第3章 无线通信基本技术-1

1、第3章 无线通信基本技术 1 3.1 3.1 信源编码信源编码 3.2 3.2 信道编码信道编码 3.3 3.3 调制技术调制技术 3.4 3.4 多址技术多址技术 3.5 3.5 抗衰落技术抗衰落技术 第第3 3章章 无线通信基本技术无线通信基本技术 第3章 无线通信基本技术 2 信号在无线信道中传播的随参特性主要由以下几个方面信号在无线信道中传播的随参特性主要由以下几个方面: 1）首先无线信道存在各种噪声（人为噪声和自然噪）首先无线信道存在各种噪声（人为噪声和自然噪 声），这些噪声对通信质量的影响很大；声），这些噪声对通信质量的影响很大； 2）其次无线通信容易受到各种干扰的影响，如同频干）

2、其次无线通信容易受到各种干扰的影响，如同频干 扰、多址干扰、人为干扰等；扰、多址干扰、人为干扰等； 3）无线信道存在多径效应和衰落现象以及多普勒效应，）无线信道存在多径效应和衰落现象以及多普勒效应， 使得传输参数具有时变性；使得传输参数具有时变性； 4）信道传输参数受时间、温度、湿度、地域、空域等）信道传输参数受时间、温度、湿度、地域、空域等 因素影响，也会造成无线信道的多参变特性。因素影响，也会造成无线信道的多参变特性。 第3章 无线通信基本技术 3 无线信道的无线信道的随参特性随参特性恶化了通信环境，需要采取一些新恶化了通信环境，需要采取一些新 的技术手段来提高系统的有效性和可靠性。的技术

3、手段来提高系统的有效性和可靠性。 1）采用压缩编码技术，充分利用有限的频谱资源；）采用压缩编码技术，充分利用有限的频谱资源； 2）采用具有检错和纠错的编码技术，克服信道存在各种）采用具有检错和纠错的编码技术，克服信道存在各种 噪声与干扰；噪声与干扰； 3）采用调制解调技术，提高频谱利用率；）采用调制解调技术，提高频谱利用率； 4）采用均衡技术，克服数字传输中的码间串扰；）采用均衡技术，克服数字传输中的码间串扰； 5）采用分集接收技术，减小多径衰落；）采用分集接收技术，减小多径衰落； 6）为了实现多址连接通信，还要研究各种多址技术等。）为了实现多址连接通信，还要研究各种多址技术等。 第3章 无线

4、通信基本技术 4 3.1 信源编码信源编码 信源编码的研究目的：信源编码的研究目的：在不失真或允许一定失真的条件下，在不失真或允许一定失真的条件下， 如何利用尽可能少的信道容量传送尽可能高质量的信息，如何利用尽可能少的信道容量传送尽可能高质量的信息， 以便提高信息传输效率。以便提高信息传输效率。 信源编码实质信源编码实质就是将信息的原始符号按一定规则进行的一就是将信息的原始符号按一定规则进行的一 种变换。种变换。 信源编码分为信源编码分为有损编码有损编码和和无损编码无损编码两种。两种。 无失真编码无失真编码：零失真的信源编码；：零失真的信源编码； 有损编码有损编码：失真较小并且处于可接受范围内

5、的信源编码。：失真较小并且处于可接受范围内的信源编码。 由于实际上完全无失真地传输信息是不可能的，所以实由于实际上完全无失真地传输信息是不可能的，所以实 际上使用的都是有损编码。际上使用的都是有损编码。 第3章 无线通信基本技术 5 3.1.1 语音编码语音编码 在通信系统中，语音编码是相当重要的。因为在很大程在通信系统中，语音编码是相当重要的。因为在很大程 度上，度上，语音编码决定了接收到的语音的质量和系统容量。语音编码决定了接收到的语音的质量和系统容量。 在编码器能够传送高质量语音的前提下，如果比特率越在编码器能够传送高质量语音的前提下，如果比特率越 低，那么在一定的带宽内就可以容纳更多的

