信道编码的发展史报告.ppt

凭着电机工程师的经验，他们发现在电子学中经常用到的反馈概念似乎被数学家们忽略。也许反馈能够使我们绕过计算复杂性问题，于是他们就设计了一套新的办法。 首先他们摈弃了“纯粹”的数字化概念。在典型的数字化方法中，总是先把某一电平设定为阈值。信号电平高于这一阈值就判决为“1”，低于就判决为“0”。在Turbo码解码过程中，某一特定比特的电平被量化为整数，例如从-127 到+127。其数值就作为判决该比特为“1”或“0”的可置信度的度量（例如-110意味该比特非常非常可能是“0”，而+40意味该比特也许是“1”但把握不大）。 信道编码的发展· Turbo码 ;.; * 其次，与其他系统不同，Turbo码系统在发射端和接收端分别设置两个编码器和解码器。其中一对编解码器对特定的一段比特流进行奇偶校验码的加入和校验计算，另一对编解码器则在同一段码流经过交织扰动后对其进行上述同样操作。 Turbo编码器结构。Turbo码编码器是由两个或多个反馈的系统卷积码编码器通过一个随机交织器并行连接而成，编码后的校验位经过删余矩阵，从而产生不同码率的码字。 信道编码的发展· Turbo码 ;.; * 由于这两段码流包含同样的数据，如果没有信道噪声，解码结果应该一致。但在噪声干扰下两组结果会产生差别。通过上述对比特判决的可置信度信息的帮助，把这两组结果彼此参照，可以得出第一次近似的结果。把这一结果“反馈”到解码器前端，再进行迭代，经过几次迭代两个解码器的结果就会互相接近（收敛）。这样就绕过了计算复杂性问题。 信道编码的发展· Turbo码 ;.; * 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。 信道编码的发展· Turbo码 ;.; * 信道编码的发展· Turbo码 ;.; * 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 12 100 信道编码的发展史 ;.; * 信道编码 信道编码，也叫差错控制编码，是所有现代通信系统的基石。 所谓信道编码，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。 信道编码 这些加入的冗余信息就是纠错码，用它来对抗传输过程的干扰。 信道编码 1948年，现代信息论的奠基人香农发表了《通信的数学理论》，标志着信息与编码理论这一学科的创立。根据香农定理，要想在一个带宽确定而存在噪声的信道里可靠地传送信号，无非有两种途径：加大信噪比或在信号编码中加入附加的纠错码。 信道编码的发展· 香农定理 但是，香农虽然指出了可以通过差错控制码在信息传输速率不大于信道容量的前提下实现可靠通信，但却没有给出具体实现差错控制编码的方法。 1949年，R.Hamming 和 M.Golay提出了第一个实用的差错控制编码方案。 信道编码的发展· 香农定理 ;.; * 受雇于贝尔实验室的数学家R.Hamming将输入数据每4个比特分为一组，然后通过计算这些信息比特的线性组合来得到3个校验比特，然后将得到的7个比特送入计算机。计算机按照一定的原则读取这些码字，通过采用一定的算法，不仅能够检测到是否有错误发生，同时还可以找到发生单个比特错误的比特的位置，该码可以纠正7个比特中所发生的单个比特错误。这个编码方法就是分组码的基本思想，Hamming提出的编码方案后来被命名为汉明码。 信道编码的发展· 汉明码 ;.; * 汉明码的编码效率比较低，它每4个比特编码就需要3个比特的冗余校验比特。另外，在一个码组中只能纠正单个的比特错误。 M.Golay研究了汉明码的缺点，提出了Golay码。 Golay码分为二元Golay码和三元Golay码，前者将信息比特每12个分为一组，编码生成11个冗余校验比特，相应的译码算法可以纠正3个错误；后者的操作对象是三元而非二元数字，三元Golay码将每6个三元符号分为一组，编码生成5个冗余校验三元符号，这样由11个三元符号组成的三元Golay码码字可以纠正2个错误。 信道编码的发展· Golay码 ;.; * Elias在1955年提出的卷积码使得无线通信性能有了跳跃式的发展，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。 通常卷积码记为(n,k,N)码。卷积码的编码过程是连续进行的