信道編碼:經典與現代

信道編碼:經典與現代 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

[美] William E. Ryan(威廉.E.瑞恩),Shu Lin(林舒) 著,白寶明,馬嘯 譯
圖書標籤:
  • 信道編碼
  • 編碼理論
  • 通信原理
  • 信息論
  • 現代通信
  • 數字通信
  • 糾錯編碼
  • 無綫通信
  • 信號處理
  • 通信工程
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齣版社: 電子工業齣版社
ISBN:9787121308994
版次:1
商品編碼:12168996
包裝:平裝
開本:16開
齣版時間:2017-03-01
用紙:膠版紙
頁數:596
字數:956000

具體描述

內容簡介

  信道編碼是數字通信和數據存儲係統的核心技術,本書主要討論經典編碼與現代編碼的基礎理論與應用實踐。在本書中,Lin教授與Ryan教授清晰明瞭地介紹瞭現代信道編碼(包括LDPC碼與Turbo碼)的*新研究情況,同時詳細闡述瞭一些經典信道碼,如BCH碼、RS碼、捲積碼、有限幾何碼以及乘積碼,所以本書既包含有經典編碼技術也包含有現代編碼技術。

作者簡介

  白寶明,現任西安電子科技大學通信工程學院教授、博士生導師,通信與信息係統學科帶頭人。中國電子學會會士,中國電子學會信息論分會副主任委員,中國通信學會青年工作委員會副主任委員。

目錄

第1 章編碼和容量

1.1 數字數據通信與存儲

1.2 信道編碼概述

1.3 信道編碼範例:(7, 4) 漢明碼

1.4 設計準則和性能度量

1.5 常用信道模型的信道容量公式

1.5.1 二元輸入無記憶信道的容量

1.5.2 M元輸入無記憶信道的編碼限

1.5.3 有記憶信道的編碼限

習題?

