网、工业4.0、智慧城市等各种应用,较之3/4G只有语音和数据业务,5G繁忙多了。

    ②4G的峰值速率为1Gbps,而5G的峰值速率高达20Gbps。

    ③4G的用户面时延为5ms,而5G的用户面时延要低至0.5ms(URLLC)。

    经过这么一对比,问题就来了。5G的峰值速率是LTE的20倍,时延是LTE的1/10,这就意味着5G编码技术需在有限的时延内支持更快的处理速度,比如20Gbps就相当于译码器每秒钟要处理几十亿bit数据,即译码器数据吞吐率比4G高得多。

    越高的译码器数据吞吐率就意味着硬件实现复杂度越高,处理功耗越大,而译码器是手机基带处理的重要组成部分,占据了近72%的基带处理硬件资源和功耗,因此,要实现5G应用落地,选择高效的信道编码技术非常重要。

    3GPP必须对编码技术的选择反复讨论,严谨把关,绝非像一些文章中所透露的那般拉选票似的顺便。

    同时,由于5G面向更多应用场景,对编码的灵活性要求更高,需支持更广泛的码块长度和更多的编码率。比如,短码块应用于物联网,长码块应用于高清视频,低编码率应用于基站分布稀疏的农村站点,高编码率应用于密集城区。如果大家都用同样的编码率,这就会造成数据比特浪费,进而浪费频谱资源。

    于是乎,两大新的优秀的编码技术进入5G编码标准的法眼:LDPC和Polar码,都是逼近香农极限的信道编码。

    LDPC码是由MIT的教授 Robert Gallager在1962年提出,这是最早提出的逼近香农极限的信道编码,不过,受限于当时环境,难以克服计算复杂性,随后被人遗忘。直到1996年才引起通信领域的关注。后来,LDPC码被WiFi标准采纳。

    LDPC有啥优势呢?LDPC基于高效的并行译码构架实现,其译码器在硬件实现复杂度和功耗方面均优于Turbo码。

    ▲Turbo码和LDPC码功耗比较,来源5G Forum

    Polar码是由土耳其比尔肯大学教授E. Arikan在2007年提出,2009年开始引起通信领域的关注。尽管Polar提出较晚,但作为已经被理论证明可达到香农极限的编码方案,自发明以来,业内已在译码算法、速率兼容编码方案和硬件实现上做了大量的研发工作。

    Polar码有啥优势呢?Polar码兼具较低的编码和译码复杂度,不存在错误平层(error floor)现象,误帧率(FER)比Turbo低得多,Polar码还支持灵活的编码长度和编码速率,各方面证明比Turbo码具备更优的性能。

    ▲Turbo码和Polar码FER比较,来源5G Forum

    因此,最后3GPP在5G时代抛弃了Turbo码,选择了LDPC为数据信道编码方案,Polar为广播和控制信道编码方案。

    那么,为何3GPP同时选择了LDPC码和Polar码呢?这背后有“不把鸡蛋放在同一个篮子”的因素,也有“One code does not fit all”的因素。

    首先,华为不会孤注一掷投入Polar码,高通也不会孤注一掷投入LDPC码,各家公司都会在不同的候选技术上投入,不会把鸡蛋放在同一个篮子里。其次,各种编码方案的优缺点不同,需对其硬件实现复杂度、功耗、灵活性、成熟度等进行综合考量,One code does not fit all,没有“一刀切”的处方。

    让技术回归技术,少一点杂音,我们的5G才会走得更稳。

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  • 数字电视为何采用信源编码和信道编码?信源编码主要是解决图片信号的压缩和保存问题,信道编码主要是解决图片信号的传输问题。信源编码和信道编码都采用的MPEG2技术采用信源编码可以有效的利用有限的宽带:图像信号的...

    数字电视为何采用信源编码和信道编码?

