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LTE调制编码方式

LTE调制编码方式
LTE调制编码方式

LTE调制编码方式统计

一、LTE中的编码调制技术

调制方式

LTE被业界认为是准4G技术。LTE支持灵活的传输带宽、低时延、高速率和高移动性,采用OFDMA和SC-FDMA分别作为下行和上行多址方式。LTE定义的物理信道可以分为上行物理信道和下行物理信道,上行和下行均支持QPSK,16QAM,64QAM这三种调制方式(如图1)。

图1、LTE的调制方式

调制映射模式

不同的调制方式使用了不同的调制映射模式,调制映射采用二进制数0和1作为输入,产生复值调制符号x=I+jQ作为输出。

BPSK:BPSK 调制时,单比特)(i b将映射为复值调制符号x=I+jQ。

QPSK :QPSK 调制时, 两比特对)1(),(+i b i b 映射为复值调制符号x=I+jQ 。 16QAM :16QAM 调制时, 四比特对)3(),2(),1(),(+++i b i b i b i b 映射为复值调制符号x=I+jQ 。

64QAM :64QAM 调制时,六比特组)5(),4(),3(),2(),1(),(+++++i b i b i b i b i b i b 映射为复值调制符号x=I+jQ 。

不同信道的调试方式

不同的信道对应的调制方式也各不相同。

物理上行信道

上行物理共享信道基带信号处理步骤如下:

图2:上行物理信道处理流程

上行物理信道及其对应的调制方式如下:

图3:上行物理信道及其调制方式

物理下行信道

下行物理信道的基带信号处理按下列步骤进行:

图4: 物理下行信道处理过程

物理下行信道及其对应的调制方式如下:

图5:下行物理信道及其调制方式

自适应的调制和编码技术(AMC )

不同的调制方式有不同的特征,低价调制增加了较多的冗余导致实际效率较低,但能够保证较高的可靠性,高阶调试具有较高的效率但可靠性差,对信道条件提出了较高的要求,只有在信道很好的条件下才能获得较高的增益。因此LTE 引入了基于自适应的调制和编码技术(AMC )。UE 测量信道质量(即Channel Quality Indicator (CQI )),并报告给eNodeB ,eNodeB 基于CQI 来选择调制方式,数据块的大小和数据速率。

图6:AMC

协议定义了不同CQI对应的调制方式。但没有定义信道质量到CQI的定义关系。

图7:CQI与调制方式的映射

二、AMC实现方式的多样性

AMC是一种增强包数据传输性能的很有效的技术。由于AMC技术在同样带宽下可以提供更的传输速率,极大提高了频谱利用率,从而成为各种通信系统中备受关注的关键技术之一。在不同的系统中,AMC的具体算法也会有所不同。LTE 系统标准的物理层规范中定义了几种上述可选的编码和调制方式可供采用AMC

技术时选用,但标准中并未给出具体的AMC实现方法。因此不同厂商有自己的实现方案。这种实现方案的优劣直接决定了系统的性能。通过调制和编码方式的统计分析可以间接分析这种AMC实现方案的优劣,为网络优化提供必要的依据。

三、路测中调制方式的统计

由于将多址方式改为OFDMA 和SC-FDMA ,LTE 系统的资源映射和调度与基于CDMA 的3G 系统有本质的不同。OFDMA 和SC-FDMA 可以进行时域、频域和码域的灵活资源分配和调度,这种CDMA 系统中是无法实现的(CDMA 系统只能进行时域和码域的资源分配调度),这就是OFDMA 和SC-FDMA 系统的一大优势。动态调度带来的一个最重要的变化是LTE 系统不再使用3G 系统中使用的专用信道传送数据,而代之以共享信道,即不再为特定用户长时间保留固定的资源,而是将用户的数据分割成小块,然后依赖高效的调度机制将来自多个用户的数据块复用在一个共享的大的数据信道中,这种方式可以更好地适应具有突发(burst )特性的数据业务的传输。LTE 的上下行数据都是通过共享信道来传输,所有我们主要分析共享信道(PDSCH/PUSCH )的调制方式的统计方法。协议中定义了Modulation Order m Q 表示调制的阶数,2对应与QPSK ,4对应于16QAM ,6对应于64QAM ,

MCS Index M CS I 对应于编码方式,编码方式的范围1~31。通过路测软件我们可以得到编码方式MCS ,MCS 分为上行MCS 、下行MCS ,下行MCS 又分为码字0的MCS 和码字1的MCS 。这些都需要进行分别统计。

PDSCH 调制方式 PDSCH 调制顺序的决定

如果DCI 的CRC 用P-RNTI ,A-RNTI ,或者 SI-RNTI 进行扰码,在物理下行共享信道中UE 使用m Q = 2作为编码顺序,否者UE 使用M CS I 和表1来决定编码顺序(m Q )。

Table 1: Modulation and TBS index table for PDSCH

从表格中我们可以得出当使用P-RNTI ,A-RNTI ,或者 SI-RNTI 进行扰码是编码调制方式为PQSK ,否则MCS0~9+MCS29使用QPSK 调制,MCS10~16+MCS30使用16QAM 调制,MCS17~28+MCS31使用64QAM 调制。

PUSCH 调制方式

PUSCH 调制量级、冗余版本和传输块大小决定

对于物理上行共享信道,为了决定调制量级、冗余版本以及传输块大小,UE 首先: ? 读取信息域,即“调制与编码方案以及冗余版本”; ? 核实“CQI 请求”;

? 计算分配的PRBs (PRB N )的总数目;

? 对于控制信息,计算编码符号的数目。

调制量级与冗余版本决定

对于280M CS ≤≤I ,调制量级 (m Q ) 由如下所决定:

? 如果UE 能用于支持在PUSCH 中采用64QAM ,并且没有由高层配置为传输仅仅能采

用QPSK 和16QAM 调制,那么调制顺序由'

m Q 给出,如表2所示。

? 如果UE 不能用于支持在PUSCH 中采用64QAM ,并且由高层配置为传输仅仅能采用

QPSK 和16QAM 调制,那么首先从表2中读出'm Q 。调制顺序被设置为),4min('

m m Q Q =。

? 如果由高层提供的参数ttiBundling 被设置为TRUE ,那么资源分配大小被限制为

3PRB ≤N ,并且调制顺序 被设置为2=m Q 。

对于3129M CS ≤≤I ,如果29M CS =I ,在DCI 格式0中的“CQI 请求”比特被设置为1,并且4PRB ≤N ,调制量级被设置为2=m Q 。否则,调制量级从对于使用280M CS ≤≤I 的相同传输

块的带有DCI 格式0的PDCCH 中传输的DCI 来决定。如果没有这种PDCCH,调制量级由以下决定:

- 当相同传输块的初始PUSCH 被半持续调度时,用最近的半持续调度分配PDCCH 决定 或者

- 当PUDCH 是由随机接入响应准许初始发动的,用相同传输块的随机接入相应准许决定 UE 使用M CS I 和表2来决定使用在物理上行共享信道中的冗余版本(rv idx )。

Table 2: Modulation, TBS index and redundancy version table for PUSCH

从上述可以看出,PUSCH 调制方式的选择依赖于MCS 、PRB 个数等参数和手机等级设定,由下表可以看出只有LTE 终端等级为5时才能支持上行64QAM ,目前绝大部分终端都不是等级5。对于280M CS ≤≤I , MCS0~10使用QPSK 调制,终端等级5且没有配置仅仅能采用QPSK 和16QAM 调制的终端MCS10~20使用16QAM 调制,MCS21~28使用64QAM 调制。终端等级小于五的终端MCS10~28使用16QAM 调制。3129M CS ≤≤I ,如果29M CS =I ,在DCI 格式0中的“CQI 请求”比特被设置为1,并且4PRB ≤N ,调制量级被设置为QPSK 。否则,调制量级从对于使用280M CS ≤≤I 的相同传输块的带有DCI 格式0的PDCCH 中传输的DCI 来决定。如果没有这种PDCCH,调制量级由以下决定:- 当相同传输块的初始PUSCH 被半持续调度时,用最近的半持续调度分配PDCCH 决定 或者- 当PUDCH 是由随机接入响应准许初始发动的,用相同传输块的随机接入相应准许决定UE 使用M CS I 和表2来决定使用在物理上

行共享信道中的冗余版本(rv idx)。

图8LTE终端等级的上行参数

软件中的显示

在软件中主要针对上面的描述做了各种调制方式的统计和显示,具体显示如下:

基于Matlab的脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真课程设计任务书

课程设计任务书 题目: 脉冲编码调制(PCM)的实现 初始条件: 1、MATLAB软件; 2、脉冲编码调制相关知识。 要求完成的主要任务: 1、任务 实现脉冲编码调制(PCM)技术的三个过程:采样、量化与编码。 2、要求 用仿真软件对其进行验证,使其满足以下要求: (1)模拟信号的最高频率限制在4KHZ以内; (2)分别实现64级电平的均匀量化和A压缩率的非均匀量化; (3)按照13折线A律特性编成8位码。 时间安排: 第1,2天:分析题目,方案设计; 第3,4,5天:软件设计; 第6,7天:系统仿真; 第8天:答辩,完成设计说明书。 指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日

目录 摘要....................................................................... I Abstract................................................................... II 1 绪论 (1) 2 MATLAB简介 (2) 2.1 MATLAB软件简介 (2) 2.2 MATLAB程序设计方法 (2) 3 PCM脉冲编码原理 (4) 3.1 模拟信号的抽样及频谱分析 (4) 3.1.1 信号的采样 (4) 3.1.2 抽样定理 (4) 3.1.3 采样信号的频谱分析 (5) 3.2 量化 (5) 3.2.1 量化的定义 (5) 3.2.2 量化的分类 (6) 3.2.3 MATLAB的A律13折线量化 (12) 3.3 PCM编码 (13) 3.3.1 编码的定义 (13) 3.3.2 码型的选择 (13) 3.3.3 PCM脉冲编码的原理 (13) 4 PCM的MATLAB实现 (15) 4.1 PCM抽样的MATLAB实现 (15) 4.2 PCM量化的MATLAB实现 (18) 4.2.1 PCM均匀量化的MATLAB实现 (18) 4.2.2 PCM A律非均匀量化的MATLAB实现 (20) 4.3 PCM A律13折线编码的MATLAB实现 (22) 5 结果分析及总结 (25) 参考文献 (26)

信道编码

前言 计算机通信是一种以数据通信形式出现,在计算机与计算机之间或计算机与终端设备之间进行信息传递的方式。它是现代计算机技术与通信技术相融合的产物,在军队指挥自动化系统、武器控制系统、信息处理系统、决策分析系统、情报检索系统以及办公自动化系统等领域得到了广泛应用。计算机通信系统是经典的数字通信系统,它是计算机技术和通信技术结合的产物,一方面通信网络为计算机之间的数据传递和交换提供必要的设施和手段;另一方面,数字计算机技术的发展渗透到通信技术中,又提高了通信网络的各种性能,二者相互渗透、互相促进、共同发展。 由于计算机、卫星通信及高速数据网的飞速发展,数据的交换、处理和存储技术得到了广泛的应用,数字信号在传输中往往由于各种原因,使得在传送的数据流中产生误码,从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象,人们对数据传输和存储系统的可靠性提出来了越来越高的要求,经过长时间的努力,通过编译码来控制差错、提高可靠性的方式在信道传输中得到了大量的使用和发展,并形成了一门新的技术叫做纠错编码技术,纠错编码按其码字结构形式和对信息序列处理方式的不同分为两大类:分组码和卷积码。