6、语音通道。低，那么在一定的带宽内就可以容纳更多的语音通道。 语音编码方法应满足以下几个基本要求：语音编码方法应满足以下几个基本要求： 编码速率要低，话音质量要高；编码速率要低，话音质量要高； 有较强的抗干扰性能；有较强的抗干扰性能； 编译码延时要短，延时应控制在几十毫秒以内；编译码延时要短，延时应控制在几十毫秒以内； 编译码器设计要简单，功耗小，便于小型化集成。编译码器设计要简单，功耗小，便于小型化集成。 为了在有限的带宽内可以容纳更多的用户，需要对语音为了在有限的带宽内可以容纳更多的用户，需要对语音 信号进行压缩编码。信号进行压缩编码。 第3章 无线通信基本技术 6 根据语音编码压缩方式的不

7、同，可以把语音编码器分根据语音编码压缩方式的不同，可以把语音编码器分 成两类成两类:波形编码器波形编码器和和声码器（参量编码器）声码器（参量编码器）。 波形编码波形编码是将时域的模拟语音信号经过采样、量化、编码是将时域的模拟语音信号经过采样、量化、编码 形成数字的语音信号的过程形成数字的语音信号的过程(将波形直接变换成数字码流将波形直接变换成数字码流)。 如脉冲编码调制如脉冲编码调制(PCM）、增量调制（）、增量调制（M）等都属于波形）等都属于波形 编码。编码。 编码速率：编码速率：1664 kb/s。 优点：优点：可以获得很好的语音质量；可以获得很好的语音质量； 缺点：缺点：比特率较高，比特

8、率较高，需要占据较大的传输带宽。需要占据较大的传输带宽。 波形编码在传统的公共交换电话网（波形编码在传统的公共交换电话网（PSTN）中广泛使）中广泛使 用。由于编码速率较高，无线传输时需要占用的频带较宽，用。由于编码速率较高，无线传输时需要占用的频带较宽， 所以所以适合用于有线通信，适合用于有线通信，不适合不适合于于无线通信无线通信。 第3章 无线通信基本技术 7 声码器是一种基于信源模型的参量编码器。声码器是一种基于信源模型的参量编码器。 参量编码参量编码是基于人类语言发声机理，应用数字信号处理是基于人类语言发声机理，应用数字信号处理 技术，在频域或其他变换域提取表征语音的特征参量，然技术，

9、在频域或其他变换域提取表征语音的特征参量，然 后对特征参量进行编码的一种方法后对特征参量进行编码的一种方法(即用一组特征参量表示即用一组特征参量表示 语音信号语音信号)。由于只需传输语音的特征参量，是一种低速率。由于只需传输语音的特征参量，是一种低速率 的语音编码方法。如线性预测编码（的语音编码方法。如线性预测编码（LPC）属于参量编码。）属于参量编码。 编码速率：编码速率：1.24.8 kb/s。 优点：优点：编码速率较低，占用带宽较小，适合无线通信。编码速率较低，占用带宽较小，适合无线通信。 缺点：缺点：话音质量只能达到中等水平，不能满足商用语音通话音质量只能达到中等水平，不能满足商用语音

10、通 信的要求。信的要求。 第3章 无线通信基本技术 8 混合编码方法混合编码方法是目前无线通信系统中广泛使用的是目前无线通信系统中广泛使用的语音语音 编码技术。编码技术。 混合编码是将波形编码和声码器原理结合起来实现的。混合编码是将波形编码和声码器原理结合起来实现的。 混合编码信号中既包含部分波形编码信息，又有若干语音混合编码信号中既包含部分波形编码信息，又有若干语音 特征参量信息，特征参量信息，以较低的比特率获得较高的质量以较低的比特率获得较高的质量。如规则。如规则 脉冲激励线性预测编码（脉冲激励线性预测编码（RPE-LTP）(用于用于GSM系统系统)、矢、矢 量和激励线性预测编码（量和激励

11、线性预测编码（VSELP） (用于窄带用于窄带CDMA系统系统) 等属于混合编码方法。等属于混合编码方法。 编码速率编码速率：416 kb/s。 第3章 无线通信基本技术 9 如果编码器的速率越低，算法越复杂，则时延与费用就会越高如果编码器的速率越低，算法越复杂，则时延与费用就会越高 需要在以上几个因素中寻求一个平衡点需要在以上几个因素中寻求一个平衡点 u移动通信系统在选择语音编码器时要考虑几个因素：移动通信系统在选择语音编码器时要考虑几个因素： 压缩后的语音质量压缩后的语音质量 系统的容量系统的容量 系统的开销系统的开销 端到端编码时延端到端编码时延 编码器算法的复杂性编码器算法的复杂性 对

