移動(dòng)通信中的若干關(guān)鍵技術(shù))

1、1（第二專(zhuān)題）（第二專(zhuān)題）移動(dòng)通信中的若干關(guān)鍵技術(shù)移動(dòng)通信中的若干關(guān)鍵技術(shù)（上) 2本講目的：本講目的： 了解當(dāng)前通信理論和技術(shù)的發(fā)展水了解當(dāng)前通信理論和技術(shù)的發(fā)展水平平 3G 3G是通信理論與技術(shù)水平的集中是通信理論與技術(shù)水平的集中體現(xiàn)體現(xiàn)3 1. 移動(dòng)通信發(fā)展史移動(dòng)通信發(fā)展史 1897年：年： M.馬可尼發(fā)明無(wú)線通訊馬可尼發(fā)明無(wú)線通訊固定站固定站 拖船拖船 1946年：年： 車(chē)載移動(dòng)通信車(chē)載移動(dòng)通信F：3040MHz（美）美） 1960-1970年：小容量、大區(qū)制移動(dòng)電話(huà)年：小容量、大區(qū)制移動(dòng)電話(huà)F：150450MHz（美、法、德、英）美、法、德、英） 1978年：年： 模擬蜂窩（模擬蜂窩

2、（Amps）（第一代）（第一代） F：450M頻段、頻段、900M頻段（美、歐、日）頻段（美、歐、日） 1991年：年： GSM系統(tǒng)投入商用（歐）系統(tǒng)投入商用（歐） 1995年：年： CDMA IS-95商用（美）商用（美）（第二代）（第二代）18海里海里4一、移動(dòng)通信系統(tǒng)的構(gòu)成二、推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)步的主要矛盾三、移動(dòng)通信中的若干關(guān)鍵技術(shù) 3.1 語(yǔ)言編碼與壓縮 3.2 多址技術(shù) 3.3 信道編碼與交織 3.4 射頻調(diào)制 3.5 功率控制技術(shù) 3.6 分集技術(shù) 3.7 多用戶(hù)檢測(cè) 3.8 多載波傳輸 3.9 智能天線四、兩項(xiàng)與移動(dòng)通信密切相關(guān)的新技術(shù) 4.1 軟件無(wú)線電 4.2 TURBO

3、碼 -信道編碼的里程碑五、移動(dòng)通信系統(tǒng)的運(yùn)行本講提綱本講提綱5三大部分：三大部分： 手機(jī)（移動(dòng)臺(tái)）手機(jī)（移動(dòng)臺(tái)） 基站：（天線、無(wú)線電信號(hào)的接收、發(fā)射設(shè)備及基站控制器等）基站：（天線、無(wú)線電信號(hào)的接收、發(fā)射設(shè)備及基站控制器等）交換網(wǎng)絡(luò)（移動(dòng)交換機(jī)、跨地區(qū)間的中繼傳送設(shè)備等）交換網(wǎng)絡(luò)（移動(dòng)交換機(jī)、跨地區(qū)間的中繼傳送設(shè)備等）一、移動(dòng)通信系統(tǒng)的構(gòu)成一、移動(dòng)通信系統(tǒng)的構(gòu)成6基基站站交換網(wǎng)交換網(wǎng)絡(luò)絡(luò)基基站站基基站站信道信道圖圖1 系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成至長(zhǎng)途中繼7可靠性可靠性 信道環(huán)境惡劣信道環(huán)境惡劣大容量大容量 頻率資源有限頻率資源有限二、推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)步的主要矛盾二、推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)步的主要矛盾81

4、）資源）資源GSM900兆頻段：兆頻段：880915MHz（手機(jī)發(fā)手機(jī)發(fā) 基站收），基站收），F(xiàn)=25MF=25M935960MHz（基站發(fā)基站發(fā) 手機(jī)收），手機(jī)收），（125125個(gè)頻道）個(gè)頻道）GSM1800兆頻段：兆頻段：17101785MHz（手機(jī)發(fā)手機(jī)發(fā) 基站收），基站收）， F=25MF=25M 18051880MHz（基站發(fā)基站發(fā) 手機(jī)收），手機(jī)收），（375375個(gè)頻道）個(gè)頻道）CDMA800兆頻段：兆頻段：824849MHz（手機(jī)發(fā)手機(jī)發(fā) 基站收）基站收）, F=25MF=25M869894MHz（基站發(fā)基站發(fā) 手機(jī)收）手機(jī)收）IMT2000（第三代）：第三代）：188520

