[科普中国]-卷积编码器

简介

在数字传输系统中，因为存在噪声，信道衰落等干扰因素，会使传输的信号发生错误，产生误码。虽然数字信号的传输为了防止误码而会进行信道编码，增加传输码的冗余，例如增加监督位等来克服信号在信道传输过程中的错误，但这种检错纠错能力是有限的。例如当出现突发错误，出现大片误码时，这时信道的纠错是无能为力的。而卷积交织器可以将原来的信息码打乱，这时尽管出现大面积突发性错误，这些可以通过解交织器来进行分散，从而将大面积的错误较为平均地分散到不同的码段，利于信道纠错的实现。1利用相关技术构建卷积编码器，可以对信号进行卷积码编码，使信号在通信的工程中具有良好的纠错性能。

原理卷积码拥有良好的纠错性能，是一种被广泛应用于移动通信的信道编码系统。一个（n，k，m）卷积码编码器由k个输入，具有m阶存储的n个输出的线形时序电路实现。通常， n和k是较小的整数，且，但m比较大。当时，信息序列不再分成小块，以便可以连续处理。卷积码（n，k，m）表示码率，编码器级数，其中s是码约束长度。1

反向CDMA信道使用（3，1，8）卷积码，码率，约束长度为9，由于，，，则该卷积编码器包含单个输入端，一个8级移位寄存器，三个模2加法器和一个3向编码器输出的连续转向器。编码器每输入一位信息比特将产生三位编码输出。这些编码符号中，第一个输出符号是生成序列编码产生的符号，第二个输出符号是由生成序列编码产生的符号，最后一个输出符号是由生成序列编码产生的符号，如下图所示。

该电路由一个八位寄存器、三个码生成逻辑、一个时隙发生器和一个四选一复用器构成。mux的输入为、和，码选择信号C[1:0]和clk1由时隙发生器产生，输出信号即为整个电路的输出。

卷积编码器的初始状态用rst异步清零信号置为0，时，电路清零。 卷积编码器的初始状态全为0，初始状态之后输出的第一个编码符号由生成序列编码产生。这里，三个生成序列分别为

即三个生成多项式分别为：

相关卷积码解码

①代数解码：利用编码本身的代数结构进行解码，不考虑信道的统计特性。大数逻辑解码，又称门限解码，是卷积码代数解码的最主要一种方法，它也可以应用于循环码的解码。大数逻辑解码对于约束长度较短的卷积码最为有效，而且设备较简单。

②概率解码：又称最大似然解码。它基于信道的统计特性和卷积码的特点进行计算。针对无记忆信道提出的序贯解码就是概率解码方法之一。另一种概率解码方法是维特比算法。当码的约束长度较短时，它比序贯解码算法的效率更高、速度更快，目前得到广泛的应用。2