信道编码：经典与现代 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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[美] William E. Ryan（威廉.E.瑞恩），Shu Lin（林舒）著，白宝明，马啸译

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信道编码
编码理论
通信原理
信息论
现代通信
数字通信
纠错编码
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信号处理
通信工程

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出版社：电子工业出版社

ISBN：9787121308994

版次：1

商品编码：12168996

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-03-01

用纸：胶版纸

页数：596

字数：956000

具体描述

内容简介

　　信道编码是数字通信和数据存储系统的核心技术，本书主要讨论经典编码与现代编码的基础理论与应用实践。在本书中，Lin教授与Ryan教授清晰明了地介绍了现代信道编码（包括LDPC码与Turbo码）的*新研究情况，同时详细阐述了一些经典信道码，如BCH码、RS码、卷积码、有限几何码以及乘积码，所以本书既包含有经典编码技术也包含有现代编码技术。

作者简介

　　白宝明，现任西安电子科技大学通信工程学院教授、博士生导师，通信与信息系统学科带头人。中国电子学会会士，中国电子学会信息论分会副主任委员，中国通信学会青年工作委员会副主任委员。

前言/序言

　　前言

　　本书命名为《信道编码：经典与现代》，这个名字用于反映这本书的具体内容，既涵盖了经典的信道编码，也涵盖了现代的信道编码。本书所涉及的编码包括BCH 码、Reed-Solomon码、卷积码、有限几何码、Turbo 码、低密度校验（LDPC）码和乘积码等。然而，这个书名还有另外一层含义，本书的大部分内容是关于LDPC 码的，这被认为是一种既经典（1961年被发现）又现代（1996 年被重新发现）的编码技术。David Forney 在他1999 年8 月有关定义在图上的码（LDPC 码是一种图码）的IMA讲话中印证了这一观点：“这感觉就像早期编码的年代”。另一个本书具备经典与现代双重性的例子是，有限几何码是20 世纪60 年代被广为研究的一种信道编码，因此，它属于经典的信道编码。然而，Shu Lin 等人在2000 年重新发现了这种编码并把它归结为LDPC 码的其中一类，具有很好的纠错性能，因此，有限几何码也可以被认为是一种现代的信道编码。对于有限几何码，“经典”与“现代”的元素主要体现在它的译码器上：一步硬判决译码（经典）和迭代软判决译码（现代）。

　　Claude Shannon 在1948 年发表了著名的《通信的数学理论》一文，奠定了信道编码、信源编码和信息论领域的基础，该文发表至今已有60 余年了。Shannon 证明了存在这样的一类信道编码，在信息速率不超过信道容量的前提下，这类码是可以用来保证可靠通信的。在Shannon 的文章发表后的45 年内，编码理论界设计了大量既巧妙又高效的编码系统。然而，在实际的场景中，这些系统都不能够很好地逼近Shannon 的理论极限。第一个突破是1993 年Turbo 码的发现，这是第一种能够逼近Shannon 容量限的信道编码。第二个突破是1996 年对LDPC 码的重新发现，这种码同样具有逼近容量限的性能（这种码发明于1961年，但随后便被忽略了，这主要是因为在当时的技术水平看来，这不是一种很实用的编码技术）。至今，这两种码的发现已超过了10 年的时间，这方面的知识也日渐成熟，因此，也就到了写一本有关信道编码的新书的时候。

　　本书主要是针对工程和计算机科学专业的研究生，以及工业界和学术界的研发人员撰写的。编码理论的知识大多发表在各期刊和会议文章中，我们感觉非常有必要把这些知识系统地归纳在一起。对于信道编码的入门者和那些希望在该领域进一步提升自己知识水平的人而言，这是一本既可以学习到经典信道编码又可以学习到现代信道编码的书籍。目前，大部分档案文献都是针对该领域的专家而写的，但本书既适合于初学者（前面的章节），又适合于该领域的专家（后面的章节）。本书的撰写由浅入深，阅读时并不需要信道编码领域的前提知识。由本书目录可见，我们会逐渐地延伸到这个领域的前沿知识部分。