5、25MHz（手機(jī)發(fā)手機(jī)發(fā) 基站收）基站收）, F=140MF=140M21102200MHz（基站發(fā)基站發(fā) 手機(jī)收）手機(jī)收）, F=90MF=90MGSM系統(tǒng)相臨基站的工作頻道必須隔開(kāi)系統(tǒng)相臨基站的工作頻道必須隔開(kāi)CDMA系統(tǒng)相臨基站可工作于同一頻道系統(tǒng)相臨基站可工作于同一頻道2.1 我國(guó)移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率我國(guó)移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率1）資源資源9a) 減小蜂窩尺寸減小蜂窩尺寸大蜂窩（大蜂窩（nkm） 小蜂窩（小蜂窩（n百米）百米） 微小蜂窩（微小蜂窩（n十米十米）b) 降低語(yǔ)音數(shù)據(jù)率降低語(yǔ)音數(shù)據(jù)率64kb/s 固定電話(huà)（固定電話(huà)（PCM）13kb/s GSM（規(guī)則脈沖激勵(lì)型線性預(yù)測(cè)編碼）規(guī)則脈沖激

6、勵(lì)型線性預(yù)測(cè)編碼）（4.8kb/s）2) 頻率資源有限與大容量矛盾解決方案：頻率資源有限與大容量矛盾解決方案：10克服惡劣的信道環(huán)境，獲得通信的高可靠克服惡劣的信道環(huán)境，獲得通信的高可靠推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵因素推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵因素2.2 移動(dòng)通信的信道環(huán)境特征移動(dòng)通信的信道環(huán)境特征11傳播機(jī)制與頻率的關(guān)系：傳播機(jī)制與頻率的關(guān)系：長(zhǎng)波（長(zhǎng)波（520KHz以下以下）地波地波中波（中波（5351605KHz）地波地波短波（短波（1605KHz30MHz）天波（電離層反射）天波（電離層反射）超短波（超短波（30700MHz）微波（微波（700以上）以上）直射、反射、繞射、散射直射、反射

7、、繞射、散射移動(dòng)通信的電波傳播：移動(dòng)通信的電波傳播：直射直射反射反射散射散射繞射繞射圖圖3 電波傳播模型電波傳播模型天線天線基站基站散散射射體體1）移動(dòng)通信的電波傳播機(jī)制）移動(dòng)通信的電波傳播機(jī)制120 05 5101015152020252530301 17 71313191925253131373743434949555561616767737379798585多徑多徑慢衰落（幾秒以上慢衰落（幾秒以上幾小時(shí)）幾小時(shí)）快衰落（幾快衰落（幾Hz左右左右）當(dāng)代移動(dòng)通信系統(tǒng)是眾多通信最新技術(shù)的集成，目的是對(duì)付衰落信道，當(dāng)代移動(dòng)通信系統(tǒng)是眾多通信最新技術(shù)的集成，目的是對(duì)付衰落信道，實(shí)現(xiàn)高可靠和大容量。

8、實(shí)現(xiàn)高可靠和大容量。圖圖4 接收信號(hào)波形接收信號(hào)波形2）移動(dòng)通信的接收信號(hào)特征）移動(dòng)通信的接收信號(hào)特征13三、移動(dòng)通信中的若干關(guān)鍵技術(shù)三、移動(dòng)通信中的若干關(guān)鍵技術(shù)141）PCM編碼編碼數(shù)據(jù)率：數(shù)據(jù)率：64kb/s未經(jīng)壓縮（采樣頻率未經(jīng)壓縮（采樣頻率8KHz，8比特量化比特量化）壓縮語(yǔ)音數(shù)據(jù)率的目的是使一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)壓縮語(yǔ)音數(shù)據(jù)率的目的是使一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PCM信道中能容納多個(gè)信道中能容納多個(gè)用戶(hù)，達(dá)到擴(kuò)大系統(tǒng)容量。用戶(hù)，達(dá)到擴(kuò)大系統(tǒng)容量。3.1 語(yǔ)音編碼與壓縮語(yǔ)音編碼與壓縮1）PCM編碼編碼15采用新的語(yǔ)音編碼方法，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音數(shù)據(jù)率的壓縮采用新的語(yǔ)音編碼方法，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音數(shù)據(jù)率的壓縮a) 波形編碼波形編碼話(huà)音質(zhì)量

