移動通信-抗衰落技術(shù)

1、目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 抗衰落技術(shù)2 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 一、概述2 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 1）引起衰落的原因2 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 2）抗衰落技術(shù)的種類2 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 二、分集接收技術(shù)2 HYPERLINK l bookmark55 o Cu

2、rrent Document 1）基本思想3 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 2）適用范圍3 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 3）如何實現(xiàn)自身的功能3 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document （1）時間分集3（2）空間分集4 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document （3）頻率分集5 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 4）各分集技術(shù)之間的優(yōu)缺點5 HYPER

3、LINK l bookmark89 o Current Document 三、合并技術(shù)5 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 1）基本思想：5 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 2）適用范圍：6 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 3）如何實現(xiàn)自身的功能：6 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 四、均衡技術(shù)6 HYPERLINK l bookmark164 o Current Document 1

4、）基本思想6 HYPERLINK l bookmark168 o Current Document 2）適用范圍7 HYPERLINK l bookmark172 o Current Document 3）如何實現(xiàn)自身的功能7 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 五、信道編碼技術(shù)7 HYPERLINK l bookmark118 o Current Document 1）信道編碼技術(shù)產(chǎn)生的原因與作用7 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 2）信道編碼技術(shù)的基本思想及優(yōu)缺點8 HYPERLINK

5、l bookmark126 o Current Document 3）適用范圍8 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 4）信道編碼技術(shù)及功能的實現(xiàn)8（1）分組碼9（2）卷積碼9 HYPERLINK l bookmark148 o Current Document （3）Turbo 碼10（4）交織10 HYPERLINK l bookmark156 o Current Document （5）偽隨機序列擾碼11 HYPERLINK l bookmark160 o Current Document 六、擴頻技術(shù)111）基本思想122）適用范圍12

6、 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 3）如何實現(xiàn)自身的功能12 HYPERLINK l bookmark176 o Current Document （1）直接序列擴頻與解擴的原理12 HYPERLINK l bookmark180 o Current Document （2）跳頻擴頻通信系統(tǒng)12抗衰落技術(shù)1=抗衰落技術(shù)1=I一、概述衰落對傳輸信號的質(zhì)量和傳輸可靠度都有很大的影響，嚴重的衰落甚至?xí)箓鞑ブ袛啵?隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率越來越高，人們對信號正確有效地接收的要求也 越來越重要，在移動通信中，移動信道的多徑傳播、時延擴展

7、以及伴隨接收機移動過程產(chǎn)生 的多普勒頻移會使接收信號產(chǎn)生嚴重衰落；陰影效應(yīng)會使接收的信號過弱而造成通信中斷; 信道存在的噪聲和干擾也會使接收信號失真而造成誤碼；為了改善和提高接收信號的質(zhì)量， 在移動通信中就必須使用到抗衰落技術(shù)。1）弓I起衰落的原因衰落主要由多徑干涉和非正常衰減引起。多徑干涉，即多條射線的相互干涉，是最常見 的也是最重要的衰落成因。多條射線的產(chǎn)生，可能是由于地面、大氣不均勻?qū)踊蛱炀€附近的 地形地物的反射，也可能是由于電離層多次反射、電離層中的尋常波和非常波或天波和地波 的同時出現(xiàn)。多徑干涉形成的衰落通常稱為多徑衰落或干涉型衰落。非正常衰減發(fā)生時，接 收信號電平低于正常值，從而形

8、成衰落。這種衰落通常稱為衰減型衰落。2）抗衰落技術(shù)的種類在移動通信中，為了改善接收信號的質(zhì)量，所采取的一系列方法、手段、措施被稱為抗 衰落技術(shù)。常用的抗衰落技術(shù)包括分集接收技術(shù)、均衡技術(shù)、信道編碼技術(shù)和擴頻技術(shù)，在 實際應(yīng)用中根據(jù)信道情況來應(yīng)用。二、分集接收技術(shù)所謂分集接收技術(shù)是指在若干個支路上接收相互間相關(guān)性很小的載有同一消息的信號，然后通過合并技術(shù)再將各個支路信號合并輸出，那么便可在接收終端上大大降低深衰落 的概率。分集方式：宏分集：主要用于蜂窩通信系統(tǒng)中，也稱為“多基站”分集。這是一種減小慢衰落影 響的分集技術(shù)，其作法是把多個基站設(shè)置在不同的地理位置上和不同方向上，同時和小區(qū)內(nèi) 的一個移