第一章 信道编码 1.1 信道编码概述 1.1.1信道模型 信息必须首先转换成能在信道中传输或存储的信息后才能通过信道传送给收信者。在信息传输过程中,噪声或干扰主要是从信道引入的,它使信息通过信道传输后产生错误和失真。因此信道的输入和输出之间一般不是确定的函数关系,而是统计依赖的关系。只要知道信道的输入信号、输出信号以及它们之间的统计依赖关系,就可以确定信道的全部特性。 信道的种类很多,这里只研究无反馈、固定参数的单用户离散信道。 1.离散信道的数学模型 离散信道的数学模型一般如图6.1所示。图中输入和输出信号用随机矢量表示,输入信号为 X = (X 1, X 2,…, X N ),输出信号为Y = (Y 1, Y 2,…, Y N );每个随机变量X i 和Y i 又分别取值于符号集A ={a 1, a 2, …, a r }和B ={b 1, b 2, …, b s },其中r 不一定等于s ;条件概率P (y |x ) 描述了输入信号和输出信号之间的统计依赖关系,反映了信道的统计特性。 ),...,,(21N X X X X = )|(x y P ),...,,(21N Y Y Y Y = ∑=1)|(x y P 图1.1 离散信道模型 根据信道的统计特性即条件概率P (y |x ) 的不同,离散信道可以分为三种情况: (1)无干扰信道。信道中没有随机干扰或干扰很小,输出信号Y 与输入信号X 之间有确定的一一对应的关系。 (2)有干扰无记忆信道。实际信道中常有干扰,即输出符号与输入符号之间没有确定的对应关系。若信道任一时刻的输出符号只统计依赖于对应时刻的输入符号,而与非对应时刻的输入符号及其他任何时刻的输出符号无关,则这种信道称为无记忆信道。 (3)有干扰有记忆信道。这是更一般的情况,既有干扰又有记忆,实际信道往往是这种类型。在这一类信道中某一瞬间的输出符号不但与对应时刻的输入符号有关,而且与此前其他时刻信道的输入符号及输出符号有关,这样的信道称为有记忆信道。 2.单符号离散信道的数学模型 单符号离散信道的输入变量为X ,取值于{a 1, a 2, …, a r },输出变量为Y ,取值于{b 1, b 2, …, b s },并有条件概率 P (y |x )= P (y=b j |x=a i )= P (b j |a i ) (i =1,2,…,r ;j =1,2,…,s ) 这一组条件概率称为信道的传递概率或转移概率。

基于-Matlab的脉冲编码调制(PCM)系统设计和仿真

课程设计(论文)任务书 信息工程学院通信工程专业 14-2 班 一、课程设计(论文)题目脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真 二、课程设计(论文)工作自2017年1 月3日起至2017年1月 13日止。 三、课程设计(论文) 地点: 图书馆、寝室、通信实验室(4-410)。 四、课程设计(论文)容要求: 1.本课程设计的目的 (1)使学生掌握通信系统各功能模块的基本工作原理; (2)培养学生采用Matlab与Simulink相结合对各种编码与解码进行仿真的方法; (3)培养学生对PCM的理解能力; (4)能提高和挖掘学生对所学知识的实际应用能力即创新能力; (5)提高学生的科技论文写作能力。 2.课程设计的任务及要求 1)基本要求: (1)学习Matlab与Simulink仿真软件的使用; (2)对PCM,DPCM,ΔM编码与解码各功能模块的工作原理进行分析; (3)提出各种编码与解码电路的设计方案,选用合适的模块; (4)对所设计系统进行仿真; (5)并对仿真结果进行分析。 a. 采样定理的原理仿真 b. PCM编码与解码 c. DPCM编码与解码;增量调制(至少选做一种) 2)创新要求: 3)课程设计论文编写要求 (1)要按照书稿的规格打印誊写毕业论文 (2)论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、辞、附录等 (3)毕业论文装订按学校的统一要求完成 4)答辩标准: (1)完成原理分析(20分) (2)系统方案选择(30分) (3)仿真结果分析(30分) (4)论文写作(20分) 5)参考文献: (1)王俊峰.《通信原理MATLAB仿真教程》人民邮电第1版 .2010.11.1 (2)静.《基于MATLAB的通信系统仿真》航空航天大学

脉冲编码调制(PCM)系统设计方案

数字通信原理与技术设计报告书 脉冲编码调制

脉冲编码调制仿真,可以为硬件电路实现提供理论依据。通过仿真展示了PCM编码实现的设计思路及具体过程,并加以进行分析。 PCM 即脉冲编码调制,在通信系统中完成将语音信号数字化功能。PCM 的实现主要包括三个步骤完成:抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT 的建议,为改善小信号量化性能,采用压扩非均匀量化,有两种建议方式,分别为A 律和μ律方式,我国采用了A 律方式,由于A 律压缩实现复杂,常使用13 折线法编码,采用非均匀

量化 PCM 编码示意图见图 1。 下面将介绍 PCM 编码中抽样、量化及编码的原理: (a> 抽样 所谓抽样,就是对模拟信号进行周期性扫描,把时间上连续的信号变成时 间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息,也就 是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。 (b> 量化 从数学上来看,量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散 幅度值的有限数集合。如图 2所示,量化器 Q 输出 L 个量化值 yk , k=1,2, 3,?, L 。 yk 常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度 x 落在xk 与 xk 1 之间时,量化器输出电平为 yk 。这个量化过程可以表达为: y Q(x) Q x k x x k 1 y k , k 1,2,3, ,L 这里xk 称为分层电平或判决阈值。通常 k xk 1 xk 称为量化间隔。 x 模拟入 图 3.2 模拟信号的量化 模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。由于均匀量化存在的主要缺 点是:无论抽样值大小如何,量化噪声的均方根值都固定不变。因此,当信号 m(t) 较小时,则信号量化噪声功率比也就很小,这样,对于弱信号时的 量化器 量化值 图 3.1 PCM 原理框

