移动通信第1讲.ppt

移动通信 第一讲 1 1 1无线电波传播方式 传播路径直射波 视距传播反射波地表面波 移动信道多径衰落 1 1 2直射波 自由空间电波传播 指理想的 均匀的 各向同性的介质中传播 电波不发生反射 折射 绕射 散射和吸收现象 只存在电磁能量扩散而引起的传播损耗 假设为远场 Fraunhoferregion d D且d 其中D为天线最大直线长度 为载波波长无干扰 无阻挡 相对介电常数 和相对导磁率 都等于1 自由空间中的电波传输损耗 电场强度有效值E0为 磁场强度有效值H0为 单位面积上的电波功率密度S为 PT 各向同性天线的辐射功率 单位Wattsd 距辐射源的距离 单位米 自由空间中的电波传输损耗 若用天线增益为GT的方向性天线取代各向同性天线 则上述公式应改写为 电场强度 磁场强度 自由空间功率通量密度 在此覆盖区域范围内 接收机天线 捕获 此通量的一小部分 自由空间中的电波传输损耗 在距离d处 接收信号功率为 接收功率PR 功率通量密度S 接收天线有效面积AR式中 为载波波长 2 4 为各向同性天线的有效面积 GR接收天线增益 接收功率 自由空间中的电波传输损耗 自由空间损耗 Lfs dB 10lgPT 10lgPR当收 发天线增益为0dB 即当GR GT 1时 自由空间传播损耗Lfs 式中 d的单位为km 频率单位以MHz计 例 PR PTGTGR 4 d 2 信号在自由空间中的发射功率为1W 载波频率为2 4GHz 如果接收器和发送器的距离为1 6km 则接收功率是多少 假设收发天线的增益为1 6路径损耗为多少 传播延时为多少 1 1 3大气中的电波传播 1 大气折射概念 当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时 由于不同高度上的电波传播速度不同 从而使电波射束发生弯曲 弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度dn dh 这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象 称为大气对电波的折射 电波传播速度v与大气折射率n成反比 式中 c为光速 不考虑传导电流和介质磁化情况下 介质折射率n与相对介电系数 r的关系为 大气折射对电波传播的影响 在工程上通常用 地球等效半径 来表征 即认为电波依然按直线方向行进 只是地球的实际半径R0 6 37 106m 变成了等效半径Re Re与R0之间的关系为 式中 k称作地球等效半径系数 在标准大气折射情况下 即当dn dh 4 10 8 l m 等效地球半径系数k 4 3 等效地球半径Re 8500km 图3 2视线传播极限距离 2 视线传播极限距离 自发射天线顶点A到切点C的距离d1为同理 由切点C到接收天线顶点B的距离d2为在标准大气折射情况下 Re 8500km 故 式中 ht hr的单位是m d的单位是km 1 1 4障碍物的影响与绕射损耗 绕射 当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射 由阻挡表面产生的二次波散布于空间 甚至于阻挡体的背面 绕射损耗 各种障碍物对电波传输所引起的损耗 菲涅尔余隙 从障碍物顶点到视线传播路径的高差称为菲涅尔余隙 规定无阻挡时的余隙为正 阻挡时的余隙为负余隙 1 1 4障碍物的影响与绕射损耗 a 负余隙 b 正余隙 3 1 5反射波 当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时 如果界面尺寸比电波波长大得多 就会产生镜面反射 良导体反射无衰减 绝缘体只反射入射波能量的一部分 Grazing角 100 反射直角入射 100 透射反射造成180 相移 两径地面反射传播模型 反射系数水平极化波垂直极化波当f 150MHz时 