9、動臺進行通信。微分集：是一種減小快衰落影響的分集技術(shù)，在各種無線通信系統(tǒng)中都經(jīng)常使用。可 以分為時間分集、空間分集、頻率分集、極化分集、場分量分集和角度分集六種，常用的只 是前三種。1）基本思想分集接收是通過多個信道（時間、頻率或者空間）接收到承載相同信息的多個副本， 由于多個信道的傳輸特性不同，信號多個副本的衰落就不會相同。接收機使用多個副本包含 的信息能比較正確的恢復(fù)出原發(fā)送信號。即將接收到的信號分成多路的獨立不相關(guān)信號，然 后將這些不同能量的信號按不同的規(guī)則合并起來2）適用范圍在平坦性信道上接收信號的衰落深度和衰落持續(xù)時間大的信號來自地形地物造成的陰影衰落（宏觀信號衰落）在微波信號的傳播

10、過程中，由于受地面或水面反射和大氣折射的影響,會產(chǎn)生多個經(jīng) 過不同路徑到達接收機的信號,造成多徑衰落（微觀衰落）3）如何實現(xiàn)自身的功能由于分集技術(shù)接收的信號涉及到時間、空間和頻率，所以根據(jù)所涉及的資源的不同可 劃分為時間分集、空間分集和頻率分集。以此對應(yīng)實現(xiàn)自身的功能。（1）時間分集時間分集是將同一信號在不同時間區(qū)間多次重發(fā)，只要各次發(fā)送時間間隔足夠大，則各 次發(fā)送降格出現(xiàn)的衰落將是相互獨立統(tǒng)計的。時間分集正是利用這些衰落在統(tǒng)計上互不相關(guān) 的特點，即時間上衰落統(tǒng)計特性上的差異來實現(xiàn)抗時間選擇性衰落的功能。為了保證重復(fù)發(fā) 送的數(shù)字信號具有獨立的衰落特性，重復(fù)發(fā)送的時間間隔應(yīng)該滿足：t=1/2fm

11、, fm =v/ 入，其中fm為衰落頻率，V為移動臺運動速度，入為工作波長。若移動臺是靜止的，則移 動速度v=0，此時要求重復(fù)發(fā)送的時間間隔才為無窮大。這表明時間分集對于靜止狀態(tài)的移 動臺是無效果的?？臻g分集我們知道在移動通信中，空間略有變動就可能出現(xiàn)較大的場強變化。當使用兩個接收信 道時，它們受到的衰落影響是不相關(guān)的，且二者在同一時刻經(jīng)受深衰落谷點影響的可能性也 很小，因此這一設(shè)想引出了利用兩副接收天線的方案，獨立地接收同一信號，再合并輸出， 衰落的程度能被大大地減小，這就是空間分集。空間分集是利用場強隨空間的隨機變化實現(xiàn)的，空間距離越大，多徑傳播的差異就越大， 所接收場強的相關(guān)性就越小。這

12、里所提相關(guān)性是個統(tǒng)計術(shù)語，表明信號間相似的程度，因此 必須確定必要的空間距離。經(jīng)過測試和統(tǒng)計，CCIR (國際無線電咨詢委員會)建議為了獲得 滿意的分集效果，移動單元兩天線間距大于0.6個波長，即d0.6入，并且最好選在入/4 的奇數(shù)倍附近。若減小天線間距，即使小到1/4，也能起到相當好的分集效果?？臻g分集分為空間分集發(fā)送和空間分集接收兩個系統(tǒng)。其中空間分集接收是在空間不同 的垂直高度上設(shè)置幾副天線，同時接收一個發(fā)射天線的微波信號，然后合成或選擇其中一個 強信號，這種方式稱為空間分集接收。接收端天線之間的距離應(yīng)大于波長的一半，以保證接 收天線輸出信號的衰落特性是相互獨立的，也就是說，當某一副接