12、传输误码的影响对传输误码的影响 第3章 无线通信基本技术 10 美国美国USDC系统（系统（IS-54）运用）运用8 kb/s的的VSELP （矢量和（矢量和 激励线性预测编码激励线性预测编码) 语音编解码器，将模拟系统（语音编解码器，将模拟系统（AMPS） 的容量提高了的容量提高了3倍。倍。 CDMA蜂窝系统（蜂窝系统（IS-95）中所采用的是）中所采用的是CELP（码激（码激 励线性预测编码）方式。励线性预测编码）方式。 由于由于CDMA系统内部具有抗干扰能力和扩展带宽的能系统内部具有抗干扰能力和扩展带宽的能 力，所以，可以运用力，所以，可以运用低比特率语音编解码器低比特率语音编解码器，而

13、无需考虑，而无需考虑 对于传输误差的影响。对于传输误差的影响。 第3章 无线通信基本技术 11 表3-1 用于各种移动通信系统的语音编码方式 第3章 无线通信基本技术 12 例例3-1 某一个数字移动通信系统，其前向信道频率带宽 为810826 MHz，反向信道频率带宽为940956 MHz。假设 90%的带宽用于语音业务，用FDMA多址接入方式，至少支 持1150个同时呼叫，调制方案的频谱效率为1.68 (b/s)/Hz， 为避免信道恶化产生的误码率，需要用比率为1/2的FEC前 向纠错编码。请求出用于该系统的语音编码器传输比特率的 上限。 第3章 无线通信基本技术 13 解解： 系统可用的

14、语音信道的带宽=0.9（826810）= 14.4 MHz，用户数=1150， 则最大的语音信道带宽=12.5 kHz 频谱效率=1.68 （b/s）/Hz 则最大的信道传输数据速率=1.6812 500 b/s=21 kb/s FEC编码比率=0.5 则最大的净数据率=210.5 kb/s=10.5 kb/s 这样，需要的语音编码器的数据速率小于或等于10.5 kb/s 1150 MHz 4 .14 第3章 无线通信基本技术 14 3.1.2 数据压缩编码数据压缩编码 在无线通信系统中除了语音业务之外，还包括如在无线通信系统中除了语音业务之外，还包括如 文字、图像、视频、动画等多媒体信息。这

15、些多媒体文字、图像、视频、动画等多媒体信息。这些多媒体 所包含的数据量相对都比较大，在相同条件下要比语所包含的数据量相对都比较大，在相同条件下要比语 音的数据量大音的数据量大1000倍以上。所以如果要把数据量大的倍以上。所以如果要把数据量大的 多媒体信息在有限的空间进行存储和传输，就必须采多媒体信息在有限的空间进行存储和传输，就必须采 用数据压缩技术。用数据压缩技术。 第3章 无线通信基本技术 15 数据压缩的依据：数据压缩的依据： 1、视频图像或音频信号等原始信号存在着很大的冗余度；、视频图像或音频信号等原始信号存在着很大的冗余度； 2、人耳听觉特性人耳听觉特性 uu人耳对不同频段声音的敏感

16、程度不同，通常对低频比对高人耳对不同频段声音的敏感程度不同，通常对低频比对高 频更敏感频更敏感 uu人耳对语音信号的相位不敏感人耳对语音信号的相位不敏感 3 3、人眼视觉特性人眼视觉特性 uu 人的视觉对亮度信息很敏感，而对边缘的急剧变化不敏人的视觉对亮度信息很敏感，而对边缘的急剧变化不敏 感（视觉遮盖效应）感（视觉遮盖效应） 所以，人对压缩后恢复的图像或音频信号仍有较满意的所以，人对压缩后恢复的图像或音频信号仍有较满意的 主观感觉主观感觉 第3章 无线通信基本技术 16 1. 数据冗余数据冗余 “冗余冗余”一般是指多余或是重复量非常大的数据。我一般是指多余或是重复量非常大的数据。我 们可以通

