移動(dòng)通信(第三章)

1、104 八月 2022第3章 移動(dòng)通信主要技術(shù)共一百六十三頁204 八月 2022多址技術(shù)(jsh)3.2編碼(bin m)及交織技術(shù)3.33.4分集技術(shù)3.5數(shù)字調(diào)制技術(shù)3.1蜂窩技術(shù)共一百六十三頁304 八月 20223.1 蜂窩(fngw)技術(shù)3.1.1 蜂窩(fngw)的概念3.1.2 頻率復(fù)用3.1.3 越區(qū)切換共一百六十三頁404 八月 20223.1.1 蜂窩(fngw)的概念 蜂窩的概念是20世紀(jì)6070年代首先由Bell實(shí)驗(yàn)室提出的，1978年Bell實(shí)驗(yàn)室研制成功了采用蜂窩進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋的AMPS系統(tǒng)，該系統(tǒng)于1983年首先在美國芝加哥商用，隨后同屬于(shy)1G系統(tǒng)的TA

2、CS，以及2G、3G以及4G系統(tǒng)均采用了蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋，我們將其稱為蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。 蜂窩技術(shù)的提出對移動(dòng)通信的發(fā)展具有劃時(shí)代的意義。采用蜂窩結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，極大的提高了系統(tǒng)容量，使得移動(dòng)通信應(yīng)用于個(gè)人領(lǐng)域成為可能。 共一百六十三頁504 八月 20223.1.1 蜂窩(fngw)的概念1區(qū)域(qy)覆蓋的發(fā)展 大區(qū)制 在蜂窩概念出現(xiàn)之前的移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式采用的是大區(qū)制。大功率發(fā)射機(jī)（50200W）、架設(shè)很高的天線（30m）而獲得一個(gè)大面積的覆蓋范圍。大區(qū)制具有覆蓋面積大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單且無需移動(dòng)交換機(jī)等優(yōu)點(diǎn)，但也有服務(wù)性能較差、頻譜利用率低及用戶容量有限等缺點(diǎn)。共一百六十三頁604

3、 八月 20223.1.1 蜂窩(fngw)的概念 小區(qū)(xio q)制 解決頻譜利用率低和用戶容量問題的有效方法是采用小區(qū)制。其思想是用許多小功率的發(fā)射機(jī)（小覆蓋區(qū)）來代替單個(gè)的大功率發(fā)射機(jī)（大覆蓋區(qū)），每個(gè)小功率發(fā)射機(jī)只提供服務(wù)范圍內(nèi)的一小部分覆蓋。 針對不同的服務(wù)區(qū)，小區(qū)制在覆蓋方式上可分為帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)和面狀服務(wù)覆蓋區(qū)。帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)主要用于覆蓋公路、鐵路、海岸等。面狀服務(wù)覆蓋區(qū)主要用于覆蓋較大區(qū)域的平面，在平面區(qū)域內(nèi)劃分小區(qū)，組成的網(wǎng)絡(luò)稱為蜂窩網(wǎng)。 共一百六十三頁704 八月 20223.1.1 蜂窩(fngw)的概念2蜂窩小區(qū)(xio q)的形狀 一個(gè)蜂窩小區(qū)就是一個(gè)基站所覆蓋的有

4、效面積。蜂窩小區(qū)就形狀而言，由于無線電波傳播受地形地物的影響，它的形狀是不規(guī)則的。如果不考慮地形地物的影響且采用全向天線，那么蜂窩小區(qū)的形狀就是一個(gè)圓。為了避免在服務(wù)區(qū)出現(xiàn)盲區(qū)，我們必須用小區(qū)進(jìn)行不留空隙地覆蓋，這樣一個(gè)個(gè)圓形小區(qū)之間一定含有很多的交疊。不考慮了交疊，實(shí)際上每個(gè)小區(qū)的有效覆蓋區(qū)域是一個(gè)多邊形。共一百六十三頁804 八月 20223.1.1 蜂窩(fngw)的概念c. 理論化b. 理想化a. 實(shí)際(shj)化 圖 3-1 蜂窩小區(qū)形狀示意圖 可以證明，要用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個(gè)平面區(qū)域，可取的形狀只能是三種，即正三角形、正方形和正六邊形。比較三種多邊形，正六邊形的小區(qū)面

5、積最大，交疊面積最小，這就意味著在服務(wù)區(qū)面積一定的情況下，正六邊形的覆蓋需要最少的小區(qū)數(shù)目，即最少基站，費(fèi)用也是最少。共一百六十三頁904 八月 20223.1.1 蜂窩(fngw)的概念 當(dāng)用正六邊形作為(zuwi)蜂窩小區(qū)的理論模型時(shí)，基站如果安裝在小區(qū)的中心，稱之為中心激勵(lì)?；救绻惭b在正六邊形相同的三個(gè)頂點(diǎn)上，稱之為頂點(diǎn)激勵(lì)。 圖3-2 中心激勵(lì)方式 圖3-3 頂點(diǎn)激勵(lì)方式 共一百六十三頁1004 八月 20223蜂窩(fngw)小區(qū)的分類 3.1.1 蜂窩(fngw)的概念 一般根據(jù)蜂窩小區(qū)覆蓋半徑的不同可將其劃分為：宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩。 （1）宏蜂窩 傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)由宏蜂窩

6、小區(qū)構(gòu)成，每小區(qū)的覆蓋半徑大多為1km20km。由于覆蓋半徑較大，所以基站的發(fā)射功率較強(qiáng)，一般在10W以上，天線架設(shè)也較高。每個(gè)小區(qū)分別設(shè)有一個(gè)基站，它與處于其服務(wù)區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)建立無線通信鏈路。 共一百六十三頁1104 八月 20223.1.1 蜂窩(fngw)的概念（2）微蜂窩(fngw) 微蜂窩小區(qū)是在宏蜂窩小區(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的技術(shù)，它的覆蓋半徑大約為0.1km1km；發(fā)射功率較小，一般為12W；基站天線置于相對低的地方，如屋頂下方，高于地面510m，傳播主要沿著街道的視線進(jìn)行，信號在樓頂?shù)男孤┬　Ｒ虼?，微蜂窩最初被用來加大無線電覆蓋，消除宏蜂窩中的“盲點(diǎn)”。同時(shí)由于低發(fā)射功率的微蜂窩基

7、站允許較小的頻率復(fù)用距離，因此業(yè)務(wù)密度得到了巨大的增長，且無線干擾很低，將它安置在宏蜂窩的“熱點(diǎn)”上，可滿足該微小區(qū)域質(zhì)量與容量兩方面的要求。 共一百六十三頁1204 八月 20223.1.1 蜂窩(fngw)的概念（3）微微(wiwi)蜂窩 隨著容量需求進(jìn)一步增長，運(yùn)營者可按同一規(guī)則安裝第三或第四層網(wǎng)絡(luò)，即微微蜂窩小區(qū)。微微蜂窩實(shí)質(zhì)微蜂窩的一種，只是它的覆蓋半徑更小，一般只有幾十米；基站發(fā)射功率更小，大約在幾十到幾百毫瓦左右；其天線一般裝于建筑物內(nèi)業(yè)務(wù)集中地點(diǎn)。微微蜂窩也是作為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的一種補(bǔ)充形式而存在的，它主要用來解決商業(yè)中心、會(huì)議中心等室內(nèi)覆蓋的通信問題。 共一百六十三頁1304 八月

