信道编码科普

信道编码的意义

在信号传输过程中，由于受到干扰影响，码元波形将变坏。接收端可能发生错误判决。乘性干扰可以考虑均衡的方法；加性干扰则需要从调制制度、解调方法、发送功率等方面考虑。仍然不能满足要求，则可以考虑差错控制措施。

实现途径

差错控制具体用信道编码来实现。通过在信号码元序列中增加监督码元,并利用监督码元检错和纠错。

信道类型，错码特性，差错控制技术一一对应匹配

按照加性干扰造成错码的统计特性不同,可以将信道分为三类:随机信道、突发信道和混合信道。每种信道中的错码特性不同,所以需要采用不同的差错控制技术来减少或消除其中的错码。差错控制技术共有4种,即检错重发、前向纠错、检错删除和反馈校验其中前三种都需要采用编码。

检错纠错能力

一种编码的纠错和检错能力决定于最小码距。

纠错编码类型

纠错编码分为分组码和卷积码两大类。

分组码

分组码-》线性分组码-》循环码-》
由代数关系式确定监督位的分组码称为代数码。在代数码中,若监督位和信息位的关系是由线性代数方程式决定的,则称这种编码线性分组码。奇偶监督码就是一种最常用的线性分组码。汉明码是一种能够纠正1位码的效率较高的线性分组码。具有循环性的线性分组码称为循环码。BCH码是能够正多个随机错码的循环码。而RS码则是一种具有很强纠错能力的多进制BCH码。

卷积码

卷积码的监督码元不仅和当前的k比特信息段有关，而且还同前面m=(N-1)个信息段有关。它监督着N各个信息段，N代表着约束度。

特别说明-Turbo码

Turbo码是一种特殊的链接码。由于分组码和卷积码的复杂度随码长的增大按指数规律增长，所以为了提高纠错能力，不是单纯增大码长，而是将多种简单的编码组合成复合编码。Turbo即涡轮，其编码部分包含交织器，目的是将集中出现的突发错码分散开，变成随机错码（按列发送就将错码分散到各行）；其译码器有两个分量码译码器，像涡轮一样轮回迭代。其性能接近信息论上能达到的最好性能之一。

特别说明-LDPC码

LDPC低密度奇偶校验码是线性分组码。其性能与Turbo码接近，非规则LDPC码的误码性能比Turbo码还好。此码在码组很长时才具有优良性能。

网格编码调制

纠错编码可以在不增加功率的条件下降低误码率，但代价是增大了占用带宽。（码长变长，在保证信息码传输速率不变的情况下，必然增加码元传输速率，信号频率增加，频带增加）。将纠错编码和调制结合即，网格编码调制可以同时节省功率和带宽。
举个栗子：8PSK，每个码元可以传输3b信息；但可以只让它每个码元传输2b信息，第3b用于纠错码。此时解调和解码是一个步骤完成的，不是传统做法中先解调得到基带信号后再为纠错去解码。

Polar码

2007年土耳其比尔肯大学教授E. Arikan基于信道极化理论提出的一种线性信道编码方法，即Polar码。该码字是迄今发现的唯一一类能够达到香农限的编码方法，并且具有较低的编译码复杂度，当编码长度为N时，复杂度大小为O(NlogN)。Polar码理论上比Turbo码和LDPC码更能达到香农限，可以实现不同场景的5G高性能通信。

[1]: 《通信原理》樊昌信 曹丽娜 第11章差错控制编码

最后

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