移动通信网络规划：信道编码

一、信道编码概述

首先我们先来看一般通信系统模型，通信系统包含的种类很多，比如电报、电话、广播、遥测等，这些系统都可看成信息传输系统，那么信息在传输过程中会由于噪声和干扰的存在，使得发送的码字与接收的码字之间存在差异，这种差异称为差错，信道噪声、干扰越大，码字产生错误的概率也越大。因此为了保证信息传输的有效性和可靠性，在发送端对信源进行信源编码、信道编码、译码等过程，而在接收端进行解码等反操作来保证信息的正确传送。

什么是信源编码呢？它的主要作用就是把信源的模拟信号转变为数字信号，减小量化误差，压缩冗余度，提高数字信号的有效性。而信道编码，又称差错控制编码，是数字信号在传输过程中由于信道传输特性不理想或噪声的存在导致接收端产生误码，为了减少误码的产生，采用信道编码进行检错纠错，从而提高数字通信的可靠性。

因此，信源编码和信道编码冗余度的主要区别是：信源编码是压缩随机的冗余度，信道编码是增加有规律的冗余度。信道编码又称为抗干扰编码或差错控制编码，用来改善数字通信系统传输质量，提高系统的可靠性。

如何使消息传输后发生错误最少？也就是说如何对信源进行检错纠错？这就是要学习的什么是信道编码，它的工作原理是什么。所谓信道编码，是在信息码元中插入一些冗余码元，从而使整体码元具有一定规律，当出现错误传输时，可以通过规律对错误码元进行检测乃至纠正。

信道编码的主要技术指标有传输速率和差错率等。

传输速率包括码元传输率和比特率，码元传输率指每秒钟通过信道传输的码元数，比特率指每秒钟通过信道传输的信息量。

差错率包括码元差错率、比特差错率和码组差错率。码元差错率指在传输的码元总数中发生差错的码元数所占的比例，简称误码率。比特差错率指在传输比特数中发生差错的比特数所占的比例。码组差错率：指在传输的码组总数中发生差错的码组数所占的比例。

二进制中，码元差错率就是比特差错率。根据不同的应用场合对差错率有不同的要求，计算机数据传输，一般要求比特差错率小于10-8~10-9 ，在遥控指令和武器系统的指令系统中，要求有更小的误比特率或码组差错率。

二、信道编码的分类

按码的用途分：检错码、纠错码、纠删码

按监督码元与信息码元的关系分：线性码、非线性码

按对信息码元处理方式分：分组码、卷积码

按信息码元在编码前后是否相同分：系统码、非系统码

按纠检错类型分：纠/检错随机、纠/检突发错

三、检错纠错原理

检错原理：信源在传输过程中出现误码是必然的：在有噪声和损失存在的信道中，输入符号与接收符合不难一一对应，传输错误和判断错误的情况总会存在。同时误码的产生具有不可预知性：误码是随机发生的，接收端并不了解是否发生了误码，更不知是哪个码元出现错误。

纠错原理：不仅知道有错，还应知道是哪个码元出现错误。双连码只能检错，不能纠错，因为冗余不够。冗余的加入，拉大了许用码字之间的汉明距离，就有可能区别误码与各个许用码字之间汉明距离的不同，从而判断误码可能的来源。

下面我们来看一个例子来了解什么是最小汉明距离，简单来说就是比较两个长度相等的的码组，判断它们之间不相同的码元个数即为最小汉明距离，我们看C1和C2两个码组，第一位和第三位是相同的，均为0，其余三位都不同，所以最小汉明距离为3。而C1和C4对比，只有第四位相同，均为0，其余四位都不同，所以最小汉明距离为4。

三、四种差错控制方式

1、前向纠错法FEC

所发码具有纠错能力，收端接收后自动纠错。无需反向信道，实时性好，所发码具有纠错能力，译码自动纠错，设备复杂，传输效率低。

2、检错重发法ARQ

所发码具有检错能力，收端接收后判决是否出错，通过反向信道发送判决结果，发端据此决定是否重发。

译码设备简单，对突发错误有效，但要求有反馈信道。

3、混合纠错法HEC

编码既有纠错能力也有检错能力，收端收到信息码组后再收端进行检测。再纠错范围内：纠正；超出范围：通过ARQ方式进行重发。

4、信息反馈法IF

收端接收到信息后，将所收到的信息原封不动地发回给发端。发端对比所收到的信息与之前发送的信息是否一致，决定重发信息或发送新信息。

方法和设备简单，无需纠检错编译系统。但需要双向信道，传输效率低，实时性差。

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