1oRv Rh 1反射波与入射波相差180 两径地面反射传播模型 两径地面反射传播模型 从发射天线到接收天线的电波由反射波和直射波组成的情况 路径差 d 式中 d d1 d2 由路径差 d引起的附加相移 为 式中 2 称为传播相移常数 这时接收场强E可表示为 两径地面反射传播模型 接收功率 Pr PtGtGr ht2hr2 d4 Pr P0 d4P0 第一米 d 1m 的接收信号强度 距离功率的关系 描述接收信号功率和距离之间关系的最简单方法是规定接收信号功率Pr与发送器和接收器之间距离d的某个特定 次幂成比例 称为距离功率斜率 Pr P0d 10lg Pr 10lg P0 10 lg d P0 在发送器参考距离 1m 处的接收功率 自由空间 2双路模型 4路径损耗Lp Lp L0 10 lgdL0 在发送器参考距离 1m 处的路径损耗 1 1 6散射 散射 当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时 能使射线在各个方向散射 形成球面波 散射波产生于粗糙表面 小物体或其他不规则物体 在实际的通信系统中 树叶 街道标志和灯柱等会引发散射 1 2移动信道的特征 路径传播损耗传播损耗慢衰落损耗快衰落损耗阴影效应传播效应多普勒效应 1 2 1传播路径与信号衰落 图3 7典型信号衰落特性 移动通信的场强特征移动通信环境下场强变化剧烈场强变化的平均值随距离增加而衰减场强特性曲线的中值呈慢速变化 慢衰落场强特性曲线的瞬时值呈快速变化 快衰落 1 2 1传播路径与信号衰落 多普勒效应 多普勒效应由于接收用户的快速移动产生传播频率的扩散 其程度与用户移动速度和角度有关 成为多普勒效应 1 2 2多径效应与瑞利衰落 快衰落 小尺度 产生原因 多径效应多普勒频移对系统性能的影响 场强信号随机快速起伏时延扩展随机调频移动信道的系统特性表征 瑞利Rayleigh分布莱斯Ricean分布 多径效应与瑞利衰落 快衰落三种典型情况只有多径效应 移动台固定 只有多普勒效应多径 多普勒 多径效应与瑞利衰落 瑞利 Rayleigh 分布 快衰落包络的统计特性 指在无直射波的N个路径 传播时若每条路径的信号幅度为高斯分布 相位在0 2 为均匀分布 则合成信号包络分布为瑞利分布 多径效应与莱斯衰落 莱斯 Rician 分布指含有一个强直射波的N个路径 传播时若每条路径的信号幅度为高斯分布 相位在0 2 为均匀分布 则合成信号包络分布为莱斯分布 多径效应与瑞利衰落 快衰落瞬时幅度特性电平通过率 LevelCrossingRate 指在单位时间内信号电平以正斜率通过某一给定电平A的次数衰落速率 指单位时间内信号以正斜率通过中值电平的次数衰落深度 指信号的有效值 均方根值 与最小值之间的差值衰落持续时间 指信号电平低于某一电平 门限电平 的持续时间 1 2 3慢衰落特性和衰落储备 慢衰落产生原因阴影效应 特点 衰落速率与频率无关 大气折射 大气介电常数的变化 时变 统计特性局部均值分布特性 对数正态分布位置函数 时间函数 联合分布 阴影效应 阴影效应 由大型建筑物和其它物体的阻挡而形成在传播接收区域上半盲区 表现为慢衰落 慢衰落特性和衰落储备 衰落储备为了防止因衰落 包括快衰落和慢衰落 引起的通信中断 在信道设计中 必须使信号的电平留有足够的余量 以使中断率R小于规定指标 这种电平余量称为衰落储备 衰落储备的大小决定于地形 地物 工作频率和要求的通信可靠性指标 通信可靠性也称作可通率 并用T表示 它与中断率的关系是T 1 R 1 2 4多径时散与相关带宽 多径传播导致的衰落效应接收信号的强度衰落体现在三个方面 时延扩展 频率选择性衰落频率扩展 时间选择性衰落角度扩展 空间选择性衰落为什么 时延扩展 频率选择性衰落 频率选择性衰落指在不同频段上衰落特性不一样 原因 用户信号由于远处高达建筑物或山丘的反射而形成的干扰信号 