通信系统中的信道编码方法

通信系统中的信道编码方法 Xx (xx大学信息工程学院,湖北武汉430070) 摘要:目前,中国固定和移动两大网络的规模都已位居世界第2位,上网用户也在不断增加,中国的信息通信制造业也得到很大的发展。中国将加快建设新一代信息通信网络技术、生产体系。在信息通信网络的高速发展下,要有效地提高传输速率,然而在实际信道上传输数字信号时,由于信道特性的不理想以及加性噪声和人为干扰的影响,系统输出的数字信息不可避免地会出现差错。因此,为了保证通信内容的可靠性和准确性,每一个数字通信系统对输出信息码的差错概率即误码率都有一定的要求。 为了降低误码率,常用的方法有两种:一种是降低数字信道本身引起的误码,可采取的方法有:选择高质量的传输线路、改善信道的传输特性、增加信号的发送能量、选择有较强的抗干扰能力的调制解调方案等;另一种方法就是采用差错控制措施,使用信道编码。在许多情况下,信道的改善是不可能的或是不经济的,这时只能采用信道编码方法。因此实现信道编码方法具有重要的意义。 关键词:信道,误码率,信道编码 Abstract:At present, the scale of the fixed and mobile network are ranked 2 in the world, the Internet users are always growing, China’s information and communication industry has got a lot of development. China will speed up the construction of a new generation of information and communications network technology and production system. Under the fast development of information and communication network, we should improve the transmission rate effectively, however, when transmitting digital signals in actual channels, there are mistakes in the system outputs of digital signals inevitably due to not ideal characteristics of the channels and additive noise as well as man-made interference. Though, in order to ensure dependability and accuracy of communication contents, a digital communications system for each output code error probability of bit error rate that has certain requirements. To reduce the error rate, there are commonly two ways: one is to reduce the number of channel bit error caused by its own, the following methods: Select high-quality transmission lines, to improve the transmission characteristics of the channel ,to increase signal transmission power, Select a strong anti-interference ability of modulation and demodulation programs; the other method is to use error-control measures , to use channel coding. In many cases, the improvement of the channel is not possible or not economical, then we can only use channel coding. Therefore, implementing channel coding method is significant. Keywords:channel,code errorrate,channel coding,

脉冲编码PCM调制设计

探※※※※※※※※ 探2007级学生数字通探 % 信原理课程设计% 探% 数字通信原理课程设计报告书 脉冲编码调制(PCM)系统 课题名称 设计与仿真 姓名_______________________________________ 学号 院系物理与电信工程系专业通信工程 指导教师 2010年01月09日

一、设计任务及要求 (1)完成脉冲编码调制(PCM系统的设计与仿真。 ⑵ 用MATLAB^件将此次设计在电脑上实现,观察输出的波形 (3)要求有各种需要的信号波形输出,并记录。 指导教师签名: 2010年01月15日、指导教师评语: 指导教师签名:__________________ 2010 年01 月15 日 二、成绩 盖章验收 2010 年01 月15 日脉冲编码调制(PCM) 系统设计与仿真 一、设计目的 加深对《数字通信原理与技术》及《MATLA》课程的认识,进一步熟悉M语言编程中各个指令语句的运用;进一步了解和掌握数字通信原理课程设计中各种原理程序

的设计技巧;掌握宏汇编语言的设计方法;掌握MATLAB^件的使用方法,加深对试验设备的了解以及对硬件设备的正确使用。加强对于电路图的描绘技能,巩固独立设计实验的实验技能。提高实践动手能力。 二、设计要求 采用matlab或者其它软件工具实现脉冲编码调制 (PCM系统的设计与仿真,并且绘制相关的图形;通过编程设置对参数进行调整,可以调节输出信号的显示效果。所有设计要求,均必须在实验室调试,保证功能能够实现。 三、设计原理 在PCM中,波形的每个样本独立进行编码。然而,以奈奎斯特速率或更高速率采样的绝大多数信号(包括语音信号) ,其相邻的样本之间呈现明显的相关性,换言之,相邻采样幅度间的平均变化较小。所以,利用采样中多余度的编码方案将使语音信号的码率降低。 一种简单的解决方法就是对相邻样本之差编码而不是对样本本身编码,由于相邻样本之差比实际样本幅度小,所以表示差信号需要较小的位数。这种普通方法的一种改进方案是用前面的n 个样本根据一定的规律来预测当前的样本,然后将预测值与实际值的误差进行量化后传输,在根据误差信号,采用和发送端相同的预测方法恢复出原始信号。 k ■话音输 出 :诣 曰输入 1 F I fiKN I I一L—L:_| 抽祥 解码量化

脉冲编码调制(PCM)系统.

脉冲编码调制(PCM)系统 摘要: 脉冲编码调制(PulseCodeModulation),简称PCM。是数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生。PCM的优点就是音质好,缺点就是体积大。PCM可以提供用户从2M到155M速率的数字数据专线业务,也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。 关键字: 脉冲编码调制、取样、量化、编码、解码 Abstract: Pulse Code Modulation (PulseCodeModulation), referred to as PCM. Digital signal is a continuous change in analog signal sampling, quantization and coding production. PCM sound quality is good advantages and disadvantages are bulky. PCM can provide users from 2M to 155M line speed of digital data services, can also provide voice, video transmission, remote learning, and other businesses. Keywords: Pulse code modulation, modulation, demodulation

目录 一、工作原理 (4) 1.1 取样 (5) 1.2 量化 (5) 1.3 编码 (7) 1.4 再生 (10) 1.5 解码 (10) 二、芯片选择 (11) 2.1 TP3067管脚定义 (13) 三、电路设计 (14) 四、心得体会 (16)

脉冲编码调制

脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真 目录 一、前言 (2) 二,设计目的 (3) 三、脉冲编码调制介绍 (3) 3.1简介 (3) 3.2脉冲编码调制PCM的基本原理 (4) 3.3编码 (5) 四、设计步骤 (5) 4.1系统介绍 (5) 4.2PCM编码器组件功能实现 (9) 4.3 PCM编码器模块 (10) 4.4 PCM译码器模块 (11) 4.5、系统仿真模型 (12) 4.6仿真波形 (13) 五、设计过程中需解决的问题 (14) 六、设计心得......................... 错误!未定义书签。参考文献 (14)

脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真 摘要: SystemView 仿真软件可以实现多层次的通信系统仿真。脉冲编码调制(PCM)是现代语音通信中数字化的重要编码方式。利用SystemView 实现脉冲编码调制(PCM)仿真,可以为硬件电路实现提供理论依据。通过仿真展示了PCM 编码实现的设计思路及具体过程,并加以进行分析。 ABSTRACT SystemView simulation software multi-level communication system simulation. Pulse code modulation (PCM) is a modern digital voice communication important encoding. SystemView achieved using pulse code modulation (PCM) emulation, the hardware circuit can provide a theoretical basis. The simulation shows the PCM code to implement the design concept and the specific process and analyze them. 关键词: PCM 编译码 一、前言 随着电子技术和计算机技术的发展,仿真技术得到了广泛的应用。基于信号的用于通信系统的动态仿真软件SystemView具有强大的功能,可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用,并且提供了嵌入式的模块分析方法,形成多层系统,使系统设计更加简洁明了,便于完成复杂系统的设计。 SystemView具有良好的交互界面,通过分析窗口和示波器模拟等方法,提供了一个可视的仿真过程,不仅在工程上得到应用,在教学领域也得到认可,尤

数字通信系统中信道编码技术的研究

数字通信系统中信道编码技术的研究 xx (xx,湖北武汉,xx) 摘要:目前,中国固定和移动两大网络的规模都已位居世界第2位,上网用户也在不断增加,中国的信息通信制造业也得到很大的发展。中国将加快建设新一代信息通信网络技术、生产体系。在信息通信网络的高速发展下,要有效地提高传输速率,然而在实际信道上传输数字信号时,由于信道特性的不理想以及加性噪声和人为干扰的影响,系统输出的数字信息不可避免地会出现差错。因此,为了保证通信内容的可靠性和准确性,每一个数字通信系统对输出信息码的差错概率即误码率都有一定的要求。 为了降低误码率,常用的方法有两种:一种是降低数字信道本身引起的误码,可采取的方法有:选择高质量的传输线路、改善信道的传输特性、增加信号的发送能量、选择有较强的抗干扰能力的调制解调方案等; 另一种方法就是采用差错控制措施,使用信道编码。在许多情况下,信道的改善是不可能的或是不经济的,这时只能采用信道编码方法。因此实现信道编码方法具有重要的意义。 关键词:信道;误码率;信道编码 1. 信道编码 在数字电视和通信系统中,为提高信息传输可靠性,广泛使用了具有一定纠错能力的信道编码技术,如奇偶校验码、行列监督码、恒比码、汉明码、循环码(CRC)等编码技术。信道编码的本质是增加通信的可靠性,或者说增加整个系统的抗干扰性。对信道编码有以下要求:1.透明性:要求对所传消息的内容不加任何限制;2.有纠错能力;3.效率高:为了与信道频谱匹配和具有纠错能力,通常要向原信号添加一些码,要求加入最少的比特数而得到最大的利益;4.包含适当的定时信息。在这些要求中,除编码的必须信息外,所作的处理主要有两条:一是要求码列的频谱特性适应通道的频谱特性从而使传输过程中能量损失最小,提高信噪比。减少发生差错的可能性;二是增加纠错能力,使得即便出现差错,也能得到纠正。 2.三种不同系统的无线信道 (1)数字微波中继通信系统中的无线信道 一般意义下的数字微波中继系统主要用于固定站点之间的无线通信,通常使用1GHZ以上的频段,采用视距通信。为了能够传输更远的距离,需要微波站建设在海拔较高的地方,通常在站点设计时使用微波链路满足自由空间传播条件,即视线距离地面有足够的余隙,此时信号的衰减近似看作只有由于距离的增加而带来的信号能量的扩散,信道条件比较稳定。 (2)短波电离层信道 对于短波电离层信道,电离层随机扰动和多径效应是最主要的特点。电离层扰动本质上决定了短波电离层反射通信的特点,即信道不稳定,信号的起伏和衰落较大。多径效应是指无线信号经过

信道编码基础知识

信道编码基础知识培训讲义 信道编码,也叫差错控制编码,是所有现代通信系统的基石。几十年来,信道编码技术不断逼近香农极限,波澜壮阔般推动着人类通信迈过一个又一个顶峰。5G到来,我们还能突破自我,再创通信奇迹吗? 所谓信道编码,就是在发送端对原数据添加冗余信息,这些冗余信息是和原数据相关的,再在接收端根据这种相关性来检测和纠正传输过程产生的差错。这些加入的冗余信息就是纠错码,用它来对抗传输过程的干扰。

