現(xiàn)代糾錯(cuò)編碼與調(diào)制理論及應(yīng)用

前言

　　信道編碼與調(diào)制是整個(gè)通信理論的精髓，廣泛應(yīng)用于宇航深空通信、個(gè)人移動(dòng)通信、公用電話網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和DVD糾錯(cuò)等各種場(chǎng)景，為信息化社會(huì)提供了高效、可靠的技術(shù)保障?！　?948年，香農(nóng)（Shannon）發(fā)表了具有里程碑意義的《The Mathematical Theoryof Communications（通信的數(shù)學(xué)理論）》一文，為信道編碼技術(shù)指明了發(fā)展方向。在此后的半個(gè)多世紀(jì)中，經(jīng)過(guò)Hanming、Golay、Reed、Solomon、Massey、Berlekamp、Elias、viterbi、Forney、Shu Lin、Gallager等眾多學(xué)者的不懈努力，糾錯(cuò)碼理論與技術(shù)不斷發(fā)展并完善。尤其是在世紀(jì)之交，C.Berrou提出了Turbo碼，隨后Mackay和Neal重新發(fā)現(xiàn)了LDPC碼，這兩種編碼都逼近了BPSK調(diào)制下的加性高斯白噪聲信道容量。目前，Turbo碼已經(jīng)成功應(yīng)用到第三代移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)中，而L，DPC碼則是下一代移動(dòng)通信和深空通信糾錯(cuò)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。在編碼調(diào)制技術(shù)方面，基于分組碼的多級(jí)編碼調(diào)制、網(wǎng)格編碼調(diào)制（TCM）和Turlbo-網(wǎng)格編碼調(diào)制（T-TCM）等帶寬有效的編碼調(diào)制技術(shù)相繼提出，提高了高頻譜利用率下的功率有效性。以香農(nóng)信息論為代表的糾錯(cuò)編碼和調(diào)制理論進(jìn)入了一個(gè)總結(jié)歸納的成熟期，同時(shí)也意味著下一次技術(shù)突破即將來(lái)臨。未來(lái)的移動(dòng)通信要求在有效的無(wú)線帶寬內(nèi)提高吞吐量來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的寬帶業(yè)務(wù)需求，而吞吐量是帶寬有效性與功率有效性的綜合體現(xiàn)。但是，目前的編碼調(diào)制技術(shù)相對(duì)于高帶寬利用率的衰落信道容量還有很大距離，其功率有效性還有很大的提高空間，這些都是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界急需解決的問(wèn)題。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了編解碼理論的基本概念、基本方法和基本應(yīng)用。全書內(nèi)容可以分為4部分：第一部分內(nèi)容為緒論、信息論基本知識(shí)、糾錯(cuò)碼基本理論與基本概念以及糾錯(cuò)碼的代數(shù)基礎(chǔ)；第二部分內(nèi)容為線性分組碼、循環(huán)碼、卷積碼以及級(jí)聯(lián)碼等；第三部分內(nèi)容為Turbo碼、LDPC碼以及統(tǒng)一編碼和密度進(jìn)化理論；第四部分內(nèi)容為現(xiàn)有的移動(dòng)通信中的糾錯(cuò)碼、無(wú)線信道估計(jì)與Turbo碼補(bǔ)償解碼、未來(lái)移動(dòng)通信中的LDPC碼以及未來(lái)移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中的調(diào)制技術(shù)。　　本書的特點(diǎn)是盡量避免枯燥的數(shù)學(xué)證明和深?yuàn)W的理論分析，注重強(qiáng)調(diào)糾錯(cuò)碼技術(shù)的基本概念、方法和實(shí)際應(yīng)用。本書可以作為通信領(lǐng)域工程技術(shù)人員的參考書，也可以作為通信專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教材。