其特点是传送的信号在空间与时间上产生了扩散 频率扩展 时间选择性衰落 时间选择性衰落指在不同时间衰落特性不一样 原因 快速移动用户附近的物体的反射而形成的干扰信号 其特点是由于快速移动 在信号的频域产生多普勒频移扩散 引起时域上时间选择性衰落 角度扩展 空间选择性衰落 空间选择性衰落指在不同地点与空间位置衰落特性不一样 原因 由于接收信号受基站附近建筑物和其他物体的反射而引起的干扰 其特点是严重影响到达天线的信号入射角的分布 从而引起信号在空间选择性衰落 图3 15时变多径信道响应示例 a N 3 b N 4 c N 5 工程上 对于角度调制信号 相关带宽可按下式估算 式中 为时延扩展 例如 3 s Bc 1 2 53kHz 此时传输信号的带宽应小于Bc 53kHz 相关带宽的意义从频域来看 多径现象将导致频率选择性衰落 即信道对不同频率成分有不同的响应 带宽超过相关带宽 将产生较大失真和符号间串扰 信号传输速率受多径时延的限制 小结 移动通信电波传播的特点 电磁波多径传播 反射 散射和绕射多普勒频率扩展 运动引起信道变化 扩散频移 无线环境中的信号衰减分成三部分 幅度衰减较大的路径损耗伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分 大尺度变化衰减幅度较小的快变化成分 小尺度衰落两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法 瑞利分布 非视距传播 莱斯分布 视距传播 多径信号强度衰落体现在三个方面 时延扩展 频率选择性衰落Bc Bs频率扩展 时间选择性衰落角度扩展 空间选择性衰落 1 3陆地移动信道的传播损耗 移动通信中传播损耗估算的一般方法 只对慢衰落有效 1 3 1地形 地物分类 移动通信环境分类 电波传播路径地形分类 不规则地形 中等起伏地形 移动通信环境分类 电波传播路径地物分类 按照地物的密集程度分为 开阔地环境 在电波传播路径上无高大树木 建筑物等障碍物 呈开阔状地面郊区环境平坦地形 在移动台附近有些障碍物 稠密建筑物多为1 2层楼房城市环境 有较稠密的建筑物和高层楼房大都市高楼大厦稠密建筑区中等稠密建筑区 多为2 8层 间或40层高楼中小建筑区 多为2 5层 间或20层高楼平房建筑区 多为2 4层 1 3 3任意地形地区的传播损耗的中值p117 任意地形地区接收信号的功率中值PPf 载波频率 hb 基台天线高度 d 传输距离 hm 移动台天线高度 自由空间功率中值 中等起伏地区基本衰耗中值 基台天线高度因子 移动台天线高度因子 自由空间功率中值 地形地物修正因子 式中 Kmr 郊区修正因子 可由图3 26求得 Qo Qr 开阔地或准开阔地修正因子 可由图3 27求得 Kh Khf 丘陵地修正因子及微小修正值 可由图3 28求得 Kjs 孤立山岳修正因子 可由图3 29求得 Ksp 斜坡地形修正因子 可由图3 30求得 KS 水陆混合路径修正因子 可由图3 31求得 地形地物修正因子 任意地形地区的传播损耗的中值 LA Lfs Am f d Hb hb d Hm hm f KTf 载波频率 hb 基台天线高度 d 传输距离 hm 移动台天线高度 中等起伏市区中值损耗Am f d 在计算各种地形 地物上的传播损耗时 均以中等起伏地上市区的损耗中值或场强中值作为基准 因而把它称作基准中值或基本中值 基站天线有效高度 若基站天线顶点的海拔高度为hts 从天线设置地点开始 沿着电波传播方向的3km到15km之内的地面平均海拔高度为hga 则定义基站天线的有效高度为 基站天线高度增益因子 移动台天线高度增益因子 街道走向修正曲线 开阔地 准开阔地修正因子 a 修正因子Kh b 微小修正因子Khf 丘陵地场强中值修正因子 起伏高度 孤立山岳修正因子 f 450 900MHzH 110 350m 斜坡地形修正因子 水陆混合路径修正因子KS 