第8章 信道编码和交织 [详解MATLAB_Simulink通信系统建模与仿真]
详解MATLAB／SIMULINK 通信系统建模与仿真资料
本章内容
1.1 MATLAB简介 1.2 MATLAB程序设计 1.3 通信系统仿真
1.1 MATLAB简介
● 数值计算和符号计算功能 ● 具有很好的图形功能 ● 可以直接处理声言和图像文件 ● 具有功能强大的工具箱 ● 使用方便，具有很好的扩展功能 ● Simulink
1.2.2 MATLAB的帮助系统
● 查看命令或函数帮助 ● 联机帮助系统 ● PDF文件帮助系统 ● MATLAB网络资源
1.2.3 MATLAB的基本操作
数据类型
• （1）变量与赋值 • （2）变量的删除与修改 • （3）局部变量和全局变量
矩阵
• （1） 一般矩阵的生成 • （2）特殊矩阵的生成
1.2.5.5 用户参数交互输入
input函数用于向计算机输入一个参数 pause函数暂停程序的执行 disp函数是向命令窗口输出提示信息
1.2.6 文件操作
文件的打开与关闭
• fopen函数 、fclose函数
文件的读写操作
• fread 、fwrite 、fscanf 、fprintf
矩阵运算
1.2.4 MATLAB图形处理和数据可视化
plot函数
subplot函数 多图形窗口 hold命令 对数坐标图形
1.2.5 M文件编程
M脚本文件 函数文件 函数调用和参数传递 matlab的程序结构 用户参数交互输入
1.2.5.1 M脚本文件
1.2.5.4 matlab的程序结构
顺序结构 — 依次顺序执行程序的各条语句 循环结构 — 被重复执行的一组语句，循环是 计算机解决问题的主要手段。 分支结构 — 根据一定条件来执行的各条语句。
基于MATLAB的移动通信信道建模与仿真
基于MATLAB的移动通信信道建模与仿真基于MATLAB的移动通信信道建模与仿真引言移动通信是现代社会中必不可少的一部分，而移动通信信道的建模与仿真对于无线通信系统的设计与性能分析具有重要的意义。
MATLAB作为一种强大的数学建模与仿真工具，能够方便地实现移动通信信道的建模与仿真。
信道建模移动通信信道可以被看作是一个多径传播的环境，其中包含了直达信号、反射信号和散射信号等多个路径。
为了更好地描述信道的传输特性，常用的信道模型有以下几种：AWGN信道模型：假设信道中只有加性高斯噪声，是最简单的信道模型。
Rayleigh信道模型：假设信道中存在多个随机相位、高斯分布的反射路径信号，适用于城市等复杂环境。
Rician信道模型：假设信道中除了多个反射路径信号外，还存在一个主导的直达路径信号，适用于开阔区域。
信道仿真利用MATLAB进行信道仿真可以通过以下步骤实现：1. 发送信号：根据通信系统的要求，所需的发送信号。
2. 信道建模：选择合适的信道模型，并根据信道参数进行信道建模。
3. 信道传输：将发送信号通过信道进行传输，得到接收信号。
4. 接收信号处理：根据发送信号和接收信号的差异计算误码率、信号功率等性能指标。
示例代码以下是一个基于MATLAB的AWGN信道模型的移动通信信道仿真示例代码：matlab% AWGN信道模型的移动通信信道仿真示例代码SNR_dB = 10; % 信噪比（单位：dB）EbNo_dB = SNR_dB + 10 log10(1/2); % 能量比率（单位：dB）EbNo = 10^(EbNo_dB / 10); % 能量比率（单位：线性）N0 = 1 / (2 EbNo); % 噪声功率谱密度N = 1000000; % 发送信号的长度transmit_signal = randi([0, 1], 1, N); % 随机发送信号（0/1序列）receive_signal = transmit_signal + sqrt(N0/2) randn(1, N); % 添加噪声基于MATLAB的移动通信信道建模与仿真是一种快速并且有效的方法，能够帮助我们更好地理解和分析移动通信信道的性能。
基于matlab的调制解调与信道编译码仿真
基于MATLAB 的调制解调与信道编译码仿真摘要:随着信息时代的步伐，通信技术得到了全面的发展，信息技术已成为了21世纪最强大的国际化动力。
在通信技术中，信息的调制、解调和误码纠错都占有重要的地位。
MATLAB 作为一款功能强大的数学工具软件，在通信领域中得到了很广泛的应用。
本文基于MATLAB 对信号进行模拟仿真设计，实现对二进制相移键控、循环码的纠错仿真、BPSK 的调制解调等进行仿真设计。
关键字：MATLAB 、调制解调、2PSK 、BPSK 、重复码。
一 、二进制和四进制相移键控调制仿真设计1.1 二进制相移键控（2PSK ）原理相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息的，而振幅和频率保持不变。
在2PSK 中常用0和π分别表示二进制“0”和“1”，2PSK 的信号时域表达式为:2t )e c pskn w t ϕ+（）=Acos( n ϕ表示为第n 个符号的绝对相位，因此上式可改写为:2Acosw t -Acosw t 1-P Pe {psk c c t （）=概为概率为率 由于表示信号的两种码形完全相同，极性相反，故2PSK 信号一般表示一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘。