　　当然，本书的选题反映了作者的经验和兴趣，但同时也考虑到选题在信道编码研究领域的重要性。因此，一些额外的章节使得本书稍显笨重。本书着重强调针对二进制输入信道的编码技术，这类信道包括二进制输入加性高斯白噪声信道、二进制对称信道和二进制删除信道等。显然，我们省略了针对无线信道（如MIMO 信道）的编码技术的内容。然而，本书对于从事这个方向研究的学生和研究者们仍然是相当有用的，因为很多针对加性高斯白噪声信道的技术能够推广到无线信道。另外，可以注意到我们也省略了针对Reed-Solomon 码的软判决译码算法的内容，尽管这部分内容相当重要，但作者认为这部分内容还不像本书的其他内容那么成熟。

　　如果将本书当做教科书使用，可以列出若干不同的课程大纲。对于有关信道编码的研究生课程，最显然的课程大纲应该涵盖本书的第1、2、3、4、5和7章的内容。这门课程首先介绍几种常用信道的容量限（第1章），然后介绍相关的代数知识（第2章），以便于学生理解BCH码、Reed-Solomon 码和它们的译码器（第3章）。随后，这门课程会介绍卷积码和它们的译码器（第4章）。这门课程紧接着会介绍LDPC 码及其迭代译码（第5章）。最后，在第4章和第5章的基础上，学生可以开始学习Turbo 码和Turbo 译码（第7章）。以上所提及的课程内容对于只上一个学期的研究生课程而言，显然是有点过多了，课程导师应当从中选择一部分来教授。

　　对于一门专门介绍LDPC 码的设计的更高级课程而言，课程导师可以从第10 ～ 14章选取课程内容。这门课首先介绍基于欧氏几何和射影几何的LDPC 码设计（第10章），然后介绍基于有限域的LDPC 码设计（第11章）和基于组合数学及图论的LDPC 码设计（第12章）。随后，学生可以利用以上章节所学的知识学习如何专门针对二进制删除信道设计LDPC 码（第13章）。最后，学生可以学习多元LDPC 码的设计技术（第14章）。

　　作为课程大纲的最后一个例子，该门课程可以专门介绍基于计算机的LDPC 码设计，其内容应该包括本书的第5、6、8和9章。这门课程适合于已经学过经典信道编码，且对LDPC码感兴趣的学生。这门课程首先介绍LDPC 码及其若干译码器（第5章）。随后，学生开始学习若干基于计算机的LDPC 码设计方法，这包括Gallager 码、MacKay 码、基于基模图的LDPC 码和基于累加器的LDPC 码等（第6章）。然后，学生将学习如何从重量分布的角度来衡量LDPC 码集的性能（第8章）。最后，学生将学习如何利用密度进化和EXIT 图等工具，从译码门限的角度来衡量LDPC（长）码的性能（第9章）。

　　本书每章都包含一定数量的习题，这些习题形式多样，有的要求例行的计算和推导，有的要求利用计算机找答案或者利用计算机进行仿真，有的甚至可以作为一个学期的项目。作者选择这些习题，一方面希望加强学生对每章知识的理解（比如，要求学生对某个译码器做计算机仿真）；另一方面，也希望引导学生进一步扩展自己所学的知识（比如，要求学生对某个结果进行证明，而这个证明过程并没有在书本中出现过）。首先，我们要感谢Ian Blake 教授，他仔细阅读了整个书稿的早期版本并给出了很多重要的建议，使本书得到了很大的完善。我们也要感谢我们的研究生们，在本书的准备过程中，他们给予了很大的帮助。他们帮忙排版、仿真、校对和整理图片，同时，本书中也包含了很多他们的研究结果。对W. Ryan 所撰写部分有贡献的学生（过去的和现在的）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（她校对了8章的内容）和Matt Viens。我们也同时感谢Li Zhang（S. Lin 的学生），他就第6章和第9章给予了很多有价值的反馈。最后，W. Ryan也感谢Lulea Institute of Technology 的Sara Sandberg，她就第5章的早期版本给予了很有用的反馈意见。对S. Lin 所撰写部分有贡献的学生包括Bo Zhou 博士、Qin Huang（黄勤）博士、Ying Y. Tai 博士、Lan Lan 博士、Lingqi Zeng 博士、Jingyu Kang 和Li Zhang。其中，我们尤其需要感谢Bo Zhou 博士和Qin Huang 博士，他们帮忙输入了S. Lin 撰写的所有章节，并在这些章节最后版本的准备过程中给予了很多的帮助。