1 4 1传播损耗预测模型 室外 Longley Rice模型 应用于f为40MHz到100GHz之间 不同种类的地形中点对点的通信系统 可以做到点到点方式的预测和区域预测 Durkin模型 建立访问服务区的地形数据库 可看成是二维阵列 然后计算沿径向的路径损耗 最后仿真的接收机位置可被重复地移动到服务区不同的位置来推导出信号场强轮廓 Okumura模型 应用最广泛 Hata模型 根据Okumura曲线图所作的经验公式 频率范围从150MHz到1500MHz 以市区传播损耗为标准 其他地区在此基础上进行修正 COST 231模型Walfish和Bertoni模型宽带PCS微蜂窝模型 奥村 Okumura 模型 OM模型 Okumura模型 由奥村等人 在日本东京 使用不同的频率 不同的天线高度 选择不同的距离进行一系列测试 最后绘成经验曲线构成的模型 思路 将城市视为 准平滑地形 给出城市场强中值 对于郊区 开阔区的场强中值 则以城市场强中值为基础进行修正 对于 不规划地形 也给出了相应的修正因子 由于这种模型给出的修正因子较多 可以在掌握详细地形 地物的情况下 得到更加准确的预测结果 OM模型适用的范围 频率150MHZ 1500MHZ 可扩展到3000MHz 基地站天线高度为30 200米 移动台天线高度为1 10米 传播距离为1 20千米的场强预测 Hata模型 Hate模型源自Okumura 奥村 模型与Hata公式 适用于频率100 1500MHz 传播距离在1 20km的城市场强预测 Lp dB 69 55 26 16lgfMHz 13 82lgh1 h2 44 9 6 55lgh1 lgdkm Kr 例 在某大城市 蜂窝移动通信系统的工作频率900MHz 基站天线高度100m 移动台天线高度2m 移动台与基站之间的距离为4km 计算它们之间的路径损耗 h2 3 2 lg 11 75h2 2 4 97 1 045dBLp 69 55 26 16lgfc 13 82lgh1 h2 44 9 6 55lgh1 lgd 137 3dB Lp dB 69 55 26 16lgfMHz 13 82lgh1 h2 44 9 6 55lgh1 lgdkm Kr 微蜂窝系统的覆盖区预测模式 Okumura Hata模型适用于基站天线高度高于其周围屋顶的宏蜂窝系统 因为在宏蜂窝中 基站天线都安装在高于屋顶的位置 传播路径损耗主要由移动台附近的屋顶绕射和散射决定 在微蜂窝系统中 基站天线高度通常低于屋顶 电波传播由其周围建筑物的绕射和散射决定 即主要射线传播是在类似于槽形波导的街道峡谷中进行 可用COST 231 Walfish Ikegami模型做微蜂窝系统传播损耗预测 在做微蜂窝覆盖区预测时 必须有详细的街道及建筑物的数据 不能采用统计近似值 Walfish Ikegami模型1 在欧洲COST计划工程231开发出的半确定性经验模型 它适合高楼林立地区的中到小型蜂窝的场强确定 称为Walfish Ikegami模型 WIM模型与频段800 2000MHz 路径长度0 02 5km的测量值十分符合 其中基站天线高度hb 4 50m 移动站天线高度hm 1 3m WIM模型首先在欧洲用于GSM建模 Walfish Ikegami模型2 可视传播路径损耗 Walfisch Ikegami模型3 b 非可视传播路径损耗 Walfisch Ikegami模型4 屋顶至街道的绕射及散射损耗LRTS Walfisch Ikegami模型5 多重屏蔽的绕射损耗Lms 室内传播特点 室内模型研究较少 是移动无线信道新的研究领域 室内传播的主要特征 覆盖距离更小 环境相对变动更大 距离短 更接近 近场 门的开关和天线安装等对室内信号场强的影响非常大 更 混乱 散射波更多 LOS更少 室内建模技术 建模技术和方法 对于走廊LOS传播 为 2的对数正态模型 若无LOS 