1948年,现代信息论的奠基人香农发表了《通信的数学理论》,标志着信息与编码理论这一学科的创立。根据香农定理,要想在一个带宽确定而存在噪声的信道里可靠地传送信号,无非有两种途径:加大信噪比或在信号编码中加入附加的纠错码。这就像在嘈杂的酒吧里,酒喝完了,你还想来一打,要想让服务员听到,你就得提高嗓门(信噪比),反复吆喝(附加的冗余信号)。 但是,香农虽然指出了可以通过差错控制码在信息传输速率不大于信道容量的前提下实现可靠通信,但却没有给出具体实现差错控制编码的方法。人类在信道编码上的第一次突破发生在1949年。R.Hamming和M.Golay提出了第一个实用的差错控制编码方案。受雇于贝尔实验室的数学家R.Hamming将输入数据每4个比特分为一组,然后通过计算这些信息比特的线性组合来得到3个校验比特,然后将得到的7个比特送入计算机。计算机按照一定的原则读取这些码字,通过采用一定的算法,不仅能够检测到是否有错误发生,同时还可以找到发生单个比特错误的比特的位置,该码可以纠正7个比特中所发生的单个比特错误。这个编码方法就是分组码的基本思想,Hamming提出的编码方案后来被命名为汉明码。汉明码的编码效率比较低,它每4个比特编码就需要3个比特的冗余校验比特。另外,在一个码组中只能纠正单个的比特错误。M.Golay先生研究了汉明码的缺点,提出了Golay 码。Golay码分为二元Golay码和三元Golay码,前者将信息比特每12个分为一组,编码生成11个冗余校验比特,相应的译码算法可以纠正3个错误;后者的操作对象是三元而非二元数字,三元Golay码将每6个三元符号分为一组,编码生成5个冗余校验三元符号,这样由11个三元符号组成的三元Golay码码字可以纠正2个错误。Golay码曾应用于NASA的旅行者1号(Voyager 1),将成百张木星和土星的彩色照片带回地球。在接下来的10年里,无线通信性能简直是跳跃式的发展,这主要归功于卷积码的发明。卷积码是Elias在1955年提出的。卷积码与分组码的不同在于:它充分利用了各个信息块之间的相关性。通常卷积码记为(n,k,N)码。卷积码的编码过程是连续进行的,依次连续将每k个信息元输入编码器,得到n个码元,得到的码元中的检验元不仅与本码的信息元有关,还与以前时刻输入到编码器的信息元(反映在编码寄存器的内容上)有关。同样,在卷积码的译码过程中,不仅要从本码中提取译码信息,还要充分利用以前和以后时刻收到的码组。从这些码组中提取译码相关信息,,而且译码也是可以连续进行的,这样可以保证卷积码的译码延时相对比较小。通常,在系统条件相同的条件下,在达到相同译码性能时,卷积码的信息块长度和码字长度都要比分组码的信息块长度和码字长度小,相应译码复杂性也小一些。很明显,在不到10年的时间里,通信编码技术的发展是飞跃式的,直到遇到了瓶颈。根据香农前辈的指示,要提高信号编码效率达到信道容量,就要使编码的分段尽可能加长而且使信息的编码尽可能随机。但是,这带来的困难是计算机科学里经常碰到的“计算复杂性”问题。还好,这个世界有一个神奇的摩尔定律。得益于摩尔定律,编码技术在一定程度上解决了计算复杂性和功耗问题。而随着摩尔

脉冲编码调制及系统

深圳大学实验报告 课程名称:通信原理 实验项目名称:脉冲编码调制及系统 学院:信息工程学院 专业:通信工程 指导教师:李晓滨 报告人:学号:2011130145 班级:2班实验时间:2013年12月5日 实验报告提交时间:2013年12月19日 教务处制

实验目的与要求: 1.掌握PCM 编译码原理与系统性能测试。 2.熟悉PCM 编译码专用集成芯片的功能和使用方法。 3.学习PCM 编译码器的硬件实现电路,掌握它的调整测试方法。 实验原理: 脉冲编码调制(PCM )是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号在信道中传输。脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样,量化和编码三个过程完成的。 PCM 通信系统的实验方框图如图所示: 实验内容: 1.插入有关实验模块: 在关闭系统电源的条件下,将“时钟与基带数据发生模块”、“PCM/ADPCM 编译码模块”,插到底板“G 、H ”号的位置插座上。 2.信号线连接:用专用导线将P04、34P01;34P02、34P03;32P04、P15。 3.打开系统电源开关,底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常,立即关闭电源,查找异常原因。 4.PCM 的编码时钟设定: “时钟与基带数据产生器模块”上的拨码器4SW02设置“01000”,则PCM 的编码时钟为64KHZ (后面将简写为:拨码器4SW02)。拨码器4SW02设置“01001”,则PCM 的编码时钟为128KHZ 。 5.同步正弦波幅度调节及监测: “同步正弦波”上提供了频率2KHZ 的同步正弦波,幅度由W04电位器调节。满足PCM 输入模拟信号频率在300~3400HZ 语音范围内的要求,可用频率计监测此点信号频率。 6.时钟为64KHZ ,同步正弦波及 PCM 编码数据观察: 拨码器4SW02设置“01000”,则PCM 的编码时钟为64KHZ 。 7.时钟为128KHZ 同步正弦波及 PCM 编码数据观察: 拨码器4SW02设置“01001”,则PCM 的编码时钟为128KHZ 。 模拟 信号 抽 样 量 化 34P02 34P04 34P03 34P01 编 码 信 道 译 码 低 通 滤 波 再 生 工作时钟 A/D D/A TP3057 P04 收端 功放 P14 P15

脉冲编码调制的基本原理

批准人: 年月日 第一讲脉冲编码调制基本原理 教学提要 课目专业基础 目的了解脉冲编码调制的基本原理。 内容1、数的进制 2.语音信号的数字化 3.时分多路复用和PCM30/32系统 方法课堂讲解,电化教学。 时间45分钟 要求1.遵守课堂纪律,专心听讲,做好笔记; 2.勤于思考,积极发言,课后做好复习。器材保障教材、资料 教学进程

教学准备(5分钟) 1.清点人数,准备教学用具; 2.宣布作业提要。 教学实施(37分钟) 一、数的进制 (一)二进制数 (二)八进制数 (三)十六进制数 一、语音信号的数字化 大家都知道,语音信号是模拟信号,而数字程控交换机内部交换的却是数字信号,那么如何使模拟的语音信号数字化,可采用脉冲编码调制的方法,即PCM。我们知道,模拟信号数字化称为模/数(A/D)变换,而把数字信号还原成模拟信号称为数/模(D/A)变换,综合A/D和D/A的一般步骤,图1-3给出了PCM通信的简单模型。

图1-3 PCM 通信的简单模型 (一)抽样 语音信号在时间上是连续的,经过抽样后变成时间上离散的信号。简单的说,抽样就是将模拟信号在时间上离散的过程。抽样上每隔一定的时间间隔T ,在抽样器上接入一个抽样脉冲,通过抽样的脉冲去控制抽样器的开关电路,取出话音信号的瞬间电压值,即样值。如图1-4所示,抽样后的信号称为抽样信号,显然,它可以看作按幅度调制的脉冲信号,即PAM 信号,其幅度的取值仍是连续的,不能用有限个数字来表示,因此抽样值仍是模拟信号。 发送端 接收端 A/D 变换 D/A 变换