8、 20223.1 蜂窩(fngw)技術(shù)3.1.1 蜂窩(fngw)的概念3.1.2 頻率復(fù)用3.1.3 越區(qū)切換共一百六十三頁1404 八月 20223.1.2 頻率(pnl)復(fù)用1頻率復(fù)用(f yn)的概念 頻率復(fù)用就是相同頻率的重新使用。相鄰小區(qū)不能使用相同的頻率，但由于每個(gè)小區(qū)基站發(fā)射的功率較小，兩個(gè)相距一定距離的小區(qū)是可以使用相同的頻率的。頻率復(fù)用技術(shù)很好的解決了頻率資源和系統(tǒng)容量之間的矛盾。 2區(qū)群 為了便于討論頻率復(fù)用技術(shù)我們首先給出區(qū)群的概念，若干個(gè)彼此鄰接的小區(qū)按一定方式排列便構(gòu)成了區(qū)群。 共一百六十三頁1504 八月 20223.1.2 頻率(pnl)復(fù)用（1）區(qū)群的結(jié)構(gòu)(j

9、igu) 區(qū)群是由若干小區(qū)構(gòu)成的，而且各小區(qū)要求鄰接，因此同一區(qū)群內(nèi)各小區(qū)均要求使用不同的頻率組，而任一小區(qū)所使用的頻率組，在其它區(qū)群相應(yīng)的小區(qū)中還可以再次使用，這就是頻率復(fù)用，區(qū)群是頻率復(fù)用的基本單位。圖3-5給出來A、B、C、D四個(gè)小區(qū)構(gòu)成的區(qū)群結(jié)構(gòu)。圖3-5 區(qū)群結(jié)構(gòu)示意圖 共一百六十三頁1604 八月 20223.1.2 頻率(pnl)復(fù)用（2）區(qū)群中小區(qū)(xio q)的數(shù)目區(qū)群應(yīng)彼此相鄰接；相鄰區(qū)群內(nèi)任意兩個(gè)同頻復(fù)用小區(qū)中心距離應(yīng)該相等。 區(qū)群的構(gòu)成應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：滿足以上兩個(gè)條件的情況下，構(gòu)成區(qū)群的小區(qū)個(gè)數(shù)N為式中i、j是不同時(shí)為零的正整數(shù)。根據(jù)關(guān)系式，可以求出N可等于3、4、

10、7、9、12等。共一百六十三頁1704 八月 20223.1.2 頻率(pnl)復(fù)用尋求(xnqi)同頻小區(qū)的方法同頻小區(qū)之間的距離公式可見區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)N越大，同頻小區(qū)的距離就越遠(yuǎn)，抗同頻干擾的性能也就越好。定義同頻干擾抑制因子為 沿著任何一條六邊形邊垂直移動(dòng)i個(gè)小區(qū)；逆（順）時(shí)針旋轉(zhuǎn)60度再移動(dòng)j個(gè)小區(qū)。 （3）同頻小區(qū)之間的距離共一百六十三頁1804 八月 20223.1.3 切換(qi hun)1定義(dngy) 切換也稱越區(qū)切換（Handover），是指將當(dāng)前正在進(jìn)行的移動(dòng)臺(tái)與基站之間的通信鏈路從當(dāng)前基站轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基站的過程。該過程也稱為自動(dòng)鏈路轉(zhuǎn)移(ALT, Automatic L

11、ink Transfer)。 2.越區(qū)切換包括以下三個(gè)方面的問題 (1) 越區(qū)切換的準(zhǔn)則，也就是何時(shí)需要進(jìn)行越區(qū)切換；(2) 越區(qū)切換如何控制，它包括同一類型小區(qū)切換如何控制和不同類型小區(qū)之間切換如何控制；(3)越區(qū)切換時(shí)信道分配。共一百六十三頁1904 八月 20223.1.3 切換(qi hun)3越區(qū)切換(qi hun)的準(zhǔn)則 在決定何時(shí)需要進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)，通常是根據(jù)移動(dòng)臺(tái)處接收的平均信號強(qiáng)度來確定，也可以根據(jù)移動(dòng)臺(tái)處的信噪比(或信號干擾比)、誤比特率等參數(shù)來確定。 假定移動(dòng)臺(tái)從基站1向基站2運(yùn)動(dòng)，其信號強(qiáng)度的變化如圖所示。判定何時(shí)需要越區(qū)切換的準(zhǔn)則如下。 圖3-4 越區(qū)切換示意圖 共一

12、百六十三頁2004 八月 20223.1.3 切換(qi hun)（1）相對(xingdu)信號強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則1） 在任何時(shí)間都選擇具有最強(qiáng)接收信號的基站，如圖3-4中的A處將要發(fā)生越區(qū)這種準(zhǔn)則的缺點(diǎn)是，在原基站的信號強(qiáng)度仍滿足要求的情況下，會(huì)引發(fā)太多不必要的越區(qū)切換。 (乒乓效應(yīng))（2）具有門限規(guī)定的相對信號強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則2） 僅允許移動(dòng)用戶在當(dāng)前基站的信號足夠弱(低于某一門限)，且新基站的信號強(qiáng)于本基站的信號情況下，才可以進(jìn)行越區(qū)切換。如圖3-4中，在門限為Th2時(shí)，在B點(diǎn)將會(huì)發(fā)生越區(qū)切換。 共一百六十三頁2104 八月 20223.1.3 切換(qi hun)（3）具有(jyu)滯后余量

13、的相對信號強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則3） 僅允許移動(dòng)用戶在新基站的信號強(qiáng)度比原基站信號強(qiáng)度強(qiáng)很多（即大于滯后余量）的情況下進(jìn)行越區(qū)切換。例如圖3-4中的C點(diǎn)。該技術(shù)可以防止由于信號波動(dòng)引起的移動(dòng)臺(tái)在兩個(gè)基站之間的來回重復(fù)切換，即“乒乓效應(yīng)”。 （4）具有滯后余量和門限規(guī)定的相對信號強(qiáng)度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則4） 僅允許移動(dòng)用戶在當(dāng)前基站的信號電子低于規(guī)定門限，并且新基站的信號強(qiáng)度高于當(dāng)前基站一個(gè)給定滯后余量時(shí)進(jìn)行越區(qū)切換。 共一百六十三頁2204 八月 20223.1.3切換(qi hun)4越區(qū)切換(qi hun)的控制策略 越區(qū)切換控制包括兩個(gè)方面:一方面是越區(qū)切換的參數(shù)控制，另一方面是越區(qū)切換的過程控制。參數(shù)控

14、制在上面已經(jīng)提到，這里主要討論過程控制。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，過程控制的方式主要有以下三種。 (1) 移動(dòng)臺(tái)控制的越區(qū)切換 在該方式中，移動(dòng)臺(tái)連續(xù)監(jiān)測當(dāng)前基站和幾個(gè)越區(qū)時(shí)的候選基站的信號強(qiáng)度和質(zhì)量。當(dāng)滿足某種越區(qū)切換準(zhǔn)則后，移動(dòng)臺(tái)選擇具有可用業(yè)務(wù)信道的最佳候選基站，并發(fā)送越區(qū)切換請求。 共一百六十三頁2304 八月 20223.1.3 切換(qi hun)(2) 網(wǎng)絡(luò)控制(kngzh)的越區(qū)切換 在該方式中，基站監(jiān)測來自移動(dòng)臺(tái)的信號強(qiáng)度和質(zhì)量，當(dāng)信號低于某個(gè)門限后，網(wǎng)絡(luò)開始安排向另一個(gè)基站的越區(qū)切換。網(wǎng)絡(luò)要求移動(dòng)臺(tái)周圍的所有基站都監(jiān)測該移動(dòng)臺(tái)的信號，并把測量結(jié)果報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)從這些基站中選擇一個(gè)