13、收天線的輸出信號很低時， 其他接收天線的輸出則不一定在這同一時刻也出現(xiàn)幅度低的現(xiàn)象，經(jīng)相應(yīng)的合并電路從中選 出信號幅度較大、信噪比最佳的一路，得到一個總的接收天線輸出信號。這樣就降低了信道 衰落的影響，改善了傳輸?shù)目煽啃浴？臻g分集還有兩類變化形式：極化分集:它利用在同一地點兩個極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號可以呈現(xiàn)不相關(guān) 的衰落特性進行分集接收，即在收發(fā)端天線上安裝水平、垂直極化天線，就可以把得到的兩 路衰落特性不相關(guān)的信號進行極化分集。優(yōu)點:結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間;缺點：由于發(fā)射功率要 分配到兩副天線上，因此有3dB的損失。角度分集：由于地形、地貌、接收環(huán)境的不同，使得到達接收端的不同路徑信號

14、可能來 自不同的方向，這樣在接收端可以采用方向性天線，分別指向不同的到達方向。而每個方向 性天線接收到的多徑信號是不相關(guān)的。（3）頻率分集頻率分集是采用兩個或兩個以上具有一定頻率間隔的微波頻率同時發(fā)送和接收同一信 息，然后進行合成或選擇，利用位于不同頻段的信號經(jīng)衰落信道后在統(tǒng)計上的不相關(guān)特性， 即不同頻段衰落統(tǒng)計特性上的差異，來實現(xiàn)抗頻率選擇性衰落的功能。實現(xiàn)時可以將待發(fā)送 的信息分別調(diào)制在頻率不相關(guān)的載波上發(fā)射，所謂頻率不相關(guān)的載波是指當不同的載波之間 的間隔大于頻率相干區(qū)間，即載波頻率的間隔應(yīng)滿足：f=Bc=1/Tm式中：為載波頻 率間隔，Bc為相關(guān)帶寬，Tm為最大多徑時延差。當采用兩個微

15、波頻率時，稱為二重頻率 分集。同空間分集系統(tǒng)一樣，在頻率分集系統(tǒng)中要求兩個分集接收信號相關(guān)性較?。搭l率 相關(guān)性較?。?，只有這樣，才不會使兩個微波頻率在給定的路由上同時發(fā)生深衰落，并獲得 較好的頻率分集改善效果。在一定的范圍內(nèi)兩個微波頻率f1與f2相差，即頻率間隔 f=f2-f1越大，兩個不同頻率信號之間衰落的相關(guān)性越小。4）各分集技術(shù)之間的優(yōu)缺點空間分集接收的優(yōu)點是分集增益高，缺點是還需另外單獨的接收天線。時間分集與空間分集相比較，優(yōu)點是減少了接收天線及相應(yīng)設(shè)備的數(shù)目，缺點是占 用時隙資源增大了開銷，降低了傳輸效率。頻率分集與空間分集相比較，其優(yōu)點是在接收端可以減少接受天線及相應(yīng)設(shè)備的數(shù) 量

16、，缺點是要占用更多的頻帶資源，所以，一般又稱它為帶內(nèi)（頻帶內(nèi)）分集，并且在發(fā)送端 可能需要采用多個發(fā)射機。三、合并技術(shù)分集在獲得多個獨立衰落的信號后，需要對信號進行合并處理。利用合并器把經(jīng)過相位 調(diào)整和延時后的各分集支路相加。接收端收到M（MN2）個分集信號后，如何利用這些信號以 減小衰落的影響，這就是合并問題。D 基本思想：合并技術(shù)是指在接收端取得M條相互獨立的支路信號以后，對各支路信號進行相位調(diào)整和時延，然后根據(jù)一定的條件，運用一定的方式、手段對信號進行選擇、 合并，從而獲得分集增益。2）適用范圍：合并技術(shù)是對應(yīng)分集技術(shù)而言的，在接收端取得M條相互獨立的支路 信號以后，把經(jīng)過相位調(diào)整和試驗

