无线通信信道编码技术：清华大学讲座

"无线通信工程，姚彦教授，清华大学微波与数字通信国家重点实验室，2001年12月1日，第七讲，无线通信的信道编码" 本文主要介绍了编译码原理在无线通信中的应用，特别是信道编码的重要性和基本概念。首先，文章引用了仙侬定理，阐述了在带宽无限大的情况下，信噪比 Eb/N0 趋于-1.6dB，但该定理并未指出如何实现带宽和功率的互换。接着，排除了通过扩频技术实现互换的可能性，并提出利用纠错技术是实现这一目标的有效途径。 信道编码的核心目的是增强信息传输的可靠性，通过添加冗余码元来抵抗信道中的干扰。这些冗余码元按照特定的规则与信息码元组合，形成码字，使得码字在传输过程中具备一定的抗干扰能力。编码效率 R 定义为信息码元与总码元的比例，而编码率 R 是信息速率与编码后速率的比值。对于任何信道，都存在一个截止编码率 R0，当编码率低于 R0 时，可以达到较低的误比特率（BER）。 在等概二进码和高斯白噪声信道（AWGN）中，存在一个与编码约束长度 n 相关的关系，即 BER 可以小于某个与 R0 相关的函数。通过调整 n，可以实现任意低的差错率。图示说明了随着编码率的降低，所需的 Eb/N0 会减小，但是达到仙侬极限仍有约3dB的差距。此外，未进行信道编码时（R0接近1），在有限的信噪比下无法实现无差错传输。 文章还提到了信道编码的几个关键性能指标，包括编码率、编码效率、编码增益（用于衡量编码对信号质量的改善程度）、编码延时（编码和解码过程引入的时间延迟）以及编译码器的复杂度（影响实际系统实现的难易程度和资源消耗）。 按照码的规律性，信道编码可以分为不同的类别，例如有规律的线性码（如卷积码、Turbo码）和非线性的分组码（如汉明码、BCH码等）。此外，还可以根据是否包含反馈信息，将编码分为前向纠错码（FEC）和带有反馈的ARQ（Automatic Repeat reQuest）协议。每种编码方式都有其独特的优点和适用场景，例如卷积码适合连续传输，而分组码适用于离散数据的编码。 信道编码是无线通信中不可或缺的一部分，它通过巧妙地设计码字结构，能够在有限的带宽和功率条件下提高通信的可靠性，从而逼近或达到理论上的传输极限。在实际的无线通信系统设计中，选择合适的编码方案对于优化系统性能至关重要。