塊交織及解交織試驗

1、實驗五、塊交織及解交織實驗、實驗目的通過本實驗掌握塊交織的特性、產(chǎn)生原理及方法，掌握塊交織對譯碼性能的影響、實驗內(nèi)容1、觀察經(jīng)交織后的卷積編碼信號。2、觀察隨機差錯經(jīng)解交織后的差錯分布，觀察突發(fā)差錯經(jīng)解交織后的差錯分布。3、觀察交織對卷積編碼突發(fā)差錯信號糾錯的性能改善。三、基本原理當移動通信信道出現(xiàn)深衰落時， 數(shù)字信號的傳輸可能出現(xiàn)成串的突發(fā)差錯。 一般的差錯 編碼（如卷 積碼）只能糾正有限個錯誤， 對于大量的突發(fā)誤碼無能為力。通信系統(tǒng)采用交織 編碼和卷積碼結(jié)合的方式 來糾正突發(fā)差錯。 交織的目的是把一個較長的突發(fā)差錯離散成隨機 差錯，使得糾錯編碼技術(shù)更容易糾正。常用的交織技術(shù)主要有兩類： 塊

2、交織和卷積交織。 塊交織通常在數(shù)據(jù)分塊分幀的情況下 使用，卷積 交織對連續(xù)的數(shù)據(jù)流來說比較使用。在碼分多址系統(tǒng)中， 基于數(shù)據(jù)分幀的情況采 用了塊交織的形式，所以這里我們僅介紹塊交織的有關(guān)內(nèi)容。描述交織器性能的幾個參數(shù)如下： 突發(fā)長度：突發(fā)錯誤的長度，用 B表示。 最小間隔：突發(fā)連續(xù)錯誤分布的最小距離，用S表示。 交織時延：由于交織和解交織引起的編碼時延，用 D表示。 存儲要求：交織或解交織過程需要的存儲單元的大小，用 M表示交織器的性能通常用 S/D以及S/M來描述，最小間隔S越大越好，交織時延 D和存儲 要求M越 小越好交織器的實現(xiàn)框圖如圖18-1所示圖18-1分組（塊）交織器實現(xiàn)框圖由圖1

3、8-1可見，交織、解交織由如下幾步構(gòu)成:若發(fā)送數(shù)據(jù)（塊）U經(jīng)信道編碼后為:X1 = X1 X2 X3 | X25 ；發(fā)送端交織存儲器為一個行列交織矩陣存儲器A1,它按列寫入，按行讀出，即入Ai =順XiX6XiiXi6W 1X2冷X12X17X22X3X8X13X18X23X4X9X14X19X24X5Xl0X15X20X25 -讀出順序I交織器輸出后并送入突發(fā)信道的信號為X2X1X6X11X16X21 ,xdl|X 22 , |I,X525IX假設(shè)在突發(fā)信道中受到兩個突發(fā)干擾:第一個突發(fā)干擾影響5位，即產(chǎn)生于X1至X21 ;第二個突發(fā)干擾影響4位，即產(chǎn)生于X13至X。則突發(fā)信道的輸出端信號X

4、3可以表示為(18-1)(18-2)X3 = xIx6xI1x16X21 , X2X7 I I A22, X3X8XI3X18X23 , X4XA ' X25(18-3)在接收端，將受突發(fā)干擾的信號送入解交織器,解交織器也是一個行列交織矩陣的存儲器A2,它是按行寫入，按列讀出（正好與交織矩陣規(guī)律相反）-Xi X6Xii X16X21X2X7 X12X17X22A2 =X3X8Xi3 X18 X23X4X9X14X19X24-X5X10X15X20X25X4,(18-4)經(jīng)解交織存儲器解交織以后的輸出信號則X4為X4=x1X2X3X4X5XAX*XcX7 V 10X11X12X134X1

5、5XI6X17X18X19X20X21X22X23X24X25(18-5)可見，由上述分析，經(jīng)過交織矩陣和解交織矩陣變換后，原來信道中的突發(fā)性連錯，即 兩個突發(fā)一個連錯5位、另一個連錯4位卻變成了 X4輸出中的隨機獨立差錯。從交織器實現(xiàn)原理來看， 一個實際上的突發(fā)信道， 經(jīng)過發(fā)送端交織器和接收端解交織器的信息處理后，就完全等效成一個隨機獨立差錯信道，正如圖中虛線方框所示。所以從原理上看，信道交織編碼實際上就是一類信道改造技術(shù)，它將一個突發(fā)信道改造成一個隨機獨立差錯信道。它本身并不具備信道編碼檢、糾錯功能，僅起到信號預處理的作用。我們可以將上述一個簡單的 5X 5矩陣存儲交織器的例子推廣到一般情

