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  • 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...

    信道编码的意义

    在信号传输过程中,由于受到干扰影响,码元波形将变坏。接收端可能发生错误判决。乘性干扰可以考虑均衡的方法;加性干扰则需要从调制制度、解调方法、发送功率等方面考虑。仍然不能满足要求,则可以考虑差错控制措施。

    实现途径

    差错控制具体用信道编码来实现。通过在信号码元序列中增加监督码元,并利用监督码元检错和纠错。

    信道类型,错码特性,差错控制技术一一对应匹配

    按照加性干扰造成错码的统计特性不同,可以将信道分为三类:随机信道、突发信道和混合信道。每种信道中的错码特性不同,所以需要采用不同的差错控制技术来减少或消除其中的错码。差错控制技术共有4种,即检错重发、前向纠错、检错删除和反馈校验其中前三种都需要采用编码。

    检错纠错能力

    一种编码的纠错和检错能力决定于最小码距。

    纠错编码类型

    纠错编码分为分组码和卷积码两大类。

    分组码

    分组码-》线性分组码-》循环码-》
    由代数关系式确定监督位的分组码称为代数码。在代数码中,若监督位和信息位的关系是由线性代数方程式决定的,则称这种编码线性分组码。奇偶监督码就是一种最常用的线性分组码。汉明码是一种能够纠正1位码的效率较高的线性分组码。具有循环性的线性分组码称为循环码。BCH码是能够正多个随机错码的循环码。而RS码则是一种具有很强纠错能力的多进制BCH码。

    卷积码

    卷积码的监督码元不仅和当前的k比特信息段有关,而且还同前面m=(N-1)个信息段有关。它监督着N各个信息段,N代表着约束度。

    特别说明-Turbo码

    Turbo码是一种特殊的链接码。由于分组码和卷积码的复杂度随码长的增大按指数规律增长,所以为了提高纠错能力,不是单纯增大码长,而是将多种简单的编码组合成复合编码。Turbo即涡轮,其编码部分包含交织器,目的是将集中出现的突发错码分散开,变成随机错码(按列发送就将错码分散到各行);其译码器有两个分量码译码器,像涡轮一样轮回迭代。其性能接近信息论上能达到的最好性能之一。

    特别说明-LDPC码

    LDPC低密度奇偶校验码是线性分组码。其性能与Turbo码接近,非规则LDPC码的误码性能比Turbo码还好。此码在码组很长时才具有优良性能。

    网格编码调制

    纠错编码可以在不增加功率的条件下降低误码率,但代价是增大了占用带宽。(码长变长,在保证信息码传输速率不变的情况下,必然增加码元传输速率,信号频率增加,频带增加)。将纠错编码和调制结合即,网格编码调制可以同时节省功率和带宽。
    举个栗子:8PSK,每个码元可以传输3b信息;但可以只让它每个码元传输2b信息,第3b用于纠错码。此时解调和解码是一个步骤完成的,不是传统做法中先解调得到基带信号后再为纠错去解码。

    Polar码

    2007年土耳其比尔肯大学教授E. Arikan基于信道极化理论提出的一种线性信道编码方法,即Polar码。该码字是迄今发现的唯一一类能够达到香农限的编码方法,并且具有较低的编译码复杂度,当编码长度为N时,复杂度大小为O(NlogN)。Polar码理论上比Turbo码和LDPC码更能达到香农限,可以实现不同场景的5G高性能通信。

    [1]: 《通信原理》樊昌信 曹丽娜 第11章差错控制编码

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  • 从消息到信道波形或矢量的映射 了解信道编码的作用与意义,对信道编码的研究方法和成果有广泛的基本认识 特点:以概念和物理意义为主,数学推导尽量放到课外
  • 本文通过分析信道编码技术的发展现状,对其在5G 移动通信中的应用价值和意义进行了研究。同时,本文结合时代技术发展的特点,对...这些研究对5G 移动通信的应用和信道编码技术的发展有着重要的意义,有很好的现实价值。
  • 针对JPEG2000码流渐进传输特性,提出了一种多参数优化联合信源信道编码方法,即MPO-JSCC。在码率分配基础上,动态地选择Turbo码交织长度、迭代译码次数,通过优化编码器多个参数更好地执行不等差错保护策略,...
  • 最全信源信道编码讲义。绝对值,对于通信专业学生。很有意义
  • 了解信道编码的作用与意义,对信道编码的研究方法和成果有广泛的基本认识,学会应用,为进一步研究打下基础
  • 首先,给定信源符号概率,要先判断信源符号概率是否满足概率分布,即各概率之和是否为1,如果不为1就没有继续进行编码的必要,虽然任可以正常编码,但编码失去了意义。 其次,对信源符号概率进行从小到大的排序,...
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  • 信息论与纠错编码PPT