    信源编码主要是解决图片信号的压缩和保存问题,信道编码主要是解决图片信号的传输问题。

    信源编码和信道编码都采用的MPEG2技术

    采用信源编码可以有效的利用有限的宽带:图像信号的数据量大, 如不进行压缩, 数字电视信号就无法实时传送, 而压缩的主要方式就是除去冗余信号。所谓冗余信号是指那些与信息无关的或对图像质量影响不大的多余部分,这就是MPEG - 2 图像压缩的原理。

    (1)空间冗余。一幅图像由数十万个像素组成,相邻两个甚至几个像素之间有很大的相似性(或称相关性), 在传送时会出现连续传送许多相同数据的情况, 称之为空间冗余, 利用某种编码方法(如正交变换编码), 去掉空间上的冗余信息, 减少传输和记录码率。

    (2)时间冗余。电视图像也有很强的时间相关性, 对于25帧/ s的图像来说,通常情况下前一帧图像和后一帧图像的差别很小, 大部分画面内容相同, 这表明相邻两幅图像的相关性非常大, 而图像之间相隔较远时, 其图像的相关性才逐步减小, 而且这种相关性很强的图像变化时一般都是有规律的,也就是说每一幅图像的变化是可预测的。利用图像的时间冗余特性,把图像信号在时间上的冗余信息去掉, 也可以减小传输和记录码率。

    (3)统计冗余。图像和声音信号数字化后遵循一定的统计规律, 如在图像预测编码系统下, 当前像素信号的预测值是由前几个相邻像素值或该像素在前一段上的时间值预测出来的。根据图像的空间相关性和时间相关性可知预测误差小的信号出现的概率大,相反则出现概率小。采用统计编码的方法, 对出现概率大的小误差信号值用短码, 而对出现概率小的大误差信号值用长码, 这样就去掉了信号在统计上的冗余信息。

    (4)知觉冗余。人的视听器官都具有某些不敏感性。知觉冗余是指处于人们视觉和听觉分辨力不敏感或达不到的视音频信号, 对这些无关紧要的信息给与较大的失真处理, 人们并不会明显地感到图像和声音质量的降低,甚至毫无觉察。因此在编码时可以分长码和短码来对不同的内容进行编码, 这叫作有所为和有所不为, 从而达到减小码率的目的。

    信道编码:提升信号传输的可靠性:由于数字信号具有很复杂的频率成分,频率特性也很不相同,直接传输会产生误码,降低可靠性。信道编码就是针对这种情况而提出的,信道编码传输的图像信号适应传输信道对频率特性的要求,抑制信道噪声对信号的干扰。

    主要实现方式:

    伪随机序列进行扰码

    奇偶校验码

    卷积交织码

    里德-所罗门码

    展开全文
  • 信道编码综述

    2018-06-01 23:03:29
    随着现代通信技术和计算机技术的迅速发展,每天都在不断涌现新的通信业务和信息业务,同时用户对通信质量、数据传输...随着信道编码理论和数字通信技术不断发展,信道编码技术会在通信工程领域得到越来越广泛的应用。
  • 个人认为是信道编码,因为编码效率降低.但是老师认为是信源编码,郁闷.我好想没有看到信源编码有hdb3编码的.大侠举手之劳帮个忙,谢谢.信源编码和信道编码是物理层的概念。我个人认为hdb3时链路层的概念。所以都不是。...
  • 信道编码简介

    2018-10-26 17:15:29
    信道编码,也叫差错控制编码,是所有现代通信系统的基石。几十年来,信道编码技术不断逼近香农极限,波澜壮阔般推动着人类通信迈过一个又一个顶峰。5G到来,我们还能突破自我,再创通信奇迹吗?
  • 信道编码定理