图1-4 语音信号的抽样 语音信号抽样后信号所占用的时间被压缩了,这是时分复用技术的必要条件。关于这一点将在本节课第三个内容讲解,但是,用抽样信号代替原信号必须要满足抽样定理,否则样值不能够完全表征原信号。 抽样定理:对于一个具有有限带宽的模拟信号f(t),其最高频率分量为fm ,则当抽样频率fs ≥ 2fm 时,样值可以完全表征原信号。 我们的语音信号频率在300-3400HZ 之间,根据抽样定理,抽样频率fs=2x3400=6800HZ ,为了留一定的防卫 t t t 抽样脉冲1T 2T 3T 4T 5T 6T

信道编码

信道编码 1.信道编码的基本概念 1.1 信道编码的概念 通信的目的在于传递信息,衡量通信系统性能的主要指标是有效性和可靠性。在数字通信中,信源编码旨在解决有效性指标,通过各种数据压缩方法尽可能去除信号中的冗余信息,最大限度地降低传输速率和减小传输频带。信道编码又称为信道纠错编码或差错控制编码,旨在降低误码率,提高通信系统的可靠性。它产生于20世纪50年代,发展于60年代,70年代趋于成熟。 在数字信号传输过程中,由于信道特性不理想以及加性噪声的影响,使得信号波形失真,产生误码。为了提高系统的抗干扰性,除了加大发射功率,采用均衡措施,降低接收设备本身的噪声,合理选择调制、解调方式等技术外,采用信道编码技术也是一种有效手段。 信道编码的基本思想是按照某种确定的编码规则,在待发送的信息码元中加入一些多余的码元(监督码元或校验码元),在接收端利用该规则进行解码,以便发现和纠正传输中发生的差错,从而提高码元传输的可靠性。 常用的差错控制编码方式主要有三种: (1)检错重发方式也称为自动请求重发方式(Automatic Repeat Request,ARQ):在发送信息码元序列中加入一些能够发现错误的码元,接收端能够依据这些检错码元发现接收码元序列中存在错码,但不能确定错码的准确位置。此时,接收端通过反向通道通知发送端重发,直到接收端确认收到正确码元序列为止。其原理框图如图1(a)所示。优点是检错码构造简单,不需要复杂的编译码设备,在冗余度一定的条件下,检错码的检错能力比就错码的纠错能力强得多,故整个系统的误码率可以保持在极低的数量级上。缺点是需要反向信道,为了收发匹配,控制电路较为复杂。同时当信道干扰频繁时,系统常常处于重发消息的状态,使得实时性变差。适用于突发差错或信道干扰严重的情况。 (2)前向纠错方式(Forward Error Correction,FEC)又称为自动纠错方式(Automatic Error Correction,AEC):发送端发送能够纠错的信息码元,接收端不仅能够发现错码,而且能够确定错码的准确位置,并予以自动纠正。其原理框图如图1(b)所示。优点是无需反向信道,延时小,实时性好。缺点是译码设备复杂。 (3)混合纠错方式(Hybrid Error Correction,HEC):它是ARQ和FEC方式的结合,发送端发送具有检错和纠错能力的信息码元序列,接收端检查错码情况。如果错码在纠错能力范围内,则自动纠错;如果错码超过了纠错能力,但能检测出来,则通过反向信道请求发送端重发。其原理框图如图1(c)所示。这种方式综合了自动纠错和检错重发的优点,在强干扰信道中仍可获得较低的误码率,得到了广泛应用。 (a) 1

脉冲编码调制(PCM)系统

数字通信原理课程设计报告书 课题名称 脉冲编码调制(PCM)系统 设计与仿真 姓 名 学 号 院 系 物理与电信工程系 专 业 通信工程 指导教师 2010年01月09日 ※※※※※※※※※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※※ ※※※※※※ ※ 2007级学生数字通信原理课程设计

一、设计任务及要求 (1)完成脉冲编码调制(PCM)系统的设计与仿真。 (2)用MATLAB软件将此次设计在电脑上实现,观察输出的波形。 (3)要求有各种需要的信号波形输出,并记录。 指导教师签名: 2010年01月15日二、指导教师评语: 指导教师签名: 2010 年01月15 日三、成绩 盖章验收 2010年01月15 日

脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真 谢柯 (湖南城市学院物理与电信工程系电子信息工程专业,益阳,413000) 一、设计目的 加深对《数字通信原理与技术》及《MATLAB》课程的认识,进一步熟悉M语言编程中各个指令语句的运用;进一步了解和掌握数字通信原理课程设计中各种原理程序的设计技巧;掌握宏汇编语言的设计方法;掌握MATLAB软件的使用方法,加深对试验设备的了解以及对硬件设备的正确使用。加强对于电路图的描绘技能,巩固独立设计实验的实验技能。提高实践动手能力。 二、设计要求 采用matlab或者其它软件工具实现脉冲编码调制(PCM)系统的设计与 仿真,并且绘制相关的图形;通过编程设置对参数进行调整,可以调节输出 信号的显示效果。所有设计要求,均必须在实验室调试,保证功能能够实现。三、设计原理 在PCM中,波形的每个样本独立进行编码。然而,以奈奎斯特速率或更高速率采样的绝大多数信号(包括语音信号),其相邻的样本之间呈现明显的相关性,换言之,相邻采样幅度间的平均变化较小。所以,利用采样中多余度的编码方案将使语音信号的码率降低。 一种简单的解决方法就是对相邻样本之差编码而不是对样本本身编码,由于相邻样本之差比实际样本幅度小,所以表示差信号需要较小的位数。这种普通方法的一种改进方案是用前面的n个样本根据一定的规律来预测当前的样本,然后将预测值与实际值的误差进行量化后传输,在根据误差信号,采用和发送端相同的预测方法恢复出原始信号。