17、过减小冗余来减小存储空间。们可以通过减小冗余来减小存储空间。 可利用的冗余有如下几种：可利用的冗余有如下几种： 1） 空间冗余空间冗余 2） 时间冗余时间冗余 3） 结构冗余结构冗余 4） 信息熵冗余（编码冗余）信息熵冗余（编码冗余） （1） 空间冗余空间冗余 规则物体和规则背景的表面物理特性具有相关性，这规则物体和规则背景的表面物理特性具有相关性，这 些相关性的光成像结果在数字化图像中就表现为数据冗余。些相关性的光成像结果在数字化图像中就表现为数据冗余。 如一个颜色均匀的块，其区域中所有点的光强和色彩以及如一个颜色均匀的块，其区域中所有点的光强和色彩以及 饱和度基本相同，它的数据表达就有很大

18、的冗余。饱和度基本相同，它的数据表达就有很大的冗余。 第3章 无线通信基本技术 17 2） 时间冗余时间冗余 序列图像（电视、运动图像）和语音数据中经常含有序列图像（电视、运动图像）和语音数据中经常含有 冗余。例如，图像序列中的两幅相邻图像，后一幅图像与冗余。例如，图像序列中的两幅相邻图像，后一幅图像与 前一幅图像之间有较大的相关，这反映为时间冗余。前一幅图像之间有较大的相关，这反映为时间冗余。 3） 结构冗余结构冗余 有些图像从结构上看存在着非常强的纹理结构。例如，有些图像从结构上看存在着非常强的纹理结构。例如， 草席图像在结构上存在冗余。草席图像在结构上存在冗余。 4） 信息熵冗余信息熵冗

19、余 信息熵是指一组数据携带的信息量。实际数据编码的信息熵是指一组数据携带的信息量。实际数据编码的 码长按概率对应的数据量往往大于信息熵，这就是信息熵码长按概率对应的数据量往往大于信息熵，这就是信息熵 冗余，或称为编码冗余。冗余，或称为编码冗余。 第3章 无线通信基本技术 18 2. 数据压缩方法数据压缩方法 数据压缩编码数据压缩编码是按照特定的编码机制，用较少的数据位是按照特定的编码机制，用较少的数据位 元表示信息的过程。元表示信息的过程。根据解码后数据与原始数据是否完全一根据解码后数据与原始数据是否完全一 致，致，数据压缩方法一般分为以下两类：数据压缩方法一般分为以下两类： (1) 无损压缩

20、：无损压缩：解码图像与原始图像严格相同，压缩比在解码图像与原始图像严格相同，压缩比在 2:15:1之间，如之间，如Huffman编码、算术编码、行程长度编码等。编码、算术编码、行程长度编码等。 (2) 有损压缩：有损压缩：还原图像与原始图像存在一定的误差，但视觉还原图像与原始图像存在一定的误差，但视觉 效果一般可以接受，压缩比可以从几倍到上百倍，如效果一般可以接受，压缩比可以从几倍到上百倍，如PCM （脉冲编码调制）、预测编码、以及新一代的数据压缩方法（脉冲编码调制）、预测编码、以及新一代的数据压缩方法 （如矢量量化和子带编码、基于模型的压缩、分形压缩和小（如矢量量化和子带编码、基于模型的压缩

21、、分形压缩和小 波变换压缩等）。波变换压缩等）。 第3章 无线通信基本技术 19 根据数据压缩的原理进行划分，根据数据压缩的原理进行划分，压缩编码方法有以下几类：压缩编码方法有以下几类： （1） 预测编码。预测编码。 该法是利用空间中相邻数据的相关性，利用过去和现在出该法是利用空间中相邻数据的相关性，利用过去和现在出 现过的点的数据情况来预测未来点的数据。常用的方法是差分现过的点的数据情况来预测未来点的数据。常用的方法是差分 脉冲编码调制脉冲编码调制(DPCM)和自适应差分脉冲编码调制和自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)。 （2） 变换编码。变换编码。 该法将时域信号变换到频域空间上进行处理

22、。在时域空间该法将时域信号变换到频域空间上进行处理。在时域空间 上具有强相关的信号，反映在频域上某些特定的区域内能量常上具有强相关的信号，反映在频域上某些特定的区域内能量常 被集中在一起，我们只需将主要注意力放在相对小的区域上，被集中在一起，我们只需将主要注意力放在相对小的区域上， 从而实现压缩。一般采用正交变换，如离散余弦变换从而实现压缩。一般采用正交变换，如离散余弦变换(DCT)、 离散傅里叶变换离散傅里叶变换(DFT)和小波变换和小波变换(WT)等来实现压缩算法。等来实现压缩算法。 第3章 无线通信基本技术 20 （3） 量化与向量量化编码。量化与向量量化编码。 对模拟信号进行数字化时，