參考文獻

第2 章有限域、嚮量空間、有限幾何和圖論

2.1 集閤和二元運算

2.2 群

2.2.1 群的基本概念

2.2.2 有限群

2.2.3 子群和陪集

2.3 域

2.3.1 定義和基本概念

2.3.2 有限域

2.4 嚮量空間

2.4.1 基本定義和性質

2.4.2 綫性獨立和維數

2.4.3 有限域上的有限嚮量空間

2.4.4 內積和對偶空間

2.5 有限域上的多項式

2.6 Galois 域的構造及其性質

2.6.1 Galois 域的構造

2.6.2 有限域的一些基本性質

2.6.3 加法子群和循環子群

2.7 有限幾何

2.7.1 歐氏幾何

2.7.2 射影幾何

2.8 圖論

2.8.1 基本概念

2.8.2 路徑和環

2.8.3 二分圖

習題

參考文獻

附錄

第3 章綫性分組碼

3.1 綫性分組碼介紹

3.1.1 生成矩陣和校驗矩陣

3.1.2 綫性分組碼的檢錯

3.1.3 綫性分組碼的重量分布和最小漢明距離

3.1.4 綫性分組碼的譯碼

3.2 循環碼

3.3 BCH 碼

3.3.1 碼的構造

3.3.2 譯碼

3.4 多元綫性分組碼和RS 碼

3.5 乘積碼、交織碼和級聯碼

3.5.1 乘積碼

3.5.2 交織碼

3.5.3 級聯碼

3.6 準循環碼

3.7 重復碼和單奇偶校驗碼

習題

參考文獻

第4 章捲積碼

4.1 捲積碼的範例

4.2 捲積碼的代數描述

4.3 編碼器的實現和分類

4.3.1 編碼器類型的選擇

4.3.2 災難編碼器

4.3.3 最小編碼器

4.3.4 捲積碼的設計

4.4 捲積碼的其他錶示

4.4.1 作為半無限長綫性碼的捲積碼

4.4.2 捲積碼編碼器的圖錶示法

4.5 基於網格圖的譯碼器

4.5.1 MLSD 和Viterbi 算法

4.5.2 差分Viterbi 譯碼

4.5.3 逐比特MAP 譯碼和BCJR 算法

4.6 基於網格圖譯碼的性能估計

4.6.1 分組碼的最大似然譯碼器性能

4.6.2 捲積碼的重量枚舉

4.6.3 捲積碼的最大似然譯碼性能

習題

參考文獻

第5 章低密度校驗碼

5.1 LDPC 碼的錶示

5.1.1 矩陣錶示

5.1.2 圖形錶示

5.2 LDPC 碼的分類

5.3 消息傳遞和Turbo 原理

5.4 和積算法

5.4.1 概述

5.4.2 重復碼的MAP 譯碼器和APP 處理器

5.4.3 單奇偶校驗碼的MAP 譯碼器和APP 處理器

5.4.4 Gallager 的SPA 譯碼器

5.4.5 盒式加法SPA 譯碼器

5.4.6 對SPA 譯碼器性能的評述

5.5 降低復雜度的近似SPA 算法

5.5.1 最小和譯碼器

5.5.2 衰減和偏移最小和譯碼器

5.5.3 修正最小和譯碼器

5.5.4 近似min? 譯碼器

5.5.5 Richardson/Novichkov 譯碼器

5.5.6 降低復雜度的盒加譯碼器

5.6 廣義LDPC 碼的迭代譯碼器

5.7 BEC 和BSC 的譯碼算法

5.7.1 BEC 下的迭代刪除填充算法

5.7.2 BEC 下的ML 譯碼

5.7.3 BSC 下的Gallager 算法A 和算法B

5.7.4 BSC 下的比特翻轉算法

5.8 結束語

習題

參考文獻

第6 章基於計算機的低密度校驗碼設計

6.1 原始的LDPC 碼

6.1.1 Gallager 碼

6.1.2 MacKay 碼

6.2 PEG 算法和ACE 算法

6.2.1 PEG 算法

6.2.2 ACE 算法

6.3 基模圖LDPC 碼

6.4 多邊型LDPC 碼

6.5 基於單個纍加器的LDPC 碼

6.5.1 RA 碼

6.5.2 非規則重復–纍加碼

6.5.3 基於廣義纍加器的LDPC 碼

6.6 基於兩個纍加器的LDPC 碼

6.6.1 非規則重復–纍加–纍加碼

6.6.2 纍加–重復–纍加碼

6.7 標準中的基於纍加器的碼

6.8 廣義LDPC 碼

習題

參考文獻

第7 章Turbo 碼

7.1 並行級聯捲積碼

7.1.1 RSC 碼的主要特性

7.1.2 交織器的主要特性

7.1.3 打孔

7.1.4 在BI-AWGNC 上的性能估計

7.2 PCCC 迭代譯碼器

7.2.1 迭代譯碼器概述

7.2.2 譯碼器細節

7.2.3 PCCC 迭代譯碼器的總結

7.2.4 低復雜度近似

7.3 串行級聯捲積碼

7.3.1 BI-AWGNC 下的性能估計

7.3.2 SCCC 迭代譯碼器

7.3.3 SCCC 迭代譯碼器的總結

7.4 Turbo 乘積碼

7.4.1 乘積碼的Turbo 譯碼

習題

參考文獻

第8 章Turbo 碼集和LDPC 碼集的枚舉器

8.1 符號錶示

8.2 並行級聯碼的碼集枚舉器

8.2.1 預備知識

8.2.2 PCCC 碼集的枚舉器

8.3 串行級聯碼集的枚舉器

8.3.1 預備知識

8.3.2 SCCC 碼集的枚舉器

8.4 若乾基於纍加器的碼的枚舉器

8.4.1 重復–纍加碼的枚舉器

8.4.2 非規則重復–纍加碼的枚舉器

8.5 基於基模圖的LDPC 碼集的枚舉器

8.5.1 有限長碼集的重量枚舉器

8.5.2 漸進集閤重量枚舉器

8.5.3 計算漸進集閤枚舉器的復雜度

8.5.4 陷阱集集閤枚舉器

8.5.5 停止集集閤枚舉器

習題

參考文獻

第9 章LDPC 碼集和Turbo 碼集的譯碼門限

9.1 規則LDPC 碼的密度進化

9.2 非規則LDPC 碼的密度進化

9.3 量化密度進化

9.4 高斯近似

9.4.1 規則LDPC 碼的高斯近似

9.4.2 非規則LDPC 碼的高斯近似

9.5 LDPC 碼的通用性

9.6 LDPC 碼的EXIT 圖

9.6.1 規則LDPC 碼的EXIT 圖

9.6.2 非規則LDPC 碼的EXIT 圖

9.6.3 基模圖碼的EXIT 技術

9.7 Turbo 碼的EXIT 圖

9.8 EXIT 圖的麵積特性

9.8.1 串行級聯碼

9.8.2 LDPC 碼

習題

參考文獻

第10 章有限幾何LDPC 碼

10.1 基於歐氏幾何中的綫構造LDPC 碼

10.1.1 一類循環EG-LDPC 碼

10.1.2 一類準循環EG-LDPC 碼

10.2 基於歐氏幾何中的平行綫簇的LDPC 碼構造

10.3 基於歐氏幾何分解的LDPC 碼構造

10.4 通過掩模方法構造EG-LDPC 碼

10.4.1 掩模方法

10.4.2 規則掩模

10.4.3 非規則掩模

10.5 根據循環矩陣分解法構造QC-EG-LDPC 碼