17、后的各分集支路信號相加，從而獲得分集增益。，在所有 的使用分集技術(shù)的時候，對應(yīng)的需要應(yīng)用到合并技術(shù)。3）如何實現(xiàn)自身的功能：選擇式合并:選擇式合并是指檢測所有分集支路的信號，以選擇其中信噪比最高的那一 個支路的信號作為合并器的輸出。最大比值合并：將所有具有能量且攜帶相同信息的信號，在信號合并前對各路載波相位 進行調(diào)整并使之相同，染后相加。等增益合并：這種方法也是把各支路信號進行同相后再相加，只不過加權(quán)時各路的權(quán)重 相等，各支路的信號是等增益相加的。四、均衡技術(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于多徑傳輸、信道衰落等影響，在接收端會產(chǎn)生嚴重的碼間干擾 （ISI），增大誤碼率。為了克服碼間干擾，提高通信系統(tǒng)的性能

18、，在接收端需采用均衡技術(shù)。 均衡是指對信道特性的均衡，即接收端的均衡器產(chǎn)生與信道特性相反的特性，用來減小或消 除因信道的時變多徑傳播特性引起的碼間干擾均衡技術(shù)可以分為線形均衡和非線性均衡。如果接收信號經(jīng)過均衡后，再經(jīng)過判決器的 輸出被反饋給均衡器，并改變了均衡器的后續(xù)輸出，那么均衡器就是非線性的，否則就是線 性的。1）基本思想在數(shù)字通信系統(tǒng)中插入一種可調(diào)濾波器可以校正和補償系統(tǒng)特性，減少碼間干擾的影響。 這種起補償作用的濾波器稱為均衡器。均衡器通常是用濾波器來實現(xiàn)的，使用濾波器來補償 失真的脈沖，判決器得到的解調(diào)輸出樣本，是經(jīng)過均衡器修正過的或者清除了碼間干擾之后 的樣本。自適應(yīng)均衡器直接從傳

19、輸?shù)膶嶋H數(shù)字信號中根據(jù)某種算法不斷調(diào)整增益，因而能適 應(yīng)信道的隨機變化，使均衡器總是保持最佳的狀態(tài)，從而有更好的失真補償性能。2）適用范圍由傳輸信道的頻帶有限造成的碼間干擾3）如何實現(xiàn)自身的功能自適應(yīng)均衡：自適應(yīng)均衡是指由于移動衰落信道具有隨機性和時變性，這就要求均衡器 必須能夠?qū)崟r地跟蹤移動通信信道的時變特性，這種均衡器被稱為自適應(yīng)均衡器。自適應(yīng)均衡器一般包含兩種工作模式，即訓(xùn)練模式和跟蹤模式。首先，發(fā)射機發(fā)射一個 己知的定長的訓(xùn)練序列，以便接收機處的均衡器可以做出正確的設(shè)置。典型的訓(xùn)練序列是一 個二進制偽隨機信號或是一串預(yù)先指定的數(shù)據(jù)位，而緊跟在訓(xùn)練序列后被傳送的是用戶數(shù) 據(jù)。接收機處的均

20、衡器將通過遞歸算法來評估信道特性，并且修正濾波器系數(shù)以對信道做出 補償。在設(shè)計訓(xùn)練序列時，要求做到即使在最差的信道條件下，均衡器也能通過這個訓(xùn)練序 列獲得正確的濾波系數(shù)。這樣就可以在收到訓(xùn)練序列后，使得均衡器的濾波系數(shù)已經(jīng)接近于 最佳值。而在接收數(shù)據(jù)時，均衡器的自適應(yīng)算法就可以跟蹤不斷變化的信道，自適應(yīng)均衡器 將不斷改變其濾波特性。均衡器從調(diào)整參數(shù)至形成收斂，整個過程是均衡器算法、結(jié)構(gòu)和通 信變化率的函數(shù)。為了能有效的消除碼間干擾，均衡器需要周期性的做重復(fù)訓(xùn)練。在數(shù)字通 信系統(tǒng)中用戶數(shù)據(jù)是被分為若干段并被放在相應(yīng)的時間段中傳送的，每當收到新的時間段， 均衡器將用同樣的訓(xùn)練序列進行修正。均衡器一

