【導(dǎo)讀】差錯控制編碼也稱為糾錯編碼。在實際信道上傳輸數(shù)字信號時，由于信道傳輸特性。不理想及加性噪聲的影響，接收端所收到的數(shù)字信號不可避免地會發(fā)生錯誤。擇調(diào)制解調(diào)方式，采用時域、頻域均衡，使比特誤碼率盡可能降低。許多通信系統(tǒng)中的比特誤碼率并不能滿足實際的需求。此時則必須采用信道編碼。差錯控制隨著差錯控制編碼理論的完善和數(shù)字電路技術(shù)的飛速發(fā)展，信道編碼已經(jīng)成功地應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中，并。接收端按照既定的規(guī)則。校驗信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系，一旦傳輸發(fā)生差錯，則信息碼元與監(jiān)督碼元的關(guān)系就受到破壞，從而接收端可。以發(fā)現(xiàn)錯誤乃至糾正錯誤。交織碼，卷積碼、TCM編碼、Turbo碼等都是差錯控制編碼的研究范疇。并對相關(guān)內(nèi)容進行仿真。般是由信道的加性隨機噪聲引起的。們稱之為突發(fā)信道。信道要求發(fā)送端重新發(fā)送，直到接收端檢查無誤為止。每個碼組中的1的個數(shù)都是一樣的。如我國郵電部門廣泛使用的

　　

【正文】 S 碼，中間使用了比特符號和符號比特轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換參數(shù)為每符號 4比特。信號源使用 4Hz 的 PN碼。信道中的噪聲用高斯噪聲信號源來仿真，并使用了一個放大器作為信噪比控制器。 六、 卷 積 碼 分組碼是把 k 個信息比特的序列編成 n個比特的碼組，每個碼組的 nk個校驗位僅與本碼組的 k個信息位有關(guān)，而與其他碼組無關(guān)。為了達到一定的糾錯能力和編碼效率，分組碼的碼組長度一般都比較大。編譯碼時必須把整個信息碼組存儲起來，由此產(chǎn)生的譯碼延時隨 n 的增加而增加。 卷積碼是另外一種編碼方法，它也是將 k 個信息比特編成 n 個比特，但 k 和 n通常很小，特別適合以串行形式進行傳輸，時延小。與分組碼不同，卷積碼編碼后的 n個碼元不僅與當(dāng)前段的 k 個信息有關(guān)，還與前面的 N1段信息有關(guān)，編碼過程中互相關(guān)聯(lián)的碼元個數(shù)為 nN。 卷積碼的糾錯性能隨 N 的增加而增大，而差錯率隨 N的增加而指數(shù)下降。在編碼器復(fù)雜性相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。但卷積碼沒有分組碼那樣嚴(yán)密的數(shù)學(xué)分析手段，目前大多是通過計算機進行好碼的搜索。 卷積碼的結(jié)構(gòu)和描述： 卷積碼編碼器的一般結(jié)構(gòu)形式如圖 所示。它包括：一個由 N段組成的輸入移位寄存器，每段有 k 個，共 Nk 個寄存器；一組 n 個模 2和相加器，一個由 n級組成的輸出移位寄存器。對應(yīng)于每段 k 個比特的輸入序列，輸出 n個比特。由圖可以看到， n個輸出比 特不僅與當(dāng)前的 k個輸入信息有關(guān)，還與前（ N1） k個信息有關(guān)。通常將 N 稱為約束長度，（有的書將 Nn作為約束長度）。通常把卷積碼記為：（ n， k， N），當(dāng) k=1時， N1就是寄存器的個數(shù)。 卷積碼的描述方法有兩類：圖解法和解析表示。圖解法包括：樹圖、狀態(tài)圖、網(wǎng)格圖。解析法包括：矩陣形式、生成多項式形式。由于篇幅限制，在此 對卷積碼的描述方法等內(nèi)容不作詳細介紹，感興趣的讀者請參閱參考資料 [2]的第 372－ 379頁。 卷積碼的譯碼 : 卷積碼的譯碼方法主要有兩種：代數(shù)譯碼和概率譯碼。代數(shù)譯碼是根據(jù)卷積碼的本身編碼結(jié)構(gòu)進行譯碼，譯碼時不考慮信道的統(tǒng)計特性。概率譯碼在計算時要考慮信道的統(tǒng)計特性。典型的算法如：最大似然譯碼、 Viterbi譯碼、序列譯碼等。 在SystemView 系統(tǒng)中提供了專門的卷積碼編碼和譯碼圖符，使用戶能快速地建立基于卷積碼的仿真系統(tǒng)。卷積碼編碼器的參數(shù)設(shè)置如圖 所示。在“ Output Len”欄中輸入碼長 n，即每次輸入 k 位信息位輸出的比特數(shù)。在“ Info Bits”中輸入每次編碼的信息位數(shù) k。在“ Constraint Len”欄中輸入約束長度 L。另外還需要 在“ Encode Polynomials”欄內(nèi)輸入卷 積碼的生成多項式，該多項式用 8 進制數(shù)表示。