10.6 基於射影幾何構造循環和準循環LDPC 碼

10.6.1 循環PG-LDPC 碼

10.6.2 準循環PG-LDPC 碼

10.7 FG-LDPC 碼的一步大數邏輯譯碼算法和比特翻轉譯碼算法

10.7.1 BSC 下LDPC 碼的OSMLG 譯碼算法

10.7.2 BSC 下LDPC 碼的BF 譯碼算法

10.8 加權比特翻轉譯碼:算法1

10.9 加權比特翻轉譯碼:算法2 和算法3

10.10 結束語

習題

參考文獻

第11 章基於有限域的LDPC 碼構造

11.1 有限域中域元素的矩陣散列

11.2 基於有限域構造QC-LDPC 碼的一般方法

11.3 基於兩信息符號RS 碼最小重量碼字的QC-LDPC 碼構造

11.4 基於一類特殊RS 碼的通用校驗矩陣的QC-LDPC 碼構造

11.5 基於有限域子群的QC-LDPC 碼構造

11.5.1 基於有限域的加法子群構造QC-LDPC 碼

11.5.2 基於有限域的乘法子群構造QC-LDPC 碼

11.6 基於素域加法群的QC-LDPC 碼構造

11.7 基於有限域本原元的QC-LDPC 碼構造

11.8 基於歐氏幾何中相交綫簇的QC-LDPC 碼構造

11.9 一類基於RS 碼構造的結構化LDPC 碼

習題

參考文獻

第12 章基於組閤設計、圖和疊加的LDPC 碼構造

12.1 平衡不完全區組設計和LDPC 碼

12.2 I 類Bose BIBD 和QC-LDPC 碼

12.2.1 I 類Bose BIBD

12.2.2 I 型I 類Bose BIBD-LDPC 碼

12.2.3 II 型I 類Bose BIBD LDPC 碼

12.3 II 類Bose BIBD 和QC-LDPC 碼

12.3.1 II 類Bose BIBD

12.3.2 I 型II 類Bose BIBD-LDPC 碼

12.3.3 II 型II 類QC-BIBD-LDPC 碼

12.4 散列法構造II 型Bose BIBD-LDPC 碼

12.5 基於網格圖的LDPC 碼構造

12.5.1 基於網格圖的二部圖短環消除方法

12.5.2 碼構造

12.6 基於PEG Tanner 圖的LDPC 碼構造

12.7 疊加法構造LDPC 碼

12.7.1 通用疊加法構造LDPC 碼

12.7.2 基矩陣和組成矩陣的構造

12.7.3 疊加構造乘積LDPC 碼

12.8 兩類圍長為8 的LDPC 碼

習題

參考文獻

第13 章二進製刪除信道上的LDPC 碼

13.1 BEC 上LDPC 碼的迭代譯碼

13.2 糾隨機刪除的能力

13.3 BEC 上的好LDPC 碼

13.4 突發刪除的糾正

13.5 有限幾何循環LDPC 碼和疊加LDPC 碼的糾突發刪除能力

13.5.1 用基於有限幾何的循環LDPC 碼糾突發刪除

13.5.2 用疊加構造的LDPC 碼糾突發刪除

13.6 漸近最優的糾突發刪除QC-LDPC 碼

13.7 通過陣列擴展構造QC-LDPC 碼

13.8 糾正突發刪除的循環碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 494

習題? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 497

參考文獻? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 498

第14 章多元LDPC 碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 501

14.1 定義? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 501

14.2 多元LDPC 碼的譯碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 502

14.2.1 QSPA ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 502

14.2.2 FFT-QSPA? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 506

14.3 基於有限幾何的多元LDPC 碼構造? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 508

14.3.1 一類qm 元循環EG-LDPC 碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 508

14.3.2 一類多元準循環EG-LDPC 碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 512

14.3.3 一類多元規則EG-LDPC 碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 514

14.3.4 基於射影幾何的多元LDPC 碼構造? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 516

14.4 基於有限域的多元QC-LDPC 碼構造? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 518

14.4.1 有限域元素擴展成多元循環置換矩陣? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 519

14.4.2 基於有限域的多元QC-LDPC 碼構造方法? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? 519

14.4.3 基於掩模法的多元QC-LDPC 碼構造? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 520

14.4.4 基於陣列擴展法的多元QC-LDPC 碼構造? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 522

14.5 基於歐氏幾何中的平行平麵和矩陣擴展的QC-EG-LDPC 碼構造? ? ? ? ? ? ? ? ? 524

14.6 基於歐氏幾何中的交叉平麵和矩陣擴展的多元QC-EG-LDPC 碼構造? ? ? ? ? ?? 526

14.7 多元QC-LDPC 碼的疊加-擴展構造? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 530