9、達(dá)到電話(huà)網(wǎng)要求（信話(huà)音質(zhì)量達(dá)到電話(huà)網(wǎng)要求（信/噪比噪比=26db）理論極限速率理論極限速率=16kb/s（由信息論信源函數(shù)理論推導(dǎo)）由信息論信源函數(shù)理論推導(dǎo)）b) 參量編碼參量編碼理論極限：以英語(yǔ)為例，其音素參量有理論極限：以英語(yǔ)為例，其音素參量有128256個(gè)，按照通常的講話(huà)個(gè)，按照通常的講話(huà)速率，每秒發(fā)出速率，每秒發(fā)出10個(gè)音素。因此話(huà)音數(shù)據(jù)率的最低極限：個(gè)音素。因此話(huà)音數(shù)據(jù)率的最低極限：log2(128)10=70bit/s 至至 log2(256)10=80bit/sc) 混合編碼混合編碼以參量編碼為基礎(chǔ)以參量編碼為基礎(chǔ)+有限波形編碼算法有限波形編碼算法 達(dá)到相對(duì)低數(shù)據(jù)率，良好達(dá)到相對(duì)

10、低數(shù)據(jù)率，良好可懂度可懂度2）壓縮方法）壓縮方法16 指標(biāo)指標(biāo) 參數(shù)參數(shù)編碼方法編碼方法比特率比特率（kb/s）復(fù)雜度復(fù)雜度（MIPS）時(shí)延時(shí)延（ms）質(zhì)量質(zhì)量（mos）PCM640.0104.3自適應(yīng)差分增量編碼自適應(yīng)差分增量編碼320.104.1自適應(yīng)子帶編碼自適應(yīng)子帶編碼161254多脈沖線性預(yù)測(cè)法多脈沖線性預(yù)測(cè)法810353.5隨機(jī)激勵(lì)線性預(yù)測(cè)隨機(jī)激勵(lì)線性預(yù)測(cè)4100353.5線性預(yù)測(cè)聲碼器線性預(yù)測(cè)聲碼器21353.1表表1 幾種語(yǔ)音編碼方法比較表幾種語(yǔ)音編碼方法比較表注：注： MIPS百萬(wàn)條指令百萬(wàn)條指令/秒秒 ms豪秒豪秒 mosCCITT建議的五級(jí)評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)建議的五級(jí)評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)

11、準(zhǔn)3）幾種編碼方案的性能比較）幾種編碼方案的性能比較17a) 方案：方案：QCELP方案（碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)的可變速率混合編方案（碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)的可變速率混合編碼）碼）可變速率傳輸：分可變速率傳輸：分9.6kb/s，4.8kb/s，2.4kb/s，1.2kb/s 4檔速率檔速率根據(jù)信根據(jù)信/噪比背景改變速率。噪比背景改變速率。4）IS-95 CDMA中的語(yǔ)音編碼中的語(yǔ)音編碼a) 方案方案18偽隨機(jī)信號(hào)矢量矢量碼表音調(diào)合成濾波線性預(yù)測(cè)編碼濾波自適應(yīng)濾波 增益 控制合成語(yǔ)音輸出語(yǔ)音參數(shù)1,2,. 12音調(diào)參數(shù)L、b增益G其他碼速:9.6kb/s4.8kb/s2.4kb/sT激勵(lì)圖圖5 QCELP方案圖

12、方案圖1.2kb/s清/濁b) QCELP實(shí)現(xiàn)原理：實(shí)現(xiàn)原理：19 首先對(duì)模擬話(huà)音按首先對(duì)模擬話(huà)音按8KHz采樣采樣 將采樣按每將采樣按每20ms劃分為一個(gè)話(huà)音幀（含劃分為一個(gè)話(huà)音幀（含160個(gè)采樣點(diǎn)）個(gè)采樣點(diǎn)） 分析這分析這160個(gè)采樣點(diǎn)生成個(gè)采樣點(diǎn)生成3個(gè)參數(shù)矢量個(gè)參數(shù)矢量語(yǔ)音參數(shù)：語(yǔ)音參數(shù)： 1 1,2 2, ,1212（20ms20ms更新一次更新一次）音調(diào)參數(shù)：音調(diào)參數(shù)：L L、b b碼表參數(shù)：碼表參數(shù)：T T系統(tǒng)發(fā)送的是參數(shù)：系統(tǒng)發(fā)送的是參數(shù)：1 1,2 2, ,1212；L L、b b；T T；G G 共計(jì)共計(jì)1616個(gè)個(gè)手機(jī)中根據(jù)參數(shù)生成語(yǔ)音手機(jī)中根據(jù)參數(shù)生成語(yǔ)音依速率調(diào)整更新