2p ()sk e t =s(t)cosw c t其中：s(t)=∑n a g(t-nTs);这里，g(t)为脉宽Ts 的单个矩形脉冲；n a 的统计特征为 n a =概率为 概率为即发送二进制“0”时（a 1n =+），2p ()sk t e 取0相位；发送二进制符号“1”时（a 1n =+），2p()sk t e 取π相位。
这种以载波的不同相位直接法去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。
2PSK信号时间波形2PSK信号的调制原理如下图所示，与2ASK的产生方法相比，只是对s(t)的要求不同，在2ASK中s(t)是单极性的，而在2PSK中s(t)是双极性的基带信号。
（a）模拟调制方法（b）键控法2PSK信号的解调通常采用相干解调法，解调原理如下原理框图所示，在相干解调中，如何得到与接受的2PSK信号同频同相的相干载是关键问题，后续进一步介绍。
基于MATLAB的通信系统信道编码的研究及其仿真
本科毕业设计论文题目：基于MATLAB的通信系统信道编码的研究及其仿真所在系：电气与信息工程系专业：电子信息工程班级：学号学生姓名：指导老师：摘要论文题目：基于MATLAB的通信系统信道编码的研究及仿真学科专业：电子信息工程姓名：班级：电信学号：指导教师：摘要现代社会发展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高，构成越来越复杂:另一方面，要求通信系统技术研究和产品开发缩短周期，降低成本，提高水平。
这样尖锐对立的两个方面的要求，只有通过使用强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。
现代计算机科学技术快速发展，已经研发出了新一代的可视化的仿真软件。
这些功能强大的仿真软件，使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展。
通信系统仿真贯穿着通信系统工程设计的全过程. 对通信系统的发展起着举足轻重的作用。
通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性，有助于我们更好地研究通信系统性能。
本文首先介绍了通信系统仿真的墓本内容，包括通信系统仿真的一般步骤MATLAB中的一种可视化仿真工具Simulink 以及S-函数的相关概念。
从理论上对通信系统进行深入细致的研究是非常必要的。
本文对通信系统中的一些重要环节，包括信道、噪声、模拟信号的数字化传输、信道编码以及信号调制的原理、方法和过程进行了详细的阐述。
理论知识是用来指导具体实践的。
本文在深刻理解通信系统理论的基础上利用MATLAB强大的仿真功能，设计了许多具体的通信系统仿真模型。
在仿真模型设计过程中，本文对模型设计的目的、具体的结构组成、仿真流程以及仿真结果都给出了具体详实的分析和说明。
最后,本文对所做的研究工作进行了总结，并且提出了今后的工作和研究方向。
关键词：通信系统，仿真，MATLAB. S-函数，系统设计西安交通大城市学院本科生毕业设计（论文）ABSTRACTTitle: The communications system based on MATLAB simulation research and channel codingApplicant: Li JieSpeciality: Electronic information projectABSTRACTModern social development requirements will increasingly communication system, performance and high, more and more complex, on the other hand, the requirement communication system technology research and product development and shorten the cycle, reduce cost, improve level. So sharp opposition in two aspects, only through the use of powerful computer aided analysis and design techniques and tools to achieve. The modern computer science and technology development, have developed a new generation of visual simulation software. These powerful simulation software, communication system design and analysis of the simulation process relatively