　　我们感谢Dan Costello 教授，他发给了我们很多有关第15章卷积LDPC 码部分的参考资料。我们感谢Marc Fossorier 博士，他给予了我们很多有关第14章的建议。我们还感谢AliGharyeb教授，他给予了我们很多有关第7章的建议。我们感谢（美国）国家自然科学基金、国家航空和空间管理中心及信息存储产业联盟多年来对信道编码的资金支持，离开了他们的支持，本书的很多结果是不可能取得的。我们同时要感谢亚利桑那大学和加州大学戴维斯分校，本书的撰写得到了他们很大的支持。我们同时感谢才华横溢的Linda Wyrgatsch 女士，她专门为本书的封底创作了一幅图画。我们注意到，本书的封面和封底的两幅图画正好分别反映了经典与现代两个概念。最后，我们要特别致谢我们的妻子（Stephanie 和Ivy）、孩子和孙子，在本书的撰写过程中，他们给予了我们源源不断的爱与支持。

　　William E. Ryan Shu Lin

　　亚利桑那大学加州大学戴维斯分校

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

信道编码：经典与现代在这本深入探讨信道编码理论与实践的著作中，我们将一同踏上一段跨越时空的旅程，探索信息传输的奥秘，以及如何抵御噪声干扰，确保数据可靠性的智慧结晶。从早期基于数学严谨性构建的经典编码方案，到如今利用计算能力和复杂算法实现的现代技术，信道编码始终是信息论与通信工程领域的核心驱动力，也是现代数字世界不可或缺的基石。第一部分：信道编码的基石——经典理论与编码本部分将带领读者回到信道编码的起源，深入剖析那些奠定了整个学科坚实基础的经典理论和编码方法。信息论基础与信道模型：我们将从香农的信息论出发，重温信息熵、互信息等核心概念，理解信息传输的本质以及理论上的极限。随后，我们将详细介绍不同类型的通信信道模型，如二元对称信道 (BSC)、高斯白噪声信道 (AWGN) 等，理解它们各自的特性以及对信息传输带来的挑战。通过对这些基本模型的分析，读者将建立起对信道编码所要解决问题的深刻认识。线性分组码：线性分组码作为信道编码中最基础也是最重要的类别，将是本部分的重点。我们将从其数学结构入手，深入讲解生成矩阵 (G) 和校验矩阵 (H) 的概念及其作用，理解如何通过这些矩阵来构造和解码编码。汉明码：作为最早也是最简单的纠错码之一，汉明码的构造原理和纠错能力将得到详尽的阐述。我们将展示如何设计汉明码来检测和纠正单个比特错误，并讨论其在实际应用中的局限性。循环码：循环码以其高效的编码和解码算法而闻名，我们将详细讲解多项式表示、生成多项式、校验多项式等概念。 BCH 码和 RS 码作为循环码的重要分支，它们的构造原理、纠错能力以及在数据存储和无线通信中的广泛应用也将得到深入剖析。卷积码：与分组码不同，卷积码的编码是连续的，具有“记忆”特性。我们将介绍卷积码的编码器结构（移位寄存器和多路选择器）、约束长度、生成函数等关键参数。维特比译码算法：维特比算法是卷积码最经典也是最有效的最大似然译码算法。我们将对其原理进行详细讲解，并通过实例演示如何一步步进行译码，理解其如何利用路径度量来找到最可能的发送序列。其他译码方法：除了维特比算法，我们还将简要介绍其他译码方法，如前向累积译码 (BCJR) 算法，并探讨其在特定场景下的优势。码的性能分析：理解一个编码方案的优劣，离不开对其性能的分析。我们将介绍关键的性能指标，如：最小汉明距离：这是衡量分组码纠错能力的核心指标，我们将阐述其计算方法和意义。最小欧氏距离：对于卷积码等连续编码，我们将介绍最小欧氏距离的概念及其与译码性能的关系。误码率 (BER) 和误块率 (BLER) 分析：我们将探讨如何通过理论计算和仿真来评估编码方案在不同信噪比下的误码率和误块率性能，并理解译码门限的概念。第二部分：现代信道编码的飞跃——低密度奇偶校验码与现代编解码进入信息时代，对数据传输速率和可靠性的要求日益提高，经典编码在效率和性能上逐渐显露出瓶颈。本部分将聚焦于近年来在信道编码领域引起革命性变革的低密度奇偶校验 (LDPC) 码，以及其他现代编解码技术。低密度奇偶校验 (LDPC) 码： LDPC 码被誉为“接近香农极限”的编码，其独特的稀疏校验矩阵结构赋予了它卓越的性能和高效的译码能力。 LDPC 码的定义与构造：我们将详细介绍 LDPC 码的稀疏校验矩阵，以及如何基于图论（如 G-P 图）来构造 LDPC 码，理解其与置换矩阵的关系。