23、要经历一个量化的过程。对模拟信号进行数字化时，要经历一个量化的过程。 为了使整体量化失真最小，就必须依照统计的概率分布设为了使整体量化失真最小，就必须依照统计的概率分布设 计最优的量化器。计最优的量化器。 我们对像元点进行量化时，除了每次仅量化一个点的做我们对像元点进行量化时，除了每次仅量化一个点的做 法外，也可以考虑一次量化多个点的做法，这种方法称为法外，也可以考虑一次量化多个点的做法，这种方法称为 向量量化。向量量化。例如，我们可以每次量化相邻的两个点，将两例如，我们可以每次量化相邻的两个点，将两 个点用一个量化码字表示。向量量化的数据压缩能力实际个点用一个量化码字表示。向量量化的数据压缩

24、能力实际 上与预测方法相近。上与预测方法相近。 第3章 无线通信基本技术 21 （4） 统计编码（信息熵编码）。统计编码（信息熵编码）。 该法是根据信息熵原理，让出现概率大的符号用短的该法是根据信息熵原理，让出现概率大的符号用短的 码字表达，反之用长的码字表示。最常见的统计编码方法码字表达，反之用长的码字表示。最常见的统计编码方法 有有Huffman 编码、编码、Shannon 编码以及算术编码。编码以及算术编码。 （5） 子带（子带（subband）编码。）编码。 该法是将数据变换到频域后，按频域分带，然后用不该法是将数据变换到频域后，按频域分带，然后用不 同的量化器进行量化，从而达到最优的

25、组合；或者分步渐同的量化器进行量化，从而达到最优的组合；或者分步渐 近编码，在初始时，对某一频带的信号进行解码，然后逐近编码，在初始时，对某一频带的信号进行解码，然后逐 渐扩展到所有频带。随着解码数据的增加，解码数据也逐渐扩展到所有频带。随着解码数据的增加，解码数据也逐 渐变得清晰。渐变得清晰。 第3章 无线通信基本技术 22 （6） 模型编码。模型编码。 该法是在图像编码中，编码时首先将图像中的边界、该法是在图像编码中，编码时首先将图像中的边界、 轮廓、纹理等结构特征找出来，然后保存这些参数信息，轮廓、纹理等结构特征找出来，然后保存这些参数信息， 解码时根据结构和参数信息进行合成，恢复原始图

26、像。具解码时根据结构和参数信息进行合成，恢复原始图像。具 体的模型编码方法有轮廓编码、域分割编码、分析合成编体的模型编码方法有轮廓编码、域分割编码、分析合成编 码、识别合成编码、基于知识的编码和分形编码等。码、识别合成编码、基于知识的编码和分形编码等。 第3章 无线通信基本技术 23 3.2 信道编码信道编码 3.2.1 信道编码的基本概念信道编码的基本概念 信道编码信道编码的的目的目的是为了保证通信系统的传输可靠性，克服信是为了保证通信系统的传输可靠性，克服信 道中的噪声和干扰而专门设计的一类抗干扰技术和方法。道中的噪声和干扰而专门设计的一类抗干扰技术和方法。 信道编码的定义信道编码的定义

27、根据一定的规律，在待发送的信息码元中人为的加入一根据一定的规律，在待发送的信息码元中人为的加入一 些必要的（监督）码元。在接收端根据规律，发现和纠正差些必要的（监督）码元。在接收端根据规律，发现和纠正差 错，以提高码元传输的可靠性。错，以提高码元传输的可靠性。 第3章 无线通信基本技术 24 信道编码的分类信道编码的分类 按照功能和结构分类，最常用的信道编码可以分为以按照功能和结构分类，最常用的信道编码可以分为以 下三类。下三类。 （1） 仅具有发现差错功能的仅具有发现差错功能的检错编码检错编码，如循环冗余校，如循环冗余校 验验CRC码、自动请求重传码、自动请求重传ARQ等。等。 （2） 具有

