【正文】 編碼思想也是分組碼的編碼思想，且這種編碼方案后來(lái)被稱之為漢明碼。由此，每組中除了含有四個(gè)信息比特，還含有三個(gè)冗余比特，它們共同組成待傳送的碼字。 1950 年 針對(duì)計(jì)算機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題編寫了使計(jì)算機(jī)能在正常運(yùn)行的過(guò)程中具備檢錯(cuò)、糾錯(cuò)性能的解決程序。到 1958 年，主要的編碼方案有漢明碼和格雷碼等。 信道編碼技術(shù)的發(fā)展歷史 1948 年香農(nóng) (Shannon)發(fā)表《通信的數(shù)學(xué)理論》這篇文章，該文章對(duì)信道編碼技術(shù)的展有著舉足輕重的作用，從此信道編碼技術(shù)的研究方向開(kāi)始變得明確。信道編碼的方式有很多，例如線性分組碼、卷積碼、 Turbo 碼等等。 信道譯碼也就是信道編碼的逆過(guò)程，即接收端將接收信息序列按照既定約束關(guān)系，同時(shí)去掉比特流在傳播過(guò)程中混入的噪聲干擾和添加的冗余，恢復(fù)比較完整、可靠的信息的過(guò)程。那么在接收端對(duì)接收到的信息序列按照既定的規(guī)則校驗(yàn)碼字各碼元的約束關(guān)系 ，從而達(dá)到檢錯(cuò)、糾錯(cuò)的目的。這些冗余碼元是以受控的方式引入，它們與信息碼元間有著相互制約的關(guān)系。實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)通信系統(tǒng)一般包含信道編碼和信道譯碼兩個(gè)模塊。導(dǎo)致了其在無(wú)線信道中傳輸過(guò)程極易受到干擾而使碼元波形變壞，所以傳輸?shù)浇邮斩撕罂赡馨l(fā)生錯(cuò)誤判決。由于信道的特性復(fù)雜，當(dāng)調(diào)制好的信號(hào)在信道里進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，必然要受到信道的影響 ，信道的影響可以分成以下三個(gè)主要方面：第一是信道本身對(duì)信號(hào)的產(chǎn)生的衰落：由于信道本身頻率響應(yīng)特性不理想，造成對(duì)信號(hào)的破壞；第二是信道中的各種噪聲，如背景噪聲，脈沖噪聲等等，這些噪聲疊加在信號(hào)上面，改變信號(hào)的幅度、相位和頻率，使信號(hào)在解調(diào)時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤；第三，是信號(hào)在傳輸過(guò)程中由于反射或沿不同路徑傳播從而帶來(lái)的疊加效應(yīng)，即多徑效應(yīng)，這會(huì)帶來(lái)時(shí)間上前后信號(hào)互相干擾。于是，在實(shí)際通信的應(yīng)用中，采比較折中的方式，可在確?？煽啃灾笜?biāo)達(dá)到系統(tǒng)要求的前提下，盡可能的提高傳輸?shù)乃俾?；抑或在一定有效性的指?biāo)下，盡量提高傳輸?shù)目煽啃?。為了提高可靠性，可以在二進(jìn)制信息序列中以受控的方式引入一些冗余碼元（即監(jiān)督碼元），使他們滿足一定的約束關(guān)系，以期達(dá)到檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的目的。 在實(shí)際應(yīng)用中，衡量一個(gè)通信系統(tǒng)的優(yōu)劣，其中的兩個(gè)指標(biāo)最為重要，即有效性和可靠性，同時(shí)它們也是通信技術(shù)設(shè)計(jì)的重要部分。通信的目的就是要高速、可靠的把信息從發(fā)送端傳遞到接收端，隨著用戶對(duì)通信質(zhì)量和實(shí)時(shí)性等要求的不斷提高，通信需要具備更高可靠性、更高速率、更低復(fù)雜度等性能。 the other is channel coding what is contrary to the source coding, try to protect the pressed source through adding some controllable bits in order to enhance the reliability of the system. But the wireless channel is plex in piratical application. Due to the properties of timevarying and damped bandwidth limited, disturbance and noises, there may exist large errors in received signals. In order to reduce bit error rate and improve the quality of munication, channel coding technology is one of the main methods. The paper introduces the system framework and basic principle of digital then, reviewed the development history of the channel coding technology。 關(guān)鍵詞： 數(shù)字通信 , 卷積碼 , Turbo 碼 THE RESEARCH AND IMPLEMENTATION ON CHANNEL CODING AND DECODING “TECHNOLOGY IN DIGITAL COMMUNICATION SYSTEM ABSTRACT With the rapid development of the new Technology, wireless munication system are widely used in different areas. The requirement of higher capacity of transmitting data is increasing dramatically for wireless attention to the applications of multimedia data(video,data, image)transmission over the wireless channel. But the wireless channel39。