信道编码的发展
5g用的信道编码
5g用的信道编码
随着5G网络的发展，信道编码已经成为了实现高速、低延迟和高
可靠性的关键技术之一。
信道编码就是通过附加冗余数据来保障数据
传输的可靠性，与此同时也对于高速的数据传输具有很强的优化作用。
在5G网络中，主要采用了下列两种信道编码方式：
1. Polar码：由土耳其科学家Arykan博士研发，最初是用于半双工信道，后来逐渐用于全双工通信系统。
其优点在于具有较高的编码效率，能
够提高信噪比，以减少误码率，同时由于其决策树的结构，解码复杂
度也相对较低。
2. LDPC码：是一种基于图的编码方式，由Gallager博士在1963年首
次提出。
LDPC码的编码效率和码长都比较高，能够很好地利用现有带宽，维持更多用户同时使用同一频段的能力。
LDPC码的解码算法也比较简单，而且实现起来比较方便。
综上所述，5G网络中使用的两种信道编码方式在具有较高的编码效率
和解码简单性等优点的同时，也为网络的高可靠性提供了坚实的技术
保障，有助于网络性能的更加稳定、高效和优越。
精品课课件信息论与编码(全套讲义)
跨学科交叉融合
信息论将与更多学科进行交叉融合，如物理学、 化学、社会学等，共同推动信息科学的发展。
编码技术的发展趋势
高效编码算法
随着计算能力的提升，更高效的编码算法将不断涌现，以提高数据 传输和存储的效率。
智能化编码
借助人工智能和机器学习技术，编码将实现智能化，自适应地调整 编码参数以优化性能。
跨平台兼容性
未来的编码技术将更加注重跨平台兼容性，以适应不同设备和网络环 境的多样性。
信息论与编码的交叉融合
理论与应用相互促进
信息论为编码技术提供理论支持， 而编码技术的发展又反过来推动 信息论的深入研究。
共同应对挑战
精品课课件信息论与编码(全套 讲义)
目
CONTENCT
录
• 信息论基础 • 编码理论 • 信道编码 • 信源编码 • 信息论与编码的应用 • 信息论与编码的发展趋势
01
信息论基础
信息论概述
信息论的研究对象
研究信息的传输、存储、处理和变换规律的科学。
信息论的发展历程
从通信领域起源，逐渐渗透到计算机科学、控制论、 统计学等多个学科。
卷积编码器将输入的信息序列按位输入到一个移位寄存器中，同时根据生成函数将移位寄存 器中的信息与编码器中的冲激响应进行卷积运算，生成输出序列。
卷积码的译码方法
卷积码的译码方法主要有代数译码和概率译码两种。代数译码方法基于最大似然译码准则， 通过寻找与接收序列汉明距离最小的合法码字进行译码。概率译码方法则基于贝叶斯准则， 通过计算每个合法码字的后验概率进行译码。
04
计算机三百八十年发展史
回首三百八十年——计算机编年简史1623年：德国科学家契克卡德（W. Schickard）制造了人类有史以来第一台机械计算机，这台机器能够进行六位数的加减乘除运算。
1642年：法国科学家帕斯卡（B.Pascal）发明了著名的帕斯卡机械计算机，首次确立了计算机器的概念。
1674年：莱布尼茨改进了帕斯卡的计算机，使之成为一种能够进行连续运算的机器，并且提出了“二进制”数的概念。
（据说这个概念来源于中国的八卦）1725年：法国纺织机械师布乔（B.•Bouchon）发明了“穿孔纸带”的构想。
1805年：法国机械师杰卡德（J.Jacquard）根据布乔“穿孔纸带”的构想完成了“自动提花编织机”的设计制作，在后来电子计算机开始发展的最初几年中，在多款著名计算机中我们均能找到自动提花机的身影。
1822年：英国科学家巴贝奇（C.•Babbage）制造出了第一台差分机，它可以处理3个不同的5位数，计算精度达到6位小数。
1834年：巴贝奇提出了分析机的概念，机器共分为三个部分：堆栈，运算器，控制器。
他的助手，英国著名诗人拜伦的独生女阿达•奥古斯塔（Ada Augusta）为分析机编制了人类历史上第一批计算机程序。
阿达和巴贝奇为计算机的发展创造了不朽的功勋，他们对计算机的预见起码超前了一个世纪以上，正是他们的辛勤努力，为后来计算机的出现奠定了坚实的基础。
1847年：英国数学家布尔（G.Boole）发表著作《逻辑的数学分析》。
1852年：阿达•奥古斯塔（Ada Augusta）去世，年仅36岁。