15、基站作為越區(qū)切換的新基站，把結(jié)果通過舊基站通知移動(dòng)臺(tái)并通知新基站。 (3) 移動(dòng)臺(tái)輔助的越區(qū)切換 在該方式中，網(wǎng)絡(luò)要求移動(dòng)臺(tái)測量其周圍基站的信號質(zhì)量并把結(jié)果報(bào)告給舊基站，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)測試結(jié)果決定何時(shí)進(jìn)行越區(qū)切換以及切換到哪一個(gè)基站。 共一百六十三頁2404 八月 20223.1.3 切換(qi hun)5越區(qū)切換時(shí)的信道(xn do)分配 越區(qū)切換時(shí)的信道分配是解決當(dāng)呼叫要轉(zhuǎn)換到新小區(qū)時(shí)，新小區(qū)如何分配信道，使得越區(qū)失敗的概率盡量小。常用的做法是在每個(gè)小區(qū)預(yù)留部分信道專門用于越區(qū)切換。這種做法的特點(diǎn)是：因新呼叫使可用信道數(shù)減少的，雖增加了呼損率，但減少了通話被中斷的概率。 6越區(qū)切換的分類 越區(qū)切

16、換分為兩大類：一類是硬切換，另一類是軟切換。硬切換是指在新的連接建立以前，先中斷舊的連接。而軟切換是指既維持舊的連接，又同時(shí)建立新的連接，并利用新、舊鏈路的分集合并來改善通信質(zhì)量，當(dāng)與新基站建立可靠連接之后再中斷舊鏈路。在CDMA系統(tǒng)中還有一種發(fā)生在同一基站不同扇區(qū)之間的軟切換，稱為更軟切換。還有接力切換。 共一百六十三頁接力切換（Baton Handover）是TD-SCDMA系統(tǒng)的核心技術(shù)之一設(shè)計(jì)(shj)思想： 利用智能天線獲取UE的位 置距離信 息，同時(shí)使用上行預(yù)同步技術(shù)，提前 獲取切換后的上行信道發(fā)送時(shí)間、功 率信息，從而達(dá)到減少切換時(shí)間，提 高切換的成功率、降低切換掉話率。2504

17、 八月 20223.1.3 切換(qi hun)共一百六十三頁接力(jil)切換過程2604 八月 20223.1.3 切換(qi hun)共一百六十三頁2704 八月 2022多址技術(shù)(jsh)3.2編碼及交織(jiozh)技術(shù)3.33.4分集技術(shù)3.5數(shù)字調(diào)制技術(shù)3.3蜂窩技術(shù)共一百六十三頁2804 八月 20223.2 多址技術(shù)(jsh)3.2.1 多址方式(fngsh)的概念3.2.2 三種多址方式的特點(diǎn)3.2.3 三種多址方式的比較共一百六十三頁2904 八月 20223.2.1 多址方式(fngsh)的概念 多址的概念 多址技術(shù)所要解決的問題是多個(gè)用戶如何共享公共通信資源(zyun

18、)，蜂窩系統(tǒng)向用戶提供的通信資源(zyun)包括時(shí)間、頻率、空間和編碼方式（碼序列），它們分別屬于時(shí)域、頻域、空域和碼域。為了高效地利用通信資源(zyun)，需要對一部分資源(zyun)進(jìn)行共享，而將另一部分資源(zyun)進(jìn)行分割，共享可以提高系統(tǒng)的容量，而通過分割可以區(qū)分出不同的信道，提供給不同的用戶使用，這便形成多址。 通過對通信資源的不同分割方式，也就形成了不同的多址方式，理想的分割應(yīng)使信道上傳輸?shù)挠脩粜盘枬M足正交的要求。共一百六十三頁3004 八月 20223.2.1 多址方式(fngsh)的概念 設(shè)用戶i的信號波形為xi(t)，i=1，2，; xi(t)的傅立葉變換為Xi(f)；

19、xi(t)的偽隨機(jī)碼波形為ci(t)。那么(n me)，如果滿足正交的數(shù)學(xué)機(jī)理則用戶之間是正交的。滿足以上正交化過程的多址方式分別是TDMA、FDMA和CDMA?；蚧蚬惨话倭?104 八月 20223.2.1 多址方式(fngsh)的概念實(shí)際的實(shí)現(xiàn)(shxin)方法 對于FDMA方式，一種簡單的物理實(shí)現(xiàn)方法是將頻率帶寬劃分為一系列不重疊的子頻帶（頻道），讓不同的用戶信號使用不同的子頻帶，在接收端采用帶通濾波器將不同的用戶信號區(qū)分開來。如圖3-8a所示。進(jìn)一步可采用正交的頻率組實(shí)現(xiàn)多址，即OFDMA技術(shù)。1. 頻分多址（FDMA）圖3-8a FDMA示意圖 共一百六十三頁3204 八月 2

20、0223.2.1 多址方式(fngsh)的概念對于(duy)TDMA方式，一種簡單的物理實(shí)現(xiàn)方法是將該時(shí)間段劃分為一系列不重疊的時(shí)間片（時(shí)隙），通過定時(shí)的采樣門即可將不同的用戶信號區(qū)分開來，如圖3-8b所示。2. 時(shí)分多址（TDMA）3. 碼分多址（CDMA）對于CDMA方式，系統(tǒng)中的所有用戶信號可以占用相同的時(shí)間和頻率，區(qū)分不同用戶信號則是通過正交或準(zhǔn)正交的擴(kuò)頻碼來實(shí)現(xiàn)，如圖3-8c所示。圖3-8 b TDMA方式示意圖 圖3-8 c CDMA方式示意圖 共一百六十三頁3304 八月 20223.2.1 多址方式(fngsh)的概念TD-SCDMA系統(tǒng)采用智能天線技術(shù)實(shí)現(xiàn)空分多址。 提高了基

21、站接收機(jī)的靈敏度提高了基站發(fā)射機(jī)的等效發(fā)射功率降低了系統(tǒng)的干擾降低了系統(tǒng)的誤碼率增加了CDMA系統(tǒng)的容量改進(jìn)了小區(qū)(xio q)的覆蓋4. 空分多址（SDMA）智能天線進(jìn)一步的發(fā)展是3D-MIMO技術(shù)共一百六十三頁3404 八月 20223.2 多址技術(shù)(jsh)3.2.1 多址方式(fngsh)的概念3.2.2 三種多址方式的特點(diǎn)3.2.3 三種多址方式的比較共一百六十三頁3504 八月 20223.2.2 三種多址方式(fngsh)的特點(diǎn) 1. FDMA的特點(diǎn)(tdin)FDMA信道每次只能傳送一個(gè)電話。每信道占用一個(gè)載頻，相鄰載頻之間的間隔應(yīng)滿足傳輸信號帶寬的要求。符號時(shí)間與平均延遲擴(kuò)展

