通信原理第9章 差错控制编码课件.ppt

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1、第9章差错控制编码差错控制编码，又称信道编码、可靠性编码、抗干扰编码或纠错码，它是提高数字信号传输可靠性的有效方法之一。它产生于20世纪50年代初，发展到70年代趋向成熟。本章将主要分析差错控制的基本方法及纠错编码的基本原理、常用的检错码、线性分组码及卷积码的构造原理及其应用。第一节概述一、差错控制编码的作用在数字通信中，根据不同的目的，编码可分为信源编码和信道编码。信源编码是为了提高数字通信的有效性以及使模拟信号数字化而采取的编码技术。信道编码是为了降低误码率，提高数字通信的可靠性而采取的编码。数字

2、信号在传输过程中，加性噪声、码间串扰等都可能引起误码。为了提高系统的抗干扰性能，可以加大发送功率，降低接收设备本身的噪声，以及合理选择调制、解调方法等。此外，还可以采用信道编码技术。正如第一章在通信系统模型中所述，信源编码是降低信源的冗余度；而信道编码按一定的规则人为引入冗余度。具体地讲，信道编码就是在发送端的信息码元序列中，以某种确定的编码规则，加入监督码元，在接收端再利用该规则进行检查识别，从而发现错误、纠正错误。二进制数字信号在传输中发生的错误，主要有两种类型：随机错误和突发错误。随机错误的特点

3、是码元间的错误互相独立，即每个码元的错误概率与它前后码元的错误与否是无关的。突发错误则不然，一个码元的错误往往影响前后码元的错误概率。或者说，一个码元产生错误，则后面几个码元都可能发生错误。在实际信道中，上述两种错误形式往往兼而有之。移动通信的传输信道属于变参信道，它不仅会引起随机错误，而更重要的是造成突发错误。能发现错误的编码叫检错码；能纠正错误的编码叫纠错码。一般说来，纠错码一定能检错。反过来，检错码不一定能纠错。或者说，同一个码，检错能力比纠错能力强。二、差错控制方式在数字通信系统中，利用纠错码

4、或检错码进行差错控制的方式有3种：检错重发、前向纠错和混合纠错，它们的系统构成如图9-1所示，图中有斜线的方框图表示在该端检出错误。1．检错控制方式检错重发又称自动请求重传方式，记作ARQ(AutomaticRepeatRequest)。发送端发出能够发现（检测）错误的码，接收端收到通过信道传来的码后，在译码器根据该码的编码规则，判决收到的码序列中有无错误产生，如果发现错误，则通过反向信道把这一判决结果反馈给发端。然后，发端根据这些判决信号，把接收端认为有错误的信息再次传送，直到接收端认为正确接收为止

5、。从上可知，应用ARQ方式必须有一反馈信道，一般较适用于一个用户对一个用户（点对点）的通信，且要求信源能够控制，系统收发两端必须互相配合、密切协作。由于反馈重发的次数与信道干扰情况有关，若信道干扰很频繁，则系统经常处于重发消息的状态，因此这种方式传送消息的连贯性和实时性较差。该方式的优点是：编译码设备简单；在一定的多余度码元下，检错码的检错能力比纠错码的纠错能力要高得多，因此这种系统的适应性很强，特别适应于短波、散射、有线等干扰情况特别复杂的信道中。2．前向纠错方式前向纠错方式记作FEC（Forwor

6、dError-Correction)。发送端发送能够被纠错的码，接收端收到这些码后，通过纠错译码器不仅能够自动地发现错误，而且能自动地纠正接受码字传输中的错误。这种方式的优点是不需要反馈信道，能进行一个用户对多个用户的同播通信，译码实时性较好。其缺点是译码设备比较复杂，所选用的纠错码必须与信道的干扰情况相匹配，因此对信道的适应性较差。编码效率低。但由于这种方式能同播，特别适用于军用通信。3．混合纠错方式混合纠错方式记作HEC(HybridError-Correction)是FEC和ARQ方式的结合，这

7、种方式是发送端发送的码不仅能够被检测出错误，而且还具有一定的纠错能力。接收端收到码后，首先检查差错情况，如果在纠错码的纠错能力范围以内，则自动纠错，如果错误过多，超过了码的纠错能力，但能检测出来，则接收端通过反馈信道，要求发端重新传送有错的消息。这种方式具有自动纠错和检错重发的优点，并可达到较低的误码率。因此，在实际中的应用越来越广。在移动通信系统中，几乎都采用前向纠错的差错控制方式。除了上述三种主要方式以外，还有所谓狭义信息反馈系统（IRQ—InformationRepeatRequest）。这种方

8、式是接收端把收到的消息原封不动地通过反馈信道送回发送端，发送端比较发送的与反馈回来的消息，从而发现错误，并且把传错部分对应的原消息再次传送，最后达到使对方正确接收消息的目的。三、纠错码的分类１.线性码与非线性码根据纠错码各码组信息和监督元的函数关系，可分为线性码和非线性码。如果函数关系是线性的，即满足一组线性方程式，则称为线性码，否则为非线性码。线性码集合中的所有码字在加法和乘法运算时是封闭的，而非线性码则不封闭。换言之，线性码实际上就是n维线性空间的一