1854年：布尔发表《思维规律的研究??逻辑与概率的数学理论基础》，并综合自己的另一篇文章《逻辑的数学分析》，从而创立了一门全新的学科－布尔代数，为百年后出现的数字计算机的开关电路设计提供了重要的数学方法和理论基础。
1868年：美国新闻工作者克里斯托夫•肖尔斯（C.Sholes）发明了沿用至今的QWERTY键盘。
1871年：为计算机事业贡献了毕生精力的巴贝奇（C.•Babbage)去世。
数字信号的编码处理课件
在物联网应用中，很多设备需要实时响应。因此，如何保证编码处理的实时性，也是一项重要的挑战 。
06
案例分析：基于神经网络 的图像编码优化研究
研究背景和意义
背景
图像编码是数字信号处理领域的重要研 究方向，旨在实现图像的高效压缩和传 输。随着人工智能和深度学习技术的快 速发展，基于神经网络的图像编码方法 逐渐成为研究热点。
VS
意义
通过基于神经网络的图像编码方法，可以 提高图像压缩效率，降低压缩比，同时保 持图像的质量和清晰度。这对于需要大量 存储空间和快速传输的领域，如医学影像 、安防监控、高清视频等，具有非常重要 的实际应用价值。
研究现状和发展趋势
现状：目前，基于神经网络的图像编码方法主要分为两大类：自编码器和变分自编码器。其 中，自编码器通过学习输入数据的特征表示，实现数据的无损压缩和重构；变分自编码器则 通过最大化某个概率分布的似然函数，实现数据的压缩和采样。
和网络带宽。
03
音频加密
对音频信号进行加密处理，保 护音频内容的机密性。
图像编码
图像的数字化
将模拟图像转换为数字图像，便 于存储和传输。
图像压缩
通过去除冗余信息，实现对图像的 压缩，节省存储空间和网络带宽。
图像加密
对图像进行加密处理，保护图像内 容的机密性。
数据压缩
数据压缩算法
采用高效的数据压缩算法，将数据文件压缩成更小的体积，便于存储和传输。
常用编程语言
在数字信号处理中，常用的编程语言包括C、C、Java和Python等。这 些语言可以实现各种数字信号处理算法，并且具有高效的性能。
03
优化方法
为了提高处理速度和效率，可以采用各种优化方法，如循环展开、算法
计算机电子工程技术的有效运用与发展
算机电子工翩沐的有效运用与发展引言：计算机电子工程技术在很大程度上引领了第三次科技革命。
我国计算机电子工程技术的兴起始于二十世纪八十年代，彼时国家实施改革开放政策，引进了大量发展国家先进的计算机电子工程技术，为我国电子计算机工程技术的发展与应用奠定了基础。
现阶段，产业升级转型，加速建设工业4.0成为国家战略重点，计算机电子工程技术作为产业升级转型过程中的关键技术，其重要性不言而喻。
目前随着计算机电子工程技术不断发展，相关技术在日常生产生活中己经得到了广泛的应用，在很大程度上促进了社会生产力的发展，方便了人们的日常生活。
加强对相关技术的研究，提升相关技术的应用水平对于社会的发展以及进步具有重要的意义。
1.电子计算机系统构成在计算机电子工程中计算机系统是各项功能实现的基础。
从计算机系统的构成来看,主要分为硬件与软件两部分。
其中硬件部分主要包括CPU、RoM、RAM、外部现实设备以及输入设备；软件部分主要包括能够实现各种功能的操作软件以及对系统起到维护作用的维护软件。
在计算机系统中CPU是系统的核心，为系统提供算力，能够为各种数据进行处理和分析。
因此在衡量计算机系统性能的过程中，CPU的算力往往是最为关键的指标。
RAM为内部存储器，主要配合CPU运行，负责调取存储设备内信息，为中央处理器运行提供必要的数据，起到数据传递的作用，对于内部存储器来说需要具有快速读取与写入的能力。
ROM为外部存储器，存储容量往往大于内部存储器。
主要负责存储平时用不到的数据，目前外部存储器可以分为机械式磁盘存储以及固态存储介质，其中机械式磁盘存储速度较慢，但是成本较低，而固态存储介质在读写速度上要远远高于机械式磁盘存储，但是成本相对较高。
外部显示设备主要是显示计算机的操作界面，以及让各种数据能够以可视化的方式呈现。
输入设备则主要负责将操作指令输入到计算机系统中，常见的鼠标以及键盘均属于输入设备的。
2.计算机电子工程相关技术的特点2.1 关联性强从技术层面上来看，计算机电子工程相关技术具有很强的综合性，集合了电子工程技术、网络技术以及智能技术等，且随着计算机电子工程技术不断发展，该技术还将与更多专业领域的技术结合，从而不断拓展技术本身的适用范围以及功能。