22、相比較是很大的。由碼間干擾引起的誤碼極小，因此在窄帶FDMA系統(tǒng)中無需自適應(yīng)均衡。移動(dòng)臺(tái)較簡單，和模擬的較接近?；緩?fù)雜龐大。 FDMA系統(tǒng)每載波單個(gè)信道的設(shè)計(jì)，使得在接收設(shè)備中必須使用帶通濾波器允許指定信道里的信號通過，濾除其它頻率的信號，從而限制臨近信道間的相互干擾。越區(qū)切換較為復(fù)雜和困難。共一百六十三頁3604 八月 20223.2.2 三種(sn zhn)多址方式的特點(diǎn) 2. TDMA的特點(diǎn)(tdin)突發(fā)傳輸?shù)乃俾矢?，遠(yuǎn)大于語音編碼速率。發(fā)射信號速率隨N的增大而提高；如果達(dá)到100kbit/s以上，碼間干擾就將加大，必須采用自適應(yīng)均衡，用以補(bǔ)償傳輸失真。TDMA用不同的時(shí)隙來發(fā)射和接

23、收,因此不需雙工器。即使使用FDD技術(shù)，在用戶單元內(nèi)部的切換器，就能滿足TDMA在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)間的切換，因而不需使用雙工器?；緩?fù)雜性減小。N個(gè)時(shí)分信道共用一個(gè)載波，占據(jù)相同帶寬，只需一部收發(fā)信機(jī)?；フ{(diào)干擾小?？垢蓴_能力強(qiáng)，頻率利用率高，系統(tǒng)容量大。越區(qū)切換簡單。 共一百六十三頁3704 八月 20223.2.2 三種(sn zhn)多址方式的特點(diǎn) 3. CDMA的特點(diǎn)(tdin) CDMA系統(tǒng)的許多用戶共享同一頻率，不管使用的是TDD還是FDD技術(shù)。 通信容量大。 容量的軟特性。 由于信號被擴(kuò)展在一較寬頻譜上而可以減小多徑衰落。如果頻譜帶寬比信道的相關(guān)帶寬大，那么固有的頻率分集將具有減少小

24、尺度衰落的作用。 在CDMA系統(tǒng)中，信道數(shù)據(jù)速率很高。 平滑的軟切換和有效的宏分集。 低信號功率譜密度。共一百六十三頁3804 八月 20223.2 多址技術(shù)(jsh)3.2.1 多址方式(fngsh)的概念3.2.2 三種多址方式的特點(diǎn)3.2.3 三種多址方式的比較共一百六十三頁3904 八月 20223.2.3 三種多址方式(fngsh)的比較 1. 業(yè)務(wù)(yw)支持的靈活性 完全采用FDMA方式的系統(tǒng)主要是早期的模擬系統(tǒng)，主要用來支持語音業(yè)務(wù)。由于模擬系統(tǒng)很難支持具有可變速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因而純的FDMA方式在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中很少單獨(dú)使用，新的系統(tǒng)逐漸向TDMA方式演進(jìn)。考慮到FDMA所需的

25、技術(shù)復(fù)雜度較低，實(shí)際上多數(shù)的系統(tǒng)采用了FDMA/TDMA結(jié)合的方式。但4G系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用技術(shù)具有了很大的靈活性。 共一百六十三頁4004 八月 20223.2.3 三種(sn zhn)多址方式的比較 TDMA是一種數(shù)字接入和傳輸方式，能夠單獨(dú)支持(zhch)語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也能為綜合的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供更為靈活和方便的支持。TDMA網(wǎng)絡(luò)中采用同步時(shí)隙傳輸?shù)姆绞娇梢灾С止潭ㄋ俾实臉I(yè)務(wù)，如語音等，也可以提供對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持，即為語音傳輸設(shè)計(jì)的時(shí)隙也可以單獨(dú)或者通過組合的方式提供不同速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸。只是對于具有突發(fā)性質(zhì)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸而言，其支持效率可能有所降低。 CDMA也是一種數(shù)字接入和

26、傳輸方式，能夠單獨(dú)支持語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也能靈活方便地支持綜合的業(yè)務(wù)。相對于TDMA，CDMA的主要優(yōu)點(diǎn)在于其時(shí)間占用和傳輸質(zhì)量具有很大的靈活性。共一百六十三頁4104 八月 20223.2.3 三種(sn zhn)多址方式的比較 2. 傳輸(chun sh)性能 獨(dú)立采用FDMA方式的系統(tǒng)一般是模擬系統(tǒng)，其傳輸性能受到傳輸環(huán)境的影響較大，而改進(jìn)其傳輸性能的技術(shù)手段卻不多。 TDMA系統(tǒng)通常采用了數(shù)字收發(fā)技術(shù)，可以使傳輸性能得到很大改進(jìn)，比如，采用信道編解碼、交織、各種均衡技術(shù)以及分集手段，可以有效地提高其傳輸性能。 CDMA系統(tǒng)也是數(shù)字傳輸系統(tǒng)，也采用了許多先進(jìn)的數(shù)字信號處理技術(shù)，除了TDMA

27、所使用的技術(shù)之外，還有一些專用的技術(shù)，比如RAKE接收技術(shù)等。另外，與一般的TDMA系統(tǒng)相比，CDMA通常是寬帶傳輸系統(tǒng)，因而CDMA系統(tǒng)在抗干擾、抗多徑衰落方面具有優(yōu)勢。 共一百六十三頁4204 八月 20223.2.3 三種多址方式(fngsh)的比較 3. 系統(tǒng)(xtng)容量 從理論上看，給定的通信資源無論采用何種分配方式，其系統(tǒng)容量應(yīng)該是相同的，但不同的多址方式將給定通信資源轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可用資源的過程中，轉(zhuǎn)化效率是不同的，這導(dǎo)致了實(shí)際系統(tǒng)中， CDMA 容量TDMA 容量 FDMA 容量。共一百六十三頁4304 八月 20223.2.3 三種多址方式(fngsh)的比較 實(shí)際系統(tǒng)(xt

28、ng)容量計(jì)算蜂窩系統(tǒng)的無線容量可定義為 信道/小區(qū) 式中，m是無線容量大?。籅t是分配給系統(tǒng)的總的頻譜；Bc是信道帶寬；N是頻率復(fù)用的小區(qū)數(shù)。 FDMA蜂窩系統(tǒng)的容量 對于模擬FDMA系統(tǒng)來說，如果采用頻率重用的小區(qū)數(shù)為N，根據(jù)對同頻干擾和系統(tǒng)容量的討論可知，對于小區(qū)制蜂窩網(wǎng) 共一百六十三頁4404 八月 20223.2.3 三種多址方式(fngsh)的比較 即頻率重用的小區(qū)數(shù)N由所需的載干比來決定(judng)?？汕蟮肍DMA的無線容量如下信道/小區(qū) TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量 對于數(shù)字TDMA系統(tǒng)來說，由于數(shù)字信道所要求的載干比可以比模擬制的小45dB ，因而頻率復(fù)用距離可以再近一些。如N=

29、3的圖案?？汕蟮肨DMA的無線容量如下 其中，設(shè)載波間隔為Bc，每載波共有K個(gè)時(shí)隙。 共一百六十三頁4504 八月 20223.2.3 三種(sn zhn)多址方式的比較 CDMA蜂窩(fngw)系統(tǒng)的容量CDMA系統(tǒng)的容量是干擾受限的，而FDMA和TDMA系統(tǒng)的容量是帶寬受限的。決定CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)容量的主要參數(shù)是：處理增益、Eb/N0 、 語音負(fù)載周期、頻率再用效率以及基站天線扇區(qū)數(shù)。 只考慮一般擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，接收信號的載干比可以寫成如果m個(gè)用戶共用一個(gè)無線信道，顯然每一用戶的信號都受到其他m1個(gè)用戶信號的干擾。假設(shè)到達(dá)一個(gè)接收機(jī)的信號強(qiáng)度和各干擾強(qiáng)度都相等，則載干比為共一百六十三頁4

