信道码是提高信息传输时的抗干扰能力以增加信息传输的可靠性的一种编码。在通信工程中,信道码也被称为数据传输码或差错控制码。
信道编码概述
信道编码和
信源编码一样,都是用一种编码。但信源编码的作用是压缩冗余度以得到信息的有效表示,或者是在传输时提高传输效率。而信道编码的作用是提高信息传输时的抗干扰能力以增加信息传输的可靠性。
为了区分这两种码,我们把信源编码所得到的码称为信源码,信道编码所得到的码称为信道码,而在通信工程中,信道码也被称为数据传输码或差错控制码。
如图1所示,显示出两种码在通信中的地位及相互关系。
通信系统中有了信源码和信道码就可以使信息在通道中得到高效而又可靠的传输。当然,这两种码也可以联合起来形成信源信道联合编码,但是两者分开进行在一般情况下便于设计和实现,并有利于构成标准模块,增加系统的适应性。
信道码基本原理
信道码包括调制和纠错码。二者的作用均是为了克服数字信号在存储/传输通道中产生的失真(或错误),但侧重点不同,前者主要克服码间干扰产生的错误,后者主要克服干扰噪声产生的突发性错误。
为了理解信道编码的基本思想,首先要了解信道中产生差错的特点。数据在信道中传输时要受到各种干扰,这些干扰是使数据产生差错的主要原因,但是不论何种干扰所引起的差错,不外乎有两种形式:一是随机错误,即数据序列中前后码元之间是否发生错误彼此无关,产生这种错误的信道称为无记忆信道或随机信道,例如卫星信道等。另一种错误是突发性的,即序列中一个错误的出现往往影响其它码元的错误,即错误之间有相关性。
由于应用最广的是二进制数字通信系统,数据序列均以二进制码元符号1和0组成。设信道输人的发送序列为000000…,由于干扰,信道输出的接收序列00100000…,接收序列中的第三位发生了错误。这个错误的产生相当于信道中有一个差错序列为0010000…。这个差错序列与发送序列逐位模2相加,就得到了个信道输出的接收序列。我们称这个差错序列为信道错误图样。或者说发送序列与接收序列对应位的模2和就是信道的错误图样。这个例子是随机错误的表现情况。
在突发错误的情况下,若发送序列为0010000…,而接收序列为101110000…,这种错误称为突发错误,突发错误的长度b等于第一个错误与最后一个错误之间的长度,该例中突发长度b等于5。信道错误图样为10011000…。显然信道错误图样中的1表示该位有错,0表示没有错。产生突发错误的信道称为有记忆信道或突发信道,例如短波、散射、有线等信道。由于实际信道的复杂性,所呈现的错误不是单纯的一种,而且随机和突发性错误并存,只不过有的信道以某种错误为主。在进行信道编码的设计和应用时,必须针对这两类差错形式设计能够检测和纠正随机错误和突发错误的码。或者能同时纠正这两类错误的码。
常用的简单信道码
奇偶监督码
奇偶监督码(奇偶校验码)的一个码组中,只有一个监督码元。奇偶监督码分为奇监督码和偶监督码。一个奇监督码组中“1”码的个数为奇数,一个偶监督码组中“1”码的个数为偶数。
奇偶监督码广泛应用于计算机数据传输网络中。
二维奇偶监督码
二维奇偶监督码由m个信息码组排列成一个方阵。每个码字构成方阵的一行,每一行的最后一位为水平奇偶监督码元。每一列增加一位垂直奇偶监督码元(包括行监督码元形成的一列)。
二维奇偶监督码不仅可以检测每行的奇数个错误和每列的奇数个错误,而且可以检测每行或每列的偶数个错误(当只有某一行或某一列有偶数个错误时),在某些情况下还可以进行纠错。
恒比码
恒比码的特点是:每个许用码组中“1”与“0”的个数之比是恒定的,在接收端只要检测“1”的个数,就可以确定是否发生了错误。
群计数码
群计数码的编码规律为:将一个码组内信息码元的“1”码个数用二进制数表示,并且作为监督码元。例如,信息码元11100101对应的群计数码为11100101101,它的最后3个二进制码元101表示信息码元中有5个“1”码。
群计数码的检错能力很强,除了“1”变“0”和“0”变“1”成对出现的错误之外,它能够检测出所有形式的错误。