《点对点通信系统》课件
汇报人：
单击输入目录标题 点对点通信系统的概述 点对点通信系统的关键技术 点对点通信系统的应用实例
点对点通信系统的发展趋势和未来展望
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点对点通信系统的概述
定义和特点
定义：点对点通信系统是 一种允许两个或多个节点 直接通信的网络系统。
特点：无中心节点，每个 节点都可以作为发送者和 接收者。
物联网的发展推动点对点通信系统的需求增长 边缘计算为点对点通信系统提供更高效的数据处理能力 点对点通信系统在智能家居、智能交通等领域的应用场景及优势 点对点通信系统面临的挑战及未来发展方向
点对点通信系统的技术演进和创新方向
5G/6G通信技术：提升点对点通信速度和稳定性 卫星通信：扩大点对点通信的覆盖范围 量子通信：为点对点通信提供更高级别的安全保障 人工智能与机器学习：优化点对点通信系统的性能和效率
点对点通信系统的市场规模和商业化前景
市场规模：随着物联网、智能家居等领域的快速发展，点对点通信系统的市场规模不断扩大。
商业化前景：点对点通信系统在智能制造、智慧城市等领域具有广泛的应用前景，未来商业化潜 力巨大。
技术创新：随着5G、6G等通信技术的发展，点对点通信系统的传输速度、稳定性等方面将得到 进一步提升，为商业化应用提供更好的技术支持。
市场竞争：随着市场规模的扩大，点对点通信系统的市场竞争将逐渐加剧，企业需要不断提升自 身的技术实力和市场竞争力。
THANK YOU
汇报人：
全
点对点通信系统的应用实例
物联网领域的应用
智能家居：通过点对点通信系统实现家庭设备的智能控制和管理 智能交通：通过点对点通信系统实现车辆与车辆、车辆与道路设施之间 的信息交互和共享 智能医疗：通过点对点通信系统实现医疗设备的远程监控和管理
面向5G的信道编码技术与挑战
面向5G的信道编码技术与挑战一、5G信道编码技术概述5G作为新一代移动通信技术，其高速率、低时延、大连接数的特性对信道编码技术提出了更高的要求。
信道编码技术在5G通信中扮演着至关重要的角色，它不仅关系到数据传输的可靠性，也是实现5G网络高效运行的关键技术之一。
1.1 信道编码技术的重要性信道编码技术通过在发送端添加冗余信息，以提高接收端对传输错误的检测和纠正能力。
在5G网络中，由于其高数据速率和低时延的特性，信道编码技术必须具备更高的纠错能力和更低的编码复杂度。
1.2 5G信道编码技术的关键特性5G信道编码技术的关键特性包括高纠错能力、低时延、高传输效率和良好的兼容性。
这些特性使得5G信道编码技术能够适应5G网络的多样化需求，包括增强型移动宽带(eMBB)、低时延高可靠性(uRLLC)和大规模机器类通信(mMTC)等场景。
二、5G信道编码技术的发展与应用5G信道编码技术的发展是与5G通信技术同步进行的。
随着5G网络的逐步商用，信道编码技术也在不断地演进和优化，以满足5G网络的高标准要求。
2.1 5G信道编码技术的发展5G信道编码技术的发展主要体现在编码方法的创新和编码效率的提升。
例如，极化码(Polar Codes)作为5G信道编码的核心技术之一，因其在控制信道上的优异性能而被3GPP采纳。
此外，LDPC(Low-Density Parity-Check)码和Turbo码等也在5G中得到了应用和发展。
2.2 5G信道编码技术的应用场景5G信道编码技术在不同的应用场景中有着不同的需求和优化方向。
例如，在eMBB场景中，信道编码技术需要支持高数据速率和高带宽的传输；在uRLLC场景中，信道编码技术需要具备极低的时延和高可靠性；而在mMTC场景中，信道编码技术则需要支持大量的设备连接和高效的数据传输。
三、面向5G的信道编码技术挑战与展望面向5G的信道编码技术面临着多方面的挑战，同时也拥有广阔的发展前景。
图像的信息量和信息冗余编码技术
种基于信息冗余编码技术的数据存储方案。
信息冗余编码技术的优缺点
优点
信息冗余编码技术可以提高数据的鲁棒性和可靠性，使得数 据在传输和存储过程中能够更好地抵抗噪声和数据丢失。此 外，信息冗余编码技术还可以提高数据的容错性和纠错能力 ，从而降低传输和存储过程中的错误率。
