移動通信的編碼與調制技術

1、移動通信的編碼與調制技術 移動通信技術 1.1 移動通信的編碼技術 信源編碼： 把經過采樣和量化后的模擬信號變換成為數字脈沖信號的過程，稱為信源編碼。 (以語音編碼為主) 編碼技術信道編碼: 收發(fā)雙方通過一定的信道收發(fā)信息時采用的雙方協(xié)議的編碼方式，以便保證傳輸信息的完整性、可靠性和安全性。 利用語音信號及人的聽覺特征上的冗余性，在將冗余性壓縮（信息壓縮）的同時，將模擬語音信號轉變?yōu)閿底中盘柕倪^程。語音編碼技術在移動通信系統(tǒng)中與調制技術直接決定了系統(tǒng)的頻譜利用率。什么是語音編碼? 1、 移動通信的語音編碼技術 速率較低，純編碼速率應低于16kbits；在一定編碼速率下音質應盡可能高；編碼時延應

2、較短，控制在幾十毫秒以內；在強噪聲環(huán)境中，算法應具有較好的抗誤碼 性能，以保持較好的話音質量；算法復雜程度適中，易于大規(guī)模集成。 移動通信對數字語音編碼的要求波形編碼 參量編碼 混合編碼 1、 移動通信的語音編碼技術 波形編碼缺點能力要求編碼速率要求高，一般要求在1664kbits之間，所占用的頻帶較寬，只適用于有線通信系統(tǒng)中。優(yōu)點具有很寬范圍的語音特性;抗干擾能力強，具有優(yōu)良的的話音質量；技術成熟、復雜度低。費用適中。方法:直接對模擬語音取樣、量化，并用代碼表示。包括脈沖編碼調制（PCM）和增量調制（DM或M），自適應增量調制（ADM），差值脈沖編碼調制（DPCM），自適應差值脈沖編碼調制（

3、ADPCM）等。 PCM編碼原理：A律波形編碼，分3步： 采樣：在某瞬間測量模擬信號的值。采樣速率8kHz/s。 量化：對每個樣值用8個比特的量化值來表示對應的模擬信號瞬間值，即為樣值指配256（28）個不同電平值中的一個。 編碼：每個量化值用8個比特的二進制代碼表示，組成一串具有離散特性的數字信號流。 PCM編碼 PCM編碼不適用于GSM系統(tǒng) PCM編碼，數字鏈路上的數字信號比特速率為64kbits GSM系統(tǒng)如采用PCM進行話音編碼，8個話音信道就是512kbits。 GSM規(guī)范中規(guī)定：實際可用帶寬是200kHz。 因此必須大大降低每個話音信道的編碼的比特率，而選用其它話音編碼方式。PCM

4、編碼波形編碼 參量編碼 混合編碼 1、 移動通信的語音編碼技術 參量編碼缺點能力要求話音有明顯的失真，并且對噪聲較為敏感，話音質量一般，不能滿足商用話音質量的要求。優(yōu)點由于只需傳輸話音特征參量，因而語音編碼速率可以很低，一般在24.8 kbits之間，并且對話音可懂性沒有多少影響。方法:又稱聲源編碼，以發(fā)音機制的模型為基礎，用一套模擬聲帶頻譜特性的濾波器系數和若干聲源參數來描述這個模型，在發(fā)送端從模擬語音信號中提取各個特征參量并進行量化編碼。包括線性預測編碼（LPC）及各種改進型。波形編碼 參量編碼 混合編碼 1、 移動通信的語音編碼技術 GSM混合編碼原理 聲碼器編碼：速率低(5kbits)

5、，話音的失真性很大 波形編碼器：話音質量較高，比特速率相應較高。 GSM系統(tǒng)話音編碼器采用聲碼器和波形編碼器的混合物混合編碼器，稱為“規(guī)則脈沖激勵編碼長期預測編碼（RPE-LTP編碼器）”混合編碼混合編碼混合編碼=波形編碼參量編碼，力圖保持波形編碼話音的高質量與參量編碼的低速率。混合編碼數字語音信號中既包括若干語音特征參量又包括部分波形編碼信息。比特率一般在416 kbit/s之間，當編碼速率達到816 kbit/s范圍時，其話音達到商用話音通信標準的要求。包括規(guī)劃脈沖激勵長期預測編碼（RPE-LTP）應用于GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)、碼激勵線性預測編碼（CELP）應用于IS-95 CDMA蜂窩移

6、動通信系統(tǒng)。按照已知的方法把冗余位插入到信源提供的比特流中。信道譯碼器知道發(fā)射端所用的編碼方法，并檢查在接收端信息是否改變。如果信息發(fā)生變化，它能檢測出存在的傳輸錯誤，在某些情況下，還可以對錯碼進行糾正。有時也被稱為糾錯/檢測編碼。什么是信道編碼?2、移動通信的信道編碼技術 【舉例】假定要傳輸的信息是一個“0”或是一個“l(fā)”，為了提高保護能力，各添加3個比特： 信息 添加比特 發(fā)送比特 0 000 0000 1 111 1111 對于每一比特(0或1)，只有一個有效的編碼組(0000或l111)。如果收到的不是0000或1111，就說明傳輸期間出現了差錯。比例關系是1：4，必須發(fā)送4倍于比特的