該生成多項式隨不同的約束長度和編碼效率有所不同。讀者設(shè)計時可查閱參考資料 [2]的第 381 頁的生成多項式表。如上圖中的 [2,1,7]卷積碼在編碼效率為 1/2 時的生成多項式為 (133)8(171)8。通常的數(shù)據(jù)輸出為每個采樣值對應(yīng)1 比特輸出。 卷積碼譯碼器參數(shù)輸入如圖 所示。除了碼長 n、信息位比特數(shù) k 和約束長度 L 以及對應(yīng)的生成多項式外，還要輸入“ Path Length”（路徑長度）參數(shù)，通常路徑長度要設(shè)置為編碼約束長度的 5 倍左右。除此之外還要選擇硬件判決還是軟件判決。通常軟件判決比硬件判決可多得 1－ 2dB 的增益。如果采用軟判決，還必須輸入譯碼約束長度“ No. Bits”、信噪比“ Eb/No”、信號均值“ Signal Mean”和軟判決的量化值“ Bin Size”。通常要獲得正確的譯碼，在給定譯碼約束長度和編碼約束長度時，信噪比 Eb/No需滿足一定的要求。如上圖中的 [2,1,7]卷積碼的編碼約束長度為 7，譯碼約束長度為 3，則信噪比 Eb/No應(yīng)優(yōu)于 ，我們近似設(shè)為 5dB。通常譯碼約束長度越長，對信噪比的要求就越低。有關(guān)卷積碼譯碼信噪比的參數(shù)可查閱參考資料 [2]中第 385 頁的相關(guān)表格。 圖 給出了一個實際的卷積碼仿真實驗原理圖。圖中采用（ 2， 1， 7）卷積碼編碼器和譯碼器，在輸出端使用的了硬判決和 3 比特軟判決兩種譯碼器，并使用 BER 圖符作 了比特誤碼率測試。對軟硬兩種譯碼器的譯碼性能作了比較。圖 輸出的誤碼率 — 信噪比 (BER— SNR)關(guān)系曲線的比較覆蓋圖。結(jié)果表明，軟判決的 (返回 ) 性能要優(yōu)于硬判決。 七、 交 織 編 碼 上面所述的所有糾錯編碼都是用來糾正隨機錯誤的，但在實際通信系統(tǒng)中常常存在突發(fā)性錯誤。突發(fā)錯誤一般是一個錯誤序列。糾正突發(fā)錯誤的通常采用交織編碼。交織編碼的基本思路是，將 i個能糾 t個錯的分組碼（ n， k）中的碼元比特排列成 i行 n列的方陣。每個碼元比特記作 B（ i， n）。如圖 所示，交織前如果遇到連續(xù) j個比特的突發(fā)錯誤（用陰影方塊表示）， 且 jt，對其中的連續(xù)兩個碼組而言，錯誤數(shù)已遠遠大于糾錯能力 t，因而無法正確對出錯碼組進行糾錯。交織后，總的比特數(shù)不變，傳輸次序由原來的 B（ 1， 1）， B（ 1， 2）， B（ 1， 3） ?B （ 1， n）， B（ 2， 1）， B（ 2， 2）， B（ 2， 3） ?B （ 2， n）， ??B（ i， 1）， B（ i， 2）， B（ i， 3） ?B （ i， n）轉(zhuǎn)變?yōu)?B（ 1， 1）， B（ 2， 1）， B（ 3， 1） ?B （ i， 1）， B（ 1， 2）， B（ 2， 2）， B（ 3， 2） ?B （ i， 2） ???B （ 1， n）， B（ 2， n）， B（ 3， n）， ?B （ i， n）的次序。此時因干擾或衰落引 起的突發(fā)錯誤圖樣正好落在分組碼的糾錯能力范圍內(nèi)，可以正確糾錯錯誤。通常把碼組數(shù) i稱為交織度，用這種方法構(gòu)造的碼稱為交織碼。 使用交織編碼的好處是提高了抗突發(fā)錯誤的能力但不增加新的監(jiān)督碼元，從而不會降低編碼效率。理論上交織度 i越大，抗突發(fā)錯誤的能力就越強，但是要求譯碼器的暫存區(qū)就越大，而且譯碼延時也相應(yīng)加大。因此，實際工程中會根據(jù)設(shè)計成本和系統(tǒng)的延時要求選取合適的 i。 圖 是交織編碼的仿真實驗原理圖。在進行交織編碼以前，先將數(shù)據(jù)用戈雷碼編碼器進行了糾錯編碼，然后再進行 23 行、 23 列的交織編碼。在傳輸信道上用了一個周期為 1Hz、脈寬為 100ms、幅度為 2V的方波信號模擬突發(fā)錯誤。圖 為輸入數(shù)據(jù)、解碼輸出及被干擾產(chǎn)生突發(fā)錯誤的波形覆蓋示意圖。 100ms 的突發(fā)錯誤被完全糾正。由于使用交織編碼所以應(yīng)該存在 2 倍的編碼、解碼延時，即 2 23 23個采樣。因此要觀察到一 個以上完整的反交織周期的數(shù) 據(jù)信號，系統(tǒng)的采樣點數(shù)應(yīng)該稍微設(shè)置長一些。 除此之外， SystemView 還提供了另外一個交織編碼器圖符 —— 卷積交織編碼。當(dāng)使用較短的移位寄存器時，該編碼器比上述實驗中先進行 BCH 編碼再交織的方法實時性要好，而且參數(shù)設(shè)置也相對簡單。