習題? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 533

參考文獻? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 535

第15 章LDPC 碼的應用和前沿話題? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 539

15.1 LDPC 編碼調製? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 539

15.2 ISI 信道上的Turbo 均衡和LDPC 碼設計? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 546

15.2.1 Turbo 均衡? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 546

15.2.2 ISI 信道上的LDPC 碼設計? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 548

15.3 LDPC 碼誤碼平層的估計? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 550

15.3.1 誤碼平層現象和陷阱集? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 551

15.3.2 誤碼平層估計? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 553

15.4 低誤碼平層的LDPC 譯碼器設計? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 555

15.4.1 所研究的碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 557

15.4.2 雙模式譯碼器? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 559

15.4.3 級聯和比特固定? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 563

15.4.4 廣義LDPC 譯碼器? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 565

15.4.5 注記? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 566

15.5 LDPC 捲積碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 566

15.6 噴泉碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 568

15.6.1 鏇風碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 569

15.6.2 LT 碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 570

15.6.3 Raptor 碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 570

習題? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 570

參考文獻? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 572


前言/序言

  前言

  本書命名為《信道編碼:經典與現代》,這個名字用於反映這本書的具體內容,既涵蓋瞭經典的信道編碼,也涵蓋瞭現代的信道編碼。本書所涉及的編碼包括BCH 碼、Reed-Solomon碼、捲積碼、有限幾何碼、Turbo 碼、低密度校驗(LDPC)碼和乘積碼等。然而,這個書名還有另外一層含義,本書的大部分內容是關於LDPC 碼的,這被認為是一種既經典(1961年被發現)又現代(1996 年被重新發現)的編碼技術。David Forney 在他1999 年8 月有關定義在圖上的碼(LDPC 碼是一種圖碼)的IMA講話中印證瞭這一觀點:“這感覺就像早期編碼的年代”。另一個本書具備經典與現代雙重性的例子是,有限幾何碼是20 世紀60 年代被廣為研究的一種信道編碼,因此,它屬於經典的信道編碼。然而,Shu Lin 等人在2000 年重新發現瞭這種編碼並把它歸結為LDPC 碼的其中一類,具有很好的糾錯性能,因此,有限幾何碼也可以被認為是一種現代的信道編碼。對於有限幾何碼,“經典”與“現代”的元素主要體現在它的譯碼器上:一步硬判決譯碼(經典)和迭代軟判決譯碼(現代)。

  Claude Shannon 在1948 年發錶瞭著名的《通信的數學理論》一文,奠定瞭信道編碼、信源編碼和信息論領域的基礎,該文發錶至今已有60 餘年瞭。Shannon 證明瞭存在這樣的一類信道編碼,在信息速率不超過信道容量的前提下,這類碼是可以用來保證可靠通信的。在Shannon 的文章發錶後的45 年內,編碼理論界設計瞭大量既巧妙又高效的編碼係統。然而,在實際的場景中,這些係統都不能夠很好地逼近Shannon 的理論極限。第一個突破是1993 年Turbo 碼的發現,這是第一種能夠逼近Shannon 容量限的信道編碼。第二個突破是1996 年對LDPC 碼的重新發現,這種碼同樣具有逼近容量限的性能(這種碼發明於1961年,但隨後便被忽略瞭,這主要是因為在當時的技術水平看來,這不是一種很實用的編碼技術)。至今,這兩種碼的發現已超過瞭10 年的時間,這方麵的知識也日漸成熟,因此,也就到瞭寫一本有關信道編碼的新書的時候。

  本書主要是針對工程和計算機科學專業的研究生,以及工業界和學術界的研發人員撰寫的。編碼理論的知識大多發錶在各期刊和會議文章中,我們感覺非常有必要把這些知識係統地歸納在一起。對於信道編碼的入門者和那些希望在該領域進一步提升自己知識水平的人而言,這是一本既可以學習到經典信道編碼又可以學習到現代信道編碼的書籍。目前,大部分檔案文獻都是針對該領域的專傢而寫的,但本書既適閤於初學者(前麵的章節),又適閤於該領域的專傢(後麵的章節)。本書的撰寫由淺入深,閱讀時並不需要信道編碼領域的前提知識。由本書目錄可見,我們會逐漸地延伸到這個領域的前沿知識部分。

  當然,本書的選題反映瞭作者的經驗和興趣,但同時也考慮到選題在信道編碼研究領域的重要性。因此,一些額外的章節使得本書稍顯笨重。本書著重強調針對二進製輸入信道的編碼技術,這類信道包括二進製輸入加性高斯白噪聲信道、二進製對稱信道和二進製刪除信道等。顯然,我們省略瞭針對無綫信道(如MIMO 信道)的編碼技術的內容。然而,本書對於從事這個方嚮研究的學生和研究者們仍然是相當有用的,因為很多針對加性高斯白噪聲信道的技術能夠推廣到無綫信道。另外,可以注意到我們也省略瞭針對Reed-Solomon 碼的軟判決譯碼算法的內容,盡管這部分內容相當重要,但作者認為這部分內容還不像本書的其他內容那麼成熟。

  如果將本書當做教科書使用,可以列齣若乾不同的課程大綱。對於有關信道編碼的研究生課程,最顯然的課程大綱應該涵蓋本書的第1、2、3、4、5和7章的內容。這門課程首先介紹幾種常用信道的容量限(第1章),然後介紹相關的代數知識(第2章),以便於學生理解BCH碼、Reed-Solomon 碼和它們的譯碼器(第3章)。隨後,這門課程會介紹捲積碼和它們的譯碼器(第4章)。這門課程緊接著會介紹LDPC 碼及其迭代譯碼(第5章)。最後,在第4章和第5章的基礎上,學生可以開始學習Turbo 碼和Turbo 譯碼(第7章)。以上所提及的課程內容對於隻上一個學期的研究生課程而言,顯然是有點過多瞭,課程導師應當從中選擇一部分來教授。

  對於一門專門介紹LDPC 碼的設計的更高級課程而言,課程導師可以從第10 ~ 14章選取課程內容。這門課首先介紹基於歐氏幾何和射影幾何的LDPC 碼設計(第10章),然後介紹基於有限域的LDPC 碼設計(第11章)和基於組閤數學及圖論的LDPC 碼設計(第12章)。隨後,學生可以利用以上章節所學的知識學習如何專門針對二進製刪除信道設計LDPC 碼(第13章)。最後,學生可以學習多元LDPC 碼的設計技術(第14章)。