    2009-12-06 20:11:07
    纠错编码是后人沿着香农指明可行方向为寻求有效而可靠编译码方法而发展起来,主要研究在有噪信道条件下各种可行的编码方案及实施技术。 与现有各种“信息论与编码”教材相比,本教材有如下特色。 1.本书...
  • IP组播在网络视频多点传输中的意义

    千次阅读 2007-05-30 21:17:00
    由于数字视频传输大信息量和有限传输带宽,使得视频压缩编码、传输信道和网络协议选择、IP组播技术(IP Multicast)以及基于Windows 操作平台软件实现成为了基于网络数字视频传输应用中关键技术。...
    数字视频传输是人们利用视觉来获取信息的一种通信方式,它较之其它信息传递方式,具有确切性、直观性及高效率等特点。由于数字视频传输的大信息量和有限的传输带宽,使得视频的压缩编码、传输信道和网络协议的选择、IP组播技术(IP Multicast)以及基于Windows 操作平台的软件实现成为了基于网络的数字视频传输应用中的关键技术。

      对于一个以计算机网络连接的视频监控系统,一个需要解决的问题是多个站点视频监控的网络通信问题,要求做到传输时延尽可能小,尽可能少地占用现有的网络带宽,并具有较好的站点数量规模化特性。本文在分析比较单播、广播和组播工作方式的基础上,指出了IP组播技术的使用对于网络视频的多点实时传输、网络多点实时监控具有特别重要的意义,并介绍了与组播密切相关的IP地址格式。 

        一、 单播、组播、广播技术之比较

      组播技术被认为是WWW技术推广之后出现的最激动人心的网络技术之一。组播是一种允许一个或多个发送者发送单一的数据包到多个接收者的网络技术。组播源把数据包发送到特定组播组,而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。组播可以大大的节省网络带宽,因为无论有多少个目标地址,在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。 基于三种通讯方式的网络结构和数据传递过程的工作方式可以看出:

      数据信道。如果一台主机同时给很少量的接收者传输数据,一般没有什么问题。但如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时却很难实现。这将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞;为保证一定的服务质量需增加硬件和带宽。

      组播(Multicast)传输:它提高了数据传送效率。减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个物理网络,也可以来自不同的物理网络(如果有组播路由器的支持)。

      广播(Broadcast)传输:是指在IP子网内广播数据包,所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。

      广播意味着网络向子网主机都投递一份数据包,不论这些主机是否乐于接收该数据包。然而广播的使用范围非常小,只在本地子网内有效,因为路由器会封锁广播通信。广播传输增加非接收者的开销。

      目前,使用得最为广泛的组播技术是IP Multicast。IP组播技术是一种为优化使用网络资源而产生的技术,通常用于多点工作方式下的应用程序中,它是标准IP网络层协议技术的一个扩展。

      从Steve Deering于1989年提出的IETF的RFC1112“Host Extension for IP Multicast”中的定义我们可以得知:IP组播的核心思想是——通过一个IP地址向一组主机发送数据(UDP包)。发送者仅仅向一个组地址发送信息,接收者只需加入到这个分组就可以接收信息,所有的接收者接收的是同一个数据流,组中成员是动态的,可以根据自己的意愿随时随意加入或退出。每一台主机都可以同时加入到多个组中,每一个组播地址可以在不同的端口或者不同的套接字(Socket)上有多个数据流,同时许多实际应用可以共享一个组地址。IP组播技术可以有效地避免重复发送可能引起的广播风暴,并且能够突破路由器的限制,将数据包传送到其它网段。