書籍目錄

第1章　緒論　1.1　糾錯(cuò)碼理論的歷史回顧　　1.2　近十年來(lái)糾錯(cuò)碼理論的突破性發(fā)展　第2章　信息論基礎(chǔ)　2.1　熵和互信息的概念　　2.2　信道容量的概念　　2.3　糾錯(cuò)碼與信道容量的關(guān)系　第3章　糾錯(cuò)碼的基本概念　3.1　差錯(cuò)控制的基本概念　　3.2　差錯(cuò)控制系統(tǒng)　　3.3　糾錯(cuò)碼的基本概念　　　3.3.1　編碼效率　　　3.3.2　編碼增益　　　3.3.3　信息碼元與監(jiān)督碼元　　　3.3.4　許用碼組與禁用碼組　　　3.3.5　編碼距離　3.4　檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力與最小碼間距離dmin的關(guān)系　　3.5　差錯(cuò)控制編碼的效用　　3.6　糾錯(cuò)碼的分類　第4章　糾錯(cuò)碼的代數(shù)基礎(chǔ)　4.1　整數(shù)的基本知識(shí)　　4.2　代數(shù)系統(tǒng)的基本概念　　4.3　多項(xiàng)式剩余類環(huán)　　　4.3.1　關(guān)于多項(xiàng)式的幾個(gè)定義　　　4.3.2　多項(xiàng)式的運(yùn)算規(guī)則　　　4.3.3　多項(xiàng)式剩余類構(gòu)成有限域　　4.4　有限域代數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)　　4.5　中國(guó)剩余定理（孫子定理）　第5章　線性分組碼　5.1　線性分組碼的基本概念　　5.2　碼的校驗(yàn)矩陣與生成矩陣　　5.3　線性分組碼的伴隨式與解碼方法　　5.4　最大距離碼與完備碼　　5.5　漢明碼與格雷碼　　5.6　哈達(dá)瑪碼（Hadamard Code）與瑞德-穆勒碼（Reed-Muller Code）　　5.7　線性分組碼的性能限　　5.8　線性分組碼在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用　　　5.8.1　編碼器結(jié)構(gòu)　　　5.8.2　解碼算法　　　5.8.3　仿真驗(yàn)證　　　5.8.4　結(jié)論　第6章　循環(huán)碼　6.1　循環(huán)碼的基本概念　　6.2　循環(huán)碼的多項(xiàng)式描述　　6.3　循環(huán)碼的矩陣描述　　6.4　縮短循環(huán)碼與循環(huán)冗余校驗(yàn)碼　　6.5　Fire（弗爾）碼和QR（平方剩余）碼　　6.6　BCH碼和R-S碼　　6.7　多項(xiàng)式乘除法電路　　　6.7.1　多項(xiàng)式乘法電路　　　6.7.2　多項(xiàng)式除法電路　　　6.7.3　多項(xiàng)式乘除法電路　　　6.7.4　循環(huán)碼的編碼電路　　6.8　循環(huán)碼的解碼　　　6.8.1　梅杰特解碼器　　　6.8.2　捕錯(cuò)解碼器　　　6.8.3　縮短循環(huán)碼的解碼　　6.9　BCH碼和R-S碼的編碼構(gòu)造　　　　6.9.1　BCH碼的構(gòu)造方法　　　6.9.2　R-S碼的構(gòu)造方法　　6.10　BCH碼和R-S碼的解碼方法　　　6.10.1　關(guān)鍵方程的引入　　　6.10.2　多項(xiàng)式的歐幾里德算法　　　6.10.3　BCH/R-S碼的解碼步驟　　　6.10.4　仿真結(jié)果　　　6.11　刪除信道下的解碼　第7章　卷積碼　7.1　卷積碼的基本概念　　7.2　卷積碼的描述　　　7.2.1　卷積碼的矩陣描述　　　7.2.2　卷積碼的樹圖描述　　　7.2.3　卷積碼的狀態(tài)圖描述　　　7.2.4　卷積碼的網(wǎng)格圖描述　　　7.2.5　卷積碼的多項(xiàng)式表示　　　7.3　卷積碼的維特比解碼算法　　　7.3.1　維特比解碼算法的基本原理　　　7.3.2　維特比解碼算法的性能　　　7.4　卷積碼的距離特性　　7.5　卷積碼距離譜的信號(hào)流圖法　　　7.5.1　線性狀態(tài)方程法　　　7.5.2　圖解變換法　　　7.6　卷積碼的性能分析　　7.7　卷積碼在通信中的應(yīng)用　第8章　交織碼、級(jí)聯(lián)碼與TCM和PCM　8.1　交織　　　8.1.1　塊交織　　　8.1.2　比特翻轉(zhuǎn)交織　　　8.1.3　權(quán)位倒置交織器的提出　　　8.2　級(jí)聯(lián)碼　　8.3　網(wǎng)格編碼調(diào)制（TCM）　　　8.3.1　8PSK 4狀態(tài)的TCM　　　8.3.2　一般的TCM　　8.4　CPM調(diào)制和解調(diào)技術(shù)　　　8.4.1　