则为对数正态阴影模型隔墙和地板衰减因子 路径跟踪 的计算精度取决于建筑物的3 D模型和材料衰减因子 建筑物建筑物信号穿透损耗1 隔离损耗与楼层的关系 楼层越高 损耗越小 隔离损耗与建筑材料的关系 钢筋混凝土结构的损耗大于砖石和土木结构 损耗随穿透深度而增大 隔离损耗与频率的关系 频率低的损耗大 频率高的损耗相对小 建筑物的隔离损耗2 隔离损耗 同楼层墙 家具 设备高度依赖于材料类型和频率硬隔离vs软隔离 硬隔离随建筑而成软隔离不到天花板 框架 建筑 建筑物的隔离损耗3 隔离损耗 楼层间取决于建筑结构和频率 楼层损耗因子 随着楼层增高而减小典型值 1楼 15dB 层2 5楼 6 10dB 层5楼以上 1 2dB 层 不同建筑材料的衰减值 常用的室内传播模型 室内对数距离损耗模型阴影衰落室内微微蜂窝多楼层损耗模型楼层间引起的信号衰落看作是恒定的 与距离无关 路径损耗与楼层数之间的关系是线性关系Lp L0 nF 10lgd室内微微蜂窝JTC模型Lp A Lf n Blg d XLf n 楼层函数 X对数正态分布随机变量 表示阴影衰落 室内微微蜂窝分段从属模型毫微微蜂窝路径损耗模型覆盖范围几米 几十米 1 4 2多径信道的冲激相应模型 GSM05 05建议的信道模型参数多径支路数目 12或6个每路径的信号参数 路径的时延 平均功率每路径的幅度分布 瑞利分布 依据多普勒频谱S f GSM05 05建议的多普勒频谱S f 典型多普勒频谱 用于除郊区最短路径外所有环境莱斯 Rice 多普勒频谱 用于郊区最短路径环境 WCDMA信道模型 路径损耗模型室内室外步行室外车辆 WCDMA多径模型 多径模型参数 WCDMA室内多径 室内多径时延模型抽头延迟线参数 WCDMA室外多径 室外车辆测试环境 1 4 3空时信道的传播模型 智能天线的引入每一径都有不同的到达角整个接收信号 有一个空间角分布每一径 有径的分布特性每一主径 有分布特性分析方法 测量法和模型法 空间时间多径信号 传播模型 空时多径信道模型Lee 等效散射体描述宏小区移动台附近多径传播情况 基于散射体几何分布特性的模型圆模型GWSSUS椭圆模型基于测量值统计特性的模型 园模型 散射体均匀分布在移动台周围的一个圆环上 每一个散射体都代表了实际传播环境中很多散射体所起的作用 假设在圆环上均匀分布着N个散射体 圆环的半径为R 椭圆模型 散射体均匀分布在一个椭圆形区域内 在这个模型中 基站和移动台分别位于椭圆的焦点 这个模型的一个特点就是存在可视路径 LOS 信号 并且只考虑了电波的一次反射 并没有考虑媒质表面的散射 衍射等情况 2 1分集技术 分集概念 接收多路不相关的信号并合并 目标 对抗多径信道造成的衰落和延时串扰技术 两方面如何获得独立多路信号如何合并独立多路信号本质 对同一信号在不同时间 空间 频率的过采样 2 1 1分集接收原理 各独立的信号传播路径同时经历深度衰落的概率很低 1 分集技术分类 分集技术 分集的目的 宏分集 抗长期衰落 微分集 抗短期衰落 信号传输方式 显分集 隐分集 交织和编码技术 调制技术 直接序列扩频技术 获得多路信号的方式 空间位置分集 多天线 宏分集 空间角度分集 智能天线 频率分集 调频或DSSS 时间分集 T TC 极化分集 2 常用分集技术 分集技术的实质对传输信号进行过取样空间分集技术 用2个以上的天线收同一个信号频率分集技术 用2个以上的载波频率传输时间分集技术 在不同时间接收同一个信号极化分集 接收垂直和水平极化信号 1 时间分集技术 时间独立性 多径的每一径时延不同进行多径分离合并 RAKE接收机 用信道相关时间设计交织编码的深度 重发时间大于信道的相关时间 ARQ技术 2 空间位置分集 空间独立性 多天线阵元分集多天线发射分集多天线接收分集条件d dcdc为空间相关距离移动信道中市区 d 0 5 郊区 d 0 8 3 频率分集技术 频率独立性 