缺点
信息冗余编码技术会增加数据的传输和存储开销，因为需要 传输更多的数据。此外，信息冗余编码技术也会增加解码的 复杂度，因为需要解码更多的数据。因此，在实际应用中需 要根据具体需求进行权衡和选择。
冗余数据是指与原始图像数据重复或无关的数据，这些数据在解码时可以被丢弃，而不会影响图像的完整性。信息冗余编码 技术通过将原始图像数据编码成包含冗余数据的码字，来提高图像的鲁棒性。
信息冗余编码技术的应用
01
信道编码
在数字通信中，信道编码是一种常见的信息冗余编码技术。通过在发送
端对数据进行冗余编码，可以在接收端对数据进行纠错和恢复，从而提
图像信息量的计算方法
直方图法
通过统计图像像素值的分布情况 来计算信息量，像素值分布越均 匀，信息量越大。
信息熵法
基于信息论中的熵概念，计算图 像中包含的信息量。熵越大，信 息量越大。
图像信息量的影响因素
图像分辨率
分辨率越高，细节表现 越丰富，信息量越大。
色彩深度
色彩深度越高，像素值 的范围越广，信息量越
图像压缩编码技术的优缺点
优点
能够大大减少图像数据的存储空间和传输时间，提高数据处理的效率；能够保 持图像的质量和分辨率；能够提供更好的视觉效果和用户体验。
缺点
可能会损失部分数据，导致图像质量的下降；对于一些复杂的图像或动态图像， 压缩效果可能不理想；需要耗费一定的计算资源和时间进行压缩和解压缩操作。ຫໍສະໝຸດ 图像压缩编码技术的发展趋势
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信道编码发展概述摘要:信道编码为了与信道的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的可靠性，而在信源编码的基础上，按一定规律加入一些新的监督码元，以实现纠错的编码。
本文主要介绍几种主要的信道编码和译码原理和它们实现方法和性能和各种编码的优缺点，并介绍其在现代通信技术中的应用如WCDMA和3G通信技术。
关键词:分组码; 卷积码; 级联码; Turbo码；通信技术；中图分类号:TP91811Development of Channel CodesAbstract: Channel coding in order to match the statistic properties of channel, and to distinguish the pathway and improve the reliability of communication, and on the basis of the source code, add some new oversight element according to certain rule, in order to realize the error correction coding. This paper mainly introduces several main channel coding and decoding principle and their implementation methods and properties and the advantages and disadvantages of all kinds of coding, and introduces its application in the modern communication technologies such as WCDMA and 3G communications technology.Key words:block codes; convolution code; concatenation codes turbo code; communication technology;0引言一个完整的通信系统，在从信源至接收的全过程中，对信号进行的编码包括信源编码、信道编码以及加密与解密，其中信源编码与信道编码是对信号进行处理的重要步骤，而加密与解密则主要用于接收系统中。