信道編碼技術(shù)正是降低誤比特率、提高通信質(zhì)量的主要技術(shù)手段之一。在傳輸數(shù)字信號(hào)的時(shí)候，由于信道時(shí)變性、衰減性、帶寬資源有限、干擾大等特點(diǎn)，以及加性噪聲的影響，勢(shì)必會(huì)造成接收端接收到的信號(hào)存在一定的差錯(cuò)。第二，即信道 編碼問(wèn)題，與信源編碼相反，信道編碼是在信息序列中添加適當(dāng)冗余，使系統(tǒng)能夠糾正一定程度上的傳輸錯(cuò)誤，增加系統(tǒng)的可靠性。無(wú)線信道具有時(shí)變性、衰減性、帶寬資源有限、干擾很大等特點(diǎn)，因此若想在無(wú)線信道中實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)的魯棒性傳輸是一個(gè)具有很大挑戰(zhàn)性的工作。 數(shù)字 通 信系統(tǒng)中信道編碼技術(shù)的研究 摘要 當(dāng)今社會(huì)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在社會(huì)的各個(gè)不同領(lǐng)域，現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，對(duì)無(wú)線信道傳輸數(shù)據(jù)的能力要求越來(lái)越高。人們對(duì)在無(wú)線信道中傳輸多媒體數(shù)據(jù) (包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像等 )日趨重視。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，必須考慮兩個(gè)問(wèn)題，第一，即是信源編碼問(wèn)題一目的在于盡量減少信號(hào)的冗余，增加系統(tǒng)的有效性 。但是在實(shí)際應(yīng)用中，傳輸數(shù)據(jù)的無(wú)線信道非常復(fù)雜。為提高無(wú)線信道傳輸數(shù)據(jù)的質(zhì)量，應(yīng)該在保證一定編碼效率的情況下將誤比特率降到最低。 本文系統(tǒng)的介紹了數(shù)字通信系統(tǒng)的框架及基本原理，回顧了信道編碼技術(shù) 的發(fā)展歷史，對(duì)線性分組碼、卷積碼 、 Turbo 碼做了詳細(xì)介紹及 Matlab 仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較并得出結(jié)論，以使通信能無(wú)論在良好的環(huán)境還是在相對(duì)較復(fù)雜的環(huán)境下，都能高效、可靠的傳輸數(shù)據(jù)。s limited bandwidth resource, timevariation, the severe fading and the high error rates, so that is a big challenge in order to ensure the reliable multimedia data transmission. We must solve two problems, one is source coding that try to press the source as to improve the high efficience of the system。 introduced and used Matlab to simulate linear block code、 convolution code、 and Turbo code. Analysis the simulation result, and deduce effective coding scheme in order to make munication transmit data efficaciously and reliably whenever the environment is good or relatively plex with it. KEYWORDS: Digital Communication Convolutional Code, Turbo Code 第一章 緒論 信道編碼研究背景及意義 隨著現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字信號(hào)已經(jīng)逐漸取代了模擬信號(hào)成為主要的傳輸信號(hào)類型，與模擬信號(hào)相比較，數(shù)字通信具有高抗干擾能力，易于加密提高保密性，可以使用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)等優(yōu)勢(shì)。然而，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，由于被傳輸數(shù) 據(jù)無(wú)法避免的會(huì)受到一定的干擾和噪聲等的影響，這就導(dǎo)致接收端接收到的信息和發(fā)送端實(shí)際發(fā)送的信息之間存在一定的差錯(cuò)，信號(hào)就存在一定程度的失真。然而，從信息傳輸角度來(lái)考慮，既要提高通信系統(tǒng)的有效性（即傳輸速率）又要提高通信系統(tǒng)的可靠性往往是相互矛盾的。但是，由于添加 了冗余碼元 (監(jiān)督碼元 )，導(dǎo)致傳輸信息的速率下降；同時(shí)，為了提高有效性，信號(hào)以簡(jiǎn)潔、快速的方式傳輸，這樣在遭到干擾和噪聲時(shí)，其自我保護(hù)能力大大下降，從而降低了傳輸?shù)目煽啃浴? 通信技術(shù)一直致力于提高信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃?，其中保證通信的可靠性是現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)需要解決的首要問(wèn)題?？