5 移动通信原理 第五章 语音编码、信道编码和交织技术

第5章语音编码、信道编码和交织技术

引言

一般的数字通信系统都包含信源编解码、信道编解码和调制解调这三对功能模块，语音编码是一种信源编码的，在移动通信中由于信道的特点，往往还需要交织和去交织这一对功能模块。

为什么要进行信源编码、信道编码和交织呢？从实现过程分析：

信源编码——原理：去掉一些信息（信源中统计特性具有相关性的信息）；

（有效性）目的：尽可能用最少的信息比特表示信源，从而达到压缩信息

速率，以较少的信息速率传送信息；

信道编码——原理：加入一些信息（监督码或检验码）；

（可靠性）目的：用来供接收端纠正或检出信息在信道中传输时，由于干

扰、噪声或衰落等所造成的误码。

交织——原理：不改变信息量，只改变信息的排序；

（可靠性）目的：克服信道中由于深衰落而造成的突发的成串的误码。

对本章的学习，我们复习信源编码和信道编码的基础上，重点掌握：1．移动通信对编码的要求；

2．蜂窝移动通信典型系统用到的编码方式；

3．在这些系统中的实现过程；

4．交织的原理和作用。

5.1 语音编码

通信系统中的语音编码的目的是解除语音信源的统计相关性，语音编码大致分为三类。

一．语音编码的分类（参考：《吴伟陵，《移动通信原理》，电子工业出版社，P72）1．波形编码

波形编码是以精确再现语音波形为目的，并以保真度即自然度为度量标准的编码方法。这类编码是保留语音个性特征为主要目标的方法，其码速较高。

常用的波形编码及其原理：PCM、DPCM、ADPCM

应用：适用于骨干（固定）通信网。

2．参量编码

利用人类的发声机制，仅传送反映语音波形变化主要参量的编码方法。在接收端，可根据发声模型，由传送过来的变化参量激励产生人工合成的语音。参量编码的主要标准是可懂度。显然，这类编码是以提取并传送语音的共性特征参量为目的的编码方式，其码速较低。（声码器）

常用的参量编码及其原理：LPC

应用：主要用于军事保密通信。

3．混合编码

混合编码是吸取上述两类编码的优点，以参量编码为基础，并附加一定的波形编码特征，以实现在可懂度基础上适当改善自然度目的的编码方式。其码速介于上述两类编码之间。（软声码器）

常用的参量编码及其原理：MPLPC(多脉冲激励LPC)；CELPC（码激励线性预测编码）

应用：主要应用于移动通信。

移动通信中由于频率资源有限，因此要求语音编码采用低码速，而另一方面由于移动通信信号可能要进入公共骨干通信网，因此必须基本满足公共骨干网的最低要求，再者移动通信属于民用通信，还必须满足个性化指标要求，鉴于以上理由，高质量的混合编码是移动通信中的优选方案。

二．混合编码的性能参数

1．数据比特率（bps）

数据比特率是度量语音信源压缩率和通信系统有效性的主要指标。数据比特速率越低，压缩倍数就越大，可通信的话路数也就越大，移动通信系统也就越有效。但数据比特率低，话音质量也就随之相应降低。为了补偿质量的下降，措施主要包括：（1）提高设备硬件复杂度和算法软件复杂度，但这又带来了成本与处理时延的增大；（2）采用可变速率的自适应传输，它可以大大降低语音的平均传送率；（3）还可以进一步采用语音激活技术，充分利用至少3/8的有效空隙，可获得大约2.67dB的有效增益。

2．语音质量

对语音质量的评价通常有两类方法：客观评定方法和客观评价方法。

（1）客观评定方法

用客观测量手段来评定语音编码质量。常用的方法有信噪比、加权信噪比、平均分段信噪比、误码率、误帧率等。相对来说简单可行，但不能完全反映人对语音质量的感觉。这个问题对于速率为16Kbit/s以下的中、低速率语音编码尤为突出，因此主要适用于速率较高的波形编码类型。

