[培训-无线通信基础-6]：信道编码（分组码、卷积吗、Polar码、LDPC码、Turbo码）

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目录

前言：

第1部分 为什么需要信道编码

1.1 为什么需要信道编码

1.2 信道编码的实质

1.3 信道码的发展

第2部分 线性分组码

第3部分 卷积码

第4部分 Turbo编码

第5部分 LDPC编码

第6部分 Polar编码

6.1 简介

 6.2 原理

3.3 译码

第7部分 衰弱信道的编码

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前言：

 

第1部分 为什么需要信道编码

1.1 为什么需要信道编码

备注：

 在信道编码之前，信息的传输出错是通过重传来保障数据的可靠传输。

香农给出了有噪声信道的编码定理：即使信道有噪声，也可以通过增加冗余信息的信道编码，确保数据的传输的误码率得到无限小。把有噪声的信道转换成看起来“没有噪声的信道”：

• 有噪声信道的干扰越大，经过信道编码后，转换成的“没有噪声的信道”的有效数据速率越低。
• 有噪声信道的干扰越小，经过信道编码后，转换成的“没有噪声的信道”的有效数据速率越高。

也就是通过增加冗余信息，降低有效数据的速率，可以使的一个有干扰的信道，变成一个使用起来“没有噪声的信道”。这就是物理层信道编码的目的。

这就是香农编码第二定理的神奇和伟大之处，他开创了在不可靠信道、有干扰信道上，不需要通过重传就可以实现可靠传输的思想的先河，为信道编码奠定了理论基础！！！

1.2 信道编码的实质

1.3 信道码的发展

备注：

3G/4G: Turbo码

5G: LDPC编码 + Polar编码

 

 

 

长码：物理层业务数据信道采用LDPC编码

短码：物理层小区广播信道采用Polar编码

 

备注：

（1）坐标轴

• 横坐标：编码率，与冗余码的比例成反比。
• 纵坐标：信噪比

很显然：

信噪比越大，理论的极限编码率越高，达到无干扰信道所需要的冗余比特就越少。

信噪比越小，理论的极限编码率越高。达到无干扰信道所需要的冗余比特就越多。

或者说，在相同的编码率的情况下，不同的编码，所需要的信噪比不同, 比如在1/2编码率（有效比特占所有比特的比率）的情况下，格雷码索要的信噪比是7.5dB. 而Polar只需要0.1dB，也就是说，在0.5的编码率的情况系下，要实现可靠的信号传输，Polar码对信噪比的要求是最低的。

（2）解读

信道编码是通过增加冗余位使得有噪声的信道变成“理想信道”，这就需要牺牲信道有效数据速率。

在相同噪声的情况下，不同信道编码的差别是，使得实际的数据速率能够得到香农公式的理论速率的差别，越接近香农极限速率，信道编码的性能越好。

或者说，在相同有效速率（容量）的情况下，不同信道编码的差别是，如果信道编码所需要的信噪比越低，越接近香农定理指定的信噪比，则编码性能越好。极化码与香农理论接近。

 

第2部分 线性分组码

 

 

 

 

 

 

 上图解析：

（1）在有信道编码的情况下，虽然总的能量（包括冗余信息与有效信息）并没有降低，但扩展后，增加了冗余比特，因此单个符号的能量是降低的，即信噪比降低了。

（2）在有信道编码的情况下，误码率也得到了进一步的降低，降低了两个数量级，从10^-4到10^-6。

 备注：

在相同的编码率（有效比特与总比特的比值/比重）和误比特率的情况下，获得的信噪比降低，称为编码增益。在上图中，(31,16), (511, 259)的编码率都是0.5， 但相同的误比特率的情况下，信噪比是不一样的，编码长度越长，获得的信噪比的增益越大，但编码译码长度越长，运算矩阵越大，硬件要求越高，成本越高。

 

 

 

 

第3部分 卷积码

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 备注：

2.1.x卷积码：1个输入比特，输出2个比特，因此，编码率为0.5。

不同的是约束码的长度为7或9，长度越长，编码和译码器越复杂。

第4部分 Turbo编码

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第5部分 LDPC编码

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第6部分 Polar编码

6.1 简介

 

 6.2 原理

 

 

 

 

 

3.3 译码

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第7部分 衰弱信道的编码

 

 

 

 

 

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视频：https://www.icourse163.org/course/NJTU-1207227804