線性分組碼,線性分組碼是什么意思
線性分組碼,線性分組碼是什么意思
分組碼是一組固定長度的碼組,可表示為(n , k),通常它用于前向糾錯。在分組碼中,監督位被加到信息位之后,形成新的碼。在編碼時,k個信息位被編為n位碼組長度,而n-k個監督位的作用就是實現檢錯與糾錯。當分組碼的信息碼元與監督碼元之間的關系為線性關系時,這種分組碼就稱為線性分組碼。
對于長度為n的二進制線性分組碼,它有種可能的碼組,從種碼組中,可以選擇M=個碼組(k
線性分組碼是建立在代數群論基礎之上的,各許用碼的集合構成了代數學中的群,它們的主要性質如下:
(1)任意兩許用碼之和(對于二進制碼這個和的含義是模二和)仍為一許用碼,也就是說,線性分組碼具有封閉性;
(2)碼組間的最小碼距等于非零碼的最小碼重。
在8.2.1節中介紹的奇偶監督碼,就是一種最簡單的線性分組碼,由于只有一位監督位通常可以表示為(n,n-1),式(1)表示采用偶校驗時的監督關系。在接收端解碼時,實際上就是在計算:
(2)
其中, …表示接收到的信息位,表示接收到的監督位,若S=0,就認為無錯;若S=1就認為有錯。式(2)被稱為監督關系式,S是校正子。由于校正子S的取值只有“0”和“1”兩種狀態,因此,它只能表示有錯和無錯這兩種信息,而不能指出錯碼的位置。
設想如果監督位增加一位,即變成兩位,則能增加一個類似于式(2)的監督關系式,計算出兩個校正子和, 而共有4種組合:00,01,10,11,可以表示4種不同的信息。除了用00表示無錯以外,其余3種狀態就可用于指示3種不同的誤碼圖樣。
同理,由r個監督方程式計算得到的校正子有r位,可以用來指示 -1種誤碼圖樣。對于一位誤碼來說,就可以指示-1個誤碼位置。對于碼組長度為n、信息碼元為k位、監督碼元為r=n - k位的分組碼(常記作(n,k)碼),如果希望用r個監督位構造出r個監督關系式來指示一位錯碼的n種可能,則要求:
(3)
下面通過一個例子來說明線性分組碼是如何構造的。設分組碼(n , k)中k = 4,為了能夠糾正一位錯誤,由式(3)可以看到,要求r ≥ 3,若取r = 3,則n = k+r = 7。因此,可以用表示這7個碼元,用、、表示利用三個監督方程,通過計算得到的校正子,并且假設、 、三位校正字碼組與誤碼位置的關系如表1(當然,也可以規定成另一種對應關系,這并不影響討論的一般性):
由表中規定可已看到,僅當一錯碼位置在時,校正子為1;否則為0。這就意味著 四個碼元構成偶數監督關系:
(4a)
同理,構成偶數監督關系:
(4b)
表1校正字與誤碼位置
以及構成有數監督關系:
(4c)
在發送端編碼時是信息碼元,它們的值取決于輸入信號,因此是隨機的。是監督碼元,它們的取值由監督關系來確定,即監督位應使式(4)的三個表達式中的、和的值為零(表示編成的碼組中應無錯碼),這樣式(4)的三個表達式可以表示成下面的方程組形式:
(5)
由上式經移項運算,接出監督位
(6)
根據上面兩個線性關系,可以得到16個許用碼組如表2所示:
表2許用碼組
接收端收到每個碼組后,計算出 、和,如不全為0,則可按表8-4確定誤碼的位置,然后予以糾正。例如,接收碼組為0000011,可算出 =011,由表8-4可知在 位置上有一誤碼。
不難看出,上述(7,4)碼的最小碼距,因此,它能糾正一個誤碼或檢測兩個誤碼。如超出糾錯能力,則反而會因“亂糾”而增加新的誤碼。
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