28、自动纠正差错功能的具有自动纠正差错功能的纠错编码纠错编码，如循环码中，如循环码中 BCH码、码、RS码、卷积码、级联码、码、卷积码、级联码、Turbo码等。码等。 （3） 既有既有检错又有纠错功能的信道编码检错又有纠错功能的信道编码，最典型的是，最典型的是 混合混合ARQ，又称为，又称为HARQ。 第3章 无线通信基本技术 25 3.2.2 线性分组码线性分组码 线性分组码通常是按照代数规律构造的，故又称为线性分组码通常是按照代数规律构造的，故又称为代数代数 编码编码；在分组码中，校验位被加到信息位之后，以形成新的；在分组码中，校验位被加到信息位之后，以形成新的 码字码字(或码组或码组)。一般

29、记为。一般记为(n, k)码。其中，码。其中，k为信息码长度，为信息码长度， n 为码组长度，为码组长度，n-k为监督码元长度。在分组编码时，为监督码元长度。在分组编码时，k个信息个信息 位被编为位被编为n个比特，个比特， 而而n-k个校验位的作用就是检错和纠错。个校验位的作用就是检错和纠错。 编码效率编码效率是原始信息速率与信道信息速率的比值：是原始信息速率与信道信息速率的比值： 分组码一种前向纠错分组码一种前向纠错(FEC)编码。它是一种不需重复发送编码。它是一种不需重复发送 就可以检出并纠正有限个错误的编码。就可以检出并纠正有限个错误的编码。 k n 第3章 无线通信基本技术 26 （1

30、） (7，3)线性分组码编码方程。线性分组码编码方程。 设输入信息为设输入信息为u=（u0 u1 u2） （3-2-1） 输出码元为输出码元为c=（c0 c1 c2 c3 c4 c5 c6） （3-2-2） 则编码的线性方程如下：则编码的线性方程如下： 信息位 22 11 00 uc uc uc (3-2-3) (3-2-4) 监督位 216 105 2104 203 uuc uuc uuuc uuc 可见，输出码组中，前三位码元就是信息位的简单重可见，输出码组中，前三位码元就是信息位的简单重 复，后四位是监督位，由前复，后四位是监督位，由前3个信息值的线性组合构成。个信息值的线性组合构成。

31、第3章 无线通信基本技术 27 将线性方程写成对应矩阵形式为将线性方程写成对应矩阵形式为 (3-2-5) 0123456 012 () 1001110 () 0100111 0011101 ccccccc uuu c =uG 若若 G=(IQ) (3-2-6) 其中，其中，G为生成矩阵为生成矩阵， I为单位矩阵，相当于信息码。为单位矩阵，相当于信息码。 c为为 系统码。系统码。 可见，已知信息码组可见，已知信息码组u与生成矩阵与生成矩阵G，即可生成系统，即可生成系统 码。码。生成矩阵生成矩阵G主要用于编码器产生码组。主要用于编码器产生码组。 第3章 无线通信基本技术 28 (2) 监督方程组。

32、监督方程组。 若将上述编码方程中后四位监督方程改写如下：若将上述编码方程中后四位监督方程改写如下： (3-2-7) 30202023 40120120124 50101015 61212026 0 0 0 0 cuuccccc cuuuccccccc cuuccccc cuuccccc 第3章 无线通信基本技术 29 上述线性方程可改写成下列矩阵形式：上述线性方程可改写成下列矩阵形式： (3-2-8) 0 1 2 3 4 5 6 10110000 11101000 11000100 11100010 c c c c c c c 即即HcT=0T 或或 H=(PI ) 称称H为监督矩阵为监督矩阵

33、(校验矩阵校验矩阵)。 它决定了信息码元与监督码元之间的校验关系。它决定了信息码元与监督码元之间的校验关系。 监督矩阵监督矩阵H 一般用于译码。一般用于译码。 第3章 无线通信基本技术 30 3.2.3 循环码循环码 循环码是线性分组码中最重要的一个子类，绝大多数实循环码是线性分组码中最重要的一个子类，绝大多数实 用的线性分组码都是循环码。用的线性分组码都是循环码。 循环码特点：循环码特点： 1、是在严密的代数学理论基础上建立起来的、是在严密的代数学理论基础上建立起来的 2、编码解码设备相对简单、编码解码设备相对简单 3、检错纠错能力较强、检错纠错能力较强 4、理论上有成熟的代数结构，可采用码