13、快慢依速率調(diào)整更新快慢c) 實(shí)現(xiàn)流程實(shí)現(xiàn)流程20在同一信道中，準(zhǔn)許多個(gè)用戶(hù)同時(shí)通信的技術(shù)，在同一信道中，準(zhǔn)許多個(gè)用戶(hù)同時(shí)通信的技術(shù)，在移動(dòng)通信中稱(chēng)為多址技術(shù)。在移動(dòng)通信中稱(chēng)為多址技術(shù)。3.2 多址技術(shù)多址技術(shù)21多址方式只有三種：頻分（多址方式只有三種：頻分（FDMA），），時(shí)分（時(shí)分（TDMA），），碼分（碼分（CDMA）。）。FDMA模擬移動(dòng)通信中采用（第一代）模擬移動(dòng)通信中采用（第一代）TDMAGSM 體制體制CDMAIS-95CDMATMT2000 （第三代）第三代）TD-SCDMA碼分多址與時(shí)分多址的組合方案，碼分多址與時(shí)分多址的組合方案，“S”表示同步表示同步（第二代）（第二代）T

14、FCT1 T2 . Tn圖圖6 多址三維正交示意多址三維正交示意FnF2F1C1C2Cn1）多址方式）多址方式22a）特點(diǎn)特點(diǎn) 不同用戶(hù)可以使用同一頻率（不同用戶(hù)可以使用同一頻率（F）、同一時(shí)間（）、同一時(shí)間（T），僅使用不同的），僅使用不同的 碼碼字字來(lái)替換不同用戶(hù)來(lái)替換不同用戶(hù)的的數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)：“1”和和“0”，不同碼字代表不同碼字代表不同用戶(hù)。不同用戶(hù)。例如：例如： CDMA又稱(chēng)擴(kuò)頻通信又稱(chēng)擴(kuò)頻通信“1”用戶(hù)用戶(hù)1 1001010 C1（t）“1”用戶(hù)用戶(hù)2 0110101 C2（t）條件：條件： C1（t）與與C2（t）互不相關(guān)（正交），即互不相關(guān)（正交），即0dt) t (C) t (

15、C21 用戶(hù)用戶(hù)1用戶(hù)用戶(hù)2片碼（擴(kuò)頻碼）片碼（擴(kuò)頻碼）T“1”“0”2）碼分多址（）碼分多址（CDMA）a）特點(diǎn)特點(diǎn)23 信號(hào)的頻譜大大展寬（信號(hào)的頻譜大大展寬（FF1/T1/T， Fe Fen/T n/T ）（）（n填充碼的個(gè)數(shù)），填充碼的個(gè)數(shù)）， 系統(tǒng)的抗干擾性大大增強(qiáng)，可使信噪比提高系統(tǒng)的抗干擾性大大增強(qiáng)，可使信噪比提高n倍。倍。IS95片碼：片碼：1.2288Mb/SIMT2000片碼：片碼：3.84Mb/S理論基礎(chǔ)：信息論中山農(nóng)信道容量定理理論基礎(chǔ)：信息論中山農(nóng)信道容量定理 C = F log2（1+S/N）式中：式中： C單位單位bit/s，信道每秒傳送信號(hào)的數(shù)據(jù)率信道每秒傳送信

16、號(hào)的數(shù)據(jù)率 F單位單位HZ，信號(hào)所占帶寬信號(hào)所占帶寬 S/N信號(hào)信號(hào)/噪聲功率比噪聲功率比推理：當(dāng)推理：當(dāng)C一定，傳送的信號(hào)所占帶寬越寬，則容許的一定，傳送的信號(hào)所占帶寬越寬，則容許的S/N信噪比可以越低。信噪比可以越低。 b）CDMA的關(guān)鍵技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)24 尋找擴(kuò)頻碼尋找擴(kuò)頻碼CN（t）要求：（要求：（1） C1（t）, C2（t）, Ci（t）CN（t） N越大越好，以容納更多用戶(hù)越大越好，以容納更多用戶(hù) （2）它們之間的互相關(guān)函數(shù)）它們之間的互相關(guān)函數(shù) 0（越小越好）（越小越好） （實(shí)際上（實(shí)際上0，而形成用戶(hù)間的干擾），而形成用戶(hù)間的干擾）（3）發(fā)送端容易產(chǎn)生）發(fā)送端容易產(chǎn)生（4）接