消息传递译码算法 (Sum-Product Algorithm / Belief Propagation)：这是 LDPC 码最核心的译码算法。我们将深入剖析其工作原理，理解消息如何在节点之间传递和更新，以及如何迭代收敛以获得解码结果。我们将通过图示和算例来清晰地展示算法的执行过程。 LDPC 码的变体与优化：除了规整 LDPC 码，我们还将探讨不规整 LDPC 码、分层 LDPC 码等变体，以及它们在不同应用场景下的优势。 LDPC 码在现代通信标准中的应用：我们将列举 LDPC 码在 Wi-Fi、5G、卫星通信等重要通信标准中的实际应用案例，强调其在提升系统性能和效率方面的重要性。 Turbo 码： Turbo 码是 LDPC 码之前最具代表性的接近香农极限的编码。我们将回顾其“并联级联”的编码结构，介绍其组成部分（如递归的卷积码）以及交织器的作用。 Turbo 译码算法：我们将详细讲解 Turbo 码的迭代译码过程，理解软判决反馈在 Turbo 译码中的关键作用，以及它是如何通过多次迭代逐步提升解码精度的。 Turbo 码的性能特点与局限：我们将分析 Turbo 码的优异性能，并讨论其译码复杂度较高、译码时延较长等方面的不足，从而引出 LDPC 码的优势。格型编码 (Lattice Coding)：格型编码以其优异的容量性能和在多输入多输出 (MIMO) 系统中的应用而受到关注。我们将介绍格型的基本概念，以及格型编码如何利用其几何结构来提升信息传输的效率和可靠性。 Polar 码： Polar 码是第一种被证明能达到香农容量的编码。我们将介绍其“信道极化”的核心思想，理解如何通过迭代极化来构造极化信道，并基于这些信道构建 Polar 码。我们将探讨其编码和译码的原理，以及其在未来通信技术中的潜力。现代编解码器的设计与实现：除了理论上的介绍，本部分还将触及现代编解码器的设计和实现层面。硬件实现考虑：对于高速通信系统，编解码器的硬件实现至关重要。我们将讨论 ASICs 和 FPGAs 在实现高效编解码器中的作用，以及在资源受限环境下进行优化的策略。软件实现与加速：在软件定义无线电 (SDR) 和通用处理器平台上，高效的软件实现也同样重要。我们将提及 SIMD 指令集、多线程并行等技术如何加速编解码过程。第三部分：信道编码的应用与前沿本部分将超越理论和算法本身，将目光投向信道编码在各个领域的实际应用，并展望未来的发展趋势。通信系统中的应用：无线通信：从蜂窝网络（2G、3G、4G、5G）到 Wi-Fi，信道编码是保证无线通信可靠性和数据速率的关键。我们将分析不同代际的无线通信标准中采用的编码技术，以及它们如何应对复杂的无线环境。卫星通信：恶劣的空间环境对数据传输提出了极高的挑战，信道编码是确保卫星通信数据完整性的生命线。我们将探讨在卫星通信中常用的编码技术及其优势。数据存储：硬盘、SSD、光盘等存储介质的可靠性也离不开信道编码。我们将介绍纠错码在纠正存储介质物理损伤方面的作用，如 RS 码在 CD/DVD 中的应用。网络编码：与传统信道编码不同，网络编码在网络节点处进行编码，能够提高网络的吞吐量和鲁棒性。我们将简要介绍网络编码的基本思想。其他领域的应用：量子通信：量子通信同样面临着噪声的干扰，量子纠错码是保证量子信息传输安全和可靠性的关键。我们将简要介绍量子纠错码的基本概念。机器学习与人工智能：信道编码的理论和算法也与机器学习领域有所交叉，例如在深度学习模型的学习过程中，信道编码的原理可以提供启示。未来发展趋势：超宽带通信中的编码：随着通信速率的不断提升，对编码的要求也越来越高。面向特定信道和应用优化的编码：针对不同场景（如水下通信、医疗传感器网络等）的特殊信道特性，开发定制化的编码方案。与人工智能的深度融合：利用 AI 技术来设计更优的编码方案，或者利用编码理论来改进 AI 模型的鲁棒性。新型编码理论的探索：持续探索更接近香农极限、更易于实现的编码方法。本书旨在为读者提供一个全面而深入的信道编码知识体系，从经典理论到前沿技术，从理论推导到实际应用。通过学习本书，读者将能够深刻理解信息传输的挑战，掌握抵御噪声的智慧，并为未来通信和信息技术的发展打下坚实的基础。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