30、604 八月 20223.2.3 三種多址方式(fngsh)的比較 于是(ysh)信道/小區(qū) 如果考慮擴(kuò)頻帶寬中的背景熱噪聲則公式修正為 采用話音激活技術(shù)，則須引入d（占空比）來修正 共一百六十三頁4704 八月 20223.2.3 三種多址方式(fngsh)的比較 采用扇區(qū)化后，還須引入因子G（扇區(qū)分(qfn)區(qū)系數(shù)） 考慮到頻率復(fù)用，再引入因子F（信道復(fù)用效率） 共一百六十三頁4804 八月 2022多址技術(shù)(jsh)3.2編碼(bin m)及交織技術(shù)3.33.4分集技術(shù)3.5數(shù)字調(diào)制技術(shù)3.3蜂窩技術(shù)共一百六十三頁4904 八月 20223.3 編碼(bin m)及交織技術(shù)3.3.1 語

31、音(yyn)編碼3.3.2 信道編碼3.3.3 交織共一百六十三頁5004 八月 20223.3.1 語音(yyn)編碼1. 語音(yyn)編碼的分類通信系統(tǒng)中的語音編碼的目的是解除語音信源的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，語音編碼大致分為三類。 (1) 波形編碼 波形編碼是以精確再現(xiàn)語音波形為目的，并以保真度即自然度為度量標(biāo)準(zhǔn)的編碼方法。這類編碼是保留語音個(gè)性特征為主要目標(biāo)的方法，其碼速較高。 常用的波形編碼：PCM、DPCM、ADPCM 應(yīng)用：適用于骨干（固定）通信網(wǎng)。 共一百六十三頁5104 八月 20223.3.1 語音(yyn)編碼(2) 參量(cnling)編碼 利用人類的發(fā)聲機(jī)制，僅傳送反映語音波形

32、變化主要參量的編碼方法。在接收端，可根據(jù)發(fā)聲模型，由傳送過來的變化參量激勵(lì)產(chǎn)生人工合成的語音。參量編碼的主要標(biāo)準(zhǔn)是可懂度。顯然，這類編碼是以提取并傳送語音的共性特征參量為目的的編碼方式，其碼速較低。（聲碼器）常用的參量編碼：LPC應(yīng)用：主要用于軍事保密通信。 共一百六十三頁5204 八月 20223.3.1 語音(yyn)編碼(3) 混合(hnh)編碼 混合編碼是吸取上述兩類編碼的優(yōu)點(diǎn)，以參量編碼為基礎(chǔ)，并附加一定的波形編碼特征，以實(shí)現(xiàn)在可懂度基礎(chǔ)上適當(dāng)改善自然度目的的編碼方式。其碼速介于上述兩類編碼之間。（聲碼器）常用的參量編碼：MPLPC(多脈沖激勵(lì)LPC)；CELPC。應(yīng)用：主要應(yīng)用于移

33、動(dòng)通信。 移動(dòng)通信中一方面由于頻率資源有限,因此要求語音編碼采用低碼速,而另一方面由于移動(dòng)通信信號可能要進(jìn)入公共骨干通信網(wǎng),因此必須基本滿足公共骨干網(wǎng)的最低要求,再者移動(dòng)通信屬于民用通信,還必須滿足個(gè)性化指標(biāo)要求,鑒于以上理由,高質(zhì)量的混合編碼是移動(dòng)通信中的優(yōu)選方案。 共一百六十三頁5304 八月 20223.3.1 語音(yyn)編碼2混合(hnh)編碼的性能參數(shù) (1)數(shù)據(jù)比特率（bps） 數(shù)據(jù)比特率是度量語音信源壓縮率和通信系統(tǒng)有效性的主要指標(biāo)。數(shù)據(jù)比特速率越低，壓縮倍數(shù)就越大，可通信的話路數(shù)也就越大，移動(dòng)通信系統(tǒng)也就越有效。但數(shù)據(jù)比特率低，話音質(zhì)量也就隨之相應(yīng)降低。為了補(bǔ)償質(zhì)量的下降，

34、措施主要包括：（1）提高設(shè)備硬件復(fù)雜度和算法軟件復(fù)雜度；（2）采用可變速率的自適應(yīng)傳輸；（3）還可以進(jìn)一步采用語音激活技術(shù)。 共一百六十三頁5404 八月 20223.3.1 語音(yyn)編碼(2)語音(yyn)質(zhì)量對語音質(zhì)量的評價(jià)通常有兩類方法：客觀評定方法和主觀評價(jià)方法。 信噪比加權(quán)信噪比平均分段信噪比、誤碼率誤幀率等。相對來說簡單可行，但不能完全反映人對語音質(zhì)量的感覺。這個(gè)問題對于速率為16Kbit/s以下的中、低速率語音編碼尤為突出,因此主要適用于速率較高的波形編碼類型客觀評定方法共一百六十三頁5504 八月 20223.3.1 語音(yyn)編碼目前國際上常采用的主觀評定方法(fn

35、gf)稱為MOS（Mean Opinion Score：平均評價(jià)得分），由原CCITT（ITU-T前身）建議采用。MOS得分采用五級評分標(biāo)準(zhǔn)。 質(zhì)量等級分?jǐn)?shù)收聽注意力等級優(yōu) (excellent)5可完全放松，不需要注意力良 (good)4需要注意，但不需明顯集中注意力滿意 (fair)3中等程度的注意力差 (poor)2需要集中注意力劣 (bad)1即使努力去聽，也很難聽懂 主觀評定方法 共一百六十三頁5604 八月 20223.3.1 語音(yyn)編碼(3)復(fù)雜度與處理(chl)時(shí)延 通常算法復(fù)雜度增大，會(huì)帶來更長的運(yùn)算時(shí)間和更大的處理時(shí)延，在雙向語音通信中，處理時(shí)延、傳輸時(shí)延再加上未消

36、除的回聲是影響語音質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。硬件復(fù)雜度：取決于DSP的處理能力；軟件復(fù)雜度：主要體現(xiàn)在算法復(fù)雜度。 上述四個(gè)參數(shù)是彼此制約的，混合編碼的任務(wù)就是力圖使上述參數(shù)及其關(guān)系達(dá)到綜合最優(yōu)化。復(fù)雜度處理時(shí)延共一百六十三頁5704 八月 20223.3.1 語音(yyn)編碼3數(shù)字(shz)蜂窩移動(dòng)通信中的語音編碼技術(shù) （1）GSM系統(tǒng)的語音編碼 語音編碼方案：RPELTP（規(guī)則脈沖激勵(lì)長期預(yù)測）GSM語音編碼方案是經(jīng)過3個(gè)階段從6種方案中仔細(xì)挑選出來的，它代表了當(dāng)時(shí)語音混合編碼的國際水平。它是RPELPC的改進(jìn)型。 編碼速率：13kbps共一百六十三頁5804 八月 20223.3.1 語音(