17、收端容易捕捉并與之同步，此為）接收端容易捕捉并與之同步，此為CDMA研究的一個(gè)重要方面研究的一個(gè)重要方面dt)t (C) t (C)( Ipi 25 LasCDMA宣稱(chēng)找到了構(gòu)造大容量，而且完全不相關(guān)的宣稱(chēng)找到了構(gòu)造大容量，而且完全不相關(guān)的CN（t）擴(kuò)頻碼的方法，擴(kuò)頻碼的方法，又稱(chēng)又稱(chēng)TDLAS技術(shù)，兩級(jí)擴(kuò)頻編碼技術(shù)，兩級(jí)擴(kuò)頻編碼優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）消除原）消除原CDMA系統(tǒng)用戶(hù)間的干擾，以構(gòu)造出干擾不受限的系統(tǒng)用戶(hù)間的干擾，以構(gòu)造出干擾不受限的CDMA系統(tǒng)。系統(tǒng)。（2）簡(jiǎn)化系統(tǒng)，使原）簡(jiǎn)化系統(tǒng)，使原CDMA系統(tǒng)中用于對(duì)抗用戶(hù)間干擾的措施成為無(wú)必要。系統(tǒng)中用于對(duì)抗用戶(hù)間干擾的措施成為無(wú)必要。 （

18、宣稱(chēng)無(wú)需復(fù)雜功率控制、無(wú)需智能天線、無(wú)需軟切換、無(wú)需多用戶(hù)（宣稱(chēng)無(wú)需復(fù)雜功率控制、無(wú)需智能天線、無(wú)需軟切換、無(wú)需多用戶(hù) 檢測(cè)等）檢測(cè)等）CN1（t）CN2（t）LasCDMA信號(hào)信號(hào)擴(kuò)頻信號(hào)擴(kuò)頻信號(hào)LALS26 信道多址與基站多址信道多址與基站多址信道多址信道多址采用采用64位位walsh碼，分別分配給碼，分別分配給64個(gè)信道個(gè)信道 1個(gè)導(dǎo)頻信道個(gè)導(dǎo)頻信道W0 1個(gè)同步信道個(gè)同步信道0，1相間的相間的W32 7個(gè)尋呼信道個(gè)尋呼信道W1W755個(gè)業(yè)務(wù)信道個(gè)業(yè)務(wù)信道W8W31； W33W63；基站多址碼基站多址碼采用采用 m=215-1 的的15位簡(jiǎn)單偽隨機(jī)序列，前加位簡(jiǎn)單偽隨機(jī)序列，前加15個(gè)個(gè)

19、0偏置。偏置。 跳頻與跳時(shí)跳頻與跳時(shí)271）信道編碼的定位）信道編碼的定位圖圖7 CDMA系統(tǒng)信號(hào)流程系統(tǒng)信號(hào)流程3.3 信道編碼與交織編碼信道編碼與交織編碼1）信道編碼的定位）信道編碼的定位擴(kuò)頻擴(kuò)頻調(diào)制調(diào)制信道信道編碼編碼交織交織編碼編碼射頻射頻調(diào)制調(diào)制射頻射頻解調(diào)解調(diào)去去交織交織信道信道解碼解碼解解擴(kuò)擴(kuò)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)碼碼數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)碼碼信令信令信令信令28信道編碼的作用信道編碼的作用抗由一切信道傳輸原因所引起的誤碼，完成對(duì)分散獨(dú)立誤碼的糾錯(cuò)?？褂梢磺行诺纻鬏斣蛩鸬恼`碼，完成對(duì)分散獨(dú)立誤碼的糾錯(cuò)。交織編碼的作用交織編碼的作用抗信道產(chǎn)生的實(shí)發(fā)錯(cuò)誤（成片的誤碼），使移動(dòng)通信的信道變成隨機(jī)抗信道產(chǎn)生的

