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(zhǎng)度的碼組,可表示為(n , k),通常它用于前向糾錯(cuò)。在分組碼中,監(jiān)督位被加到信息位之后,形成新的碼。在編碼時(shí),k個(gè)信息位被編為n位碼組長(zhǎng)度,而n-k個(gè)監(jiān)督位的作用就是實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)與糾錯(cuò)。當(dāng)分組碼的信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系為線性關(guān)系時(shí),這種分組碼就稱為線性分組碼。
對(duì)于長(zhǎng)度為n的二進(jìn)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(gè)碼組(k
線性分組碼是建立在代數(shù)群論基礎(chǔ)之上的,各許用碼的集合構(gòu)成了代數(shù)學(xué)中的群,它們的主要性質(zhì)如下:
(1)任意兩許用碼之和(對(duì)于二進(jìn)制碼這個(gè)和的含義是模二和)仍為一許用碼,也就是說(shuō),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(jié)中介紹的奇偶監(jiān)督碼,就是一種最簡(jiǎn)單的線性分組碼,由于只有一位監(jiān)督位通常可以表示為(n,n-1),式(1)表示采用偶校驗(yàn)時(shí)的監(jiān)督關(guān)系。在接收端解碼時(shí),實(shí)際上就是在計(jì)算:
(2)
其中, …表示接收到的信息位,表示接收到的監(jiān)督位,若S=0,就認(rèn)為無(wú)錯(cuò);若S=1就認(rèn)為有錯(cuò)。式(2)被稱為監(jiān)督關(guān)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(tài),因此,它只能表示有錯(cuò)和無(wú)錯(cuò)這兩種信息,而不能指出錯(cuò)碼的位置。
設(shè)想如果監(jiān)督位增加一位,即變成兩位,則能增加一個(gè)類似于式(2)的監(jiān)督關(guān)系式,計(jì)算出兩個(gè)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(wú)錯(cuò)以外,其余3種狀態(tài)就可用于指示3種不同的誤碼圖樣。
同理,由r個(gè)監(jiān)督方程式計(jì)算得到的校正子有r位,可以用來(lái)指示 -1種誤碼圖樣。對(duì)于一位誤碼來(lái)說(shuō),就可以指示-1個(gè)誤碼位置。對(duì)于碼組長(zhǎng)度為n、信息碼元為k位、監(jiān)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(gè)監(jiān)督位構(gòu)造出r個(gè)監(jiān)督關(guān)系式來(lái)指示一位錯(cuò)碼的n種可能,則要求:
(3)
下面通過(guò)一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明線性分組碼是如何構(gòu)造的。設(shè)分組碼(n , k)中k = 4,為了能夠糾正一位錯(cuò)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(gè)碼元,用、、表示利用三個(gè)監(jiān)督方程,通過(guò)計(jì)算得到的校正子,并且假設(shè)、 、三位校正字碼組與誤碼位置的關(guān)系如表1(當(dāng)然,也可以規(guī)定成另一種對(duì)應(yīng)關(guān)系,這并不影響討論的一般性):
由表中規(guī)定可已看到,僅當(dāng)一錯(cuò)碼位置在時(shí),校正子為1;否則為0。這就意味著 四個(gè)碼元構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)督關(guān)系:
(4a)
同理,構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)督關(guān)系:
(4b)
表1校正字與誤碼位置
以及構(gòu)成有數(shù)監(jiān)督關(guān)系:
(4c)
在發(fā)送端編碼時(shí)是信息碼元,它們的值取決于輸入信號(hào),因此是隨機(jī)的。是監(jiān)督碼元,它們的取值由監(jiān)督關(guān)系來(lái)確定,即監(jiān)督位應(yīng)使式(4)的三個(gè)表達(dá)式中的、和的值為零(表示編成的碼組中應(yīng)無(wú)錯(cuò)碼),這樣式(4)的三個(gè)表達(dá)式可以表示成下面的方程組形式:
(5)
由上式經(jīng)移項(xiàng)運(yùn)算,接出監(jiān)督位
(6)
根據(jù)上面兩個(gè)線性關(guān)系,可以得到16個(gè)許用碼組如表2所示:
表2許用碼組
接收端收到每個(gè)碼組后,計(jì)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(gè)誤碼或檢測(cè)兩個(gè)誤碼。如超出糾錯(cuò)能力,則反而會(huì)因“亂糾”而增加新的誤碼。
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