21、般被放在接收機的基帶或中頻部分實現(xiàn)，基 帶包絡(luò)的復(fù)數(shù)表達式可以描述帶通信號波形，所以信道響應(yīng)、解調(diào)信號和自適應(yīng)算法通常都 可以在基帶部分被仿真和實現(xiàn)。盲均衡：盲均衡是指均衡器能夠不借助訓(xùn)練序列，而僅僅利用所接收到的信號序列即可 對信道進行自適應(yīng)均衡，從而節(jié)省帶寬。五、信道編碼技術(shù)1）信道編碼技術(shù)產(chǎn)生的原因與作用數(shù)字信號在傳輸中往往由于各種原因，使得在傳送的數(shù)據(jù)流中產(chǎn)生誤碼，從而使接收端 產(chǎn)生圖象跳躍、不連續(xù)、出現(xiàn)馬賽克等現(xiàn)象。所以通過信道編碼這一環(huán)節(jié)，對數(shù)碼流進行相 應(yīng)的處理，使系統(tǒng)具有一定的糾錯能力和抗干擾能力，可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生。提高數(shù)據(jù)傳輸效率，降低誤碼率是信道編碼的任務(wù)，

22、信道編碼的本質(zhì)是增加通信的可靠性。誤碼的處理技術(shù)有糾錯、交織、線性內(nèi)插等。2）信道編碼技術(shù)的基本思想及優(yōu)缺點在早期的數(shù)字通信系統(tǒng)中，調(diào)制技術(shù)與編碼技術(shù)是獨立的兩個設(shè)計部分。信道編碼常是 以增加信息速率（即增加信號的帶寬）來獲得增益的，編碼的過程是在源數(shù)據(jù)碼流中加插一 些碼元，從而達到在接收端進行判錯和糾錯的目的，這對頻譜資源豐富但功率受限制的信道 是很適合用的，但在頻帶受限的蜂窩移動通信系統(tǒng)中，其應(yīng)用就受到很大的限制，目前廣泛 使用的是把調(diào)制和編碼看做一個整體來考慮的網(wǎng)格編碼調(diào)制（TCM）。網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)是 一種將編碼與調(diào)制有機結(jié)合起來的編碼調(diào)制技術(shù)，這種方法既不降低頻帶利用率，也不降低 功

23、率利用率，而是以設(shè)備的復(fù)雜化為代價換取編碼增益?？墒瓜到y(tǒng)的頻帶利用率和功率資源 同時得到有效利用。利用狀態(tài)記憶和分集映射來增大編碼序列之間距離的辦法，來提高編碼 增益。信道編碼會使有用的信息數(shù)據(jù)傳輸減少，信道編碼的過程是在源數(shù)據(jù)碼流中加插一些碼 元，從而達到在接收端進行判錯和糾錯的目的，這就是我們常常說的開銷。這就好象我們運 送一批玻璃杯一樣，為了保證運送途中不出現(xiàn)打爛玻璃杯的情況，我們通常都用一些泡沫或 海棉等物將玻璃杯包裝起來，這種包裝使玻璃杯所占的容積變大，原來一部車能裝5000個 玻璃杯的，包裝后就只能裝4000個了，顯然包裝的代價使運送玻璃杯的有效個數(shù)減少了。 同樣，在帶寬固定的信道

24、中，總的傳送碼率也是固定的，由于信道編碼增加了數(shù)據(jù)量，其結(jié) 果只能是以降低傳送有用信息碼率為代價了。將有用比特數(shù)除以總比特數(shù)就等于編碼效率 了，不同的編碼方式，其編碼效率有所不同。3）適用范圍傳統(tǒng)的信道編碼技術(shù)適用于高帶寬的通信系統(tǒng)中，網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)對信道帶寬要求很 低，適用于窄帶通信系統(tǒng)中，如蜂窩移動通信系統(tǒng)。4）信道編碼技術(shù)及功能的實現(xiàn)常用的信道編碼技術(shù)包括分組碼、卷積碼、Turbo碼、RS編碼、交織等。分組碼分組碼是一類重要的糾錯碼，它把信源待發(fā)的信息序列按固定的k位一組劃分成消息組， 再將每一消息組獨立變換成長為n(nk)的二進制數(shù)字組，稱為碼字。如果消息組的數(shù)目為 M(顯然MW2k