20、實(shí)發(fā)錯(cuò)誤（成片的誤碼），使移動(dòng)通信的信道變成隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)信道（噪聲信道）。即：將信道引起的成片誤碼改造為分散獨(dú)立差錯(cuò)信道（噪聲信道）。即：將信道引起的成片誤碼改造為分散獨(dú)立誤碼。獨(dú)立誤碼。2）在系統(tǒng)中的作用）在系統(tǒng)中的作用29a) 思路思路增加監(jiān)督（校驗(yàn)）碼元，發(fā)現(xiàn)或糾正信息碼元的錯(cuò)誤。增加監(jiān)督（校驗(yàn)）碼元，發(fā)現(xiàn)或糾正信息碼元的錯(cuò)誤。b) 研究目標(biāo)研究目標(biāo)以最少監(jiān)督碼元為代價(jià)獲取對(duì)信息碼元最高的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。以最少監(jiān)督碼元為代價(jià)獲取對(duì)信息碼元最高的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。c) 信道編碼的種類(lèi)信道編碼的種類(lèi)按照加入監(jiān)督碼元的規(guī)律或監(jiān)督碼元實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)、糾錯(cuò)的算法，按照加入監(jiān)督碼元的規(guī)律或監(jiān)督碼元實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)、

21、糾錯(cuò)的算法，可分為：線性編碼（線性分組碼、循環(huán)碼等）；可分為：線性編碼（線性分組碼、循環(huán)碼等）； 非線性編碼（如卷積碼等）。非線性編碼（如卷積碼等）。信息碼信息碼監(jiān)督碼監(jiān)督碼信息碼信息碼監(jiān)督碼監(jiān)督碼3）信道編碼）信道編碼30a) 所有信道編碼要服從嚴(yán)格的數(shù)學(xué)關(guān)系。所有信道編碼要服從嚴(yán)格的數(shù)學(xué)關(guān)系。b) 例例BCH碼、碼、RS碼、碼、Fire碼碼c) 線性分組碼線性分組碼（7，3）碼（可糾正一個(gè)錯(cuò)誤）碼（可糾正一個(gè)錯(cuò)誤）碼長(zhǎng)碼長(zhǎng) 7位位信息位信息位 3位位監(jiān)督位監(jiān)督位 4位位C=（C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6）4）線性分組碼）線性分組碼31編碼方程編碼方程C0=U0C1=U1C2=U

22、2C3=U0 U2C4=U0 U1 U2C5=U0 U1C6=U1 U2數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式C=（C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6） 1 0 0 1 1 1 0 =（U0 U1 U2） 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 U G=（I Q）生成矩陣）生成矩陣 =UG信息位信息位監(jiān)督位監(jiān)督位 模模2 加加:（0 0=0，0 1=1，1 0=1，1 1=0 ）32監(jiān)督方程監(jiān)督方程將監(jiān)督方程寫(xiě)成另一形式將監(jiān)督方程寫(xiě)成另一形式C3=U0 U2=C0 C2 C0 C1 C3 =0C4=U0 U1 U2 =C0 C1 C2 C0 C1 C3 C4=0C5=U0 U1 =C0 C

23、1 C0 C1 C5 =0C6=U1 U2 =C1 C2 C1 C2 C6 =0數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式 C0 C1 1 0 1 1 0 0 0 C2 0 1 1 1 0 1 0 0 C3 = 0 1 1 0 0 0 1 0 C4 0 1 1 1 0 0 0 1 C5 0 C6H CT 0T 即即 H CT = OT個(gè)個(gè) H監(jiān)督矩陣監(jiān)督矩陣 4個(gè)監(jiān)督方程，一個(gè)錯(cuò)仍可求解出個(gè)監(jiān)督方程，一個(gè)錯(cuò)仍可求解出U0 U1 U2 三三個(gè)碼個(gè)碼元元33d) 評(píng)價(jià)：上述（評(píng)價(jià)：上述（7，3）線性分組碼運(yùn)算簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，但效率不高線性分組碼運(yùn)算簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，但效率不高e) 改進(jìn)型改進(jìn)型BCH碼（二元循環(huán)碼）碼（二元循

24、環(huán)碼）BCH（15，5）可糾正可糾正3個(gè)隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)個(gè)隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)RS碼（非二進(jìn)制）碼（非二進(jìn)制）RS（15，9）可糾正可糾正3個(gè)錯(cuò)誤（非二進(jìn)制）個(gè)錯(cuò)誤（非二進(jìn)制） （60，36）二進(jìn)制碼）二進(jìn)制碼Fire碼碼F（276，265）能糾正長(zhǎng)度能糾正長(zhǎng)度 5個(gè)碼元的獨(dú)立錯(cuò)誤個(gè)碼元的獨(dú)立錯(cuò)誤34a) 特點(diǎn)特點(diǎn) 不對(duì)輸入分組，只是對(duì)輸入進(jìn)行一種特定卷積運(yùn)算。不對(duì)輸入分組，只是對(duì)輸入進(jìn)行一種特定卷積運(yùn)算。 有記憶，如（有記憶，如（n, k, m）卷積編碼器卷積編碼器即在任一時(shí)刻編碼輸入即在任一時(shí)刻編碼輸入第第k個(gè)碼元，個(gè)碼元，其其輸出輸出n個(gè)碼元個(gè)碼元不僅與不僅與第第k個(gè)碼元有關(guān)，個(gè)碼元有關(guān)，而且與卷積

