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关于信道编码理论的发展

浏览:6059  来源:通信人在线  日期:2020-03-02

1948年香农在其开创性的论文中奠定了信息理论的基础,并提出了著名的信道编码定理及其逆定理:对于任何一个无记忆信道,存在一个确定的参数,即信道容量,当信道信息传输速率小于信道容量时,通过适当的编码和译码方法可以使得信道在接收端的误码率任意小,即可以实现无差错通信;反之,如果信道信息传输速率大于信道容量,那么无论采用怎样的编码和译码方法,信道接收端的误码率都会大于一个小的常数,即无法实现无差错通信。香农揭示了一个非常具有挑战性的课题,即采用怎样的编码和译码方法,才能以逼近信道容量的信息传输速率可靠地进行通信。在香农论文发表后,研究人员就投入了对逼近香农限的编译码方法的探索之中。

20世纪50年代至90年代之前,研究重点主要集中在两类编码方案上,一类是线性分组码,一类是卷积码。在线性分组码方面,1960年由BoseRay-ChaudhuriHocquenghem提出的BCH码和ReedSolomon提出的RS码应用最广。Elias1955年提出了卷积编码方案后,先后提出了序列译码算法、Fano译码算法、堆栈译码算法、Viterbi译码算法。Viterbi译码由于性能优越且译码复杂度低而成为目前最常用的卷积码译码算法。在这一时期,还有两种优异的编码方案。一种是将分组码和卷积码结合起来的级联码,它由Forney1966年提出。研究表明,级联码的性能相比分组码或卷积码有较大提高,而译码复杂度没有明显增加。另一种是网格编码方案(TCM),它是将编码和调制技术结合起来。研究表明,网格编码方案可以带来可观的编码调制增益。

1993年,Claude Berrou提出了一种新型的信道编码方案--Turbo码,仿真结果证明Turbo码能够逼近香农限。随着研究人员对Turbo码的深入研究,发现Turbo码的实现原理和Gallager1960年提出的低密度校验(LDPC)码极其相似。1996Mackey等人重新研究了LDPC码,发现其同样具有逼近信道容量的译码性能。已有的结果表明,LDPC码在码长较大时,其性能甚至超过Turbo码。

除了TurboLDPC码以外,目前人们还发明了其他许多性能优异的编码方案,如Turbo乘积码、PA码、RA码等。

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