25、)，由此所獲得的M個碼字的全體便稱為碼長為n、信息數(shù)目為M的分組碼，記 為【n，M】。把消息組變換成碼字的過程稱為編碼，其逆過程稱為譯碼。組碼就其構(gòu)成方式 可分為線性分組碼與非線性分組碼。線性分組碼：線性分組碼是指【n,M】分組碼中的M個碼字之間具有一定的線性約束關(guān) 系，即這些碼字總體構(gòu)成了 n維線性空間的一個k維子空間。稱此k維子空間為(n，K)線性 分組碼，n為碼長，k為信息位。此處M=2k。一個(n,k)分組碼C，如果滿足下列條件：全零碼組(0,0,)在C中；C中任意的兩個碼字之和，也在C中，則稱C為線性分組碼。非線性分組碼：非線性分組碼【n，M】是指M個碼字之間不存在線性約束關(guān)系的分組

26、 碼。d為M個碼字之間的最小距離。非線性分組碼常記為【n，M, d】。非線性分組碼的優(yōu) 點是：對于給定的最小距離d,可以獲得最大可能的碼字數(shù)目。非線性分組碼的編碼和譯碼 因碼類不同而異。雖然預(yù)料非線性分組碼會比線性分組碼具有更好的特性，但在理論上和實 用上尚缺乏深入研究(見非線性碼)。分組碼具有以下特點：分組碼是一種前向糾錯(FEC)編碼。分組碼是長度固定的碼組，k個信息位被編為n位碼字長度，而n-k個監(jiān)督位的作用 就是實現(xiàn)檢錯與糾錯，可表示為(n,k)。在分組碼中，監(jiān)督位僅與本碼組的信息位有關(guān)，而與其他碼組的信息碼字無關(guān)。分組碼包括漢明碼、格雷碼、Hadamard碼、循環(huán)碼、Reed-Sol

27、omon碼等等。卷積碼若以(n,k,m)來描述卷積碼，其中k為每次輸入到卷積編碼器的bit數(shù)，n為每個k元 組碼字對應(yīng)的卷積碼輸出n元組碼字，m為編碼存儲度，也就是卷積編碼器的k元組的級 數(shù)，稱m+1= K為編碼約束度m稱為約束長度。卷積碼將k元組輸入碼元編成n元組輸出 碼元，但k和n通常很小，特別適合以串行形式進行傳輸，時延小。與分組碼不同，卷積 碼編碼生成的n元組元不僅與當前輸入的k元組有關(guān)，還與前面m-1個輸入的k元組有關(guān)， 編碼過程中互相關(guān)聯(lián)的碼元個數(shù)為n*m。卷積碼的糾錯性能隨m的增加而增大，而差錯率 隨N的增加而指數(shù)下降。在編碼器復(fù)雜性相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。編碼原理

28、：以二元碼為例，編碼器如圖。輸入信息序列為u=(u0，u1,)，其多項式 表示為u(x)=u0+u1x+ulxl+。編碼器的連接可用多項式表示為g(1,1)(x)=1+x+x2和 g(1,2)(x)=1+x2,稱為碼 的子生成多項式。它們的系數(shù)矢量g(1,1)=(111)和g(1,2)=(101) 稱作碼的子生成元。以子生成多項式為陣元構(gòu)成的多項式矩陣G(x)=g(1,1)(x),g(1,2)(x)， 稱為碼的生成多項式矩陣。卷積碼碼的糾錯能力強，不僅可糾正隨機差錯，而且可糾正突發(fā)差錯。卷積碼根據(jù)需要， 有不同的結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的糾錯能力。但都有類似的編碼規(guī)律。表示方法：描述卷積碼的方法有圖解法和解

29、析法。解析法可以采用生成矩陣和生成多項 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。Turbo 碼Turbo碼又稱并行級聯(lián)卷積碼(PCCC)，是一類應(yīng)用在外層空間衛(wèi)星通信和設(shè)計者尋找 完成最大信息傳輸通過一個限制帶寬通信鏈路在數(shù)據(jù)破壞的噪聲面前的其它無線通信應(yīng)用 程序的高性能糾錯碼。有兩類Turbo碼在那里，塊Turbo碼和卷積Turbo碼(CTCs)， 它們是相當不同的，因為它們使用不同的構(gòu)件碼，不同的串聯(lián)方案和不同的SISO算法。 它巧妙地將兩個簡單分量碼通過偽隨機交織器并行級聯(lián)來構(gòu)造具有偽隨機特性的長碼，并通 過在兩個軟入/軟出(SISO)譯碼器之間進行多次迭代實現(xiàn)

