应用技术 谈通信系统中的信道编码技术 刘哲 （中国移动通信集团河北有限公司张家口分公司传输数据中心河北张家口） 【摘要】当调制好的信号在信道里进行传输的时候，必然要收到信道的影响。因此在一个实用的通信系统中，必须采取一定的措施来纠正错 误，提高系统的误码率性能。信道编码就是一种非常有效的措施。 【关键字】数字通信系统 信道 编码 中图分类号：ＴＮ９１４ 文献标识码：ＴＮ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１２）１０－０２３８—０１ 信道编码的任务 当调制好的信号在信道里进行传输的时候，必然要收到信道的影 Ⅱ向。信道的影响可以分成以下三个主要方面：第～是信道本身对信号产 生的衰落：由于信道本身频率响应特性不理想，造成对信号的破坏：第 二是信道中的各种噪声，如背景噪声，脉冲噪声等等，这些噪声叠加 在信号上面，改变信号的幅度、相位和频率，使信号在解调时产生错 误：第三，是信号在传输过程中由于反射，折射或沿不同路径传播从而 带来的叠加效应，即通常所说的多径效应，这会带来时问上前后信号 互相干扰。总而言之，这三种影响都会导致在接收端信号解调的错误， 使系统的误码率大大增加。 因此在一个实用的通信系统中，必须采取一定的措施来纠正错 误，提高系统的误码率性能。信道编码就是一种非常有效的措施。信 道编码的任务就是，在发送端以可控的方式在信号中加入一定的冗余 度，而在接收端这些冗余度可以用来检测并纠正信号通过信道后产生 的错误。当然，冗余度的加入降低了系统的工作效率，但是和系统误 码率的降低（即信号更加正确地传送）相比，这些代价是可以接受的。 二、信道编码的基本原理 在～个噪声信道中，如果我们把调制／解调器和检测器看作是信道 的一个组成部分。那么～个数字通信系统模型可以用图～表示： 勰 …： 簿 篇 假想的扁散输入、离散输ｍ信道 图一数字通信系统模型 通过信道编码器和译码器实现的用于提高信道可靠性的理论和 方法。信息论的内容之～。信道编码大致分为两类 信道编码定理， 即从理论上解决理想编码器、译码器的存在性问题，也就是解决信道 能传送的最大信息率的可能性和超过这个最大值时的传输问题。构造 性的编码方法以及这些方法能达到的性能界限。编码定理的证明，从 离散信道发展到连续信道，从无记忆信道到有记忆信道，从单用户信 道到多用户信道，从证明差错概率可接近于零到以指数规律逼近于 零，正在不断完善。编码方法，在离散信道中一般用代数码形式，其 类型有较大发展，各种界限也不断有人提出，但尚未达到编码定理所 启示的限度，尤其是关于多用户信道，更显得不足。在连续信道中 常采用正交函数系来代表消息，这在极限情况下可达到编码定理的 限度。不是所有信道的编码定理都已被证明。只有无记忆单用户信道 和多用户信道中的特殊情况的编码定理已有严格的证明：其他信道也 有一些结果，但尚不完善。 信道编码的实质是在信息码中增加一定数量的多余码元（称为监 督码元），使它们满足一程中发生错误，信息码元和监督码元间的约束 关系被破坏。在接收端按照既定的规则校验这种约束关系，从而达到 发现和纠正错误的目的。信息通过信道传输，由于物理介质的干扰和 无法避免噪声，信道的输入和输出之间仅具有统计意义上的关系，在 做出唯一判决的情况下将无法避免差错，其差错概率完全取决于信道 特性。因此，一个完整、实用的通信系统通常包括信道编译码模块。 ２３８ 科技博览ｌ 视频信号在传输前都会经过高度压缩以降低码率，传输错误会对最后 的图像恢复产生极大的影响，因此信道编码尤为重要。 三、信道编码的分类 信道编码主要有两种主要形式，它们分别是分组码和卷积码。分 组码是把ｋ个信息比特的序列编成ｎ个比特的码组，每个码组的 ｎ－ｋ个校验位仅与本码组的ｋ个信息位有关，而与其他码组无关。为 了达到一定的纠错能力和编码效率，分组码的码组长度一般都比较 大。编译码时必须把整个信息码组存储起来，由此产生的译码延时随 ｎ的增加而增加。分组码的特点是一次处理相当规模的信息块，通常 为成百上千的数据。卷积码是另外一种编码方法．它也是将ｋ个信息 比特编成ｎ个比特，但ｋ和ｎ通常很小，特别适合以串行形式进 行传输，时延小。与分组码不同，卷积码编码后的ｎ个码元不仅与 当前段的ｋ个信息有关，还与前面的Ｎ一１段信息有关，编码过程 中互相关联的码元个数为ｎＮ。卷积码的纠错性能随Ｎ的增加而增 大，而差错率随Ｎ的增加而指数下降。 四、 ｌＳ一９５系统的信道编码原理及其框图 数字通信中经常用信道编码来提高数据传输的可靠性，在ＩＳ一９５ 系统中，进入信道编码的数据是由声码器产生的以２Ｏ ｍｓ为一帧的速 率可变的数字语音信号，它的速度分为８ ６００ ｂｐｓ（全速率）、４０００ ｂｐｓ （半速率）、２ ０００ ｂｐｓ（１，４速率）、８００ ｂｐｓ（１／８速率），分别对 应每帧１ ７２、８０、４０、１ ６ ｂｉｔ。根据数据速率的不同，分别对数据帧 速率为８ ６ ｋ ｂｉｔ／ｓ和４ ０ ｋ ｂｉｔ／ｓ进行ＣＲＣ校验编码，以便在接受时可 以判断有没有接收到误帧，一个８ ｂ＿ｔ的尾加在每帧的后面以保证后 面进行卷积编码时，每帧的末尾复位为全零状态。然后每帧进行码率 为１／３的卷积编码。最后根据语音速率的不同进行符号重复，使每帧 输出的数目一样即５７８个符号达到２８８ ｋｂｐｓ，以便后面进行交织。 整个过程如图二所示： 信息 ． 一 譬警豢 恙 笺 符号重复 ，．． Ｖ Ｖ ；４．０； ；４．４ ：１４．４ ２．０：．０８ ２．０；０．８ ７．２；３．６： （ ／） （ ） （ （ ） 图二ｌＳ一９５系统的信道编码框图 参考文献： ［１］侯伯亨，顾新，ＶＨＤＬ硬件描述语言与数字逻辑电路设计 ［Ｍ］，西安：西安电子科技大学出版社，２００２年 ［２］冷建华，李萍，王良红，数字信号处理［Ｍ］，北京：国防工业 出版社，２００２年 【３］张欣，ＶＬＳＩ数字信号处理一设计与实现［Ｍ］，北京：科学出 版社，２００３年 ［４］胡广书，数字信号处理一理论、算法与实现［Ｍ］，北京 清华大学出版社，１９９７年