将要传输的信息分别以不同的载波发射出去两个频率成分具有相互独立的衰落特性条件f2 f1 BcBc为相关带宽 4 角度扩展 空间角度分集 使电波通过不同路径 并以不同角度到达接收端 在接收端 采用方向性天线 分离出不同方向来的信号分量 相关天线阵列 d c 5 极化分集 不同极化方向 垂直极化和水平极化 的电磁波具有独立的衰落特性 空间分集的特殊情况 两路分集支路 6 场分量分集电磁波的E场和H场载有相同的消息 而反射机理不同 从而在接收端获得互不相关的场分量 场分量分集不要求天线间有实体上的间隔 因此适用于较低的工作频率 2 现有的主要分集技术 Rake接收 时间分集智能天线 空间角度分集多天线阵 空间位置分集ARQ重传 时间分集 重发时间大于信道的相关时间 跳扩频 频率分集 时间 隐分集 直接序列扩频 频率分集 隐分集 隐分集 隐含在信号传输方式中的分集技术 3 合并技术 通过合并技术获得分集增益 合并信号的表达式信号 2 1 2分集合并性能 2 1 3分集重数和数字传输性能 L 分集重数 即使只有两路分集信号进行选择合并 性能改善也很显著 在1 差错率时 所需SNR减小约10dB 因而可以降低发射功率或增大覆盖范围或提高数据传输速率 最大比合并输出SNR随合并分支数线性提高 复杂度成为限制因素 概念 隐含在信号传输方式中的分集技术 接收端通过信号处理技术实现分集 包括 RAKE技术 利用多径现象来增强信号交织编码技术 抗深衰落 抗突发干扰 跳频技术 抗多径 抗衰落 抗干扰 直接序列扩频技术 抗多径 抗衰落和干扰 隐分集技术 多径信号分离与合并的关键技术 多径信号分离与信号设计多径信号分离的基础是采用直接扩展频谱信号 对于直扩序列的码片 chip 宽度为Tc的系统 所能分离的最小路径时延差为Tc 并且所采用的直扩序列信号的自相关性和互相关性要好 多径合并与合并准则多径合并是指 接收端对多径信号检测获得的多个相互独立的峰值包络 并对多个峰值进行采样 再以适当的方式合并这些采样值 多径合并准则有 第一路径准则 最强路径准则 检测后积分准则 等增益合并准则 最大比合并准则 自适应合并准则 具体采用何种准则应依电波传播环境 系统性能要求等而定 Rake接收机 RAKE接收机 利用多个并行相关器检测多径信号 按照一定的准则合成一路信号供解调用的接收机 利用多径现象来增强信号 移动通信信道是一种多径衰落信道 RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调 然后叠加输出达到增强接收效果的目的 理论基础 当传播时延超过一个码片宽度实际上可被看作是互不相关的 目前CDMA接收机都是基于RAKE接收机原理 RAKE接收技术有效地克服多径干扰 提高接收性能 RAKE接收原理 接收机 单径接收电路 单径接收电路 单径接收电路 搜索器 计算信号强度与时延 合并 合并后的信号 t t s t s t QualcommRAKE接收机 QualcommRAKE接收机采用的是并行相关RAKE接收机移动台中的RAKE接收机是由三个并行相关器和一个搜索器构成 搜索器用于搜索最强的多径信号 可搜索3路多径信号 包括多径信号的相位 到达时刻和强度参数 可利用系统中基站发送的导引信号 pilot 得到它们的估值 搜索相关器的输出控制三路并行相关器 使它们对三路最强的多径信号进行相关 并采用了相关最大比合并准则 基站中的RAKE接收机是由4个并行相关器和一个搜索相关器构成 因为移动台不发送导引信号 基站接收机无法得到多径信号的相位信息 因此采用非相关最大比合并准则 2 3 1信道编码的基本原理 信道编码是为了降低误码率 提高数字通信的可靠性而采取的编码 根据一定的规律 在待发送的信息码元中加入一些冗余的码元 以换取信息码元在传输中的可靠性 称信源待发送的码元为信息码元 称加入的冗余码元为监督 校验 码元 信道编码的目的是以加入最少的冗余码元为代价 