数字通信（微课版）课件 第5章第4讲卷积码、交织编码、TurBo码

第5章

信道编码

——数字通信的“纠错铠甲”5.5卷积码2学习完本章，你应重点掌握以下内容：

信源编码的概念和目的差错控制编码的检错与纠错原理线性分组码及汉明码的编解码（监督矩阵和生成矩阵）卷积码的编码及图解表示本章学习目标学习指南一、卷积码（有人比喻为记忆未来的编码）卷积码由埃利斯(Elias)于1955年提出。1957年，伍成克拉夫（J.M.Wozencraft）提出了序列的译码法。1963年，梅西（J.L.Massey）提出效果稍差但易于实现的门限译码法。1967年，维特比（Viterbi）提出最大似然的Viterbi译码法。卷积码是一种非分组码，与分组码的主要差别是它是一种有记忆的编码，即在任意时段，编码器的个输出不仅与此时段的个输入有关，而且还与存贮其中的前若干个时段的输入有关，因此可以把分组码视为记忆长度等于零的卷积码。卷积码的性能优于分组码。卷积码编码电路实现简单，在以计算机为中心的数据通信系统以及数字通信系统得到了广泛的应用。核心特征：约束长度（记忆前N-1段信息）编码器结构：移位寄存器+模2加法器记法：卷积码记为(n,k,N)，其编码效率为R=k/n。图形描述：树图、网格图、状态图一、卷积码（有人比喻为记忆未来的编码）假设该移位寄存器的起始状态全为零，编码器的输出比特c1c2表示为：c1=m1+m2+m3c2=m1+m3其中，m1表示当前的输入比特，而m1m2表示存储的以前的信息。当第一个输入比特为1时，即m1=1，因m3m2=00，所以输出c1c2=11，这时m1=1，m3m2=01，c1c2=01，依此类推，为保证输入的信息[11010]都能通过移位寄存器，还必须在输入信息位后填加3个0。二、卷积码编码的基本原理二、卷积码编码的基本原理二、卷积码编码的基本原理m111010000m3m20001111001100000c1c21101010010110000状态表示abdcbcaa

增加3个0结论：

输入序列[11010]经过(2,1,3)卷积码编码器的输出序列为[1101010010110000]，即表中的第3行。三、卷积码编码的图形描述树形图描述

网格图描述

状态图描述四、维特比译码——最优路径选择卷积码的译码方式：维特比译码、序列译码和门限译码。算法本质：最大似然译码+路径度量

关键操作：保留幸存路径，丢弃高误差路径

译码优势：高效纠正随机错误，适合卷积码

维特比译码像极了“迷宫寻宝”，每条路径都有需要付出代价，译码器会始终选择最省力的那条。即使中途有干扰（误码），最终也能找到正确出口！四、维特比译码——最优路径选择维特比译码像极了“迷宫寻宝”，每条路径都有需要付出代价，译码器会始终选择最省力的那条。即使中途有干扰（误码），最终也能找到正确出口！四、维特比译码——最优路径选择维特比译码像极了“迷宫寻宝”，每条路径都有需要付出代价，译码器会始终选择最省力的那条。即使中途有干扰（误码），最终也能找到正确出口！第5章

信道编码

——数字通信的“纠错铠甲”5.6交织编码一、交织编码（打破突发错误）设计思想：将突发错误分散为随机错误

分组交织器：矩阵行列置换（图1）

卷积交织器：移位寄存器延迟链（图2）

典型应用：移动通信抗多径衰落

x=(x1x2x3…x24x25)（图1）图1图2二、交织编码的原理假设待发送的一串码字为x=(x1x2x3…x24x25)交织存储器为一行列交织矩阵，它按列写入按行读出，即

则交织存储器输出并送入突发信道的信息为

二、交织编码的原理假设假设突发信道产生两个突发错误：第一个突发产生于x1至x21连续错5位；第二个突发产生于x13至x4连续错4位。将经突发信道输出的信息表示为交织存储器为一行列交织矩阵，它按列写入按行读出，即

x进入去交织存储器，按行写入，按列读出，即则去交织存储器的输出为

红色横线表示突发错码第5章

信道编码

——数字通信的“纠错铠甲”5.8Turbo码Turbo码——编码中的迭代力量编码结构：并行级联卷积码+交织器（图3）

译码原理：软输入/输出迭代译码（图4）

性能突破：逼近香农极限，时延换可靠性

5G应用：eMBB场景高速数据业务图3

图4第5章

信道编码

——数字通信的“纠错铠甲”5.9极化码极化码——5G的“中国芯”数学基础：信道极化理论（好信道/坏信道分离）

华为突破：首个5G标准信道编码方案

优势：理论可达香农极限，硬件实现简单

极化码是数学家的浪漫！通过信道极化，让优质信道传输关键信息，劣质信道弃用。华为凭借