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1、 华东交通大学 软件+信息一班 王少磊 2009211010104信道编码的发展与应用信道编码的实质是提高信息传输的可靠性，或者说增加整个系统的抗干扰能力。对信道编码的要求主要有两条：一是要求编码器输出码流的频谱特性适应信道的频谱特性。从而使传输过程中能量的损耗最小。提高信道能量与噪声能量的比例，减少发生差错的可能性。二是增加纠错能力，使的即使出现差错，也能得以纠正。前者用到频谱成型技术，既合理选择和设计数字信号的码型。使数字信号的频谱特性适应传输通道的频谱特性。信道编码又称差错控制编码或纠错编码，基本原理是为了使信源具有检错和纠错能力。按一定的规则在信源编码的基础上增加余码元，使余码元与被传
2、信息码元之间建立一定的关系。电视发送端完成这个任务的过程就称为纠错编码。在接收端根据信息码元与监督码元的特定关系实现检错和纠错，输出原信息码元，完成这个任务的过程就称纠错码元。信息与通信系统中的编码有4 种形式: 信源编码、信道编码、密码编码和多址编码。信源编码解决了通信系统的有效性问题, 通过压缩信源冗余信息来提高通信的效率; 信道编码则是通过增加冗余位来达到保证通信系统的可靠性 (通过牺牲带宽或传输速率来换取可靠性) ; 密码编码则是保证了系统的安全性; 多址编码主要是解决多用户通信问题。仙农第二编码定理证明, 用任意接近信道容量C的传输速率R 传送并且传输的差错率可以任意小的编码方法是存
3、在的。信道编码的任务就是寻找这种编码。 随着现代通信技术和计算机技术的迅速发展，每天都在不断涌现新的通信业务和信息业务，同时用户对通信质量和数据传输速率的要求也在不断提高。传统的信道编码都是通过在时间域上增加冗余度来达到提高接收数据的可靠性或纠正错误的目的。近年来，随着分布式网络和多天线技术的发展，出现了大量在空间-时间两维上增加冗余度的信道编码技术，称之为空-时二维信道编码技术，或者称之为基于空间分集的信道编码技术。 本文首先从分析无线信道特点入手，简单归纳总结了近年来时间一维信道编码技术，空-时二维信道编码技术的发展历史和现状。在介绍了现代无线通信系统中得到广泛应用的几种典型一维信道编码技
4、术做为基础知识之后，我们把注意力集中在了空-时二维信道编码技术上，分别对单天线系统中的空-时二维信道编码技术和多天线系统中的空-时二维信道编码技术进行了讨论。 在单天线系统的讨论中，我们主要研究了分布式协作通信系统。首先以基于用户协作的空-时二维信道编码技术为例，介绍了多设备协作系统中的基本概念和处理方法，然后着重介绍了基于基站之间相互协作的系统中的空-时二维信道编码技术。详细分析了在蜂窝小区结构中，使用基站协作技术对小区覆盖面积的影响。仿真了基站之间最大比合并和协作编码对小区内各区域划分的影响，得出基站之间协作编码可以大幅度提高小区覆盖面积，对相关领域的研究有一定指导意义。 下面谈一下信道编
5、码的应用：一、信道编码在数字电视中的应用数字电视，是从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视。它具有许多优点，如可实现双向交互业务、抗干扰能力强、频率资源利用率高等，它可提供优质的电视图像和更多的视频服务(如交互电视、远程教育、会议电视、电视商务、影视点播等)。 数字电视系统作为一个多媒体通信系统，有效性与可靠性是系统的两个重要指标，信源编码实质属于有效性编码的范畴，信道编码属于可靠性编码的范畴。 一个完整的数字电视系统包括数字电视信号的产生、处理、传输、接收和重现。 数字电视信号在进入传输通道前的处理过程一般如图所示：二、信道编码在移动通信中的应用移动通信从