        二、远程视频网络技术方案分析

      常规的点对点通信方式下,N个视频站点的视频传输至少要重复发送N-1次相同的数据包,发送时延大,而且随着监控站点数量增长,时延就会迅速增长。所以点对点的通信方式,不适于要求规模化、短时延的多点视频监控的网络传输。

      另一方面,广播通信在局域网上要消耗所有机器上的资源,而在广域网上,全网广播耗用网络带宽大,定向广播的通信范围则受限于某一局域网,所以广播技术只适用于不跨越物理网段的视频监控网络传输。

      一些物理网络及其软件实现技术支持有限范围内的多点投递方式,即组播。局域网组播利用物理网络保留的用于组播的地址进行多点通信。当一组机器要通信时,它们选择一个特殊的组播地址用于通信。在配置好网络接口硬件后,就能识别该组播地址,而组中的所有机器就会收到送到该组播地址上的每个分组的拷贝。由于组播在网络硬件局部(如以太网网卡)就能区分多个不同组的通信,无须软件区分,所以比广播方式更能节省主机资源。

      目前IP几乎成为数据通信和网络互连的最低一致协议,IP协议中的IP组播(IP Muticasting)对互连网络中的不同硬件组播地址进行了抽象,形成了一个可以跨越局域网的一致的组播接口,在物理网络上,能充分利用硬件的组播特性。在广域网通信上,它可以利用DVMRP、MOSPF、CBT或PIM的路由协议,能保证在一条物理链路上始终只有一个数据拷贝,从而大大节约了带宽。

      所以无论从局域网络和广域网络的通信方式看,还是从通信应用的开发一致性上看,利用IP组播来实现规模化的视频监控具有很大的优势。 

        三、IP组播技术在多点视频数据传输方面的优势

      由于数字视频在网络传输时有着很大的数据吞吐量,如果使用端对端的IP单播技术进行数字视频的多点传送,首先,视频服务器必须始终保持在侦听状态,以了解每一个动态加入的客户端的服务请求,而套接字的侦听非常消耗系统的CPU资源,过于频繁的侦听容易造成系统的不稳定,同时还会影响视频传输的实时性,造成视频在网络中传输时出现频繁抖动,最终影响视频传输的服务质量(QoS);其次,视频服务器面对不同的客户端的同一视频服务请求,需要进行重复发送,N个客户端需要占用N倍的网络带宽资源,极大地浪费了网络带宽资源,如果控制不力,还会引起广播风暴,造成系统全面崩溃。

      因此,在网络带宽环境能够无限满足视频传输需要的前提下,点对点传送和组播在性能上无本质差异,但是,这种理想状态基本上不会出现,否则除了研究网络带宽以外,其它的网络技术就失去了研究的基础和意义。我们设想在10BASE-T的局域网环境下,当只有2个或单个客户机提出视频服务请求时,二者无明显性能差异;当有3个至5个客户机提出视频服务请求时,二者之间的差异就比较显著,采用点对点传送方式的视频服务器明显已经力不从心,网络丢包和延迟比较严重,接收端视频明显滞后、不连续;当有5个以上的客户机提出视频服务请求时,就造成了广播风暴,系统处于崩溃的边缘。

      由此可见,IP组播技术在多点视频数据传输方面具有很大的优势,当某个IP站点向网络中的多个IP站点发送同一视频数据时,IP组播技术可以减少不必要的重叠发送,与多次点对点的单播(Unicast)相比,减轻了系统和网络的负担,提高了CPU资源和网络带宽的利用率,极大地改善了视频数据传输的实时性。参与通信的各主机不论是源站点还是目的站点均使用同一程序,无客户机和服务器之分,从而具有对等性。

        四、IP组播地址格式

      IP地址方案专门为组播划出一个地址范围,在IPv4中为D类地址,范围是224.0.0.0到239.255.255.255,并将D类地址划分为局部链接组播地址、预留组播地址、管理权限组播地址如下:

      局部链接地址:224.0.0.0~224.0.0.255,用于局域网,路由器不转发属于此范围的IP包。

      预留组播地址:224.0.1.0~238.255.255.255,用于全球范围或网络协议。

      管理权限地址:239.0.0.0~239.255.255.255,组织内部使用,用于限制组播范围。

      综上所述,IP组播技术比较符合多点、多网络平台和可扩展性的视频监控要求,而且可以实现跨楼宇范围的远程视频监控。由此可见,IP组播技术的使用对于网络视频的多点实时传输、网络多点实时监控具有特别重要的意义。 
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  • 虽然要了解网络编码的现有研究成果需要概率论、信息论、图论等方面的知识,但感觉似乎这些还没有达到实用程度? 下面几个问题如何解决: 1、如何不知道网络拓扑的情况下“探测”之,并应用一个最佳的网络编码方案...