  作為課程大綱的最後一個例子,該門課程可以專門介紹基於計算機的LDPC 碼設計,其內容應該包括本書的第5、6、8和9章。這門課程適閤於已經學過經典信道編碼,且對LDPC碼感興趣的學生。這門課程首先介紹LDPC 碼及其若乾譯碼器(第5章)。隨後,學生開始學習若乾基於計算機的LDPC 碼設計方法,這包括Gallager 碼、MacKay 碼、基於基模圖的LDPC 碼和基於纍加器的LDPC 碼等(第6章)。然後,學生將學習如何從重量分布的角度來衡量LDPC 碼集的性能(第8章)。最後,學生將學習如何利用密度進化和EXIT 圖等工具,從譯碼門限的角度來衡量LDPC(長)碼的性能(第9章)。

  本書每章都包含一定數量的習題,這些習題形式多樣,有的要求例行的計算和推導,有的要求利用計算機找答案或者利用計算機進行仿真,有的甚至可以作為一個學期的項目。作者選擇這些習題,一方麵希望加強學生對每章知識的理解(比如,要求學生對某個譯碼器做計算機仿真);另一方麵,也希望引導學生進一步擴展自己所學的知識(比如,要求學生對某個結果進行證明,而這個證明過程並沒有在書本中齣現過)。首先,我們要感謝Ian Blake 教授,他仔細閱讀瞭整個書稿的早期版本並給齣瞭很多重要的建議,使本書得到瞭很大的完善。我們也要感謝我們的研究生們,在本書的準備過程中,他們給予瞭很大的幫助。他們幫忙排版、仿真、校對和整理圖片,同時,本書中也包含瞭很多他們的研究結果。對W. Ryan 所撰寫部分有貢獻的學生(過去的和現在的)包括Yang Han 博士、YifeiZhang 博士、Micheal (Sizhen) Yang 博士、Yan Li 博士,Gianluigi Liva 博士、Fei Peng 博士、Shadi Abu-Surra、Kristin Jagiello(她校對瞭8章的內容)和Matt Viens。我們也同時感謝Li Zhang(S. Lin 的學生),他就第6章和第9章給予瞭很多有價值的反饋。最後,W. Ryan也感謝Lulea Institute of Technology 的Sara Sandberg,她就第5章的早期版本給予瞭很有用的反饋意見。對S. Lin 所撰寫部分有貢獻的學生包括Bo Zhou 博士、Qin Huang(黃勤)博士、Ying Y. Tai 博士、Lan Lan 博士、Lingqi Zeng 博士、Jingyu Kang 和Li Zhang。其中,我們尤其需要感謝Bo Zhou 博士和Qin Huang 博士,他們幫忙輸入瞭S. Lin 撰寫的所有章節,並在這些章節最後版本的準備過程中給予瞭很多的幫助。

  我們感謝Dan Costello 教授,他發給瞭我們很多有關第15章捲積LDPC 碼部分的參考資料。我們感謝Marc Fossorier 博士,他給予瞭我們很多有關第14章的建議。我們還感謝AliGharyeb教授,他給予瞭我們很多有關第7章的建議。我們感謝(美國)國傢自然科學基金、國傢航空和空間管理中心及信息存儲産業聯盟多年來對信道編碼的資金支持,離開瞭他們的支持,本書的很多結果是不可能取得的。我們同時要感謝亞利桑那大學和加州大學戴維斯分校,本書的撰寫得到瞭他們很大的支持。我們同時感謝纔華橫溢的Linda Wyrgatsch 女士,她專門為本書的封底創作瞭一幅圖畫。我們注意到,本書的封麵和封底的兩幅圖畫正好分彆反映瞭經典與現代兩個概念。最後,我們要特彆緻謝我們的妻子(Stephanie 和Ivy)、孩子和孫子,在本書的撰寫過程中,他們給予瞭我們源源不斷的愛與支持。

  William E. Ryan Shu Lin

  亞利桑那大學加州大學戴維斯分校

  (University of Arizona) (University of California, Davis)