34、多项式描述，能够、理论上有成熟的代数结构，可采用码多项式描述，能够 用移位寄存器来实现。用移位寄存器来实现。 第3章 无线通信基本技术 31 循环码具有循环码具有循环推移不变性循环推移不变性，若，若c=(c0 c1 c2 cn 1)为 为 循环码，则将循环码，则将c左移、右移若干位后仍为循环码，且循环周左移、右移若干位后仍为循环码，且循环周 期为期为n。对任意一个。对任意一个n维循环码，均可找到一个维循环码，均可找到一个n-1阶的码多阶的码多 项式唯一确定，即项式唯一确定，即 c(x)=(c0+c1x+cn 1xn1) (3-2-11) 利用循环特性，可将上面线性码的生成矩阵利用循环特性，可将

35、上面线性码的生成矩阵G进一步简化为进一步简化为 生成多项式生成多项式g(x)。同理。同理, 监督矩阵监督矩阵H也可以进一步简化为也可以进一步简化为监督监督 多项式多项式h(x) 。 循环码有很强的检错能力，同时实现起来也比较简单。循环码有很强的检错能力，同时实现起来也比较简单。 循环冗余监督循环冗余监督(CRC)码就是常见的检错码，目前得到了广泛码就是常见的检错码，目前得到了广泛 应用。应用。 第3章 无线通信基本技术 32 3.2.4 卷积码卷积码 线性分组码是把线性分组码是把k个信息比特编成个信息比特编成n个比特的码组，个比特的码组， 而每个码组的而每个码组的n-k个监督位仅与本码组的个监

36、督位仅与本码组的k个信息位有关，个信息位有关， 与其他码组无关。因此，为了达到一定的纠错能力和编与其他码组无关。因此，为了达到一定的纠错能力和编 码效率，分组码的码组长度一般都要求比较大，且编译码效率，分组码的码组长度一般都要求比较大，且编译 码时必须把整个信息码组存储起来。码时必须把整个信息码组存储起来。 由此产生的问题：译码时延随由此产生的问题：译码时延随n的增加而增加，这显的增加而增加，这显 然不利于码的串行传输。于是人们提出了另外一种编码然不利于码的串行传输。于是人们提出了另外一种编码 方法方法卷积码，它有效地解决了这个问题。卷积码，它有效地解决了这个问题。 第3章 无线通信基本技术

37、33 卷积码与分组码相比，主要区别如下：卷积码与分组码相比，主要区别如下： 相同之处：相同之处：卷积码也是将卷积码也是将k个信息比特编成个信息比特编成n个比特，但个比特，但k和和n 通常很小，特别适合以串行的形式进行传输，时延小。通常很小，特别适合以串行的形式进行传输，时延小。 不同之处：不同之处：卷积码不在是把信息序列分组后再进行单独编码，卷积码不在是把信息序列分组后再进行单独编码， 而是由连续输入的信息序列得到连续输出的已编码序列。卷而是由连续输入的信息序列得到连续输出的已编码序列。卷 积码编码后的积码编码后的n个码元不仅与当前段的个码元不仅与当前段的k个信息有关，还与前个信息有关，还与前

38、 面的面的M段信息有关，编码过程中互相关联的码元个数为段信息有关，编码过程中互相关联的码元个数为nM。 在同样复杂度的条件下，卷积码可以比分组码获得更大的编在同样复杂度的条件下，卷积码可以比分组码获得更大的编 码效率。码效率。 第3章 无线通信基本技术 34 把卷积码记为把卷积码记为(n， k， m)，其中，其中k表示输入信息的路数，表示输入信息的路数， n表示码元输出路数，表示码元输出路数，m表示编码器中寄存器的节数。表示编码器中寄存器的节数。 卷积码的典型结构可看做由卷积码的典型结构可看做由k个输入端、个输入端、 n个输出端、个输出端、m节节 寄存器构成的一个有限状态。寄存器构成的一个有限