    传统的网络编码研究在以一个简单的例子阐述网络编码方案可以比传统的单路径多传输1.5比特。虽然要了解网络编码的现有研究成果需要概率论、信息论、图论等方面的知识,但感觉似乎这些还没有达到实用程度?

    下面几个问题如何解决:
    1、如何不知道网络拓扑的情况下“探测”之,并应用一个最佳的网络编码方案?

    2、网络编码仅目前提出的那几种方案吗?

    3、多源传输信道有何实际意义?既然“多源”,这些源之间如何保证一致性和同步?难道应用量子纠缠的特性吗?

    如果不考虑编码性能的最优,倒是可以很自然地把网络编码与多径路由结合起来,以及现下的网状网(MeshNet)应用,看看是不是能够更好的保证端到端的传输安全?

    在多径路由的情况下,除非恶意的第三方控制了所有路由通道,否则是不可能破解加密的信息内容的。但是我想多径路由的本质上与OSI/TCPIP的分层模型是不兼容的。

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  • 近日,华为主推PolarCode(极化码)方案被国际无线标准化机构3GPP,确定为5G eMBB(增强移动宽带)场景控制信道编码方案在业界引发热议。 这是中国公司首次进入基础通信框架协议领域,对比以往2G、3G、4G时代来...

    近日,华为主推的PolarCode(极化码)方案被国际无线标准化机构3GPP,确定为5G eMBB(增强移动宽带)场景的控制信道编码方案在业界引发热议。

    这是中国公司首次进入基础通信框架协议领域,对比以往2G、3G、4G时代来看,其最大意义在于加大了中国企业在全球通信领域的话语权。不过,类似“中国标准战胜了美国标准、中国拿下5G时代霸主之位”的说法,显然有些夸大其词。

    一个编码为何会引起业界轰动?

    编码和调制是无线通信技术中最核心最深奥的部分,被称为顶级的通信技术。信道编解码在基础通信框架中位于物理层位置,其性能的改进将直接提升网络覆盖及用户传输速率。

    在此次3GPP的RAN1(无线物理层)87次会议上,确定了中国华为公司主导的Polar码作为控制信道的编码方案,美国高通公司主导的LDPC码作为数据信道的编码方案。

    早在上月葡萄牙里斯本召开的会议上,LDPC方案被确定为5G中长码编码方案。自此,5G标准又一个关键环节取得突破性进展。曾经垄断3G和4G时代编码的Turbo2.0编码由于支持者少,未来很可能会退出。至于三者有何差别,这里不一一赘述,直白来讲,Polar码在速率、延时、吞吐量、稳定性等通信技术指标和场景上表现最佳。

    有测试结果显示,通过Polar码的使用和译码算法的动态选择,同时实现了短包(大连接物联网场景)和长包(高速移动场景,如自动驾驶等低时延要求)场景中稳定的性能增益,使现有的蜂窝网络的频谱效率提升10%,还与毫米波结合达到27Gbps的速率。

    实测结果证明Polar码可以同时满足超高速率、低时延、大连接的移动互联网和物联网三大类应用场景需求。

    一时间,有关“中国标准战胜了美国标准、中国拿下5G时代霸主之位”的说法铺天盖地而来,但显然有些夸大其词。

    业内资深技术人士对腾讯科技表示,3GPP将Polar码确定为5G eMBB场景控制信道的编码方案,只是5G标准的一部分,虽说份量不小,但并不能称之为中国制定5G技术标准,接下来还有很多环节。例如帧结构、波形和多址等,只能说华为主导Polar码成为5G标准的重要角色。