信道編碼:經典與現代 在這本深入探討信道編碼理論與實踐的著作中,我們將一同踏上一段跨越時空的旅程,探索信息傳輸的奧秘,以及如何抵禦噪聲乾擾,確保數據可靠性的智慧結晶。從早期基於數學嚴謹性構建的經典編碼方案,到如今利用計算能力和復雜算法實現的現代技術,信道編碼始終是信息論與通信工程領域的核心驅動力,也是現代數字世界不可或缺的基石。 第一部分:信道編碼的基石——經典理論與編碼 本部分將帶領讀者迴到信道編碼的起源,深入剖析那些奠定瞭整個學科堅實基礎的經典理論和編碼方法。 信息論基礎與信道模型: 我們將從香農的信息論齣發,重溫信息熵、互信息等核心概念,理解信息傳輸的本質以及理論上的極限。隨後,我們將詳細介紹不同類型的通信信道模型,如二元對稱信道 (BSC)、高斯白噪聲信道 (AWGN) 等,理解它們各自的特性以及對信息傳輸帶來的挑戰。通過對這些基本模型的分析,讀者將建立起對信道編碼所要解決問題的深刻認識。 綫性分組碼: 綫性分組碼作為信道編碼中最基礎也是最重要的類彆,將是本部分的重點。我們將從其數學結構入手,深入講解生成矩陣 (G) 和校驗矩陣 (H) 的概念及其作用,理解如何通過這些矩陣來構造和解碼編碼。 漢明碼: 作為最早也是最簡單的糾錯碼之一,漢明碼的構造原理和糾錯能力將得到詳盡的闡述。我們將展示如何設計漢明碼來檢測和糾正單個比特錯誤,並討論其在實際應用中的局限性。 循環碼: 循環碼以其高效的編碼和解碼算法而聞名,我們將詳細講解多項式錶示、生成多項式、校驗多項式等概念。 BCH 碼和 RS 碼作為循環碼的重要分支,它們的構造原理、糾錯能力以及在數據存儲和無綫通信中的廣泛應用也將得到深入剖析。 捲積碼: 與分組碼不同,捲積碼的編碼是連續的,具有“記憶”特性。我們將介紹捲積碼的編碼器結構(移位寄存器和多路選擇器)、約束長度、生成函數等關鍵參數。 維特比譯碼算法: 維特比算法是捲積碼最經典也是最有效的最大似然譯碼算法。我們將對其原理進行詳細講解,並通過實例演示如何一步步進行譯碼,理解其如何利用路徑度量來找到最可能的發送序列。 其他譯碼方法: 除瞭維特比算法,我們還將簡要介紹其他譯碼方法,如前嚮纍積譯碼 (BCJR) 算法,並探討其在特定場景下的優勢。 碼的性能分析: 理解一個編碼方案的優劣,離不開對其性能的分析。我們將介紹關鍵的性能指標,如: 最小漢明距離: 這是衡量分組碼糾錯能力的核心指標,我們將闡述其計算方法和意義。 最小歐氏距離: 對於捲積碼等連續編碼,我們將介紹最小歐氏距離的概念及其與譯碼性能的關係。 誤碼率 (BER) 和誤塊率 (BLER) 分析: 我們將探討如何通過理論計算和仿真來評估編碼方案在不同信噪比下的誤碼率和誤塊率性能,並理解譯碼門限的概念。 第二部分:現代信道編碼的飛躍——低密度奇偶校驗碼與現代編解碼 進入信息時代,對數據傳輸速率和可靠性的要求日益提高,經典編碼在效率和性能上逐漸顯露齣瓶頸。本部分將聚焦於近年來在信道編碼領域引起革命性變革的低密度奇偶校驗 (LDPC) 碼,以及其他現代編解碼技術。 低密度奇偶校驗 (LDPC) 碼: LDPC 碼被譽為“接近香農極限”的編碼,其獨特的稀疏校驗矩陣結構賦予瞭它卓越的性能和高效的譯碼能力。 LDPC 碼的定義與構造: 我們將詳細介紹 LDPC 碼的稀疏校驗矩陣,以及如何基於圖論(如 G-P 圖)來構造 LDPC 碼,理解其與置換矩陣的關係。 消息傳遞譯碼算法 (Sum-Product Algorithm / Belief Propagation): 這是 LDPC 碼最核心的譯碼算法。我們將深入剖析其工作原理,理解消息如何在節點之間傳遞和更新,以及如何迭代收斂以獲得解碼結果。我們將通過圖示和算例來清晰地展示算法的執行過程。 LDPC 碼的變體與優化: 除瞭規整 LDPC 碼,我們還將探討不規整 LDPC 碼、分層 LDPC 碼等變體,以及它們在不同應用場景下的優勢。 LDPC 碼在現代通信標準中的應用:我們將列舉 LDPC 碼在 Wi-Fi、5G、衛星通信等重要通信標準中的實際應用案例,強調其在提升係統性能和效率方麵的重要性。 Turbo 碼: Turbo 碼是 LDPC 碼之前最具代錶性的接近香農極限的編碼。我們將迴顧其“並聯級聯”的編碼結構,介紹其組成部分(如遞歸的捲積碼)以及交織器的作用。 Turbo 譯碼算法: 我們將詳細講解 Turbo 碼的迭代譯碼過程,理解軟判決反饋在 Turbo 譯碼中的關鍵作用,以及它是如何通過多次迭代逐步提升解碼精度的。 Turbo 碼的性能特點與局限: 我們將分析 Turbo 碼的優異性能,並討論其譯碼復雜度較高、譯碼時延較長等方麵的不足,從而引齣 LDPC 碼的優勢。 格型編碼 (Lattice Coding): 格型編碼以其優異的容量性能和在多輸入多輸齣 (MIMO) 係統中的應用而受到關注。我們將介紹格型的基本概念,以及格型編碼如何利用其幾何結構來提升信息傳輸的效率和可靠性。 Polar 碼: Polar 碼是第一種被證明能達到香農容量的編碼。我們將介紹其“信道極化”的核心思想,理解如何通過迭代極化來構造極化信道,並基於這些信道構建 Polar 碼。我們將探討其編碼和譯碼的原理,以及其在未來通信技術中的潛力。 現代編解碼器的設計與實現: 除瞭理論上的介紹,本部分還將觸及現代編解碼器的設計和實現層麵。 硬件實現考慮: 對於高速通信係統,編解碼器的硬件實現至關重要。我們將討論 ASICs 和 FPGAs 在實現高效編解碼器中的作用,以及在資源受限環境下進行優化的策略。 軟件實現與加速: 在軟件定義無綫電 (SDR) 和通用處理器平颱上,高效的軟件實現也同樣重要。我們將提及 SIMD 指令集、多綫程並行等技術如何加速編解碼過程。 第三部分:信道編碼的應用與前沿 本部分將超越理論和算法本身,將目光投嚮信道編碼在各個領域的實際應用,並展望未來的發展趨勢。 通信係統中的應用: 無綫通信: 從蜂窩網絡(2G、3G、4G、5G)到 Wi-Fi,信道編碼是保證無綫通信可靠性和數據速率的關鍵。我們將分析不同代際的無綫通信標準中采用的編碼技術,以及它們如何應對復雜的無綫環境。 衛星通信: 惡劣的空間環境對數據傳輸提齣瞭極高的挑戰,信道編碼是確保衛星通信數據完整性的生命綫。我們將探討在衛星通信中常用的編碼技術及其優勢。 數據存儲: 硬盤、SSD、光盤等存儲介質的可靠性也離不開信道編碼。我們將介紹糾錯碼在糾正存儲介質物理損傷方麵的作用,如 RS 碼在 CD/DVD 中的應用。 網絡編碼: 與傳統信道編碼不同,網絡編碼在網絡節點處進行編碼,能夠提高網絡的吞吐量和魯棒性。我們將簡要介紹網絡編碼的基本思想。 其他領域的應用: 量子通信: 量子通信同樣麵臨著噪聲的乾擾,量子糾錯碼是保證量子信息傳輸安全和可靠性的關鍵。我們將簡要介紹量子糾錯碼的基本概念。 機器學習與人工智能: 信道編碼的理論和算法也與機器學習領域有所交叉,例如在深度學習模型的學習過程中,信道編碼的原理可以提供啓示。 未來發展趨勢: 超寬帶通信中的編碼: 隨著通信速率的不斷提升,對編碼的要求也越來越高。 麵嚮特定信道和應用優化的編碼: 針對不同場景(如水下通信、醫療傳感器網絡等)的特殊信道特性,開發定製化的編碼方案。 與人工智能的深度融閤: 利用 AI 技術來設計更優的編碼方案,或者利用編碼理論來改進 AI 模型的魯棒性。 新型編碼理論的探索: 持續探索更接近香農極限、更易於實現的編碼方法。 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的信道編碼知識體係,從經典理論到前沿技術,從理論推導到實際應用。通過學習本書,讀者將能夠深刻理解信息傳輸的挑戰,掌握抵禦噪聲的智慧,並為未來通信和信息技術的發展打下堅實的基礎。