    2016-02-16 14:20:46
    信道编码定理的slide,深入浅出的介绍了信道编码定理
  • 信道编码RS

    2019-03-27 23:05:27
    完成信道编码RS码的实现仿真源代码,注释清晰,亲测可靠。 是你学习入门和工程应用的利器。
  • 11.2、11.3信源及信道编码.ppt* 第11章 数字电视原理 音频信号压缩编码 信道编码的必要性、目的及编码框图 纠错原理 数字信号的调制与解调 教学重点: 信道编码、调制与解调。 教学难点: 信道编码、调制与解调。 ...
  • 信道编码:BCH码学习

    2018-06-29 17:15:04
    信道编码:BCH码学习信道编码:BCH码学习信道编码:BCH码学习信道编码:BCH码学习信道编码:BCH码学习信道编码:BCH码学习信道编码:BCH码学习信道编码:BCH码学习信道编码:BCH码学习信道编码:BCH码学习
  • 信道编码详解

    2014-11-08 14:20:57
    详细说明了信源和信道编码的原理和算法,对网络信道编码初学者有很好的帮助。
  • 信道编码论文

    2016-04-28 10:43:04
    信道编码的毕业论文,包含turbo ldpc polar等
  • 信道编码文档

    2012-12-22 13:12:32
    信道编码 信息论 通信原理 电子 电路图 信道编码
  • 信道编码科普

    2020-09-14 22:35:13
    信道编码信道编码的意义实现途径信道类型,错码特性,差错控制技术一一对应匹配检错纠错能力纠错编码类型分组码卷积码特别说明-Turbo码特别说明-LDPC码网格编码调制 信道编码的意义 在信号传输过程中,由于受到干扰...
  • 信道编码:为了保证通信系统的可靠性,可以克服信道中的噪声和干扰。 它根据某些(监督)规则向要发送的信息符号添加一些必要的(监督)符号,并使用接收端的这些监督符号和信息符号之间的监督规则来检测和纠正错误,...
  • 信源编码与信道编码

    万次阅读 多人点赞 2017-03-26 17:02:44
    信源编码和信道编码的发展历程 信源编码:  最原始的信院编码就是莫尔斯电码,另外还有ASCII码和电报码都是信源编码。但现代通信应用中常见的信源编码方式有:Huffman编码、算术编码、L-Z编码,这三种都是无损...
  • 信道编码作业

    2012-02-26 14:28:37
    信道编码作业,研究生信道编码课程作业。其中包括多点通信的信道设置。
  • 5G_NR信道编码研究

    2020-03-10 23:00:35
    信道编码是 5G 的关键技术之一, 描述了 5G 新空口(NR — — New Radio Ac- cess)的低密度奇偶校验码(LDPCC — — Low Density Parity Check Codes)和 极化码(Polar Codes)的关键技术; 通过仿真,比较了 5G...
  • 信道编码理论

    2014-05-29 23:53:54
    用于学习信道编码理论,以及对该课程复习引言(介绍信道编码技术六十多年的发展 历程及关键人物) (2课时) 基本概念与近世代数 (4课时) 线性分组码 (4课时) 卷积码与turbo码 (8课时) LDPC码 (2课时) 有限...
  • 展开全部一、信源编码62616964757a686964616fe...二、信道编码的作用:1.数字信号在传输中往往由于各种原因,使得在传送的数据流中产生误码,从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编...
  • 用于无线通信的信道编码,用matlab编写的模块用于无线通信的信道编码,用matlab编写的模块用于无线通信的信道编码,用matlab编写的模块用于无线通信的信道编码,用matlab编写的模块
  • 信源编码和信道编码

    千次阅读 2018-12-06 15:14:59
    信源编码和信道编码的发展历程 信源编码:  最原始的信院编码就是莫尔斯电码,另外还有ASCII码和电报码都是信源编码。但现代通信应用中常见的信源编码方式有:Huffman编码、算术编码、L-Z编码,这三种都是无损...
  • MATLAB信道编码实例.rar

    2020-06-07 23:38:25
    MATLAB信道编码实例.rar
  • 几种信道编码方式的编码增益比较分析

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