intuitive and convenient, which also makes communication system simulation technology faster development. Communication system simulation through the communication system design process of the development of communication system. Plays an important role. Communication system Simulation has extensive adaptability and good flexibility and help us to better research communications system performance. This paper introduces the system simulation of the content, including the communication system of general steps of MATLAB simulation of a visualization simulation tools and Simulink related concepts - function. From the theory of communication system intensive study is very necessary. This paper is an important link of some of the communication system, including channel simulation signal and noise, the digital transmission, channel coding modulation signal and the principle, method and process in detail. Knowledge is used to guide practice. Based on the profound understanding of the communication system based on the theory of MATLAB simulation, the design of the function of many specific communication system simulation model. In the design process simulation model, this model is designed, specific structure, simulation process and the simulation results are given detailed analysis and explanation. Finally, this paper studies are summarized, and working for the future work and puts forward research direction.KEY WORDS: communication system, simulation of MATLAB. S - function, systemdesign西安交通大城市学院本科生毕业设计（论文）目录目录摘要 (I)ABSTRACT (III)1 绪论 (1)1.1选题意义 (1)1.2 选题目的 (2)1.3 国内外研究现状 (2)1.4 主要研究内容及技术方法 (2)1.5研究课题的方案设计 (3)2 通信原理及通信系统仿真简介 (5)2.1 通信发展及趋势 (5)2.1.1 通信发展史简介 (5)2.2 通信的基本概念 (6)2.3 通信系统仿真及其重要作用 (7)2.3.1 通信系统仿真的概念 (7)2.3.2 通信系统仿真的重要作用 (8)3 通信系统仿真相关内容概述 (11)3.1 通信系统仿真的一般步骤 (11)3.1.1 仿真建模 (11)3.1.2 仿真实验 (11)3.1.3 仿真分析 (12)3.2 用于仿真的软件 (12)3.2.1 MATLAB (12)3.2.2 MATLAB的发展及特点 (13)3.2.3 MATLAB在通信仿真中的应用 (14)3.3 SIMULINK (15)3.3.1 Simulink概述 (15)3.3.2 Simulink仿真过程 (19)3.4 S-函数 (20)4 通信系统信道编码的研究及仿真 (23)4.1 信道编码概念 (23)4.1.1 信道编码概念及任务 (23)4.2 信道编码的分类 (23)4.2.1分组编码 (23)4.2.2循环冗余码 (24)西安交通大城市学院本科生毕业设计（论文）4.2.3卷积编码 (24)4.3仿真系统设计 (25)4.3.1 RS编码纠错性能分析 (25)4.3.2 CRC-16编码检错性能分析 (32)4.3.3卷积编码软判决译码和硬判决译码性能分析 (40)5.1 总结 (49)5.2展望 (49)致谢 (51)参考文献 (53)1 绪论1 绪论1.1选题意义随着现代通信系统的飞速发展,计算机仿真已成为今天分析和设计通信系统的主要工具,在通信系统的研发和教学中具有越来越重要的意义。
