一、问题的提出

什么是卷积码?

这就是卷积码

下面扯一点其他想法

固定分组长度

这里可以想想如果不是固定分组会怎样?

如果消息序列按照给定加密长度分组后抽取(那此刻的编码器必定按照最大分组长度设计,空的bit 进行padding),解码器与编码器通过一定的密码盒设置或者同步时序分组长度,那可以想象这应该是一种新的保密通信方式。

继续深入

只是如果按密码盒方式传输分组长度,万一时序不同步,有点难搞(可能也不是很难搞,设置检验位,发现不能解码后,跳到reset状态,然后重传(有点类似于TCP/IP协议里面的差错控制)))

如果是按照同步时序分组,那又过于浪费资源,本来就是在传信息,还要先同步编码的“密码”,尽管保密性很好,但可能只适用于军事等领域,且信息传输速率不高。

现在回到卷积码

卷积码对于有限L段长消息的编码速率为𝑅_𝐿,渐近编码速率为𝑅:

上式不重要

那为什么非要是模二加,而不是进位加呢?

尽管我知道实际电路中用的是与非门实现模二加,一个门级电路实现,似乎没有必要搞成进位加,还要做cascade的级联,那如果搞成进位加会变啥样呢?

二、卷积码进位加

一旦有了进位,多出了一位信息位,怎么去利用这个信息位,就会出现两种方式

A、将信息位当做一个新的分组,有进位显示1,无进位补0,具体下面分析

B、丢弃原位的信息,将进位信息留下(因为原本的模二加就是丢弃了进位信息,保留原位)

先来讨论第二种

2.1 丢弃原位的信息,将进位信息留下

先来看看大概意思

上图是我随意写了一串序列,讨论了一下他们的情况,似乎没啥规律

深入探讨一下,所谓卷积,不就是固定抽取每组的固定的位置的bit相加吗?然后来一个滑动窗口,保证他延续下去,到达“记忆性”,而原本的模二加丢掉了进位信息,与我这里想的丢掉原位信息,都丢弃了一位,应该没啥区别,唯一的困难在于如果长时间不进位怎么办?

比如这种

一个简洁的状态图是

模二加

第一位 第二位 Out
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

最后输出0、1概率均等

进位加

第一位 第二位 Out
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

这里0、1出现的概率就不好看了

位数再多些

第一位 第二位 第三位 模二加out
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
第一位 第二位 第三位 进位加out
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1

设每个bit位0、1出现的概率各为50%

模二加的原则为:出现奇数个1,则为1,否则为0,设有n个bit

出现1 的概率为:50% ,n分奇偶可证明

进位加的原则为:若1的个数大于2,则为1,否则为零

出现1 的概率为:见上(网页不好编辑公式)  ,可以知道,其位数越多,得到0的概率越小(想都想得出来)

于是PLAN B失败

2.2 留下进位信息,并将其设置新分组利用起来

如图所示,就是将原来的v1 v2的一位,扩展成为两位,在计算过程中我发现,其就是模二加和进位加的组合(第二排和第四排数据一样)

那这样能带来什么作用呢?

既然现在使用了两个bit代替原来的一个bit,但是现在的2个bit里还含有原来的一个bit,二原来的一个bit通过维特比译码已经可以解码了,似乎走到这里已经走到死胡同了。PLAN A似乎也失败了

三、结论

综合上述两种方案,结合来看,当两个位数或更多时,在可以接受的0、1出现概率范围内(就是说可以接受60%出现1等等),PLAN B与模二加是一样的,没有区别,可以通过设计编码器实现

PLAN A 的作用在于增加了冗余信息,其实可以说是包含了PLAN B,可以利用起来做检验位(我自己都不信/捂脸)


8 条评论

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