文档介绍：信道编码概述
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本章节教学内容、基本要求、重点与难点
1. 教学内容:
信道编码的概念与分类。
错误概率与其计算方法。
四种差错控制的方法。

2. 教学基本要求:
了解信道编码和概念以及相关物理量的含义。
掌握编码与译码的原理。
会进行错误概率的计算。
3. 重点与难点:
错误概率的计算
译码的方法。
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信道编码定理:若有一离散无记忆平稳信道,其容量为C,输入序列长度为L,只要待传送的信息率R<C,总可以找到一种编码,当L足够长时,译码差错概率Pe<ε,ε为任意大于零的正数。反之,当R>C时,任何编码的Pe必大于零,当L→∞,Pe→1。
定理指出:在编码速率小于信道容量的条件下,通过编码可以使译码错误概率任意小,从而达到可靠通信。给出的结果只说明存在一种编码方式。其误码率随着码长n的增长趋于任意小。但它没有告诉我们如何构造实际上可实现的、具有上述性能的这类码的方法。
信道编码:就是为解决这一问题而产生的学科,它的目的是寻找在实际上易于实现且能达到有效而可靠通信的编译码方法。
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信道编码的目的是为了改善数字通信系统的传输质量。由于实际信道存在噪声和干扰,使得发送的码字与经信道传输后所接收的码字之间存在差异,这种差异称为差错。信道噪声、干扰越大,码字产生差错的概率也就越大。
在有记忆信道中,噪声、干扰的影响往往是前后相关的,错误是成串出现的,在编码中称这类信道为突发差错信道。实际的衰落信道、码间干扰信道均属于这类信道。
有些实际信道既有独立随机差错,也有突发性成串差错,我们称它为混合信道。
从信道编码的构造方法看,信道编码的基本思路是根据一定的规律在待发送的信息码中加入一些人为多余的码元,以保证传输过程可靠性。信道编码的任务就是构造出以最小多余度代价换取最大抗干扰性能的“好码”。
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传输速率
码元传输速率/波特率/调制速率:每秒钟通过信道传输的码元数。单位是波特(Baud)。
比特率/比特传输速率:每秒钟通过信道传输的信息量。单位是比特/秒(bit/s)。
这两种传输速率的定义不同,它们都是衡量系统传输能力的主要指标。
码元:携带数据信息的信号单元。
二进制:每个码元的信息含量为1比特,二进制的波特率与比特率在数值上是相等的。
M进制:每一个码元的信息含量为 log2M。如果码元传输速率为 rs 波特,相应的比特率 rb 为
rb = rs log2M (bit/s)
信道编码通信系统的主要技术指标
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差错率
码元差错率:指在传输的码元总数中发生差错的码元数所占的比例(平均值),简称误码率。
比特差错率/比特误码率:指在传输的比特总数中发生差错的比特数所占的比例(平均值)。在二进制传输系统中,码元差错率就是比特差错率。
码组差错率:指在传输的码组总数中发生差错的码组数所占的比例(平均值)。
根据不同的应用场合对差错率有不同的要求。
在电报传送时,允许的比特差错率约为10-4~10-5;
计算机数据传输,一般要求比特差错率小于10-8~10-9;
在遥控指令和武器系统的指令系统中,要求有更小的误比特率或码组差错率。
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可靠性
可靠性是衡量传输系统质量的一项重要指标,工程中经常用平均无故障间隔时间来衡量。
信息传输/存储所遇到的主要的问题是传输可靠性的问题。
在传输过程中产生不同差错的原因:传输过程中干扰不同。
有两种途径降低误码率以满足系统要求:
1. 降低信道本身引起的误码率:①选择合适的传输线路:如电缆线路优于明线线路,光缆优于电缆;②改进传输线路的传输特性或增加发送信号功率:如进行相位和幅度均衡以改进线路的群延时和幅频特性,增加中继放大器。在无线信道中,可以增加发射机功率、利用高增益天线、低噪声放大器等方法改善信道;③选用潜在抗干扰性较强的调制解调方案。
2. 采用信道编码,在数字通信系统中增加差错控制设备。
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信道编码的性能指标
编码率(编码效率、码率)
编码增益
编码延时
编、译码器的复杂度
功率损耗
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在某些情况下,信道的改善可能较困难或者不经济,这就要求采用信道编码,以满足系统差错率的技术指标要求。
信源:可以是人或机器(例如计算机、传感器);
信源编码器:将信源输出变换成信息序列,并对信息进行压缩;
信道编码器:对信息序列增加冗余位,以提高传输的可靠性;
调制器:把输入消息序列变换为适合于实际信道传输/存储的信号波形;
传输信道/存储媒介:有线和无线。
解调器:其输入信号一般是受到干扰的混合波形,解调器的任务就是从有用信号和干扰的混合波形中恢复有用的信号。由于干扰的作用,解调器的输出信号不可