    技术是第一生产力,通信技术相对复杂,但谁掌握了标准技术即拥有了话语权和制高点,自然受益匪浅。30年前,高通公司把军用的CDMA技术用于民用通信,推出了IS-95标准,成为与欧洲的GSM竞争的第二代移动通信系统,也就是我们常说的2G时代。

    2G时代,GSM取得了胜利,但高通公司主导的Viterbi译码算法让产业界相信了CDMA代表了无线通信技术的发展方向,因此3G时代,WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA都采用了CDMA技术。如今,高通的绝大部分利润就来自于基于该技术标准的专利授权。

    在3G时代,中国虽然自主研发了TD-SCDMA,但是技术上依然无法与其相提并论。即便到了4G时代,中国TD-LTE有了一定的突破,但是其核心长码编码Turbo码和短码咬尾卷积码,都不是中国原创的技术。这就导致美国高通动不动就控告中国公司侵权,索取额外专利费。

    此次华为主导推动的Polar Code码被3GPP采纳为5GeMBB控制信道标准方案,是中国在5G移动通信技术研究和标准化上的重要进展。如此来看,也就明白一个Polar码为何会在业界引起轰动了。

    高通依然是最强竞争对手

    从国家战略来看,工信部今年2月份已透露,中国与国际同步启动5G研发工作,一是建立协同工作机制。目前,中国的多个企业、高校和科研院所共同成立了IMT-2020(5G)推进组,开展5G需求、技术、频谱、标准等研究工作。

    但对比会发现,美国的运营商已早一步开始5G的有关测试、甚至进入5G试商用倒计时。Verizon在今年年初称,在年底前进入5G“预商用化因素测试”阶段,并争取在2017年实现商用化。而编码采用的则是高通主导的LDPC方案。

    “高通向来不屑3GPP,所以对3GPP的参与也是消极的,高通当年自己组建3GPP2组织就是个很好的例证。所以提前部署5G和推动相关编码以扩大规模化引起全球效应,那时3GPP也干涉不了,其在5G的话语权可想而知。”上述人士说。

    所以,中国在积极开展5G研发,这里面有很多的企业、大学投入了大量的资源,全面开展5G各领域的研发,某种程度上不排除战略上的制衡。

    根据总体的部署,中国的5G基础研发试验在2016年-2018年进行,分为5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证三个阶段进行。预计2020年中国启动5G商用。爱立信、诺基亚、华为、中兴、三星等企业已针对部分5G关键技术研制出概念样机。

    从行业来看,2016年将成5G标准的元年,与3G、4G时代的多个标准并存不同的是,5G有望实现全球统一标准,但标准中的话语权必然要争,那就要看在各个环节参与的程度,而更多技术被5G标准使用和确认必然会让企业未来拥有更多的专利储备,如同高通的专利授权,未来也可以向高通专利授权收费。

    尤其是在手机方面,获得主导权的一方必然会提升本土手机品牌的研发效率上,毕竟标准协同会更方便,甚至形成专利标准,从而提升终端不断创新。

    目前,手机行业的专利竞争日益恶化且频率加大,从年初的苹果向华为交专利费、华为起诉三星专利侵权、高通诉魅族专利侵权以及近期的OPPO、vivo侵权杜比有关音频技术被告上法庭。所以,强调专利的作用同时, 更要强调专利写入标准,如果专利写入了标准,就成为标准必要专利,一旦标准实施了,专利被侵权,便可以主张收费权利了。

    本文转自d1net(转载)

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  • 中国科技企业华为、中兴等推出的Polar码已经获eMBB控制...Polar码的意义不在技术的本身之争,在于5G标准产业链主导权的争夺战,及背后巨额专利费的争夺。据3GPP规划到2018年5G第一版技术标准将要确定,到2020年全面商用...
  • Polar码事件的意义不在于技术本身之争,其核心在于5G标准及产业链主导权的争夺,以及背后巨额专利费的博弈。根据3GPP规划,2018年5G第一版技术标准确定,2020年开始全面商用。结合无线通信板块的投资时钟,2017年有望迎来...
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    2021-03-27 21:19:35
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  • ofdmmatlab仿真程序,从信号发生到调制解调,误码率计算,也包括信道估计,插值,信道编码~对于学习通信理解OFDM原理有很强指导意义,同时也是能完成仿真试验任务。

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