30、了偽隨機譯碼。Turbo碼有一重要特點是其譯碼較為復(fù)雜，比常規(guī)的卷積碼要復(fù)雜的多，這種復(fù)雜不僅 在于其譯碼要采用迭代的過程，而且采用的算法本身也比較復(fù)雜。這些算法的關(guān)鍵是不但要 能夠?qū)γ勘忍剡M行譯碼，而且還要伴隨著譯碼給出每比特譯出的可靠性信息，有了這些信息， 迭代才能進行下去。模擬結(jié)果表明，在一定條件下，Turbo碼在AWGN信道上的誤比特率，接近香農(nóng)限的 性能。在第三代移動通信中，非實時的數(shù)據(jù)通信廣泛采用了 Turbo碼。Turbo碼的特點：它將卷積碼和隨機交織器合并在一起，實現(xiàn)了隨機編碼的思想；采用 軟輸出疊代譯碼來逼近最大似然譯碼。交織在實際應(yīng)用中，比特差錯經(jīng)常成串發(fā)生，這是由于持續(xù)時

31、間較長的衰落谷點會影響到幾個連 續(xù)的比特，而信道編碼僅在檢測和校正單個差錯和不太長的差錯串時才最有效(如RS只能 糾正8個字節(jié)的錯誤)。為了糾正這些成串發(fā)生的比特差錯及一些突發(fā)錯誤，可以運用交織 技術(shù)來分散這些誤差，使長串的比特差錯變成短串差錯，從而可以用前向碼對其糾錯。交織 技術(shù)對已編碼的信號按一定規(guī)則重新排列，解交織后突發(fā)性錯誤在時間上被分散，使其類似 于獨立發(fā)生的隨機錯誤，從而前向糾錯編碼可以有效的進行糾錯，前向糾錯碼加交積的作用 可以理解為擴展了前向糾錯的可抗長度字節(jié)。糾錯能力強的編碼一般要求的交織深度相對較 低。糾錯能力弱的則要求更深的交織深度。（5）偽隨機序列擾碼進行基帶信號傳輸?shù)?/p>

32、缺點是其頻譜會因數(shù)據(jù)出現(xiàn)連“1”和連“0”而包含大的低頻成 分，不適應(yīng)信道的傳輸特性，也不利于從中提取出時鐘信息。解決辦法之一是采用擾碼技術(shù) 使信號受到隨機化處理，變?yōu)閭坞S機序列，又稱為“數(shù)據(jù)隨機化”和“能量擴散”處理。擾 碼不但能改善位定時的恢復(fù)質(zhì)量，還可以使信號頻譜平滑，使幀同步和自適應(yīng)同步和自適應(yīng) 時域均衡等系統(tǒng)的性能得到改善。擾碼雖然“擾亂”了原有數(shù)據(jù)的本來規(guī)律，但因為是人為的“擾亂”，在接收端很容易 去加擾，恢復(fù)成原數(shù)據(jù)流。實現(xiàn)加擾和解碼，需要產(chǎn)生偽隨機二進制序列（PRBS）再與輸入數(shù)據(jù)逐個比特作運算。 PRBS也稱為m序列，這種m序列與TS的數(shù)據(jù)碼流進行模2加運算后，數(shù)據(jù)流中的“1

33、” 和“0”的連續(xù)游程都很短，且出現(xiàn)的概率基本相同。利用偽隨機序列進行擾碼也是實現(xiàn)數(shù)字信號高保密性傳輸?shù)闹匾侄沃弧Ｒ话銓⑿旁?產(chǎn)生的二進制數(shù)字信息和一個周期很長的偽隨即序列模2相加，就可將原信息變成不可理 解的另一序列。這種信號在信道中傳輸自然具有高度保密性。在接收端將接收信號再加上（模 2和）同樣的偽隨機序列，就恢復(fù)為原來發(fā)送的信息。在DVB-C系統(tǒng)中的CA系統(tǒng)原理就源于此，只不過為了加強系統(tǒng)的保密性，其偽隨機 序列是不斷變化的（10秒變一次），這個偽隨機序列又叫控制字（CW）?，F(xiàn)在出現(xiàn)一種新的信道編碼方法。LDPC編碼。LDPC編碼是最接近香農(nóng)定理的一種編 碼。六、擴頻技術(shù)擴頻技術(shù)，它