6、況。若分組（塊）長度為：1=1 J ,即由1歹U J行的矩陣構(gòu)成。其中交織矩陣存儲器是按列寫入、行讀出，而解交織矩陣存儲器是按相反的順序按行寫入、列讀出，正是利用這種行、列順序的倒換，可以將實際的突發(fā)信道變換成等效的隨機獨立差錯信道。矩陣中行的數(shù)目稱為交織深度。交織深度越大，符號的離散性就越大，抗突發(fā)差錯的能力也越強。但是，交織深度越大，交織編碼的處理時間即交織時延也越長，所以說，交織編碼的抗突發(fā)能力是以時間為代價的。兩個突發(fā)錯誤之間的最小間隔滿足下式（18-6）交織器的最小間隔可以通過改變讀出行的順序來改變，但交織時延和存儲要求不隨讀出的順序改變而改變，但交織時延和存儲要求不隨讀出的順序的改

7、變而改變。因為交織和解交織均有時延，所以交織器的交織時延為：D=2IJ/Rc,其中Rc為符號速率。交織器的存儲要求為：M=2IJ。交織編碼的主要缺點是：在交織和解交織過程中，會產(chǎn)生2IJ個符號的附加處理時延，這對實時業(yè)務，特別是語音業(yè)務將帶來很不利的影響。所以對于語音等實時業(yè)務應用交織編碼時，交織器的容量即尺寸不能取得太大。交織器的改進主要是處理附加時延大及由于采用某種固定形式的交織方式就有可能產(chǎn)生很特殊的相反效果，即存在能將一些獨立隨機差錯交織為突發(fā)差錯的可能性。為了克服以上兩個主要缺點，人們研究了不少有效措施，如采用卷積交織器和偽隨機交織器等。四、實驗原理1、實驗模塊簡介本實驗需用到基帶成

8、形模塊、信道編碼及交織模塊（以下簡稱編碼模塊）及信道譯碼及解交織模塊（以下簡稱譯碼模塊）(1)基帶成形模塊:本模塊主要功能：產(chǎn)生 PN31偽隨機序列作為信源；將基帶信號進行串并轉(zhuǎn)換；按調(diào)制要求進行基帶成形，形成兩路正交基帶信號。本實驗只用該模塊輸出的位同步信號作為 編碼模塊的基帶信號驅(qū)動源。(2)信道編碼及交織模塊：本模塊主要功能：產(chǎn)生 PN31偽隨機序列作為信源，并進行(2,1,4)卷積編碼，然 后可選擇有無塊交織，再加上幀同步信號組成成幀數(shù)據(jù)后輸出，輸出的碼可以選擇有無 差錯、隨機差錯或突發(fā)差錯。(3)信道譯碼及解交織模塊：本模塊主要功能：完成幀同步捕獲，同步后取出信息元進行(2, 1,

9、4)維特比卷積譯碼及解交織。2、實驗框圖及電路說明信道編碼及交織基帶成形BS IN1卜頻U PN3假牛器2分強 BSOUT原碼IN信道譯碼及解交織_ *»延時lO編碼IN4模2川卷和譯杷譯碼ERRORO譯碼OUTJNRZD PN 1J JBS1N原碼OUTy gs OUTBSQ原碼OUTFS OUT上ERRORLtrFSOUT基情設(shè)置幀映射3、編碼輸出幀格式ABCA :幀同步頭，為11位巴克碼：11100010010B:經(jīng)卷積編碼、打孔、交織后的信息數(shù)據(jù)，共484 位。C:幀數(shù)據(jù)補足位，共1位，固定為04、卷積編碼生成多項式本實驗采用（2, 1, 4）卷積編碼，生成多項式為：32Go

10、=x +x +1A32,Gi=x +x +x+15、實驗原理卷積編碼、譯碼及幀映射部分同實驗十七。塊交織原理如下：打孔后的484位信息數(shù)據(jù)組成一個 22位X 22位的數(shù)據(jù)塊，從上至下、從左至右按列放置，取出時從左至右、從上至下按行取出，完成交織。如下圖所示：從左至右按行取五、實驗步驟、信道編碼及交織模塊（以1、在實驗箱上正確安裝基帶成形模塊（以下簡稱基帶模塊）下簡稱編碼模塊）及信道譯碼及交織模塊（以下簡稱譯碼模塊）2、關(guān)閉實驗箱電源，用臺階插座線完成如下連接:源端口目的端口連線說明基帶模塊：BS編他模塊：BS IN提供時鐘信號編他模塊：NRZ D編他模塊：PN31提供PN31信號編他模塊：BS OUT譯碼模塊：BS IN提供時鐘信號廊模塊：廊OUT譯碼模塊：編他IN將已編他信號進行譯碼編碼模塊：原碼OUT譯碼模塊：原他IN方便譯碼端信號的對比*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源。3、用示波器探頭分別接編碼模塊上“BS IN”和“ PN31 ”端信號，觀察“ PN31 ”端信號應為8K偽隨機碼。4、編碼模塊上撥位開關(guān)“差錯”位撥向上，其它位向下5、 示波器探頭分別接譯碼模塊上“譯碼OUT ”及“原碼OUT ”測試點，比較譯碼結(jié)果。6、在上面撥碼開關(guān)狀態(tài)下，再將編碼模塊和譯碼模塊上撥位開關(guān)“交織”位撥向上，觀察譯碼結(jié)果