（2）主观评定方法

用人对语音质量的感觉来评定语音编码质量。

目前国际上常采用的主观评定方法称为MOS（Mean Opinion Score：平均评价得分），由原CCITT（ITU-T前身）建议采用。MOS得分采用五级评分标准，其方法是，由数十名试听者在相同信道环境中试听并给予评分，然后对评分进行统计处理，求出平均得分。由于主观和客观上的种种原因，每次试听所得的评分会有波动。为了减小波动的误差，除了试听者人数要足够多之外，所测语音材料也要足够丰富，试听环境也应尽量保持相同。在这里要特别需要说明的是，试听者对语音质量的主观感觉往往是和其注意力集中程度相联系的，因而，对应于主观评定等级，还有一个收听注意力等级（Listening Effect Scale）。下表给出主观评定等级的质量等级、分数和相应的收听注意力等级。

主观评定等级表

质量等级分数收听注意力等级

优 (excellent) 5 可完全放松，不需要注意力

良 (good) 4 需要注意，但不需明显集中注意力

满意（正常）(fair) 3 中等程度的注意力

差 (poor) 2 需要集中注意力

劣 (bad) 1 即使努力去听，也很难听懂从用户角度看，通常认为MOS分4.0~4.5分为高质量语音编码（高级），达到长途电话网的质量要求。MOS分3.5分左右称作通信质量（通信级），这时听者能感觉到语音质量有所下降，但不影响正常的通话，可以满足多数通信系统使用要求。MOS分3.0分以下常称为合成语音质量（合成级），这种语音一般只有足够高的可懂度，但是自然度较差，不容易识别讲话者。

主观评定方法更符合人类听话时对语音质量的感觉。

3．复杂度与处理时延

由于语音编码通常可以采用数字信号处理DSP来实现，其硬件复杂度取决于DSP的处理能力，而软件复杂度则主要体现在算法复杂度，是指完成语音编、译码所需要的加法、乘法的运算次数，一般采用MIPS即每秒完成的百万条指令数来表示。