6、产生到现在的历史并不长,然而移动通信的发展速度却远远超出了人们的预料,尤其是近十几年来,随着微电子技术、计算机和软件工程的发展,移动通信设备在质量、使用方便和可靠性方面都达到了日新月异的境地。尤其是近几年来,随着第三代移动通信系统(3 G)的渐行渐近,以及各国政府、运营商和制造商等各方面为之而投入的大量人力物力,移动通信又一次地在电信业乃至全社会掀起了滚滚热潮。虽然目前由于全球电信业的低迷以及3G系统自身存在的一些问题尚未完全解决等因素,3G业务的全面推行并不象计划中的那样顺利,但新一代移动通信网的到来必是大势所趋。因此,人们对新的移动通信技术的研究的热情始终未减。从19 78年第一代模拟蜂窝
7、移动通信系统诞生至今,已经经过了三代的演变,移动用户的增加速度也非常迅速,据统计,2 00 3年6月全球的移动用户已达到13亿,普及率超过18%,移动通信的强大魅力之所在就是它能为人们提供了固话所不及的灵活、机动、高效的通信方式,非常适合信息社会发展的需要。移动对固定的替代作用已日趋明显。但同时,这也使移动通信系统的研究、开发和实现比有线通信系统更复杂、更困难。实际上,移动无线信道是通信中最恶劣、最难预测的通信信道之一。在移动通信系统中,移动台常常工作在城市建筑群或其它复杂的地理环境中,而且移动的速度和方向是任意,发送的信号会随着传播距离的增加而造成多径衰落,并且会因为多径效应、多普勒频移和阴
8、影效应等的影接收到的信号的幅度和相位发生变化,给移动通信带来了不利的影响。为了提高移动通信系统的性能,人们不断地研究和寻找多种先进的通信技术以提高移动通信的性能。特别是数字移动通信系统出现后,促进了各种数字信号处理技术如多址技术、调制技术、信道编码、分集技术、智能天线、软件无线电等的发展。而其中信道编码在整个移动通信系统的发展过程中起到非常重要的作用。三、信道编码在卫星通信中的应用：近些年来，数字通信领域尤其是卫星通信有了巨大的增长。在这些系统中，信息被表示成一个二进制的码元序列。然后这些二进制的码经过调制并被送到传输信道中传输。由于环境干扰和传输介质的物理缺陷，数据在传输中可能损坏并发生错误
9、。因此为了确保一个可靠的传输，信息在传输过程中需要增加保护措施。差错控制编码就是这样的一种应用，在数字通信中用于保护信息不被噪声低干扰和检错纠错上，以此来减少误码数，进而提高通信的质量。二、国内外研究现状随着现代通信技术和计算机技术的迅速发展，每天都在不断涌现新的通信业务和信息业务，同时用户对通信质量和数据传输速率的要求也在不断提高。1948年，数学家Shannon提出了嫡及了信道容量的概念，同时他还提出了著名的信道编码定理从而奠定了信息理论的基础.当今社会，信道编码技术的纠错码包含有RS编码、卷积码、和Turbo码等。RS编码即里德-所罗门码，它能够纠正多个错误的纠错码。卷积码非常适用于纠正
10、随机错误，但是，解码算法本身的特性却是：如果在解码过程中发生错误，解码器可能会导致突发性错误。为此在卷积码的上部采用RS码块，RS码适用于检测和校正那些由解码器产生的突发性错误。所以卷积码和RS码结合在一起可以起到相互补偿的作用。Turbo码是一种先进的信道编码技术，由于其不需要进行两次编码，所以其编码效率比传统的RS+卷积码要好。在现今社会，信道编码广泛使用于卫星通信、无人机测控、深空通信、移动通信、水声通信等数字通信系统，甚至被采纳到某些无线通信的标准之中，如GSM、IS-95和CDMA2000的标准。随着信道编码理论和数字通信技术不断发展，信道编码技术会在通信工程领域得到越来越广泛的应用。总结：信息论是现代通信的基石，相信随着信息论与编码技术不断创新发展，使其更能为人类所用，在更多的领域得到应用和发展。人类永远不停的在揭示自然界无穷奥妙的同时，也利用这些奥妙造幸人类自身。