傊@三種加性干擾都會(huì)導(dǎo)致在接收端信號(hào)解調(diào)的錯(cuò)誤，使系統(tǒng)的誤碼率大大增加。 信道的信道編碼技術(shù)正是用來(lái)改善通信可靠性問(wèn)題的主要技術(shù)手段之一。 信道編碼的主要目的是為了降低誤比特率，提高數(shù)字通信的可靠性，其方法 是在二進(jìn)制信息序列中添加一些冗余碼元（監(jiān)督碼元），與信息碼元一起組成被傳輸?shù)拇a字。當(dāng)在信道中傳輸該碼字，如果錯(cuò)誤發(fā)生，信息碼元和冗余碼元之間相互制約的關(guān)系就會(huì)被破壞。通過(guò)信道編碼這種方法，可以有效的在接收端克服信號(hào)在無(wú)線信道中傳輸時(shí)受到噪聲和干擾產(chǎn)生的影響。對(duì)于一個(gè)無(wú)線信道來(lái)說(shuō)，非線性、時(shí)變、多普勒頻移等信道特征和來(lái)自外界的干擾等等因素，會(huì)使得數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線信道后總會(huì)產(chǎn)生一定的差錯(cuò)，因此，信道編碼在數(shù)字通信中必不可少。在第 3 代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般情況下，卷積編碼方式多用于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)， Turbo 編碼方式多用于非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。在接下來(lái)的近五十年，各種新的信道編碼方案也不斷被研究者們研究出來(lái)，且這些編碼方案的性能與最佳限（香農(nóng)最佳極限）逐漸接近。 Shannon 指出，在信息傳輸速率 R 小于或等于信 道容量 C ，即 R ≤ C 時(shí)，可以通過(guò)信道編碼的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠通信，可是 Shannon 只提出了這種理論，卻未給出具體實(shí)現(xiàn)的方法。 Hamming 編寫的程序主要思想為：將輸入的信息比特分組，且每組含有四個(gè)比特，然后計(jì)算每組四個(gè)比特之間的線性組合方程式，并求出三個(gè)冗余比特（校驗(yàn)比特）。將含有七個(gè)比特的碼字輸入 到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)利用其中的三個(gè)冗余比特，根據(jù)某種規(guī)則和算法，達(dá)到檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的目的。 漢明碼是在原編碼的基礎(chǔ)上附加一部分代碼，使其滿足糾錯(cuò)碼的條件。漢明碼的抗干擾能力較強(qiáng)，但付出的代價(jià)也很大，比如 8 比特漢明碼有效信息只有總編碼長(zhǎng)度的一半，可以糾正 1 個(gè)差錯(cuò)發(fā)現(xiàn) 2 個(gè)差錯(cuò)。為了 糾正 3 個(gè)以上的差 錯(cuò)，就要加大碼距，使代碼冗余度大大增加，通信效率下降。首先，漢明碼的編碼效率比較低，它每 4 個(gè)比特編碼就需要 3個(gè)比特的冗余校驗(yàn)比特。 格雷碼 (Gray Code) 是由法國(guó)工程師 JeanMauriceEmlleBaudot 提出的一種編碼，而因 1953 年 Frank Gray 申請(qǐng)專利而得名。格雷碼屬于可靠性編碼，是一種錯(cuò)誤最小化的編碼方式。解碼的方法是用‘ 0’和采集來(lái)的 4 位格雷碼的最高位（第 4 位）異或，結(jié)果保留到 4 位，再將異或的值和下一位（第 3 位 ）相異或，結(jié)果保留到 3位，再將相異或的值和下一位（第 2 位）異或，結(jié)果保留到 2 位，依次異或，直到最低位，依次異或轉(zhuǎn)換后的值（二進(jìn)制數(shù)）就是格雷碼轉(zhuǎn)換后自然值的值。 BCH 碼就是這個(gè)時(shí)候被提出來(lái)的，它屬于循環(huán)碼中的一種。在這個(gè)時(shí)期出現(xiàn)了很多譯碼方法，如迭代譯碼、門限譯碼等等，尤其是卷積碼的最優(yōu)譯碼算法 —— Viterbi 譯碼方法。 20 世紀(jì) 80 年代之后，信道編碼開(kāi)始了它的第三個(gè)發(fā)展階段。 20 世紀(jì) 90 年代到 21 世紀(jì)期間，信道編碼研究極其活躍，具有歷史意義的 Turbo 碼 就是這個(gè)時(shí)候被提出。此文講述了 Turbo 碼結(jié)構(gòu)，并證實(shí)利用 Turbo 碼作為信道編碼，當(dāng)信噪比 ≥ 時(shí) (Shannon 限為 EN0dBb0= )，其誤碼率 BER ≤。從此， Turbo 碼成 為信道編碼領(lǐng)域的研究 熱點(diǎn)，并在這個(gè)時(shí)期得到了很好的發(fā)展。 LDPC 碼（低密度奇偶校驗(yàn)碼， Low Density Parity Check Code， LDPC），最早是 1963 年由麻省理工學(xué)院 Robert 博士提出。但是，其譯碼算法卻非常復(fù)雜，且當(dāng)時(shí)的研究技術(shù)條件有限，在 LDPC 碼被提出后并 沒(méi)有收到廣大學(xué)者的關(guān)注。接下來(lái)的十多年里，研究人員對(duì) LDPC 碼的研究有了突破性的進(jìn)展，使得 LDPC 碼的性能更加接近香農(nóng)限，而且對(duì)它的編譯碼理論描述變得簡(jiǎn)單，現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)也變得可行。 本文的主要研究?jī)?nèi)容與組織結(jié) 構(gòu) 本文的主要研究?jī)?nèi)容是： 在不同信道環(huán)境下，通信總會(huì)受到不同程度的干擾和噪聲，這就需要糾錯(cuò)檢錯(cuò)能力比較強(qiáng)的信道編碼方法。 本文的主要結(jié)構(gòu)如下： 第一章緒論。 第二章為數(shù)字通信的基本理