最近，我因为工作需要，开始深入研究数据传输的可靠性问题，而信道编码无疑是其中的核心环节。市面上关于信道编码的书籍不少，但我总觉得要么过于理论化，要么过于应用化，难以找到一个平衡点。“经典与现代”这个书名，让我觉得它很有可能提供一个全新的视角。我期待这本书能像一位经验丰富的导师，将信道编码的历史演进娓娓道来，从香农的理论基石讲起，到那些奠定行业基础的经典编码，再到如今性能飞跃的现代编码。我希望它能帮助我理解这些编码技术的设计哲学，即它们为什么会被设计成这个样子，以及它们是如何在数学的严谨和工程的实用之间找到平衡的。我特别希望它能在讲解过程中，穿插一些实际的通信场景，比如卫星通信、无线网络、甚至深度空间探测，来展示不同编码技术在这些场景下的适用性和挑战。这样，我才能更直观地感受到编码技术的强大之处，以及它们在不同领域所扮演的关键角色。这本书是否能提供一些关于编码性能评估和选择的理论框架，也是我非常关注的，毕竟在实际应用中，我们需要根据具体需求来选择最合适的编码方案。

评分☆☆☆☆☆

我是一名业余的电子爱好者，对通信技术一直抱有浓厚的兴趣，但往往受限于专业知识的深度，很多概念对我来说还是比较模糊。这本书的出现，在我看来，就像是为我这样的大众爱好者量身定做的“启蒙读物”。“经典与现代”这个词让我觉得，它应该不会一开始就抛出过于高深的数学理论，而是会从通信最基础的“纠错”概念入手，循序渐进地引导读者。我希望它能用通俗易懂的语言，生动形象的比喻，来解释信道编码的核心思想——如何在信息传输过程中加入冗余，以便在接收端检测和纠正错误。比如，经典的Hamming码，我只知道它能纠正一位错误，但具体是怎么实现的，背后的数学原理是什么，我就不太清楚了。如果这本书能用图文并茂的方式，或者一些简单的例子来讲解，那对我就非常友好了。更何况，书中还提到了“现代”的编码技术，我很好奇这些新的技术是如何在性能上超越经典的，又在实现上有什么不同。我希望它能让我明白，为什么如今的无线通信、卫星通信等领域能够如此稳定高效，背后一定离不开这些先进的编码技术。总而言之，这本书给我一种感觉，它不仅仅是学术研究者的工具书，更是每一个对通信世界充满好奇的人的“探索指南”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就充满了厚重感，纸张的触感也相当不错，拿到手就知道是精心制作的。我是一名通信工程的学生，平时接触信道编码也算比较多，但总觉得对很多经典的理论和算法的理解还停留在表面，尤其是那些数学推导，虽然知道结论，但过程往往一笔带过。这本书的标题“经典与现代”立刻吸引了我，我猜想它应该会深入浅出地讲解一些基础理论，比如Hamming码、BCH码、Reed-Solomon码这些我经常在论文和教材里看到但总感觉难以完全掌握的。而且，“现代”这个词也让我充满了期待，现在像LDPC码、Turbo码这些更强大的编码技术已经广泛应用，不知道这本书会不会对这些前沿的编码技术有深入的介绍，比如它们的设计原理、性能分析，以及在实际通信系统中的应用案例。我特别希望它能详细解释这些现代编码技术的数学基础，而不是简单罗列公式。