7、比特數。信道編碼保護作用分析如下：接收編碼組可能為： 0000 0010 0110 0111 1111 判決結果： 0 0 X 1 1 如果4個比特中有1個是錯的，就可以校正它。例如發(fā)送的是0000，而收到的卻是0010，則判決所發(fā)送的是0。如果編碼組中有兩個比特是錯的，則只能能檢出它，如0ll0表明它是錯的，但不能校正。最后如果其中有3個或4個比特是錯的，則既不能校正它，也不能檢出它來。所以說這一編碼能校正1個差錯和檢出2個差錯。信道編碼2、移動通信的信道編碼技術 奇偶校驗碼重復碼循環(huán)冗余校驗碼卷積碼交織把信源編碼后的信息數據流分成等長碼組，在每一信息碼組之后加入一位（1比特）校驗碼元作為“

8、奇偶檢驗位”，使得總碼長n（中的碼重為偶數（稱為偶校驗碼）或為奇數（稱為奇校驗碼）。如果在傳輸過程中任何一個碼組發(fā)生一位（或奇數位）錯誤，則收到的碼組必然不再符合奇偶校驗的規(guī)律，因此可以發(fā)現誤碼。編碼速率較高；只能發(fā)現奇數個錯誤，無糾錯功能。原始信息：0011010101011101010100011編 碼 后：00110101 01011101 01010001 1奇 校 驗：00110101 001101011（碼重為奇）偶 校 驗：00110101 001101010（碼重為偶）奇偶校驗碼2、移動通信的信道編碼技術 奇偶校驗碼重復碼循環(huán)冗余校驗碼卷積碼交織將信息重復傳幾次，只要正確傳輸的

9、次數多于傳錯的次數，就可用少數服從多數的原則排除差錯。其特點是編碼/解碼速率較高；信道有效利用率低。 舉例： 00110101 0011010100110101重復碼2、移動通信的信道編碼技術 奇偶校驗碼重復碼循環(huán)冗余校驗碼卷積碼交織循環(huán)冗余校驗碼是先性分組碼，其特點是嚴密的數學理論基礎、編碼和解碼設備都中等復雜、檢（糾）錯能力較強。循環(huán)冗余校驗碼（CRC）有三個主要數學特征：循環(huán)性；即循環(huán)冗余校驗碼中任何一碼組循環(huán)一位（將最右端的碼移至左端）以后，仍為該碼中的一個碼組。循環(huán)冗余校驗碼組中，任兩個碼組之和（模2）必定為該碼組集合中的一個碼組。循環(huán)冗余校驗碼每個碼組中，各碼元之間還存在一個循環(huán)依

10、賴關系。循環(huán)冗余校驗碼舉例循環(huán)冗余校驗碼（CRC）編碼過程是將要發(fā)送的二進制序列看作是多項式的系數，除以生成多項式，然后把余數掛在原多項式之后。循環(huán)冗余校驗碼（CRC）譯碼過程是接收方用同一生成多項式除以接收到的循環(huán)冗余校驗（CRC）編碼，若余數為零，則傳輸無錯。2、移動通信的信道編碼技術 奇偶校驗碼重復碼循環(huán)冗余校驗碼卷積碼交織卷積碼是非線性編碼，其性能對于許多實際情況常優(yōu)于分組碼。卷積碼的特點：編碼簡單、設備簡單、性能高、適合解離散的差錯，對于連續(xù)的差錯效果不理想。卷積碼在它的信碼元中也有插入的校驗碼元但并不實行分組校驗，每一個檢驗碼元都要對前后的信息單元起校驗作用，整個編解碼過程也是一環(huán)

11、扣一環(huán)，連鎖地進行下去。卷積碼2、移動通信的信道編碼技術 奇偶校驗碼重復碼循環(huán)冗余校驗碼卷積碼交織接收端收到后先將序列存到一個與發(fā)端相同的交織寄存器矩陣，但按列的次序存入，存滿以后，按行的次序取出然后送進解碼器。在發(fā)送端，編碼序列在送入信道傳輸之前先通過一個“交織寄存器矩陣”。將輸入序列逐行存入寄存器矩陣，存滿以后，按列的次序取出，再送入傳輸信道。交織在通信系統(tǒng)中，原始電信號一般含有直流成分和頻率較低的頻譜分量，稱為基帶信號?；鶐盘柾荒苤苯幼鳛閭鬏斝盘?，必須將基帶信號轉換成適合信道傳輸的信號，并在接收端進行反變換。這個變換和反變換分別稱為調制和解調。經過調制的信號稱為已調信號或頻帶信號，

12、它攜帶信息，而且更適合在選定的信道中傳輸。什么是調制與解調? 1.2 移動通信的調制解調技術 語音編碼技術把它變換為0與1的二值信息。發(fā)信端發(fā)送的信息是0與1的組合,即基帶信號. 1.2 移動通信的調制解調技術 進行無線傳輸時,因基帶信號本身頻率很低,故不能照搬原樣以電波形式發(fā)射出去,即使作為電波發(fā)射時,有兩處以上同時發(fā)射就會相互干擾無法進行通信。 為了以電波形式發(fā)射信號,需要把基帶信號變?yōu)楦哳l正弦波信號,這種處理方法稱為調制。通過調制把基帶信號能量的大部分轉移到正弦高頻分量上,以電波形式發(fā)射出去。另外,如果每個發(fā)信機正弦波的頻率不同,即使多個發(fā)信機同時發(fā)射信號,接收方也不會有干擾。 1.2 移動通信的調制解調技術 商用的GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)采用高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）調制方式，IS-95 CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)前向信道采用四相移相鍵控（QPSK），反向信道采用交錯四相移相鍵控（OQPSK）調制方式。 1.2 移動通信的調制解調技術 數字信號的傳輸過程信源信源編碼器S信道編碼器m調制器 C信道解調器信道譯碼器m信源譯碼器S信宿 R 干擾