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航天公开课FEC纠错编码思维导图

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航天公开课FEC纠错编码思维导图

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思维导图大纲

航天公开课FEC纠错编码思维导图模板大纲

误比特率

为10 -3 ~10 -6 的通信系统使用FEC技术后,差错率会得到明显改善

例如,可以从10 -4 改善到10 -7

FEC的分组码与卷积码以及它们的级联使用,在卫星通信中已广泛应用

分组码

目前卫星通信用得较多的是BCH码,如国际第五代卫星(IS-V)的TDMA系统用BCH(128,112)码

海事卫星通信系统用BCH(63,39)码,括弧中数字,前者是分组的长度n(比特数)

后者表示信息码的比特数k,而监督码位数为n-k

BCH(n,k,t)码能纠正t个错误,如为BCH(63,39,4)码能纠正4个错误

编码增益的定义是

对于一定的误比特率,在不用纠错编码时所需的(E b /N o )与用纠错编码时所需的(E b /N o )之差

卷积码

卷积码包括代数译码及概率译码两种译码方法

代数译码方法设备简单,但由于未能充分发挥卷积码的长处,故只用于码速不太高的场合

误比特率可以从10 -4 改善到10 -7

概率译码方法中的维特比(Viterbi)译码,目前可做到用于每秒几十兆比特到上百兆比特的场合

且设备比较简单,故特别适用于基本上是高斯白噪声信道的卫星通信系统中纠正随机差错用

卷积编码用维特比译码时能获得的编码增益

级联码

级联码是将两个独立的码级联起来构成一个性能更佳的码,一般可以是分组码与分组码级联

分组码与卷积码级联,或卷积码与卷积码级联,采用级联码的通信系统

最常见的级联码是内码采用卷积码配合Viterbi译码

外码采用RS码,由于RS码具有很强的纠突发错误的能力,这种级联码还适合于衰落信道

RS码是Reed-Solomn码的简称,它属于循环BCH码的推广

级联码在卫星系统已广泛被应用,调制方式级联码E b /N o ~P e (误比特率)的关系。E b /N o 的单位为dB

纠正突发差错的方法

交织法交织技术可以把一片突发错误变为分散的随机错误

这是纠正突发错误的一个有效方法,在卫星通信系统中被广泛采用

采用交织技术的通信系统方框图,对于衰落时间小于交织宽度的信号衰落

系统可以纠错,但交织会带来额外的时延

TCM技术网格编码调制(TCM,Trellis Coded Modulation)技术

是一种将编码和调制相结合的技术,它的最大优点是在不增加信道带宽的前提下,获得显著的编码增益

简单的四状态TCM与传统的非编码调制相比,可以得到3dB的编码增益

复杂的TCM可以得到6dB甚至更高的编码增益。TCM特别适合于功率受限和频带受限的通信系统

Turbo码

Turbo码是现在所能得到的最有效的前向纠错(FEC)码

Turbo码是在加性高斯白噪声信道中,通过反复的软判决输入/软判决输出译码算法

在译码器复杂度相当的情况下,其性能优于传统的卷积码

经过理论研究和仿真结果可知,在加性高斯白噪声信道中

编码速率为1/2的Turbo码在达到误比特率(BER)≤10 -5时

E b /N o 仅为约0.7dB,远远超过了其他的编码方式

Turbo码的编码

Turbo码编码器的原理,它采用两个系统反馈卷积码编码器并联

并在第二个反馈卷积码编码器前加交织器(Turbo码交织器)

这两个反馈卷积码称为Turbo码的结构码。输入的信息序列经过两个编码器编码

其中第一个编码器按输入信息序列原来的顺序编码

而第二个编码器对交织后的信息序列进行编码。所有信息数据都送到信道中

而由两个结构编码器产生的校验数据则根据编码速率有选择地传输

如果信道是衰落信道,编码后的数据在传输前还要经过信道交织的编码

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