用戶評價

評分

作為一名在嵌入式係統領域工作的工程師,我對數據可靠性有著近乎苛刻的要求。在很多項目中,數據在傳輸或存儲過程中都可能因為各種乾擾而産生錯誤,而信道編碼正是解決這一問題的關鍵技術。我選擇這本書,是看中瞭它“經典與現代”的定位。我希望能在這本書中找到對經典糾錯碼(如Reed-Solomon碼)在實際應用中的深入剖析,瞭解它們在存儲介質(如光盤、硬盤)和數據傳輸中的具體實現和優化方法。同時,我也非常關注書中對於現代編碼技術(如LDPC碼和Turbo碼)的介紹。我希望它能詳細闡述這些現代編碼技術在現代通信標準(如5G)中的作用,以及它們相比於經典編碼在效率和性能上的優勢。更重要的是,我希望書中能提供一些將這些編碼技術應用於嵌入式係統設計的指導,比如在資源受限的環境下如何選擇閤適的編碼方案,如何進行高效的編碼/解碼算法的實現,以及相關的硬件加速策略。我需要的是能夠直接指導我工作的知識,而不是僅僅停留在理論層麵的描述。這本書能否給我帶來實際的工程經驗和技術啓發,將是我衡量其價值的重要標準。

評分

這本書的封麵設計就充滿瞭厚重感,紙張的觸感也相當不錯,拿到手就知道是精心製作的。我是一名通信工程的學生,平時接觸信道編碼也算比較多,但總覺得對很多經典的理論和算法的理解還停留在錶麵,尤其是那些數學推導,雖然知道結論,但過程往往一筆帶過。這本書的標題“經典與現代”立刻吸引瞭我,我猜想它應該會深入淺齣地講解一些基礎理論,比如Hamming碼、BCH碼、Reed-Solomon碼這些我經常在論文和教材裏看到但總感覺難以完全掌握的。而且,“現代”這個詞也讓我充滿瞭期待,現在像LDPC碼、Turbo碼這些更強大的編碼技術已經廣泛應用,不知道這本書會不會對這些前沿的編碼技術有深入的介紹,比如它們的設計原理、性能分析,以及在實際通信係統中的應用案例。我特彆希望它能詳細解釋這些現代編碼技術的數學基礎,而不是簡單羅列公式。有時候,讀一本好書就像打開瞭一扇新的窗戶,我希望這本書能讓我對信道編碼這個領域有一個更係統、更深刻的認識,能夠將那些零散的知識點串聯起來,形成一個完整的知識體係。對於我而言,理解這些編碼原理不僅是為瞭應付考試,更是為瞭將來在通信領域深耕打下堅實的基礎,能夠真正理解和運用這些技術解決實際問題。

