华企号 软件工程 信息论与编码:线性分组码与性能参数

信息论与编码:线性分组码与性能参数

1.1 线性分组码(n,k)定义
线性分组码是由 (n, k) 形式表示。编码器将一个 k 比特信息分组(信息矢量)转变成一个更长的由给定符号集组成的 n 比特编码分组(编码矢量)。当这个符号集包含 2 个元素 (0 and 1) 时 , 称为二进制编码。

k-bit 信息形成 不同的信息序列 , 称为 k 元组。 n-bit 可以形成个不同序列,称为 n 元组。

(n,k)分组码输出的长度为n的序列称为码字。所有这些码字的集合称为该线性分组码的码组。 因为n>k,故编码时需按某种规则加入r=n-k个监督(校验)码元。

对于分组码(n,k),定义

编码效率: k/n
编码冗余度:(n-k)/n
线性分组码的几个重要概念

码距(汉明距离):两个码组中对应位置上具有不同二进制码元的位数
码重(汉明重量):线性分组码中,将码字(组)中所含 1 的数目定义为码字(组)的重量
编码信道:研究信道编码和译码的信道模型
二元码、硬判决时,建模为 BSC (二元对称)信道
软判决时,建模为 AWGN 信道
软判决与硬判决译码(简单理解:译码器输入比特的选取)
1.2 信道编码性能参数
主要的性能参数有 差错概率、编码增益、检纠错能力 。

 

编码增益 :给定差错概率下,通过编码所能实现的比特信噪比$ ?_?/?_?$的减少量。

检错能力 l:

纠错能力 t:

检错 l 纠错 t:

 

1.3基本线性分组码
a.奇偶监督码
码字由 n 个码元组成, n 1 个信息码元,另一码元为奇(偶)监督码元 (n, n-1 )奇偶监督码.
码率: (n-1)/ n

=0 (偶校验)or 1(奇校验)

可检测到奇数个错误图样, 如果错误个数为偶数则无法检测。

 

b.恒比码
每个码组中 1 和 0 的个数保持恒定,因而比值恒定。我国电传通信中 5 中取 3 码 每个 5bit 码组中必须含有 3 个 1和2 个 0),总数共有

种来表示十进制数。
c.汉明码
能纠正单个随机错误的线性分组码
1.4 差错控制类型对信道编码的要求
ARQ (检错重发 自动请求重发)
适用于非实时数据传输系统
要求信道编码具有检错功能
利用奇偶校验比特来检错重发。接收端不纠正错误,只是简单的要求发射机重发数据。此时,发射端与接收端间的对话需要双向链路反馈信道 。

自动重发请求 (ARQ): 三种类型

1)停止——等待 ARQ (半双工) 2)具有回拉功能的连续 ARQ (全双工) 3)具有选择性重发功能的连续 ARQ (全双工)

ARQ的主要优点是 ,错误检测设备要比纠错设备简单得多,只需要少量的冗余。

ARQ只适用于发生错误时需要重发的情况。

2.FEC (前向纠错)

适用于实时通信系统中
要求信道编码具有纠错功能
比ARQ 优越的方面
没有可用的反向信道或 ARQ 延迟过长。
重发策略无法简单的实现。
没有纠正的错误数目需要过多的重传。
3.HEC (混合纠错 ARQ+FEC)

即能检错又能纠错

首先收端进行检错,如错误在纠错范围内则纠正,否则请求重传。

1.5信道编码主要涉及的数学知识:有限域运算、矩阵运算
有限域初步知识: Galois 域——迦罗华域
有限域:指有限个元素的集合,可按规则进行代数四则运算,且运算结果仍属于集合中的有限元素。
对于二元域,记为 GF(2),其内码元满足模二运算。
二元扩展域 GF()——由 GF(2) 元素的一切长度为 n的序列组成的集合(二进制数组的集合)。
设 , 即取0或1。
加法:
乘法:

作者: 华企网通李铁牛程序员

我是程序员李铁牛,热爱互联网软件开发和设计,专注于大数据、数据分析、数据库、php、java、python、scala、k8s、docker等知识总结。15889726201 我的座右铭:"业精于勤荒于嬉,行成于思毁于随"
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