37、yyn)編碼（2）IS-95 CDMA系統(tǒng)(xtng)的語音編碼 語音編碼方案：QCELP（Qualcomm 碼激勵(lì)線性預(yù)測） 該方案是可變速率的混合編碼器，是基于線性預(yù)測編碼的改進(jìn)型。即碼激勵(lì)的矢量碼表代替簡單的濁音的準(zhǔn)周期脈沖產(chǎn)生器。 編碼速率：QCELP采用可變速率編碼，利用語音激活檢測（VAD）技術(shù)。在語音激活期內(nèi)，可根據(jù)不同的信噪比分別選擇4種速率：全速率（1）9.6kbps半速率（1/2）4.8kbps四分之一速率（1/4）2.4kbps八分之一速率（1/8）1.2kbps。共一百六十三頁5904 八月 20223.3.1 語音(yyn)編碼（3）cdma2000系統(tǒng)(xtng)中

38、的語音編碼 cdma2000系統(tǒng)采用增強(qiáng)型可變速率語音編碼器（EVRC），該方案采用基音內(nèi)插方法減少基音參數(shù)傳送速率，使其在每個(gè)語音幀僅傳兩次，而將節(jié)省下的信息位（比特?cái)?shù)）用于提高激勵(lì)信號質(zhì)量。EVRC編碼器是基于碼激勵(lì)線性預(yù)測，與傳統(tǒng)CELP算法的主要區(qū)別是：它能基于語音能量、背景噪聲和其他語音特性動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼速率。共一百六十三頁6004 八月 2022 EVRC語音編碼的取樣率為8kHz，語音幀長為20ms，每幀有160個(gè)取樣點(diǎn)。EVRC語音編碼速率分為(fn wi)三種：全速率9.6Kbps，其對應(yīng)每幀參數(shù)為171比特；半速率4.8Kbps，其對應(yīng)每幀參數(shù)為80比特；八分之一速率12Kb

39、ps，其對應(yīng)每幀參數(shù)為16比特，平均速率為8Kbps。3.3.1 語音(yyn)編碼（4）WCDMA（及TD-SCDMA）系統(tǒng)的語音編碼 WCDMA和TD-SCDMA系統(tǒng)均采用自適應(yīng)多速率編碼（AMR）方案。該方案以自適應(yīng)碼激勵(lì)線性預(yù)測（ACELP）編碼技術(shù)為基礎(chǔ)，其基本思路是聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)整信源和信道編碼模式來適應(yīng)當(dāng)前信道條件與業(yè)務(wù)量大小。共一百六十三頁6104 八月 2022 AMR語音編碼的取樣率為8kHz，語音幀長為20ms，每幀有160個(gè)取樣點(diǎn)，其自適應(yīng)有兩個(gè)方面：信源和信道。對于信道存在(cnzi)兩類選擇：全速率22.8kb/s和半速率11.4kb/s，對于兩種不同信道模式分別有8

40、種和6種信源編碼速率，如表3-3所示。每種編碼可提供不同的容錯(cuò)度，應(yīng)采用哪種編碼速率主要是根據(jù)實(shí)測信道與傳輸環(huán)境的自適應(yīng)變化。 3.3.1 語音(yyn)編碼信道模式編碼模式（信源模式）全速率（FR）22.8Kbps12.20kb/s（MR122）10.20kb/s（MR102）7.95 kb/s（MR795）7.40 kb/s（MR74）6.70 kb/s（MR67）5.90 kb/s（MR59）5.15 kb/s（MR515）4.75 kb/s（MR475）半速率（HR）11.4Kbps7.95 kb/s（MR795）7.40 kb/s（MR74）6.70 kb/s（MR67）5.90 k

41、b/s（MR59）5.15 kb/s（MR515）4.75 kb/s（MR475）表3-3 AMR信道與信源編碼模式 共一百六十三頁6204 八月 20223.3 編碼及交織(jiozh)技術(shù)3.3.1 語音(yyn)編碼3.3.2 信道編碼3.3.3 交織共一百六十三頁6304 八月 20223.3.2 信道編碼 信道編碼的目的是為了克服信道中的噪聲和干擾，提高通信系統(tǒng)的可靠性。其基本原理是：在發(fā)送端給被傳輸?shù)男畔⒋a元中（人為的）加入一些(yxi)必要的監(jiān)督碼元，這些監(jiān)督碼元與信息碼元之間以某種確定的規(guī)則相互關(guān)聯(lián)（約束），這個(gè)過程被稱為信道編碼。經(jīng)過編碼后的信息進(jìn)入信道，由于信道特性的不理想

42、，一般會(huì)在傳輸中發(fā)生差錯(cuò)。在接收端，按既定的規(guī)則檢驗(yàn)信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系，當(dāng)發(fā)現(xiàn)原來的信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系被破壞，就會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤乃至糾正錯(cuò)誤，這個(gè)過程被稱為信道解碼或信道譯碼。1信道編碼的定義(dngy)及理論基礎(chǔ)共一百六十三頁6404 八月 2022香農(nóng)公式(gngsh)(限平均功率的加性高斯白噪聲信道的信道容量）信道編碼的理論(lln)基礎(chǔ) C=B*log2(1+S/N)C：信道容量，單位b/s B：信號頻帶寬度，單位HzS：信號平均功率，單位WN：噪聲平均功率，單位W共一百六十三頁6504 八月 2022香農(nóng)信道編碼定理 當(dāng)信道的信息傳輸率不超過信道容量時(shí)，采用合適的信道編

43、碼方法可以實(shí)現(xiàn)(shxin)任意高的傳輸可靠性，但若信息傳輸率超過了信道容量，就不可能實(shí)現(xiàn)(shxin)可靠的傳輸。香農(nóng)信道編碼限香農(nóng)公式的隱含(yn hn)理論共一百六十三頁6604 八月 2022未編碼時(shí)性能界限值與相應(yīng)頻譜效率的理想Shannon容量界限值之間的差距(chj)約有7.8dB ，可見采用不同的編碼方法可以獲得一定的編碼增益。信道編碼研究也是在追求不斷逼近Shannon限，目前LDPC碼是最接近Shannon限的信道編碼方法。共一百六十三頁考慮極限情況， 時(shí) 可得 。反之可得 ， 因此信道(xn do)要求的最小信噪比為 6704 八月 2022共一百六十三頁6804 八月

44、20223.3.2 信道編碼2信道編碼的分類(fn li) 可以從不同的角度對信道編碼進(jìn)行分類，這里從其功能(gngnng)和結(jié)構(gòu)規(guī)律加以分類。 （1）從功能上可以分為三類 僅具有發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)功能的檢錯(cuò)碼，如奇偶校驗(yàn)、循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）、自動(dòng)請求重傳（ARQ）等。 具有自動(dòng)糾正差錯(cuò)功能的糾錯(cuò)碼，如循環(huán)碼中BCH碼、RS碼、卷積碼、級聯(lián)碼、Turbo碼等。 具有既能檢錯(cuò)又能糾錯(cuò)的信道編碼，最典型的是混合ARQ。 共一百六十三頁6904 八月 20223.3.2 信道編碼（2）從結(jié)構(gòu)(jigu)和規(guī)律上可分兩大類 線性碼：監(jiān)督關(guān)系方程是線性方程的信道編碼，稱為線性碼，目前(mqin)大部分實(shí)用化的