通常算法复杂度增大，会带来更长的运算时间和更大的处理时延，在双向语音通信中，处理时延、传输时延再加上未消除的回声是影响语音质量的一个重要指标。

上述四个参数是彼此制约的，混合编码的任务就是力图使上述参数及其关系达到综合最优化。

三．移动通信对数字语音编码的要求

1．码速率较低，纯码速率应低于16kbps；（频率资源有限）

2．在一定编码速率下话音质量应尽可能高；（移动通信网为商用网）

3．编码时延应较短，控制在几十毫秒内；（影响到话音质量）

4．编码算法应具有较好抗误码率性能，计算量小，性能稳定；（信道特点）5．编码器应便于大规模集成。（手机体积）

四．数字蜂窝移动通信中的语音编码技术

1．GSM系统的语音编码

（1）语音编码方案：RPE－LTP（规则脉冲激励长期预测）

GSM语音编码方案是经过3个阶段从6种方案中仔细挑选出来的，

它代表了当时语音混合编码的国际水平。它是RPE－LPC的改进型。

（2）编码速率：13kbps

（3）原理：

2．IS-95 CDMA系统的语音编码

（1）语音编码方案：QCELP（Qualcomm 码激励线性预测）

该方案是可变速率的混合编码器，是基于线性预测编码的改进型。

即码激励的矢量码表代替简单的浊音的准周期脉冲产生器。

（2）编码速率：QCELP采用可变速率编码，利用语音激活检测（V AD）技术。在语音激活期内，可根据不同的信噪比分别选择4种速率：

全速率（1）9.6kbps、半速率（1/2）4.8kbps、四分之一速率（1/4）

2.4kbps 、八分之一速率（1/8）12kbps 。

（3）选择速率的依据

将语音帧能量与三个门限比较，语音帧能量由语音相关函数决定，

三个门限由前一帧语音自相关函数和前一帧语音噪声电平决定。若

语音自相关函数大于三个门限选择9.6kbps ；大于两个门限选择

4.8kbps ；仅大于一个门限选择2.4kbps ；小于所有门限选择1.2kbps ；

当不讲话时用1.2kbps 传背景噪声。

（4）原理

3．cdma2000系统中的语音编码

（1）语音编码方案：EVRC （Enhanced Variable Rate Codec ，增强型可变

速率语音编码器），

（2）编码速率：分为三种：全速率（1）9.6kbps 、半速率（1/2）4.8kbps 、

八分之一速率（1/8）12kbps 。

4．WCDMA （及TD-SCDMA ）系统的语音编码

（1）语音编码方案：AMR （Adaptive Multi-rate ，自适应话音编码器）

其基本思路是联合自适应调整信源和信道编码模式来适应当前信道

条件与业务量大小。

（2）编码速率： 信道模式 编码模式（信源模式）

12.20Kbit/s（MR122）

10.20Kbit/s（MR102） 7.95 Kbit/s（MR795） 7.40Kbit/s（MR74） 6.70Kbit/s（MR67）

5.90Kbit/s（MR59） 全速率（FR ）

22.8Kbps 5.15Kbit/s（MR515）

4.75Kbit/s（MR475） 7.95 Kbit/s（MR795） 7.40Kbit/s（MR74） 6.70Kbit/s（MR67）

5.90Kbit/s（MR59） 半速率（HR ）

11.4Kbps 5.15Kbit/s（MR515） 4.75Kbit/s（MR475）

在TD-SCDMA 系统实现方面为了便于量化比较而采用了C/I（载干比）这一概念，取其滑

动平均值，再将此值与一预先定义好的门限值进行比较，来决定速率的选择。由于不同的特

性，全速率信道和半速率信道就应有不同的定义值。

在全速率信道，当C/I≥13时，MR122的MOS值可以达到4以上，是可以提供很好的性能，9≤C/I<13时，MR122、MR102、MR795都是可以选择的，速率越低，误帧率越低，当6≤C/I<9时，最好选择MR74、MR67、MR59，而当C/I<6时就应尽量选择越低的速率，随着信道质量的下降，误帧率都会增加，但相对选择的速率低，就能提供相对较好的话音质量。对于半速率信道与上述类似。

5.2 信道编码

在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性的不理想以及信道中噪声、干扰等因素的影响，所以收到的数字信号不可避免地会发生错误，为了保证通信系统的可靠性，其中重要的措施之一就是信道编码。

信道编码的基本中做法是：在发送端给被传输的信息码元中（人为的）加入一些必要的监督码元，这些监督码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联（约束），这个过程被称为信道编码。经过编码后的信息进入信道，由于信道特性的不理想，一般会在传输中发生差错。在接收端，按既定的规则检验信息码元与监督码元之间的关系，当发现原来的信息码元与监督码元之间的关系被破坏，就会发现错误乃至纠正错误，这个过程被称为信道解码或信道译码。

可见信道编码的作用就是进行差错控制，所以信道编码也称为差错控制编码。

一．差错控制的方式

1．检错重发（ARQ：Automatic Repeat Request 自动请求重发）

发端送出能够发现错误的码，收端判决传输中无错误产生，如果发现错误，则通过反向信道把这一判决结果反馈给发端，然后，发端把收端认为错误的信息再次重发，从而达到正确传输的目的。

ARQ还包括三种类型：停发等候重发；返回重发；选择重发

ARQ特点是需要反馈信道，译码设备简单，对突发错误和信道干扰较严重时有效，但实时性差，主要在计算机数据通信中得到应用。

2．前向纠错（FEC：Forword Error Correction)

发端发送能够纠正错误的码，收端收到信码后自动地纠正传输中的错误。其

特点是单向传输，实时性好，但译码设备较复杂。

3．混合纠错（HEC：Hybrid Error Correction）

混合纠错是FEC和ARQ方式的结合。发端发送具有自动纠错同时又具有检错能力的码。收端收到码后，检查差错情况，如果错误在码的纠错能力范围以内，则自动纠错，如果超过了码的纠错能力，但能检测出来，则经过反馈信道