GPRS信道编码方式的介绍

分组数据信道的编码方式 ●不同的编码方式其传输速率不同、纠错能力不同(编码方案越高,纠错能力越脆弱) ●GPRS定义了CS-1至CS-4四种信道编码方式 ?数据速率依次为9.05 Kbps, 13.4 Kbps, 15.6 Kbps,21.4 Kbps ?CS-1与SDCCH的信道编码相同;CS-1,CS-2所要求的C/I与电路型基本相同,可覆盖小区的90%-100%;CS-3较高;CS-4对C/I要求很高,需要 良好的无线环境 ●网络根据对无线传输的实时监测结果调整信道编码模式 ?不同的时隙可选择不同的信道编码方式 ?当无线传输质量较好时,应采用效率更高的编码方式 GPRS信道编码 ●GPRS的承载RLC/MAC数据块的无线块,即PDTCH信道,可以使用4种不同的编 码方案:CS-1、CS-2、CS-3、CS-4 ●对于承载RLC/MAC控制块的无线块(除PTCCH/U和PRACH外的所有控制信道), 即PACCH、PBCCH、PAGCH、PPCH、PNCH、PTCCH/D的信道编码都采用CS-1的编码方案 ●在PRACH上可以发送两种类型的分组随机接入突发脉冲 ?8个信息比特的随机突发脉冲,和GSM随机接入突发脉冲的编码方案相同 ?11个比特的随机突发脉冲,又被称为扩展的随机接入突发脉冲,是对GSM 随机接入突发脉冲的信道编码截短后的结果 ?MS对两种随机接入突发脉冲都应该支持 信道编码过程(步骤) ●第一步:添加用于检错的分组校验序列BCS(Block Check Sequence) ●第二步:对于CS-1~CS-3,包括USF预编码(CS-1 除外),添加4个尾比特,然 后进行1/2卷积编码并截断至所期望的速率(CS-1 除外)。卷积编码用于纠错,CS-4没有纠错编码。 信道编码过程(流程图)

脉冲编码调制(PCM)及系统实验报告

一、实验目的 1.掌握PCM 编译码原理与系统性能测试。 2.熟悉PCM 编译码专用集成芯片的功能和使用方法。 3.学习PCM 编译码器的硬件实现电路,掌握它的调整测试方法。 二、实验仪器 1.PCM/ADPCM 编译码模块,位号:H 2.时钟与基带数据产生器模块,位号:G 3.20M 双踪示波器1台,低频信号源1台(选用),频率计1台(选用) 4.信号连接线3根,小平口螺丝刀1只 三、实验原理 脉冲编码调制(PCM )是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号在信道中传输。脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样,量化和编码三个过程完成的。 PCM 通信系统的实验方框图如图2-1所示。 图2-1 PCM 通信系统实验方框图 在PCM 脉冲编码调制中,话音信号经防混叠低通滤波器后进行脉冲抽样,变成时间上离散的PAM 脉冲序列,然后将幅度连续的PAM 脉冲序列用类似于“四舍五入”办法划归为有限种幅度,每一种幅度对应一组代码,因此PAM 脉冲序列将转换成二进制编码序列。对于电话,CCITT 规定抽样率为8KHz ,每一抽样值编8位码(即为28 =256个量化级),因而每话路PCM 编码后的标准数码率是64kB 。本实验应用的单路PCM 编、译码电路是TP3057芯片(见图6-1中的虚线框)。此芯片采用a 律十三折线编码,它设计应用于PCM 30/32系统中。它每一帧分32个时隙,采用时分复用方式,最多允许接入30个用户,每个用户各占据一个时隙,另外两个时隙分別用于同步和标志信号传送,系统码元速率为2.048MB 。各用户PCM 编码数据的发送和接收,受发送时序与接收时序控制,它仅在某一个特定的时隙中被发送和接收,而不同用户占据不同的时隙。若仅有一个用户,在一个PCM 帧里只能在某一个特定的时隙发送和接收该用户的PCM 编码数据,在其它时隙没有数据输入或输出。 本实验模块中,为了降低对测试示波器的要求,将PCM 帧的传输速率设置为64Kbit/s

信道编码

第6章信道编码 教学内容: 信道编码的概念、信道编码定理、线性分组码、循环码 6.1信道编码的概念 教学内容: 1、信道编码的意义 2、信道编码的分类 3、信道编码的基本原理 4、检错和纠错能力 1、信道编码的意义 由于实际信道存在噪声和干扰,使发送的码字与信道传输后所接收的码字之间存在差异,称这种差异为差错。信道编码的目的是为了改善通信系统的传输质量。

基本思路是根据一定的规律在待发送的信息码中加入一些多余的码元,以保证传输过程的可靠性。信道编码的任务就是构造出以最小冗余度代价换取最大抗干扰性能的“好码”。 2、信道编码的分类 纠错编码的目的是引入冗余度,即在传输的信息码元后增加一些多余的码元(称为校验元,也叫监督元),以使受损或出错的信息仍能在接收端恢复。

一般来说,针对随机错误的编码方法与设备比较简单,成本较低,而效果较显著;而纠正突发错误的编码方法和设备较复杂,成本较高,效果不如前者显著。因此,要根据错误的性质设计编码方案和选择差错控制的方式。 3、信道编码的基本原理 可见,用纠(检)错控制差错的方法来提高通信系统的可靠性是以牺牲有效性的代价来换取的。在通信系统中,差错控制方式一般可以分为检错重发、前向纠错、混合纠错检错和信息反馈等四种类型。 香农理论为通信差错控制奠定了理论基础。 香农的信道编码定理指出:对于一个给定的有干扰信道,如信道容量为C,只要发送端以低于C的速率R发送信息(R为编码器输入的二元码元速率),则一定存在一种编码方法,使编码错误概率p随着码长n的增加,按指数下降到任意小的值。这就是说,可以通过编码使通信过程实际上不发生错误,或者使错误控制在允许的数值之下。 4、检错和纠错能力举例:A、B两个消息 a、没有检错和纠错能力:0、1 b、检出一位错码的能力:00、11 c、判决传输有错:000、111(大数法则) 一般来说,引入监督码元越多,码的检错、纠错能力越强,但信道的传输效率下降也越多。人们研究的目标是寻找一种编码方法使所加的监督码元最少,而检错、纠错能力又高且又便于实现。 6.2信道编码定理 教学内容: 1、译码规则及错误概率 2、信道编码定理

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