45、信道編碼均屬于線性碼，如線性分組碼、線性卷積碼。 非線性碼：一切監(jiān)督關(guān)系方程不滿足線性規(guī)律的信道編碼均稱為非線性碼。 共一百六十三頁7004 八月 20223.3.2 信道編碼（3）最小碼距與糾錯(cuò)(ji cu)能力 漢明距指兩個(gè)許用碼組對應(yīng)碼位上不同碼元的個(gè)數(shù)。所用碼組之間碼距最小值稱作(chn zu)最小漢明距離（簡稱最小碼距）。 要檢測e個(gè)誤碼，則最小碼距應(yīng)滿足： 要糾正t個(gè)誤碼，則最小碼距要滿足： 要糾正t個(gè)誤碼，同時(shí)檢測e個(gè)誤碼，則最小碼距應(yīng)滿足：共一百六十三頁7104 八月 20223.3.2 信道編碼（4）移動(dòng)(ydng)通信中常用的信道編碼奇偶校驗(yàn)碼重復(fù)(chngf)碼循環(huán)冗余校

46、驗(yàn)碼卷積碼交織Turbo碼共一百六十三頁7204 八月 20223.3.2 信道編碼3幾種(j zhn)典型的信道編碼 （1）奇偶校驗(yàn)碼特點(diǎn)：編碼速率較高；只能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤(cuw)編碼過程： 把信源編碼后的信息數(shù)據(jù)流分成等長碼組 在每一信息碼組之后加入一位校驗(yàn)碼元001101010101110101010001100110101 01011101 01010001 1. 奇校驗(yàn)00110101 - 001101011 （碼重為奇）偶校驗(yàn)00110101 - 001101010 （碼重為偶）共一百六十三頁7304 八月 20223.3.2 信道編碼（2）CRC校驗(yàn)(xio yn) CRC（循

47、環(huán)冗余校驗(yàn)）根據(jù)輸入比特序列（SK-1, SK-2, , S1, S0）通過CRC算法(sun f)產(chǎn)生L位的校驗(yàn)比特序列（CL-1, CL-2, , C1, C0）。 CRC算法如下：將輸入比特序列表示為下列多項(xiàng)式的系數(shù)： 式中D可以看作一個(gè)時(shí)延因子，Di對應(yīng)比特 Si所處的位置。共一百六十三頁7404 八月 20223.3.2 信道編碼設(shè)CRC校驗(yàn)(xio yn)比特的生成多項(xiàng)式（即用于產(chǎn)生CRC比特的多項(xiàng)式）為 則校驗(yàn)比特對應(yīng)下列(xili)多項(xiàng)式的系數(shù)：式中， 表示取余數(shù)。式中的除法與普通的多項(xiàng)式長除相同，其差別是系數(shù)是二進(jìn)制，其運(yùn)算以模2為基礎(chǔ)。 共一百六十三頁7504 八月 202

48、23.3.2 信道編碼 生成多項(xiàng)式的選擇不是任意的， 它必須使得生成的校驗(yàn)序列有很強(qiáng)的檢錯(cuò)能力(nngl)。已成為國際標(biāo)準(zhǔn)的常用CRC碼有以下4種。 CRC-12： CRC-16： CRC-CCITT：CRC-32： 共一百六十三頁7604 八月 20223.3.2 信道編碼數(shù)據(jù)信息解碼(jim)接收的編碼信息 R(x)=11010110111110生成式: G(x)=10011R=4R(x) /G(x) = 11010110111110/10011余數(shù)0 則接收正確.數(shù)據(jù)信息為:M(x)=1101011011（2）CRC校驗(yàn)(xio yn) 數(shù)據(jù)信息編碼數(shù)據(jù)信息:M(x)=110101101

49、1生成式: G(x)=10011R=4M(x) /G(x) = 11010110110000/10011余數(shù)1110待發(fā)送的編碼 T(x)=11010110111110共一百六十三頁7704 八月 20223.3.2 信道編碼（2）CRC校驗(yàn)(xio yn) 特點(diǎn)嚴(yán)密的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)編碼和解碼設(shè)備都中等復(fù)雜 檢(糾)錯(cuò)能力較強(qiáng)循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)在CDMA系統(tǒng)中的功能前向差錯(cuò) 接收端根據(jù)幀尾的CRC可以判斷當(dāng)前(dngqin)幀是否錯(cuò)誤計(jì)算誤幀率(FER) 累積多幀后，系統(tǒng)能計(jì)算出誤幀率(FER) 誤幀率是信道質(zhì)量的衡量依據(jù) 根據(jù)誤幀率進(jìn)行功率控制共一百六十三頁7804 八月 20223.3.

50、2 信道編碼（2）CRC校驗(yàn)(xio yn) 共一百六十三頁7904 八月 20223.3.2 信道編碼（3）重復(fù)(chngf)碼特點(diǎn)：編碼/解碼速率(sl)較高；信道有效利用率低編碼過程：將信息重復(fù)傳幾次00110101 - 0011010100110101共一百六十三頁8004 八月 20223.3.2 信道編碼（4）線性分組碼 在線性分組碼中，監(jiān)督碼元僅與所在碼組中的信息碼元有關(guān)，且兩者是通過預(yù)定的線性關(guān)系聯(lián)系起來的。將k位信息位做為一組，編為n位碼，記作(n,k)或(n,k,d)。用 表示碼子中信息位所占的比重，稱為編碼效率，簡稱碼率。碼率反映了該碼的信道利用率。 線性分組碼的構(gòu)造符合

51、以下定理： 一個(gè)(n,k,d)線性分組碼，若要糾正不大于t個(gè)錯(cuò)誤，其充要條件是H矩陣中任何(rnh)2t列線性無關(guān)，即要求H矩陣中d-1個(gè)列線性無關(guān)。共一百六十三頁8104 八月 20223.3.2 信道編碼（5）卷積碼 卷積編碼器的一般結(jié)構(gòu)如圖3-9所示，它包括：一個(gè)由N段組成的輸入移位寄存器，每段有k級，共Nk位寄存器；一組n個(gè)模2加器；一個(gè)由n級組成的輸出移位寄存器。對應(yīng)于每段k個(gè)比特(b t)的輸入序列，輸出n個(gè)比特。由圖可知，n個(gè)輸出比特不但與當(dāng)前k個(gè)輸入比特有關(guān)，而且與以前的(N-1)k個(gè)輸入信息比特有關(guān)。通常把N稱為約束長度。通常用（n, k, N）表示卷積碼。其編碼效率為R=k

52、/n。 圖3-9 卷積編碼器的通用(tngyng)結(jié)構(gòu)圖 共一百六十三頁8204 八月 20223.3.2 信道編碼 描述(mio sh)卷積碼的方法有圖解法和解析法，解析法可以采用生成矩陣和生成多項(xiàng)式這兩種方法，圖解法可以采用樹狀圖、網(wǎng)格圖、狀態(tài)圖和邏輯表等方法。 生成矩陣：因?yàn)槠漭斎胄蛄械拈L度是半無限的，卷積碼的輸入信息序列和輸出序列都可以用半無限矩陣表示。它是用來描述卷積碼的一種解析表示。 生成多項(xiàng)式：它也是用來描述卷積碼的一種解析表示。n個(gè)模2加法器中每一個(gè)都對應(yīng)有一個(gè)向量，每個(gè)向量表示編碼器與模2加法器之間的連接關(guān)系：向量的第i個(gè)元素為1，表示連接到了對應(yīng)的移位(y wi)寄存器，而

