卷积码是一种线性分组码,通过编码器的状态转移和输出函数实现数据冗余添加。本文简述了卷积码的基本概念、编码规则及译码算法原理,为通信系统中的纠错提供理论支持。
在二进制分组码(n,k)系统里,包含k个信息位以及长度为n的每个码组,并且这些码组中的校验位数量是(n-k)。这(n-k)个校验位仅根据本码组内的k个信息位生成,与其他任何代码无关。为了实现特定水平的错误纠正能力及编码效率(即 k/n),分组码通常会使用较长的序列长度n来优化性能指标。
然而,在实际应用中这种长序列会导致编解码时需要存储整个信息段的问题,并且随着序列长度n的增长,由此产生的延迟也会相应增加。为了解决这个问题,人们开发了多种解决方案,其中卷积编码是一种有效的信道编码技术。与分组码不同的是,该方法将k个输入比特转换成n个输出比特,但这里的 k 和 n 一般较小,并且特别适合于连续串行数据传输以减少延迟。
在卷积码中,每个生成的 n 比特不仅依赖当前段内的 k 比特信息,还与之前(N-1)段的信息有关联。因此,在编码过程中考虑的所有相关比特数量为nN个,并且这个值被称为该类型的约束长度或记忆深度。随着 N 的增加,卷积码的错误纠正能力也会增强;在同等复杂度下,其性能通常优于分组码。
此外,值得注意的是:虽然分组码具有严格的代数结构以便于数学分析和理论研究,但是目前对于卷积编码还没有找到类似的严密方法来直接预测或优化纠错表现。当前主要依靠计算机算法搜索最佳的代码配置。