CPM信號(hào)的一般表達(dá)式及其線性近似模型　　8.4.2　GSM中的調(diào)制技術(shù)——GMSK調(diào)制　　　8.4.3　無(wú)線信道下的CPM信號(hào)的最佳解調(diào)技術(shù)——MLSE均衡解調(diào)技術(shù)　　第9章　Turbo碼　9.1　Turbo碼的編碼方法　　9.2　Turbo碼的解碼方法　　　9.2.1　MAP、Log_MAP和Max_Log_MAP算法　　　9.2.2　SOVA算法　　　9.2.3　各種算法小結(jié)　　9.3　Turbo碼的分量碼與交織器的設(shè)計(jì)　　9.4　Turbo碼解碼質(zhì)量的估值技術(shù)　　　9.4.1　對(duì)誤幀率的估值算法研究　　　9.4.2　對(duì)誤碼率的估值算法研究　　　9.4.3　仿真比較性研究　　　9.4.4　結(jié)論　　　9.5　Turbo碼的自適應(yīng)迭代算法　　　9.5.1　自適應(yīng)迭代解碼算法的研究綜述　　　9.5.2　新的自適應(yīng)迭代算法　　　9.5.3　仿真比較性研究　　　9.5.4　結(jié)論　　9.6　Turbo碼在第三代移動(dòng)通信中的應(yīng)用　　　9.6.1　Turbo碼在cdma2000中的應(yīng)用　　　9.6.2　Turbo碼在WCDMA系統(tǒng)中的應(yīng)用　　　9.6.3　卷積Turbo碼在WiMAX系統(tǒng)中的應(yīng)用　　　9.6.4　協(xié)議中Turbo碼的比較研究　　　9.7　本章總結(jié)　第10章　LDPC碼　10.1　LDPC碼的提出和再發(fā)現(xiàn)　　10.2　Gallager碼編碼原理　　10.3　Gallager碼解碼原理　　10.4　非規(guī)則LDPC碼的編碼構(gòu)造方法　　　10.4.1　監(jiān)督矩陣的構(gòu)造方法　　　10.4.2　從監(jiān)督矩陣到生成矩陣的編碼方法　　　10.5　LDPC碼的迭代算法——和積算法　　　10.5.1　初始化　　　10.5.2　迭代過(guò)程　　　10.6　LDPC碼的性能分析和數(shù)學(xué)建?！　　?0.6.1　Gallager碼的性能分析　　　10.6.2　Luby對(duì)非規(guī)則LDPC碼的性能分析　　　10.7　LDPC碼的高效解碼實(shí)現(xiàn)方法　　　10.7.1　基于似然比值的LDPC解碼實(shí)現(xiàn)方法　　　10.7.2　新的差分解碼算法及其簡(jiǎn)化算法的提出　　　10.7.3　仿真測(cè)試和對(duì)比　　　　　10.7.4　結(jié)論　　10.8　多進(jìn)制LDPC碼　　　10.8.1　多進(jìn)制LDPC碼的構(gòu)造　　　10.8.2　多進(jìn)制LDPC碼的解碼　　　10.8.3　GF（q）域上的LDPC碼的解碼性能　　　10.8.4　結(jié)論　　10.9　本章總結(jié)　第11章　統(tǒng)一編解碼與密度進(jìn)化理論　11.1　要素圖與和積算法　　　11.1.1　計(jì)算單個(gè)邊緣函數(shù)　　　11.1.2　計(jì)算所有邊緣函數(shù)　　　11.2　前/后向算法的要素圖解釋　　　11.2.1　前/后向算法的要素圖表示　　　11.2.2　Turbo碼的迭代解碼的要素圖表示　　　11.3　LDPC碼和RA碼的要素圖解釋　　　11.3.1　LDPC碼　　　11.3.2　RA碼　　　11.3.3　二進(jìn)制變量和校驗(yàn)式的簡(jiǎn)化　　　11.4　密度進(jìn)化的分析方法　　　11.4.1　密度進(jìn)化模型和高斯近似　　　11.4.2　解碼收斂的動(dòng)態(tài)模型　　11.5　本章總結(jié)　第12章　移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信道編碼　12.1　GSM系統(tǒng)的信道編碼　　　12.1.1　GSM的信道編碼方案　　　12.1.2　全速率語(yǔ)音信道（TCH/FS）的信道編碼　　　12.2　IS?95系統(tǒng)中的信道編碼　　　12.2.1　檢錯(cuò)CRC　　　12.2.2　前向糾錯(cuò)碼（FEC）　　　12.2.3　交織編碼　　12.3　cdma2000系統(tǒng)的信道編碼　　　12.3.1　檢錯(cuò)CRC　　　12.3.2　前向糾錯(cuò)碼FEC　　　12.3.3　交織編碼　　12.4　WCDMA系統(tǒng)的信道編碼　　　12.4.1　信道編碼/復(fù)用流程　　　12.4.2　WCDMA系統(tǒng)中的信道檢錯(cuò)、糾錯(cuò)編碼　　　12.4.3　