信道编码进展

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1、现代通信新技术讲座——信道编码周世东zhousd@tsinghua.edu.cn提要•有关信道编码背景的简述–信道编码的范畴，与差错控制的关系–信道类型——数字与模拟–适应性——信源适应性与信道适应性–编码的理想目标与极限•编码与信道相匹配的例子——CHESS系统•走向容量极限的努力–Turbo-code–其它逼近容量的编码：TPC、LDPC、BICM•信编信道编码的发展–自适应编码调制–多用户编码–多线多天线•小结信道编码的范畴信源信源编码译码信道信道信道编码译码数据数据链路链路信道类型——数字与模拟•数字信道，实际是上个逻辑通道–

2、如MODEM、硬盘、网络数字接口等•模拟信道，与物理介质直接相关–如电缆、光纤、无线、磁记录等等•信道类型不同，对编码的要求也不一样•通常说的差错控制严格说来只适用于数字信道适应性——信源及信道适应性•信道编码应与信源相匹配–主要指标有延时、通过率、可靠性等级（不等保护码）等等•信道编码更应与信道相匹配–信道恶劣程度、随机或突发……•除此之外，还应尽可能做到随信源和信道的变化自适应地变化信道编码的理想目标与极限•目标：实现可靠的数据传输•主要指标：编码效率、延时、误码率等•仙农信道编码定理：当信息速率小于信道容量时，总存在一种信道编码

3、使得出错概率任意的低。–它是不考虑编码长度情况下的极限，不适合于短信息和短编码延时的情况信道编码研究的问题和思路•信道编码研究的两个问题–向仙农极限进军，寻找有限运算量可译的类随机长码–在给定码长的情况下，寻找对应于特定信道的最佳码及相应的译码方法•目前对待编码设计的基本思路–特定码结构的码集合中寻找好码–寻找适合特定译码算法的好码•结合信道特点，进行针对性的设计相关跳频增强扩频系统——CHESS系统原理•短波信道的特点：衰落、色散、时变、干扰大、频窗小•提高数传速率的传统方法：OFDM或时域均衡•解决频窗小的新方法：不连续频率的MF

4、SK•解决码间串扰的方法：MFSK的频率集快跳（每符号一跳）CHESS系统原理（续）•提供编码增益的方法：差分相关跳频fk+1=Mk+1(fk,dk+1)k-1kk+10k+2•实现方法：FFT1000•自适应频率集选取110101101走向容量极限的努力——Turbo-code•Turbo-code的提出与性能•基本译码算法及性能解释•特点与应用前景•其它类型的turbo-code历史背景•级联码信信息数据息数据外码外码内码内码编编码输出码输出•软判决译码交织器编码编码•软输出译码编码器编码器接收信号内码外码译码输出解交织译码译码译

5、码器迭代译码条件C1=f(x),外码C2=g(C1),内码•外码译码输出要与内码输入直接相关联，系统码•消除正反馈，同一信息不能反复使用编码器结构信息数据复编码器1编码输出开关接单单元元器交织器交织器编码器编码器2译码器结构外信息Z2k解交织外信息Z译码输出1k交织软输软输校验序列y校验序列y1k出译2k出译判决器码器码器1似然值L2信息符号1k交织序列x似然值Lk2k()Pr⎧N,N,N⎫z1kk(d)=P⎨dkxxzz1kk212y11⎬⎩⎭⎧NNN⎫z2k(dk)=Pr⎨dkx1xk,z11z1k,y21⎬⎩⎭流水线

6、译码结构zz1k解2k软输软输交出译交出译织译码译码译码码器码器织码器码器输出输出12判单元单元决2Lxky1k延时延时y2k译码单元1编码与性能非递归卷积码递归卷积码信息位长100bit时不同约束长度下1/3效率turbo-code的联合限性能与特点码1交解织交织码2•接近理论极限•不求最短码距，而是距离分布•充分利用软信息•性能增益取决于交织长度•编译码延时较大其它逼近容量的编码•Turbo乘积码•低密度检验码LDPC•比特交织编码调制BICM-IDTurbo乘积码•每行独立分组码•每列独立分组码•对行校验位进行列校验•逐行软输出

7、译码•逐列软输出译码•迭代译码•便于并行译码•在高码率时可以逼近信道容量极限低密度检验码LDPC•根据校验矩阵设计分组码•校验矩阵的作用–验证一个码字是否为许用码字–在硬判决译码时，产生伴随式，使得我们可以根据伴随式所对应的陪集首来确定最可能发生的错误图案–分析伴随式的作用：•用校验矩阵的每一行（不同的约束）来检验接收码字（成功或失败）•用不同约束的检验结果（成功或失败）综合出错误图案或译码结果•低密度校验码：校验矩阵中非零元素分布稀疏的码LDPC的译码步骤•先根据校验矩阵每一行对非零元对应接收符号的约束，得到相关位的软输出•对每一列

8、（相当于编码序列中的某一位）中非零元对应的行校验软输出进行合并，得到该位的列软输出•反复迭代以获得增强的译码信息•当然上述迭代要设法避免正反馈LDPC的设计•目前的基本设计方法主要也还是靠计算机搜索•近年来也提出了一些构