Simulink通信系统建模与仿真教学设计
详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真教学设计MATLAB/Simulink是一款广泛应用于各个领域的数学工具，其中Simulink可用于建立系统级仿真模型，以便进行电子、机械、流体和控制系统等领域内的实验分析和设计。
在通信领域中，Simulink非常适合建立通信系统的仿真模型，并用于进行传输计算、信道建模、信号处理和多模调制等。
本文将介绍MATLAB/Simulink通信系统模型的建立，及如何将其应用于通信系统教学设计。
通信系统模型建立数字调制数字调制是通信系统中的关键技术之一。
首先，我们需要在Simulink中建立基带信号源，并使用Math Function模块产生载波信号。
Modulation 模块可用于将基带信号和载波信号结合起来。
为了使得调制系统工作稳定和正常，通常在模型中加入Equalization和Resampling模块，以消除接收端接收到的噪声和信号失真。
当系统处理完成后，我们可以使用Scope模块来对模型工作情况进行进一步的分析。
数字解调数字解调需要在接收端建立解调器模型。
接收端模型包括匹配滤波器、采样器、时钟恢复器、色散补偿器和多值/二次干扰恢复器。
在这个模型中，也需要添加Equalization和Resampling模块以消除接收端所受的噪声和信号失真。
在接收端处理完成之后，我们也可以使用Scope模块对模型结果进行进一步分析。
信道建模信道建模是通信系统中另一个关键环节。
在Simulink中建造通信信道仿真模型，需要引入建立通信信道的数学模型，并建立符合通道模型的信道传输系统。
在建立仿真模型中，包括噪声源、多路复用技术、OFDM技术、信号调制和解调技术。
对于每个信道结构，我们都可以建立相应的仿真模型，进行仿真分析。
OFDM信息传输系统OFDM技术利用多个正交子载波来传输信息，以提高通信质量和可靠性，同时提高频带利用率。
OFDM系统建模主要包括加脉冲造型、IFFT、添加循环前缀、调制调制、运动模糊和色散模拟、反向调制、解压缩、去定时和轻度等模块。
信道编码-MATLAB仿真实验中的应用
⚫ 输入参数2——trellis，卷积码编码器的网格结构；
⚫ 输入参数3——tblen，a positive integer scalar，用于规定回溯深 度。If the code rate is 1/2, a typical value for tblen is about five times the constraint length of the code；
⚫ 输入参数1——msg，未编码的信息符号序列，二进制矢量形式； ⚫ 输入参数2——trellis，卷积码编码器的网格结构； ⚫ 输出参数——code，编码后的卷积码符号序列，二进制矢量形式。
⚫ 卷积码译码的MATLAB函数为：
⚫ vitdec
卷积码的维特比译码（二进制数据）
⚫ 最常用的函数格式为：
⚫ 输入参数5—— dectype，指示译码器的判决类型。其取值不同， 对应的输入参数1——code的数据类型也不同。其取值如下表：
Values of Meaning dectype Input
'unquant' 软判决，code的数据类型为实数（未量化），其中1表示逻 辑‘0’，-1表示逻辑‘1’ 。
decoded = vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype)；
decoded = vitdec(code,trellis,tblen,opmode,'soft',nsdec)
⚫ 输入参数1——code，维特比译码器的输入符号序列，矢量形式。以 前述2/3码率的编码器结构为例，每个符号代表编码器输出的3个bit；
一、信道编码概述 四、卷积码译码
二、卷积码的结构 描述
三、卷积码编码
⚫ 信道编码又称检纠错编码，通过增加一定的 冗余度以提高数字通信系统的可靠性。
MatlabSimulink通信系统设计与仿真
课程设计报告目录一、课程设计内容及要求....................................... 错误!未定义书签。
(一)设计内容............................................. 错误!未定义书签。
(二)设计要求............................................. 错误!未定义书签。
二、系统原理介绍................................................... 错误!未定义书签。
(一)系统组成结构框图............................. 错误!未定义书签。
(二)各模块原理......................................... 错误!未定义书签。