25、編碼器中記憶的而且與卷積編碼器中記憶的第第k個(gè)碼元之前的個(gè)碼元之前的m個(gè)碼元有關(guān)。個(gè)碼元有關(guān)。卷積卷積編碼編碼（最（最大延大延時(shí)時(shí)m）并并/串串轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換編碼輸出編碼輸出C信息碼信息碼k并并/串串轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換U1U2UkC1C2Cnn5）卷積碼）卷積碼a) 特點(diǎn)特點(diǎn)35最簡(jiǎn)單的（最簡(jiǎn)單的（2，1，2）卷積編碼器的原理圖：）卷積編碼器的原理圖：圖圖9 （2，1，2）卷積編碼）卷積編碼2 2級(jí)級(jí)延延時(shí)時(shí)輸輸入入輸輸出出信息碼信息碼輸入輸入編碼輸出編碼輸出C寄存器寄存器寄存器寄存器并并/串串121236 離散卷積法離散卷積法 生成矩陣法生成矩陣法 碼多項(xiàng)式法碼多項(xiàng)式法 狀態(tài)圖法狀態(tài)圖法 樹(shù)圖法樹(shù)圖法 格圖

26、法格圖法b) 分析描述分析描述37維特比（維特比（Viterbi）譯碼譯碼理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)最大后驗(yàn)概率準(zhǔn)則最大后驗(yàn)概率準(zhǔn)則判決依據(jù)判決依據(jù)平均誤碼率平均誤碼率Pe 最小最小 軟判決譯碼軟判決譯碼理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)最大似然比準(zhǔn)則最大似然比準(zhǔn)則根據(jù)概率論根據(jù)概率論 后驗(yàn)概率后驗(yàn)概率P（Y/C）似然比似然比 最大后驗(yàn)概率與最大似然比等效最大后驗(yàn)概率與最大似然比等效軟判決與軟判決與Viterbi等效等效 優(yōu)點(diǎn)：軟判決可實(shí)現(xiàn)多電平，因而解碼更有效。優(yōu)點(diǎn)：軟判決可實(shí)現(xiàn)多電平，因而解碼更有效。 P(Y)P(C)P(Y/C)C/YP c) 卷積編碼的解碼卷積編碼的解碼38下行（基站下行（基站 手機(jī)）為同步碼分多

27、址，采用（手機(jī)）為同步碼分多址，采用（2，1，8）卷積碼：卷積碼：1個(gè)輸入器，個(gè)輸入器，2個(gè)輸出端，個(gè)輸出端，8個(gè)移位寄存器個(gè)移位寄存器ABCDEFGH并并/串串輸輸入入碼碼1輸輸出出碼碼C12A、B、C、DH寄存器寄存器圖圖10 IS-95基站用（基站用（2，1，8）卷積編碼器）卷積編碼器d) IS-95中的卷積編碼器中的卷積編碼器39d) IS-95中的卷積編碼器中的卷積編碼器上行（手機(jī)上行（手機(jī) 基站）為異步碼分（基站）為異步碼分（3，1，8）卷積編碼）卷積編碼輸入碼輸入碼1ABCDEFGH并并/串串輸輸出出碼碼123圖圖11 IS-95手機(jī)用（手機(jī)用（3，1，8）卷積編碼器）卷積編碼器

28、40a) 理論背景理論背景山農(nóng)第二定理（山農(nóng)第二定理（1948年）：年）：只要信道中實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率只要信道中實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率RC（C表示信道容量），表示信道容量），就可以在信道中實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)解碼。就可以在信道中實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)解碼。定理證明條件：定理證明條件： 采用隨機(jī)編譯碼方式采用隨機(jī)編譯碼方式 碼的長(zhǎng)度碼的長(zhǎng)度L 譯碼采用最佳的最大后驗(yàn)概率譯碼譯碼采用最佳的最大后驗(yàn)概率譯碼6）級(jí)聯(lián)碼）級(jí)聯(lián)碼a) 理論背景理論背景41 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：增加編譯碼長(zhǎng)度，而較少增加復(fù)雜性增加編譯碼長(zhǎng)度，而較少增加復(fù)雜性 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) (n, k) = ( n1, k1) , ( n2, k2 ) = n1x n2 , k