34、是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最 小帶寬；頻帶的展寬是通過編碼及調(diào)制的方法實現(xiàn)的，并與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)；在接收端則 用相同的擴頻碼進行相關(guān)解調(diào)來解擴及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。基本思想在發(fā)射端使用傳統(tǒng)的調(diào)制方式調(diào)制有效信號；然后使用擴頻編碼調(diào)制載波，使其擴展到 一個非常大的帶寬內(nèi)，實現(xiàn)頻譜展寬。在接收端利用相反過程得到原始信號。適用范圍由于擴頻調(diào)制使信號抗干擾能力強且隱蔽性好，最初用于軍事通信，后來由于其高頻譜 效率帶來的高經(jīng)濟效益而被應(yīng)用到民用通信，移動通信的碼分多址就是建立在擴頻通信的基 礎(chǔ)上。而且還能有效的抑制窄帶干擾。如何實現(xiàn)自身的功能直接序列擴頻與解擴的原理擴

35、頻：由于X(t)=b(t)c(t)的頻譜等于b(t)的頻譜與c(t)的頻譜的卷積，b(t)和c(t)相乘 的結(jié)果使攜帶信息的基帶信號的帶寬被擴展到近似為c(t)的帶寬Bc，擴展的倍數(shù)就等于PN 序列一周期的碼卷積，N=Bc/Bb=Tb/Tc,而信號的功率譜密度下降到原來的1/N。信號這樣 的處理過程就是擴展，C(t)在這里起著擴頻的作用，稱作擴頻碼，這種擴頻方式就是直接序 列的擴頻解擴：在接收端，接收機接收到的信號r(t)一般是有用的信號和噪聲及各種干擾信號的 混合，為了突出解擴的感念，暫不考慮他們的影響，即r(t)=s(t)，接收機將接受到的信號首 先和本地產(chǎn)生的 PN 碼c(t)相乘，由于

36、 以伊2= ( +-1)A2=1，所以 r(t)c(t)=s(t)c(t)=b(t)c(t)cosWct*c(t)=b(t)cosWct 湘乘所得信號顯然是一個窄帶 2PSK 信號， 它的帶寬等于2Rb=2/Tb，這樣的信號恢復(fù)為一個窄帶信號，這一操作過程就是解擴。跳頻擴頻通信系統(tǒng)跳頻(FH)是一種無線通信中最常用的擴頻方式。工作原理是收發(fā)雙方傳輸信號的載 波頻率按照預(yù)定規(guī)律(一組偽隨機碼PN，Pseudo-Noise)進行離散變化，通信中使用的載 波頻率受偽隨機碼的控制而隨機跳變。從通信技術(shù)的實現(xiàn)方式來說，跳頻是一種用碼序列進 行多頻頻移鍵控的通信方式；從時域上來看，跳頻信號是一個多頻率的頻

37、移鍵控信號；從頻 域上來看，跳頻信號是一個在很寬頻帶上以不等間隔隨機跳變的信號。因此，跳頻通信在某一特定頻點上仍為普通調(diào)制技術(shù)。跳頻系統(tǒng)根據(jù)頻率變化的快慢，通常分為快跳頻和慢跳頻。 目前在軍事領(lǐng)域廣泛應(yīng)用了快跳頻通信技術(shù)。隨著電子對抗的加劇，在快跳頻的基礎(chǔ)上，產(chǎn) 生了自適應(yīng)跳頻，進一步提高抗截獲和抗干擾目的。慢跳頻則主要應(yīng)用于民用領(lǐng)域。跳頻系統(tǒng)的原圖及跳頻信號數(shù)學(xué)描述：跳頻系統(tǒng)的簡單原理圖如圖1-1所示其數(shù)學(xué)模型如(1-1)。在發(fā)送端，輸入信息碼序列進行基帶調(diào)制得到寬度為的調(diào)制信號。獨 立產(chǎn)生的偽隨機碼序列作為跳頻序列去控制頻率合成器，使其輸出頻率按不同的跳頻圖案或 指令隨機跳躍地變化。調(diào)制信號m(t)對隨機載頻進行調(diào)制，得到跳頻信號，可表示為：S1 (t)= m(t)co