1.信源模块............................................. 错误!未定义书签。
2.信源编码模块..................................... 错误!未定义书签。
3.QPSK调制模块 ................................. 错误!未定义书签。
4.信道模块............................................. 错误!未定义书签。
5.QPSK解调模块 ................................. 错误!未定义书签。
6.误码率模块......................................... 错误!未定义书签。
三、系统方案设计................................................... 错误!未定义书签。
(一)方案论证............................................. 错误!未定义书签。
通信原理matlab仿真教程
通信原理matlab仿真教程通信原理是研究信息传输的基本理论和技术的学科。
在通信原理中，我们可以通过数学模型和仿真工具来分析和理解不同通信系统的行为和性能。
MATLAB是一种功能强大的数学软件，也可以被用来进行通信原理的仿真分析和实验。
首先，在MATLAB中仿真通信原理，我们需要理解和建立通信系统的数学模型。
这包括源信号的产生，信道模型的建立，调制解调的过程等。
源信号可以是数字信号或模拟信号。
对于数字信号，我们可以用MATLAB生成随机序列或特定模式的信号。
对于模拟信号，我们可以使用MATLAB中的信号生成函数来创建各种类型的信号。
信道模型是描述信号在传输过程中所经历的衰减、噪声等影响的模型。
在MATLAB中，我们可以创建不同类型的信道模型，如AWGN（加性高斯白噪声）信道、多径信道等。
可以用MATLAB的通信工具箱中的函数来定义信道模型参数。
调制和解调是通信系统中的核心过程，其中调制将信息信号转换为调制信号，解调将接收到的调制信号转换回原始信息信号。
在MATLAB中，我们可以使用通信工具箱中提供的调制解调函数来实现这些过程，如AM （调幅）、FM（调频）、PM（相位调制）等。
一旦建立了通信系统的数学模型，我们可以使用MATLAB来进行仿真分析。
通过在MATLAB中编写相应的脚本或函数，我们可以模拟整个通信系统的行为并评估其性能。
可以使用MATLAB的信号处理和通信工具箱来实现这些功能。
例如，我们可以通过仿真来比较不同调制方式的性能。
通过改变调制参数，如调制指数、调制深度等，我们可以观察到调制方式对系统性能的影响。
通过在MATLAB中编写相应的仿真脚本，我们可以绘制调制方式的信号谱图、误码率曲线等。
此外，MATLAB还可以用于其他通信原理的仿真分析，如信道编码、多址技术、均衡等。
通过在MATLAB中实现这些功能，我们可以更好地理解通信原理的概念和技术，提高我们对通信系统的设计和优化能力。
综上所述，MATLAB是一个非常强大和灵活的工具，可以用于通信原理的仿真分析和实验。
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c
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8.3.2 卷积码的描述
状态图
a=00 状 b=01 态 c=10
d=11
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a 00
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8.3.2 卷积码的描述
格图也称网络或篱笆图，它由状态图在时间 上展开而得到
a 起点
00 a 00 a 00 a 00 a 00 a 00 a
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• 维特比译码 • 序列译码
目前，概率译码已成为卷积码最主要的译码 方法
8.3.3.1 维特比（Viterbi）译码
是一种最大似然译码算法。 最大似然译码算法的基本思路是，把接收码
字与所有可能的码字比较，选择一种码距最 小的码字作为解码输出。
由于接收序列通常很长，所以维特比译码对 最大似然译码做了简化，即它把接收码字分 段累接处理，每接收一段码字，计算、比较 一次，保留码距最小的路径，直至译完整个 序列。
8.3.3.2 序列译码
译码先从码树的起始节点开始，把接收到的第一个子码的n个码元与自 始节点出发的两条分支按照最小汉明距离进行比较，沿着差异最小的分 支走向第二个节点。在第二个节点上，译码器仍以同样原理到达下一个 节点，以此类推，最后得到一条路径。