有时候，读一本好书就像打开了一扇新的窗户，我希望这本书能让我对信道编码这个领域有一个更系统、更深刻的认识，能够将那些零散的知识点串联起来，形成一个完整的知识体系。对于我而言，理解这些编码原理不仅是为了应付考试，更是为了将来在通信领域深耕打下坚实的基础，能够真正理解和运用这些技术解决实际问题。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在嵌入式系统领域工作的工程师，我对数据可靠性有着近乎苛刻的要求。在很多项目中，数据在传输或存储过程中都可能因为各种干扰而产生错误，而信道编码正是解决这一问题的关键技术。我选择这本书，是看中了它“经典与现代”的定位。我希望能在这本书中找到对经典纠错码（如Reed-Solomon码）在实际应用中的深入剖析，了解它们在存储介质（如光盘、硬盘）和数据传输中的具体实现和优化方法。同时，我也非常关注书中对于现代编码技术（如LDPC码和Turbo码）的介绍。我希望它能详细阐述这些现代编码技术在现代通信标准（如5G）中的作用，以及它们相比于经典编码在效率和性能上的优势。更重要的是，我希望书中能提供一些将这些编码技术应用于嵌入式系统设计的指导，比如在资源受限的环境下如何选择合适的编码方案，如何进行高效的编码/解码算法的实现，以及相关的硬件加速策略。我需要的是能够直接指导我工作的知识，而不是仅仅停留在理论层面的描述。这本书能否给我带来实际的工程经验和技术启发，将是我衡量其价值的重要标准。

评分☆☆☆☆☆

我对数学理论的严谨性有很高的追求，同时也对信息科学的实际应用充满热情。这本书的标题“信道编码：经典与现代”恰好满足了我这两个方面的需求。我猜想，这本书应该不仅仅是停留在对各种编码方法的罗列和介绍，而是会深入到编码理论背后的数学原理。我非常期待看到它能对那些经典的编码，比如线性分组码、卷积码等，进行细致的数学推导和分析，解释它们的设计思想和优越性。同时，对于“现代”的编码技术，我希望能看到它们在理论上的突破，比如LDPC码的低密度校验矩阵设计，Turbo码的迭代译码原理，以及它们是如何在逼近香农限的道路上不断前进的。我希望这本书能用清晰的数学语言，配合恰当的图示和例子，来讲解这些复杂的概念，从而帮助我建立起对信道编码的深刻理解。除此之外，我还有一个小小的愿望，就是希望书中能涉及一些编码理论在实际工程中的实现挑战和优化策略，哪怕只是简要提及，也能让我了解到理论与实践之间的距离，以及科学家和工程师们是如何努力缩短这一距离的。这本书能否成为连接纯粹数学理论和实际工程应用的桥梁，是我衡量它是否符合我期望的关键。

评分☆☆☆☆☆

不错

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很好的一本入门学习参考资料

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速度快，经典，正版，质量好。

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我努力学习学习学习学习学习学习专业知识！

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