换取提高最大的可靠性 例 3位二进制数构成的码组表示天气 如不要检 纠 错 传输4种不同的信息 用两位码组就够了 这两位码代表所传信息 称为信息位 多增加的称为监督位 分类 按照加入冗余码元的规律 信道编码可以分为线性和非线性两大类 分别称为线性码和非线性码 按照监督位完成的功能可划分为仅具发现差错功能的检错码和具有纠正差错功能的纠错码两类 按信息码元和监督码元之间的约束方式 分组码 卷积码 2 3 2信道编码的类型 线性分组码 按照代数规律构造 故又称为代数编码 一般可记为 n k 码 其中k为信息码长度 n为码组长度 而监督位长度为n k 编译码时按每k个信息码元一组进行 它包括汉明码 BCH码 Fire码和RS码等 卷积码 一种非分组的有记忆编码 是以编码规则遵从卷积运算而得名 可记为 n k l 码 其中k表示输入信息的位数 n表示输出码元的位数 通常称l m 1为约束长度 记忆长度 m表示编码器中寄存器的节数 输出码元n不仅与输入信息位k有关 而且与编码器中记忆的m位有关 其译码既可采用传统的代数方法 也可采用概率方法 而常用的是概率方法 在数字移动通信中 GSM和IS 95主要采用卷积码 在第三代移动通信中 话音采用卷积码 数据则既可采用卷积码也可采用TURBO码 2 3 3卷积码 不仅可纠正随机差错 而且可纠正突发差错 优点 编码直接了当 输出增加了冗余 时间域扩展 因而具有抗噪声能力 缺点解码复杂 卷积码的表示方法有图解表示法和解析表示法两种 3 1 3 卷积编码器 3 1 3 卷积码的约束长度为3 编码效率为1 3 GSM系统中的卷积码 1 2 约束长度为5 GSM系统首先将话音分成20ms的音段 这20ms的音段通过话音编码器被数字化话音编码 产生260个比特流 并被分成 50个最重要比特 加上3个奇偶校验比特 分组码 132个重要比特 加上4个尾比特78个不重要比特 IS 95中的卷积码 IS 95标准对正反向信道采用不同的编码方式 正向信道除导频信道外的所有信道均使用 2 1 9 卷积编码 卷积码的码率为1 2 反向信道使用 3 1 9 卷积编码 码率为1 3 卷积码译码 大数逻辑译码 又称门限译码 该译码方法是从线性码的伴随式出发 找到一组特殊的能够检查信息位置是否发生错误的方程组 从而实现纠错译码 概率译码维特比译码序列译码门限译码方法是以分组理论为基础的 其译码设备简单 速度快 但其误码性能要比概率译码法差 Viterbi译码 维特比译码是1967年维特比提出的一种概率译码法 实质上就是最大似然译码 译码准则 在数字与数据通信中 通信的可靠性一般用平均误码率Pe来度量 由概率论知 最小的Pe等效于最大后验概率 在信源先验等概的条件下 最大后验概率等效于最大似然概率 对于无记忆二进制对称信道 BSC 最大似然概率又等效于最小汉明距离 因此硬判决维特比译码的判决度量值是汉明距离 判决准则是最小汉明距离准则 软判决维特比译码基于离散无记忆信道 DMC 模型 判决度量值是似然概率值 判决准则是最大似然准则 软判决比硬判决的复杂性增加不多 但性能提高1 5 2dB 故目前的维特比算法中常采用软判决 2 3 3交织编码技术 目的 把一个较长的突发差错离散成随机差错 再利用纠正随机差错的编码技术消除随机误差 原因 深度衰落时间较长 人为干扰大 自然突发噪声 交织器结构 交织深度M交织深度越大 抗突发差错能力越强 交织器原理 交织器原理 交织 解交织步骤 发送数据 块 信道编码 发送端交织存储器为一个行列交织矩阵存储器 它按行写入 按列读出交织器输出后并送入突发信道的信号在接收端 将受突发干扰的信号送入解交织器 解交织器也是一个行列交织矩阵的存储器 它是按列写入 按行读出 正好与交织矩阵规律相反 2 3 4Turbo码及其关键技术 在ICC 93由C Berrou等人提出具有接近仙农极限的编码性能关键技术递归系统卷积码非均匀交织器软输出译码算