请求发端重发。这种方式具有自动纠错和检错重发的优点，可达到较低的误码率，因此，近年来得到广泛应用。

二．信道编码的分类

从功能上划分，上述三种差错控制方式种所用到的码，不外乎是检错码、纠

错码或纠删码。

1．检错码

仅能检测错码。常用的检错码包括：奇偶校验；循环冗余校验（CRC）等。

2．纠错码

不仅能检测错码，而且能自动纠正错码。常用的纠错码包括：BCH码；卷积码；RS码；级联码；Turbo码等。

3．纠删码

不仅具备检错、纠错的功能，而且当错码超过纠正范围时可把无法纠错的信息删除。

三．纠错码的分类

在移动通信的话音通信中，信道编码主要是为了进行纠错，这是因为如果进行检错，则只能在检出错误码后让对方重发，这在传输数据时是可以的，但在传送话音时是不能中断后重发的，因此在数字话音传输中，信道编码主要是为了纠错。即前向纠错（FEC）。

1．按照信息码元和监督码元之间的约束方式不同：分组码和卷积码；

2．按照信息码元和监督码元之间的检验关系：线性码和非线性码；

3．按照纠正错误的类型不同：纠正随机错误码、纠正突发错误码和纠正同步错误码。

四．蜂窝移动通信中用到的信道编码

1．1G系统，AMPS：BCH（40，28）；

TACS：BCH（40，28）；

NMT-450：卷积码；

NMT-900：卷积码。

2．2G系统，GSM：奇偶码、卷积码、纠错循环码（FIRE CODE）

IS95 CDMA：CRC、卷积码。

3．3G系统，cdma2000：CRC、卷积码、Turbo码（数据）；

WCDMA：CRC、卷积码、Turbo码（数据）；

TD-SCDMA：CRC、卷积码、RS码（数据）。

五．2G中三种常用的信道编码原理

1．奇偶校验码

2．循环冗余校验码（CRC）

（1）CRC原理

在代数编码理论中，将一个码组表示为一个多项式，码组中各码元当作多项式的系数。例如1100101表示为：6521

+++。

x x x

设编码前的原始信息多项式为P(x)，P(x)的最高次幂加1等于k，生成

多项式为G(x)，G(x)的最高次幂等于r；CRC余项式为R(x)；编码后带

CRC信息的多项式为T(x)。

发送方编码方式：将P(x)乘以x r(即将对应的二进制码序列左移r位)，再除以G(x)，所得余式R(x)。用公式表示T(x)＝P(x)×x r＋R(x)

接收方解码方式：将T(x)除以G(x)，如果余数为0，则说明传输过程中无错误，否则说明传输有误。

3．卷积码

六．2G中信道编码的实现过程

1．GSM系统中的信道编码

GSM系统中用到的信道编码包括奇偶码、卷积码、纠错循环码（FIRE CODE）。GSM系统中包含若干种逻辑信道，不同的逻辑信道在编码方案上也有所不同，例如TCH主要使用奇偶码和卷积码，而CCH主要使用Fire码和卷积码。

我们以业务信道为例，说明其信道编码的实现过程。GSM系统信源编码后的数据速率为13kbps，（260bits/20ms）。将260bit分为最重要（50bit），重要（132bit）不重要（78bit）。对“最重要”部分的50bit加入3位奇偶校验位，这53bit连同132个重要比特与4个尾比特一起（（50+3）+132+4=189bit）做1：2的卷积（189*2=378bit），再加上不重要的78bit，形成了456bit/20ms=22.8kbit/s的信道编码组。