信道编码又称为纠错编码，是指将信号进行编码处理，以使编码后的传送码流与信道传输特性相匹配，其根本目的是为了提高信息传输的可靠性，即提高系统的抗干扰能力。
信道编码是数字通信区别于模拟通信的显著标志，其主要实现方法是通过增大码率或频带，即增大所需的信道容量。
这一点恰好与信源编码为适应存储及信道传输要求而进行压缩码率或频带而相反。
信道编码在当今的通信系统中有这至关重要的地位，TD-SCDMA中主要采用了卷积码和CRC检错码，而Turbo码在WCDMA的差错控制技术中和4G通信中起着至关重要的作用。
1分组码将信源的信息序列按照独立的分组进行处理和编码，称为分组码。
编码时将每k个信息位分为一组进行独立处理，变换成长度为n（n>k）的二进制码组。
简单实用编码包括奇偶监督码、二维奇偶监督码、恒比码、正反码，其中奇偶监督码和分组码又同属于代数码。
分组码一般用符号（n，k）表示，其中n是码组的总位数，又成为码组的长度（码长），k是码组中信息码元的数目，–n k r为码组中的监督码元数目。
在分组码中，把码组中“1”的个数目称为码组的重量，简称码重。
把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距离，简称码距又称海明距离。
分组码线性是指码组中码元的约束关系是线性的, 而分组则是对编码而言。
他可以用近似代数理论中有限维有限域的矩阵来描述。
线性分组码实际上是利用线性空间的扩展, 即由原来的k维扩展到n 维, 利用被扩展的(n -k ) 维来发现、纠正信道传输中的差错。
1.1 循环码循环码是一种无权码，每位代码无固定权值，任何相邻的两个码组中，仅有一位代码不同。
而纠错码的译码是该编码能否得到实际应用的关键所在。
译码器往往比编码较难实现，对于纠错能力强的纠错码更复杂。
根据不同的纠错或检错目的，循环码译码器可分为用于纠错目的和用于检错目的的循环码译码器。
通常，将接收到的循环码组进行除法运算，如果除尽，则说明正确传输；如果未除尽，则在寄存器中的内容就是错误图样，根据错误图样可以确定一种逻辑，来确定差错的位置，从而达到纠错的目的。
用于纠错目的的循环码的译码算法比较复杂，而用于检错目的循环码一般使用ARQ 通信方式。
检测过程也是将接受到的码组进行除法运算，如果除尽，则说明传输无误；如果未除尽，则表明传输出现差错，要求发送端重发。
用于这种目的的循环码经常被成为循环冗余校验码，即CRC 校验码。
CRC 校验码由于编码电路、检错电路简单且易于实现，因此得到广泛的应用。
1.2 BCH 码BCH 码是一类重要的纠错码，它把信源待发的信息序列按固定的K 位一组划分成消息组，再将每一消息组独立变换成长为()n n k >的二进制数字组，称为码字。
如果消息组的数目为M (显然M≤2),由此所获得的M 个码字的全体便称为码长为n 、信息数目为M 的分组码，记为n ，M 。
把消息组变换成码字的过程称为编码，其逆过程称为译码。
BCH 码的主要数量指标是：码长n ，首元指数m 0，设计距离d 0，信息位数（表示多项式g(x)的次数）。
BCH 码的重要特性在于：设计距离为d 0的BCH 码，其最小距离至少为d 0，从而可至少纠正0(1/2)d -个独立错误 (汉明码只能纠单个错误)。
由于具有纠错能力强、编码简单、译码较容易实现等优点而被广泛采用。
1.3 RS 码RS 码又称里所码，是一种低速率的前向纠错的信道编码，对由校正过采样数据所产生的多项式有效。
编码过程首先在多个点上对这些多项式求冗余，然后将其传输或者存储。
对多项式的这种超出必要值的采样使得多项式超定（过限定）。
当接收器正确的收到足够的点后，它就可以恢复原来的多项式，即使接收到的多项式上有很多点被噪声干扰失真。
RS 码是一类纠错能力很强的特殊的非二进制BCH 码。
对于任选正整数S 可构造一个相应的码长为n=qS -1的 q 进制BCH 码，而q 作为某个素数的幂。
当S=1，q>2时所建立的码长n=q -1的q 进制BCH 码，称它为RS 码。
当q=2m(m>1)，其码元符号取自于F(2m)的二进制RS 码可用来纠正突发差错，它是最常用的RS 码 一个RS 码有以下几个参数： 块长度：n(=2^m -1)个符号 消息长度：k 个符号奇偶校验长度：n k e -=个符号 最小距离：min 1d n k =-+个符号 通过缩短，（n,k)RS 码的长度可以减少到具有相同符号长度的（n',k'）RS 码，期中n'和k'分别小于或者等于n 和k 。