53、為0表示未連接。這n個(gè)向量就是卷積碼的生成多項(xiàng)式。 共一百六十三頁8304 八月 20223.3.2 信道編碼 樹圖：樹圖是以樹形的分支結(jié)構(gòu)標(biāo)示出編碼器所有(suyu)可能經(jīng)歷的狀態(tài)。樹的分支表示編碼器的各種狀態(tài)和輸出值。 網(wǎng)格圖：樹圖結(jié)構(gòu)的級數(shù)一旦超過了約束長度，圖的結(jié)構(gòu)將會(huì)出現(xiàn)重復(fù)。從觀察中會(huì)發(fā)現(xiàn)，具有相同狀態(tài)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)所發(fā)出的所有分支在其輸出序列方面是相同的。這意味著具有相同標(biāo)號的節(jié)點(diǎn)可以被合并。網(wǎng)格圖就是通過對整個(gè)樹圖中作節(jié)點(diǎn)合并，所得的比樹圖更緊湊的表示圖。 狀態(tài)圖：由于(yuy)編碼器的輸出是由輸入信號和編碼器的當(dāng)前狀態(tài)所決定的，因此可以用狀態(tài)圖來表示編碼過程。狀態(tài)圖中標(biāo)有編碼器的

54、所有可能狀態(tài)，以及狀態(tài)間可能存在的轉(zhuǎn)換路徑。 共一百六十三頁8404 八月 20223.3.2 信道編碼 邏輯表：邏輯表顯示的是當(dāng)前輸入序列、相對應(yīng)的編碼輸出和編碼器的狀態(tài)。 卷積碼的解碼思想是：信息序列和碼序列之間有一一對應(yīng)的關(guān)系；而且，任何信息序列和碼序列將與網(wǎng)格圖中的惟一的一條路徑相聯(lián)系。因而卷積譯碼器的工作(gngzu)就是找到網(wǎng)格圖中的這一條路徑。 解卷積碼的技術(shù)(jsh)有許多種，而常用的是Viterbi算法、序貫譯碼等。 共一百六十三頁8504 八月 20223.3.2 信道編碼共一百六十三頁8604 八月 20223.3.2 信道編碼共一百六十三頁8704 八月 20223.3

55、.2 信道編碼共一百六十三頁8804 八月 20223.3.2 信道編碼（6）Turbo碼 Turbo碼的編碼器可以有多種形式，如采用并行(bngxng)級聯(lián)卷積碼（PCCC）和串行級聯(lián)卷積碼(SCCC)等。采用并行級聯(lián)卷積碼（PCCC）的Turbo碼編碼原理框圖如圖3-10所示。圖3-10 Turbo碼編碼器原理圖 Turbo碼最早由C.Berrou、A. Glavieux和P. Thitimajshlwa在1993年在國際(guj)會(huì)議ICC上提出的。共一百六十三頁8904 八月 20223.3.2 信道編碼圖中編碼器由下列三部分(b fen)組成：直接輸入部分(b fen)；經(jīng)過編碼器1

56、，再經(jīng)過刪余矩陣后送入復(fù)接器部分；經(jīng)過交織器、編碼器2，再經(jīng)刪余矩陣送入復(fù)接器部分。圖中兩個(gè)編碼器分別稱為Turbo碼二維分量碼，它可以很自然地推廣到多維分量碼。分量碼既可以是卷積碼，也可以是分組碼，還可以是級聯(lián)碼；兩個(gè)分量碼既可以相同，也可以不同。 原則上講，分量碼既可以是系統(tǒng)碼，也可以是非系統(tǒng)碼，但為了在接收端進(jìn)行有效的迭代，一般選擇遞歸系統(tǒng)卷積碼（RSC）。 共一百六十三頁9004 八月 20223.3.2 信道編碼 Turbo碼的譯碼器原理結(jié)構(gòu)圖如圖3-11所示。譯碼算法采用軟輸入/軟輸出（SISO）的最大后驗(yàn)概率的BCJR迭代算法。該算法的最大特色是采用遞推、迭代方法來實(shí)現(xiàn)最大后驗(yàn)概

57、率，且每個(gè)符號的運(yùn)算量不隨總碼長而變化，運(yùn)算速度快，因而受到重視。將這一算法引入反饋(fnku)迭代和軟輸入/軟輸出及交織、去交織，實(shí)現(xiàn)了級聯(lián)長碼的偽隨機(jī)化迭代譯碼，使其性能非常優(yōu)異，并逐步逼近了理想Shannon隨機(jī)編譯、碼限。在Turbo碼的應(yīng)用研究中，Turbo碼已被美國空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)顧問委員會(huì)作為深空通信的標(biāo)準(zhǔn)，在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)cdma2000和WCDMA中也均采用了Turbo碼。共一百六十三頁9104 八月 20223.3.2 信道編碼圖3-11 Turbo碼譯碼器原理圖 共一百六十三頁9204 八月 20223.3.2 信道編碼（7）LDPC碼（低密度奇偶校驗(yàn)碼） LDPC

58、碼是一種線性分組碼，它于1962年由Gallager提出，之后很長一段時(shí)間沒有收到人們的重視。1996年MacKay和Neal重新發(fā)現(xiàn)LDPC長碼可以達(dá)到Turbo碼的性能，并指出LDPC碼的優(yōu)秀性能可以逼近香農(nóng)限。2001年，Chuang構(gòu)造(guzo)出了距離香農(nóng)限只有0.0045dB的非規(guī)則LDPC碼。 LDPC碼采用置信傳播算法可進(jìn)行有效的譯碼，并且具有譯碼復(fù)雜度低、可并行譯碼以及譯碼錯(cuò)誤的可檢測性等特點(diǎn)，而其具有最佳性能的編碼方法則成為研究熱點(diǎn)。 共一百六十三頁9304 八月 20223.3 編碼(bin m)及交織技術(shù)3.3.1 語音(yyn)編碼3.3.2 信道編碼3.3.3 交

59、織共一百六十三頁9404 八月 20223.3.3 交織(jiozh) 1交織(jiozh)的作用 信道編碼的基本思路是適應(yīng)信道，即什么類型信道就采用相應(yīng)的適合于該類信道，并與該類信道特性相匹配的編碼類型。且信道編碼一般只能糾正隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)或少量的突發(fā)差錯(cuò)，而對于持續(xù)較長的突發(fā)差錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)會(huì)太復(fù)雜，從而失去其應(yīng)用價(jià)值。與信道編碼不同，交織技術(shù)的基本思路是改造信道，它利用發(fā)送端的交織器和接收端的去交織器的信息處理手段，將一個(gè)有記憶的突發(fā)信道改造成為一個(gè)隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)信道。共一百六十三頁9504 八月 20223.3.3 交織(jiozh) 2交織(jiozh)的基本原理 交織是將一條信息的相繼比特以

60、非相繼的方式發(fā)送，使突發(fā)差錯(cuò)信道變?yōu)殡S機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)信道。交織技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可以通過存儲(chǔ)器來完成，在信道的輸入端將信息按列寫入交織存儲(chǔ)器，按行讀出；在信道的輸入端，按行寫入去交織存儲(chǔ)器，按列讀出。如圖3-12所示。 圖3-12 交織碼的實(shí)現(xiàn)框圖共一百六十三頁9604 八月 20223.3.3 交織(jiozh) 2交織(jiozh)的基本原理 共一百六十三頁9704 八月 20223.3.3 交織(jiozh) 3交織(jiozh)的特點(diǎn) 將上述例子推廣至一般情況：設(shè)分組長度L=MN，即由M列N行的矩陣構(gòu)成，其中交織矩陣存儲(chǔ)器是按列寫入按行讀出，然后送入突發(fā)信道，進(jìn)入去交織矩陣存儲(chǔ)器，它則是按行寫入按