现代通信原理第10章 信号编码.pptVIP

现代通信原理 第10章 编码技术 本章学习要求： 了解：信源编码的定义 了解：信道编码的基本原理、实现方法 掌握：几种差错控制编码的原理 掌握：常见线性码的基本概念以及监督矩阵、生成矩阵之间的互相关系。 了解：卷积码的概念与原理 了解：编码交织的原理及其在通信系统中的应用 第10章 编码技术 衡量一个通信系统的质量的指标： ①传输信息的数量，即有效性： 指用尽可能少的信道资源来传输最多的信息，一个关于传送信息的数量多少的指标。 ②传输信息的质量，即可靠性： 指在信息传输过程中，系统抵抗各类自然或人为干扰的能力，表现为在接收的信息中有多少错误。 10.1 信源编码 10.1.1 信源编码的基本原理 10.1.1.1 信源编码的概念 根据不同的目的编码可分为： ①信源编码 主要针对信源特性，通过改变信源各个符号之间的概率分布，使信息传输速率无限接近其最大值——信道容量，也称之为有效性编码。 ②信道编码 通过变换各个信码之间的规律或相关性，使其对误码具有一定的自检或自纠能力，进而使系统在一定的传信率下错误概率任意小。主要目的是提高系统的抗干扰力，针对信道特性而采取的措施，所以称之信道编码，有时也叫抗干扰编码。 10．1．1．2 信源编码理论 1． 弱记忆信源 在一个信源输出的所有符号序列中，每个符号都只与其相邻的少数几个符号之间统计相关，而和所有其它相距较远的符号相互独立或者其相关性可以忽略不计 2． 强记忆信源 一个信源输出序列的各个符号之间具有很强的相关性，以致于只要知道其中的一部分符号就可以推知其余符号，就称这种信源为强记忆信源或强相关信源。 10．1．2 最佳信源编码 10．1．2. 1 香农—范诺（Shannon—Fano）编码 设一个有限离散独立信源，可以输出八个独立的消息A、B、C、D、E、F、G、H，各符号输出的概率空间如下所示： 编码步骤 10.1.2.2霍夫曼（Huffman）编码 编码步骤： ①将信源各个消息按其出现的概率大小以降序排列； ②把排列后的两个最小概率对应的消息分成一组，给其中大的（或小的）一个消息分配0，另一个分配1，然后求出它们的概率和，并把这个新得到的概率与其他尚未处理过的概率再次按由大到小的顺序重新排成一个新序列； ③反复重复步骤②，直到所有的概率都已经被联合处理过为止。 ④从图的左边开始，沿着从这个消息为出发点的路线一直走到最右边，将遇到的二元数字依次由最低写到最高位所得的二元数字序列，就是最佳的二元代码。 设一个有限离散独立信源，可以输出八个独立的消息x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8，各符号输出的概率空间如下所示： 各个信源符号的相应霍夫曼编码排列如下 ： 10．2 信道编码 10．2．1 信道编码原理 10．2．1．1 差错控制原理 基本思想： ①用系统的有效性来换取可靠性，在传输的信息码元中附加一定数量的冗余码（通常称之为监督码元）， ②冗余码在整个编码中的位置及代码选择由某一事先确定的规则来决定， ③收端接收到这样的编码后，根据已知的规则，对接收信息进行检验，发现、纠正和删除错误。 设某工地的塔吊指挥中心，发送二元数字信息序列来指示上下左右四个塔吊的运送方向。由于两位二进制码元共有 22 = 4种可能码组（也叫码字）00、01、10、11，正好与四个运送方向一一对应。设两位码元与各方向的对应关系如下： 上——00 下——01 左——10 右——11 这样，塔吊车收到一串数字序列10010011001011…后，执行的运送操作是： 10——01——00——11——00——10——11—… 即：左 下 上 右 上 左 右 … 如果系统受到干扰使一位码元出现错误，如： 10——01——01——11——00——10——11—… 即：左 下 下 右 上 左 右 … 由于每两位码元组成的码字正好对应四个方向，任何码元错误情况（0变成1或1变成0）都会被收端错译成另一个码字，所以不可能发现出错，也不能纠正。 把四个方向的对应码字规定稍微改变一下，给每个码字增加一位码元，使原来的四个码字分别变成： 上——00——001 下——01——010 左——10——100 右——11——111 每个新码字都含有奇数个1。如果序列再受到干扰使某码字一位码元发生错误，则该码字中含l的个数将变为偶数，接收端可以据此发现这个错误，但因不知错在何处而无法纠正。以塔吊车收到一串数字序列00101011110001……为例： 发送信息：001——010——111—