编码定理的证明,从离散信道发展到连续信道,从无记忆信道到有记忆信道,从单用户信道到多用户信道,从证明差错概率可接近于零到以指数规律逼近于零,正在不断完善。编码方法,在离散信道中一般用代数码形式,其类型有较大发展,各种界限也不断有人提出,但尚未达到编码定理所启示的限度,尤其是关于多用户信道,更显得不足。在连续信道中常采用正交函数系来代表消息,这在极限情况下可达到编码定理的限度。不是所有信道的编码定理都已被证明。只有无记忆单用户信道和多用户信道中的特殊情况的编码定理已有严格的证明;其他信道也有一些结果,但尚不

1.信道编码的概念

由于移动通信存在干扰和衰落,在信号传输过程中将出现差错,故对数字信号必须采用纠、检错技术,即纠、检错编码技术,以增强数据在信道中传输时抵御各种干扰的能力,提高系统的可靠性。对要在信道中传送的数字信号进行的纠、检错编码就是信道编码。

信道编码的概念

2.信道编码的类型

1、RS编码

RS码即里德-所罗门码,它是能够纠正多个错误的纠错码,RS码为(204,188,t=8),其中t是可抗长度字节数,对应的188符号,监督段为16字节(开销字节段)。实际中实施(255,239,t=8)的RS编码,即在204字节(包括同步字节)前添加51个全“0”字节,产生RS码后丢弃前面51个空字节,形成截短的(204,188)RS码。RS的编码效率是:188/204。

2、卷积码

卷积码非常适用于纠正随机错误,但是,解码算法本身的特性却是:如果在解码过程中发生错误,解码器可能会导致突发性错误。为此在卷积码的上部采用RS码块,RS码适用于检测和校正那些由解码器产生的突发性错误。所以卷积码和RS码结合在一起可以起到相互补偿的作用。卷积码分为两种:

(1)基本卷积码:

基本卷积码编码效率为,η=1/2,编码效率较低,优点是纠错能力强。

(2)收缩卷积码

如果传输信道质量较好,为提高编码效率,可以采样收缩截短卷积码。有编码效率为:η=1/2、2/3、3/4、5/6、7/8这几种编码效率的收缩卷积码。

编码效率高,一定带宽内可传输的有效比特率增大,但纠错能力越减弱。

3、Turbo码

1993年诞生的Turbo码,单片Turbo码的编码/解码器,运行速率达40Mb/s。该芯片集成了一个32×32交织器,其性能和传统的RS外码和卷积内码的级联一样好。所以Turbo码是一种先进的信道编码技术,由于其不需要进行两次编码,所以其编码效率比传统的RS+卷积码要好。

4、GSM系统中的信道编码

GSM系统把20ms语音编码后的数据作为一帧,共260bit,分成50个最重要比特、132个次重要比特和78个不重要比特。

5、IS-95系统中的信道编码

(1)正向链路上的信道编码

在IS-95系统中,正向链路上是以不同的沃尔什(Walsh)函数来区分不同的物理信道的。在用沃尔什函数进行直接扩频调制之前,要对话音数据或信令数据进行编码效率R=1/2、约束长度为K=9的信道编码。由于CDMA系统是受自身干扰的系统,各业务信道上的发射功率受到严格的限制。当系统中使用同一频率信道的用户较多时,对每个用户而言,接收信噪比就降低。所以,CDMA系统的话音编码被设计为多速率的。当接收信噪比较高时,采用较高速率的话音编码,以获得较好的接收话音质量;当接收信噪比较低时,就采用较低的话音编码速率。较低速率的话音编码数据经卷积编码后,可进行字符重复。语音编码数据速率越低,卷积编码后字符可重复的次数越多,使得在较差信道上传输的信号获得更多的保护。

(2)反向链路上的信道编码

IS-95系统中,反向链路上是用不同的长伪随机序列来区分不同的物理信道的。在用长伪随机序列进行直接扩频调制之前,要对语音数据或信令数据进行编码效率R=1/3(速率集1)或R=1/2(速率集2)、约束长度为K=9的信道编码。由于同样的原因,语音编码同样被设计为多速率的。当接收信噪比较低时。可采用较低的话音编码速率、字符重复的方法,提高在信道上传输时的抗干扰性能。

6、交织

在实际应用中,比特差错经常成串发生,这是由于持续时间较长的衰落谷点会影响到几个连续的比特,而信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才最有效(如RS只能纠正8个字节的错误)。为了纠正这些成串发生的比特差错及一些突发错误,可以运用交织技术来分散这些误差,使长串的比特差错变成短串差错,从而可以用前向码对其纠错,例如:在DVB-C系统中,RS(204,188)的纠错能力是8个字节,交织深度为12,那么纠可抗长度为8×12=96个字节的突发错误。

7、伪随机序列扰码

进行基带信号传输的缺点是其频谱会因数据出现连“1”和连“0”而包含大的低频成分,不适应信道的传输特性,也不利于从中提取出时钟信息。解决办法之一是采用扰码技术,使信号受到随机化处理,变为伪随机序列,又称为“数据随机化”和“能量扩散”处理。扰码不但能改善位定时的恢复质量,还可以使信号频谱平滑,使帧同步和自适应同步和自适应时域均衡等系统的性能得到改善。

信道编码的类型

3.信道编码的作用

信道编码是提高信息传输时的抗干扰能力以增加信息传输的可靠性的一种编码。在通信工程中,信道码也被称为数据传输码或差错控制码

信道编码的作用