評分

我對數學理論的嚴謹性有很高的追求,同時也對信息科學的實際應用充滿熱情。這本書的標題“信道編碼:經典與現代”恰好滿足瞭我這兩個方麵的需求。我猜想,這本書應該不僅僅是停留在對各種編碼方法的羅列和介紹,而是會深入到編碼理論背後的數學原理。我非常期待看到它能對那些經典的編碼,比如綫性分組碼、捲積碼等,進行細緻的數學推導和分析,解釋它們的設計思想和優越性。同時,對於“現代”的編碼技術,我希望能看到它們在理論上的突破,比如LDPC碼的低密度校驗矩陣設計,Turbo碼的迭代譯碼原理,以及它們是如何在逼近香農限的道路上不斷前進的。我希望這本書能用清晰的數學語言,配閤恰當的圖示和例子,來講解這些復雜的概念,從而幫助我建立起對信道編碼的深刻理解。除此之外,我還有一個小小的願望,就是希望書中能涉及一些編碼理論在實際工程中的實現挑戰和優化策略,哪怕隻是簡要提及,也能讓我瞭解到理論與實踐之間的距離,以及科學傢和工程師們是如何努力縮短這一距離的。這本書能否成為連接純粹數學理論和實際工程應用的橋梁,是我衡量它是否符閤我期望的關鍵。

評分

最近,我因為工作需要,開始深入研究數據傳輸的可靠性問題,而信道編碼無疑是其中的核心環節。市麵上關於信道編碼的書籍不少,但我總覺得要麼過於理論化,要麼過於應用化,難以找到一個平衡點。“經典與現代”這個書名,讓我覺得它很有可能提供一個全新的視角。我期待這本書能像一位經驗豐富的導師,將信道編碼的曆史演進娓娓道來,從香農的理論基石講起,到那些奠定行業基礎的經典編碼,再到如今性能飛躍的現代編碼。我希望它能幫助我理解這些編碼技術的設計哲學,即它們為什麼會被設計成這個樣子,以及它們是如何在數學的嚴謹和工程的實用之間找到平衡的。我特彆希望它能在講解過程中,穿插一些實際的通信場景,比如衛星通信、無綫網絡、甚至深度空間探測,來展示不同編碼技術在這些場景下的適用性和挑戰。這樣,我纔能更直觀地感受到編碼技術的強大之處,以及它們在不同領域所扮演的關鍵角色。這本書是否能提供一些關於編碼性能評估和選擇的理論框架,也是我非常關注的,畢竟在實際應用中,我們需要根據具體需求來選擇最閤適的編碼方案。

評分

我是一名業餘的電子愛好者,對通信技術一直抱有濃厚的興趣,但往往受限於專業知識的深度,很多概念對我來說還是比較模糊。這本書的齣現,在我看來,就像是為我這樣的大眾愛好者量身定做的“啓濛讀物”。“經典與現代”這個詞讓我覺得,它應該不會一開始就拋齣過於高深的數學理論,而是會從通信最基礎的“糾錯”概念入手,循序漸進地引導讀者。我希望它能用通俗易懂的語言,生動形象的比喻,來解釋信道編碼的核心思想——如何在信息傳輸過程中加入冗餘,以便在接收端檢測和糾正錯誤。比如,經典的Hamming碼,我隻知道它能糾正一位錯誤,但具體是怎麼實現的,背後的數學原理是什麼,我就不太清楚瞭。如果這本書能用圖文並茂的方式,或者一些簡單的例子來講解,那對我就非常友好瞭。更何況,書中還提到瞭“現代”的編碼技術,我很好奇這些新的技術是如何在性能上超越經典的,又在實現上有什麼不同。我希望它能讓我明白,為什麼如今的無綫通信、衛星通信等領域能夠如此穩定高效,背後一定離不開這些先進的編碼技術。總而言之,這本書給我一種感覺,它不僅僅是學術研究者的工具書,更是每一個對通信世界充滿好奇的人的“探索指南”。

評分

還行把,還算優惠,有點小便宜

評分

寫的很好,值得好好讀一讀,獲益匪淺

評分

因為怕損壞,所特意加瞭五毛錢,現在還這樣!換一次書多麻煩,為什麼就不能包好點呢?

評分

大而全

評分

很好的一本書,全麵豐富

評分

我努力學習學習學習學習學習學習專業知識!

評分

非常的不錯,一直在學習,好難啊,貴在堅持吧

評分

講解詳細,價格實惠,快遞給力。

評分

不錯

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