WCDMA系統(tǒng)中不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的編碼/復(fù)用過(guò)程　　　12.5　協(xié)議比較　第13章　無(wú)線信道估計(jì)與Turbo碼的補(bǔ)償解碼　13.1　Nakagami衰落信道下的信噪比（半盲）估值及其在Turbo解碼中的應(yīng)用　　　13.1.1　系統(tǒng)模型及Nakagami衰落隨機(jī)變量的兩個(gè)定理　　　13.1.2　Nakagami信道下SNR估值的新算法　　　13.1.3　Turbo解碼信道補(bǔ)償估值算法及其對(duì)解碼精度的靈敏性仿真對(duì)比測(cè)試　　　13.1.4　結(jié)論　　13.2　Nakagami衰落信道下的信道狀態(tài)（全盲）估值算法及其在Turbo解碼中的應(yīng)用　　　13.2.1　研究綜述　　　13.2.2　Nakagami信道下SNR估值的新算法及全盲估值算法　　　13.2.3　Turbo解碼信道補(bǔ)償估值算法及其對(duì)解碼精度的靈敏性仿真對(duì)比測(cè)試　　　13.2.4　結(jié)論　　　13.3　本章總結(jié)　第14章　未來(lái)移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中的低密度校驗(yàn)碼　14.1　802.16e LDPC碼部分協(xié)議介紹　　14.2　中興關(guān)于LDPC碼的提案內(nèi)容介紹　　　14.2.1　LDPC母碼編碼器介紹　　　14.2.2　用于低于母碼碼率的LDPC縮短編碼方式　　　14.2.3　用于高于母碼碼率的LDPC打孔編碼方式　　14.3　三菱關(guān)于LDPC碼的提案內(nèi)容介紹　　　14.3.1　三菱LDPC碼的構(gòu)造和描述　　　14.3.2　適用于多碼率的RC-LDPC碼　　14.4　我們提出的一種增強(qiáng)型的LDPC碼　　14.5　仿真結(jié)果　　　14.5.1　802.16e仿真結(jié)果圖　　　14.5.2　中興仿真結(jié)果圖　　　14.5.3　3種方案比較圖　　　14.5.4　我們提出的增強(qiáng)型LDPC碼的仿真性能　　　14.6　結(jié)論　第15章　未來(lái)移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中的調(diào)制技術(shù)　15.1　簡(jiǎn)介　　15.2　OFDM　　15.3　旋轉(zhuǎn)調(diào)制（Rotation?modulation）技術(shù)　　　15.3.1　普通調(diào)制方式　　　15.3.2　旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)　　　15.3.3　OFDM調(diào)制的旋轉(zhuǎn)調(diào)制符號(hào)映射與時(shí)頻二維交織　　　15.3.4　最大似然解調(diào)器　　15.4　LDPC-OFDM仿真系統(tǒng)　　15.5　結(jié)論　參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　糾錯(cuò)理論的歷史回顧　　通信的主要目的是保障消息傳遞的可靠性、有效性和安全性。然而，可靠性和有效性往往是相互矛盾的，不失一般性，增加更多發(fā)送信息的冗余度可以使通信更可靠，但是浪費(fèi)了系統(tǒng)帶寬，有效性降低了。糾錯(cuò)碼理論就是在解決這對(duì)矛盾的過(guò)程中不斷向前發(fā)展的。事實(shí)上，糾錯(cuò)碼的本質(zhì)是尋找增加冗余度的一種最有效的方法，從而接收信息受到一定干擾的條件下仍然能夠可靠地恢復(fù)原始的有效的方法，從而在接收信息受到一定干擾的條件下仍然能夠可靠地恢復(fù)原始的發(fā)送信息。　　一個(gè)簡(jiǎn)化的數(shù)字能信系統(tǒng)如圖1-1所示，為了克服傳輸過(guò)程中的各種各樣的干擾，往往要人為地加入一些冗余度，使其具有自動(dòng)檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力，這種能力由圖中的糾（檢）錯(cuò)編碼器完成。

編輯推薦

　　《現(xiàn)代糾錯(cuò)編碼與調(diào)制理論及應(yīng)用》中有信道編碼和調(diào)制方法的基本理論與技術(shù)應(yīng)用，編碼調(diào)制領(lǐng)域最新理論與技術(shù)發(fā)展，作者多年的創(chuàng)新性研究成果。

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