若接收码组有错，则自某节点开始，译码器就一直在不正确的路径中行 进，译码也一直错误。因此，译码有一个门限，当接收码元与译码器所 走的路径上的码元之间的差异总数超过门限值时，译码器判定有错，并 且返回试走另一分支。经数次返回找出一条正确的路径，最后译码输出。 当该门限值很小时，序列译码的性能接近最大似然译码，尽管译码时每 一次搜索的计算量和所需存储容量不大，但是其频繁的返回则要求更大 的计算量，反而使其译码延时远大于维特比译码。当门限值很大时，序 列译码的计算量和延时会大大减少，但不一定能搜索到最佳路径，从而 导致译码输出误比特率增大。
特点：
• 可以用反馈线性移位寄存器很容易地实现其编 码和伴随式计算。
• 由于循环码有许多固有的代数结构，从而可以 找到各种简单实用的译码方法。
8.2.2 循环码
8.2.2 循环码
8.2.2 循环码
8.2.3 BCH码
8.2.4 RS码
在线性分组码中，它的纠错能力和编码效率 是最高的
第8章 信道编码和交织
本章内容
8.1 概述
• 8.1.1 差错控制方式 • 8.1.2 纠错码的分类 • 8.1.3 编码效率
8.2 线性分组码
• 8.2.1 Hamming码 • 8.2.2 循环码 • 8.2.3 BCH码 • 8.2.4 RS码 • 8.2.5 CRC校验码
8.3 卷积码
交织方法是一种很实用而且常用的构造码的方法，它能把比 较长的突发错误或多个突发错误离散成随机错误。
交织是指一个数据序列在一一对应的条件下进行数据的位置 重排过程。其逆过程为解交织，也就是将接收到的信息序列 进行位置还原，使数据的位置还原成发送时的顺序。
8.4 交织器
8.3.2 卷积码的描述
树图、状态图和格图
树图描述的是在任何数据序列输入时，码字
所有可能的输出。
a=00 状 b=01 态 c=10
d=11
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• 8.3.1 卷积码的原理 • 8.3.2 卷积码的描述 • 8.3.3 卷积码的译码 • 8.3.4 卷积码仿真
8.4 交织器
8.1.1 差错控制方式
检错重发、前向纠错和混合纠错
前向纠错 FEC
检错重发 ARQ
混合纠错 HEC
发端
纠错码
发端
检错码 判决信号
发端
检错和纠错码 判决信号
收端 收端 收端
8.1.2 纠错码的分类
线性码与非线性码 分组码与卷积码 检错码和纠错码
8.1.3 编码效率
采用差错控制编码是提高了通信系统的可靠性，但 是以降低有效性为代价换来的。
通常定义编码效率R 来衡量有效性 R k /n 其中，k 是一个码组中信息元的个数，n 为码长 对纠错码的基本要求是：
2、code=convenc(msg,trellis,puncpat)
• 作用与1类似，其中puncpat定义凿孔模式。
3、code=convenc(msg,trellis,…,init_state)
• init_state指定编码寄存器的初始状态。
4、decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype)
8.3.4 卷积码仿真
MATLAB提供了卷积码的函数编码convenc和相应的Viterbi译码函数 vitdec，可以快速地得到编译码结果。
卷积码的编码函数主要有以下3个。 1、code=convenc(msg,trellis)
• 完成输入信号msg的卷积编码，其中trellis代表编码多项式，但其必须是 MATLAB的网格结果，需要利用poly2trellis函数将多项式转化为网格表达式。 msg的比特数必须为log2(trellis.numInputSymbols)。
• 检错和纠错能力尽量强； • 编码效率尽量高； • 编码规律尽量简单。实际中要根据具体指标要求，保证
有一定纠、检错能力和编码效率，并且易于实现。
8.2 线性分组码
8.2 线性分组码
8.2.1 Hamming码
8.2.2 循环码
除了具有线性码的一般性质外，还具有循环 性即循环码许用码组集合中任一码字循环移 位所得的码字仍为该码组集合中的一个码字。
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b
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8.3.3 卷积码的译码
代数译码和概率译码两大类。 代数译码是利用生成矩阵和监督矩阵来译码，
最主要的方法是大数逻辑译码。 概率译码比较实用的有两种：
• 对码字code进行Viterbi译码。trellis表示产生码字的卷积编码器，tblen表示 回溯的深度，opmode指明译码器的操作模式，dectype则给出译码器判决的 类型，如软判决和硬判决。
8.4 交织器
实际信道中产生的错误往往是突发错误或突发错误与随机错 误并存
在这类信道中应用纠随机错误码纠错，效果显然不好，但是 如果首先能把突发错误离散成随机错误，然后再利用纠随机 错误的码纠错，则能取得明显效果。
短的中等码长下，其性能接近于理论值 不但可以纠正随机错误、突发错误以及两者
的结合，而且可以用来构造其他码类，如级 联码
8.2.4 RS码
8.2.4 RS码
8.2.4 RS码
8.2.5 CRC校验码
8.3.1 卷积码的原理
数据
S1
S2
S3
输入
m1
m2
C1 码字
C2 输出
8Байду номын сангаас3.1 卷积码的原理