RS 码主要被广泛的应用于各种商业用途，最显著的是在CD 、DVD 和蓝光光盘上的使用；在数据传输中，它也被用于DSL 和WiMAX ；广播系统中DVB 和ATSC 也闪现着它的身影；在电脑科学里，它是第六层标准RAID 的重要成员。
2卷积码卷积码是1955年由Elias 等人提出的，是一种非常有前途的编码方法。
分组码的实现是将编码信息分组单独进行编码，因此无论是在编码还是译码的过程中不同码组之间的码元无关，卷积码是一种非线性码，其编码器中有记忆器件存在。
若以（n,k,m ）来描述卷积码，其中k 为每次输入到卷积编码器的bit 数，n 为每个k 元组码字对应的卷积码输出n 元组码字，m 为编码存储度，也就是卷积编码器的k 元组的级数，称1 m K +=为编码约束度m 称为约束长度。
卷积码将k 元组输入码元编成n 元组输出码元，但k 和n 通常很小，特别适合以串行形式进卷积码的编码器进行传输，时延小。
与分组码不同，卷积码编码生成的n 元组元不仅与当前输入的k 元组有关，还与前面m -1个输入的k 元组有关，编码过程中互相关联的码元个数为*n m 。
卷积码的纠错性能随m 的增加而增大，而差错率随N的增加而指数下降。
在编码器复杂性相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。
卷积码（n,k,m)主要用来纠随机错误，它的码元与前后码元有一定的约束关系，编码复杂度可用编码约束长度m*n来表示。
一般地，最小距离d表明了卷积码在连续m 段以内的距离特性，该码可以在m个连续码流内纠正（d-1)/2（向下取整）个错误。
卷积码的纠错能力不仅与约束长度有关，还与采用的译码方式有关。
总之，由于n，k 较小，且利用了各组之间的相关性，在同样的码率和设备的复杂性条件下，无论理论上还是实践上都证明：卷积码的性能至少不比分组码差。
卷积码的译码算法有多种, 主要包括: 序列译码、迭代译码、list 译码及维特比译码等。
其中维特比译码用的较多, 他是一种基于trellis图最大似然译码, 因此也是一种最佳译码算法。
维特比译码的缺点主要有2个:(1) 要等全部接收的数据进入译码器后才能最后算出译码的结果, 因此时延长。
(2) 共有2b (k -1)条幸存路径的全部历史数据需要保存, 所以存储量很大。
3级联码要想进一步提高编码的性能，必须加长编码。
对于线性分组码就是加长n，对卷积码就是加长K。
但很快就会陷于复杂度不可接受的窘境。
为了解决这个问题，级联码把两个编码以串联或者并联的方式结合在一起，这两个码（称为成员码或分量码）的复杂度在可接受的范围内，它们整体构成了一个更强大的编码。
新一代高性能编码如LDPC、Turbo码等都是级联码的例子。
对于这些码，直接进行全局的ML译码是形不同的（复杂度过高），因此最关键的技术问题是如何达到最佳或近似最佳的译码。
目前人们所想到的方法是迭带形式的概率译码，它能可接近最佳译码。
采用迭代译码的级联码的性能几近仙农极限。
这样的级联一般需要在两级之间加一个交织器。
级联码最简单的例子是RA码，它把重复码的编码结果交织后通过一个差分编码器。
Turbo码是两个卷积码级联。
LDPC本质上是重复码级联了许多的偶校验码。
我们也可将编码、信道、译码整体看成一个广义的信道。
这个信道也存在错误，因此对它还可作进一步的纠错编译码。
对于有多次编码的系统，对各级编码，看成一个整体编码，就是级联码。
级联码的最初想法是为了进一步降低残余误码率（改善渐近性能），但事实上它同样可以提高较低信噪比下的性能。
这是由较好构造的短码进一步构造性能更好的长码（近随机码）的一种途径。
4 Turbo码Turbo 码它巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码，并通过在两个软入/软出(SISO)译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。