39、状态。 图3-1 卷积码的典型编码器结构 第3章 无线通信基本技术 35 卷积码的描述方法卷积码的描述方法 一般有两种：一般有两种：图解法和解析表示图解法和解析表示。着重于图解法，。着重于图解法， 即树图法和网格图法。即树图法和网格图法。 1)树图法树图法 以带有分支的树的形式表示编码器的结构。以带有分支的树的形式表示编码器的结构。 树的分支表示编码器的各种状态和输出。树的分支表示编码器的各种状态和输出。 2)网格图法网格图法 由于树状图中有节点状态的重复，人们将重由于树状图中有节点状态的重复，人们将重 复状态节点进行合并，得到一种更为紧凑的表示复状态节点进行合并，得到一种更为紧凑的表示 法法

40、网格图法。但是不如树图那样能显示编码网格图法。但是不如树图那样能显示编码 路线。路线。 第3章 无线通信基本技术 36 卷积码的译码主要分为代数译码和概率译码。卷积码的译码主要分为代数译码和概率译码。 代数译码是纠错译码的经典方法。常用的代数译代数译码是纠错译码的经典方法。常用的代数译 码为大数译码逻辑，其特点是电路简单，编码增益码为大数译码逻辑，其特点是电路简单，编码增益 低。低。 概率译码是纠错译码的新方法，该法考虑了信概率译码是纠错译码的新方法，该法考虑了信 道的统计特性。常用概率译码的有序列译码、维特道的统计特性。常用概率译码的有序列译码、维特 比译码、堆栈译码，特点是电路复杂，编码增

41、益高。比译码、堆栈译码，特点是电路复杂，编码增益高。 就其性能来说，维特比译码最好，堆栈译码最差；就其性能来说，维特比译码最好，堆栈译码最差； 但从实现复杂度来看，维特比译码最复杂，堆栈译但从实现复杂度来看，维特比译码最复杂，堆栈译 码最简单。码最简单。 第3章 无线通信基本技术 37 补充：交织编码补充：交织编码 移动通信的特点是传输的信号常常是连续的一段被干扰，但移动通信的特点是传输的信号常常是连续的一段被干扰，但 是卷积码或循环码的纠错能力也只限定在纠正不连续的误码，如是卷积码或循环码的纠错能力也只限定在纠正不连续的误码，如 果出现了果出现了连续误码连续误码，则无法解决。，则无法解决。

42、交织编码技术可解决该问题，即把一个消息块原来连续的比交织编码技术可解决该问题，即把一个消息块原来连续的比 特按一定规则分开发送传输，使突发差错信道变为离散信道。特按一定规则分开发送传输，使突发差错信道变为离散信道。 第3章 无线通信基本技术 38 交织编码的目的：交织编码的目的：把一个较长的突发性差错把一个较长的突发性差错离散离散成随机差错。成随机差错。 交织编码的分类：交织编码的分类：块交织，帧交织，卷积交织，分组交织等。块交织，帧交织，卷积交织，分组交织等。 块交织特点：块交织特点： 交织交织 按列写入，逐行读出；按列写入，逐行读出； 反交织反交织 按行写入，按列读出按行写入，按列读出 采

43、用交织技术后，如果传送过程中某块消息丢失，在恢复后采用交织技术后，如果传送过程中某块消息丢失，在恢复后 实际上只丢失每个信息块的一部分，而不至于全部丢失，这实际上只丢失每个信息块的一部分，而不至于全部丢失，这 样就很容易恢复那些被丢失的消息。样就很容易恢复那些被丢失的消息。 第3章 无线通信基本技术 39 交织码的优点：交织码的优点：在不增加新的监督码元的前提下，提在不增加新的监督码元的前提下，提 高了抗突发错误的能力。由于不会增加监督码元，从而高了抗突发错误的能力。由于不会增加监督码元，从而 不会降低编码效率。不会降低编码效率。 理论上讲，交织深度越大，抗突发错误的能力就越理论上讲，交织深度越大，抗突发错误的能力就越 强，但是要求译码器的暂存区也越大，而且译码延时也强，但是要求译码器的暂存区也越大，而且译码延时也 会相应加大。因此，实际工程中会根据设计成本和系统会相应加大。因此，实际工程中会根据设计成本和系统 的延时要求选取合适的交织深度。的延时要求选取合适的交织深度。 第3章 无线通信基本技术 40 3.2.5 Turbo编码编码 Turbo码原理：码原理：把信息源比特流通过交织后形成的各子把信息源比特流通过交织后形成的各子 码，组合成并行级联卷积码，