29、1x k2 n=n1xn2 , k=k1xk2內(nèi)編碼內(nèi)編碼( n1, k1)外編碼外編碼( n2, k2) 信信 道道內(nèi)譯碼內(nèi)譯碼( n1, k1)外譯碼外譯碼( n2, k2)噪聲噪聲圖圖12 級(jí)聯(lián)碼示意圖級(jí)聯(lián)碼示意圖外碼外碼一般采用卷積碼一般采用卷積碼內(nèi)碼內(nèi)碼一般采用一般采用RS碼碼 b) 級(jí)聯(lián)碼是增加編譯碼長(zhǎng)度的有效方法級(jí)聯(lián)碼是增加編譯碼長(zhǎng)度的有效方法42 實(shí)例實(shí)例美國(guó)宇航局美國(guó)宇航局NASA1984年將其用于太空遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸：年將其用于太空遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸：內(nèi)碼內(nèi)碼（2，1，7）卷積碼）卷積碼外碼外碼（255，223）RS碼碼 性能：性能：S/N=2.53dB，條件下，誤碼率條件下，誤碼率

30、Pe 10-6 其應(yīng)用實(shí)例其應(yīng)用實(shí)例表表2 性能表性能表內(nèi)內(nèi)碼碼 外外碼碼 Pe 10-6條條件件下下的的 S/N（db） (4,1,5) (255,223) 0.91 (5,1,15) (1023,959) 0.50 (6,1,15) (1023,959) 0.42 (6,1,14) (255,223) 0.63 0 . 5 0 43信道編碼信道編碼糾正隨機(jī)差錯(cuò)糾正隨機(jī)差錯(cuò)衰落信道衰落信道產(chǎn)生實(shí)發(fā)差錯(cuò)（連續(xù)一片誤碼）產(chǎn)生實(shí)發(fā)差錯(cuò)（連續(xù)一片誤碼） 由交織編碼克服由交織編碼克服7）交織編碼）交織編碼44矩陣變換矩陣變換設(shè)待發(fā)送信號(hào)為設(shè)待發(fā)送信號(hào)為 X X ， X X =（X1, X2, X25）

31、列寫(xiě)入行讀出列寫(xiě)入行讀出 X1 X6 X11 X16 X21 X2 X7 X12 X17 X22 A1= X3 X8 X13 X18 X23 X4 X9 X14 X19 X24 X5 X10 X15 X20 X25輸出輸出X X X X =（X1, X6, X11, X16, X21, X2, X25）當(dāng)當(dāng) X X 在信道中傳輸，在發(fā)生一片錯(cuò)碼后，經(jīng)反交織后，成片錯(cuò)碼就分散了。在信道中傳輸，在發(fā)生一片錯(cuò)碼后，經(jīng)反交織后，成片錯(cuò)碼就分散了。 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：帶來(lái)時(shí)延缺點(diǎn)：帶來(lái)時(shí)延可能將分散差錯(cuò)可能將分散差錯(cuò) 成片差錯(cuò)成片差錯(cuò)a) 交織編碼原理交織編碼原理45 卷積交織編碼卷積交織編碼可減小一半的時(shí)延，抗突發(fā)差錯(cuò)能力不變?？蓽p小一半的時(shí)延，抗突發(fā)差錯(cuò)能力不變。 隨機(jī)交織編碼隨機(jī)交織編碼將數(shù)據(jù)經(jīng)偽隨機(jī)排序后存儲(chǔ)，再?gòu)拇鎯?chǔ)器中讀出。將數(shù)據(jù)經(jīng)偽隨機(jī)排序后存儲(chǔ)，再?gòu)拇鎯?chǔ)器中讀出。b) 改進(jìn)型交織編碼改進(jìn)型交織編碼46 GSM系統(tǒng)中的交織編碼器系統(tǒng)中的交織編碼器交織在語(yǔ)音編碼后進(jìn)行交織在語(yǔ)音編碼后進(jìn)行45670123456701231141141141141141141