2．IS-95 CDMA系统中的信道编码

IS-95 CDMA系统中，同样包含若干个逻辑信道，不同的逻辑信道在编码方案上也有所不同，我们也以业务信道为例，说明其信道编码的实现过程。

（1）前向业务信道

（2）反向业务信道

（3）用到的两种CRC

CRC 12（12比特的CRC ）其生成多项式为：

4891011112()12g x x x x x x x x =+++++++

CRC 8（8比特的CRC ）其生成多项式为：

3478()1g x x x x x x =+++++8

（4）用到的两种卷积器

前向：（1/2，9）

反向：（1/3，9）

5.3交织

我们已经知道，信道编解码的作用是进行差错控制，但信道编解码仅能检测

和校正单个差错和不太长的差错。而在移动通信中这种变参信道中，比特差错经

常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。这

种突发的成串的误码信道编解码技术往往是无能为力的。

如何解决这种突发的成串的误码？这就要采用交织技术。交织技术已在移动

通信中被广泛地采用。有人将其归为抗衰落技术，有人将其归为抗干扰技术，有

的教材将其列为是信道编码技术。

一．交织的作用

改造信道。将信道中的突发的成串差错变为随机的独立差错。

二．基本原理

1． 将一条消息的相继比特以非相继的方式发送，使突发差错信道变为离散

信道。交织技术的实现可以通过存储器来完成，在信道的输入端将信息

按列写入交织存储器，按行读出；在信道的输入端，按行写入去交织存储器，按列读出。如下图所示。

交织码的实现框图

2．举例

通常，数字通信系统的原理框图如下，其交织的实现过程及作用如下所

示。

三．交织的特点

将上述例子推广至一般情况：设分组长度L=M×N，即由M 列N 行的矩阵构

成，其中交织矩阵存储器是按列写入按行读出，然后送入突发信道，进入去交织

矩阵存储器，它则是按行写入按列读出。利用这种行、列倒换，可将突发信道变

换为等效的随机独立信道。这类分组周期性交织器具有如下性质：

1. 任何长度l ≤M 的突发差错，经交织后成为至少被N－1位隔开后的一些单

个独立差错。

2. 任何长度l ＞M 的突发差错，经去交织后，可将长突发差错变换成长度

1l l M ??=????

为的短突发差错。

3． 完成交织与去交织变换在不计信道时延条件下，将产生2MN个符号的时延，其中发、收端各占一半。

4． 在很特殊的情况下，周期为M的k个单个随机独立差错序列，经交织去交织后会产生长度为l的突发差错。

由以上分组交织器的性质可见，它是克服深衰落的有效方法，并已在移动通信中得到广泛的应用。但是它的主要缺点是带来附加的2MN个符号的时延，这对实时业务比如话音通信将带来不利的影响，同时增大了实现的设备的复杂性。

通信设计论坛 https://www.wendangku.net/doc/af1221494.html,

13

欢迎加入通信管线设计交流群 145563144

信道编码的发展

信道编码发展概述 摘要:信道编码为了与信道的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的可靠性，而在信源编码的基础上，按一定规律加入一些新的监督码元，以实现纠错的编码。本文主要介绍几种主要的信道编码和译码原理和它们实现方法和性能和各种编码的优缺点，并介绍其在现代通信技术中的应用如WCDMA和3G通信技术。 关键词:分组码; 卷积码; 级联码; Turbo码；通信技术； 中图分类号:TP91811 Development of Channel Codes Abstract: Channel coding in order to match the statistic properties of channel, and to distinguish the pathway and improve the reliability of communication, and on the basis of the source code, add some new oversight element according to certain rule, in order to realize the error correction coding. This paper mainly introduces several main channel coding and decoding principle and their implementation methods and properties and the advantages and disadvantages of all kinds of coding, and introduces its application in the modern communication technologies such as WCDMA and 3G communications technology. Key words:block codes; convolution code; concatenation codesturbo code; communication technology; 0引言 一个完整的通信系统，在从信源至接收的全过程中，对信号进行的编码包括信源编码、信道编码以及加密与解密，其中信源编码与信道编码是对信号进行处理的重要步骤，而加密与解密则主要用于接收系统中。 信道编码又称为纠错编码，是指将信号进行编码处理，以使编码后的传送码流与信道传输特性相匹配，其根本目的是为了提高信息传输的可靠性，即提高系统的抗干扰能力。信道编码是数字通信区别于模拟通信的显著标志，其主要实现方法是通过增大码率或频带，即增大所需的信道容量。这一点恰好与信源编码为适应存储及信道传输要求而进行压缩码率或频带而相反。信道编码在当今的通信系统中有这至关重要的地位，TD-SCDMA中主要采用了卷积码和CRC检错码，而Turbo码在WCDMA的差错控制技术中和4G通信中起着至关重要的作用。 1分组码 将信源的信息序列按照独立的分组进行处理和编码，称为分组码。编码时将每k个信息位分为一组进行独立处理，变换成长度为n（n>k）的二进制码组。 简单实用编码包括奇偶监督码、二维奇偶监督码、恒比码、正反码，其中奇偶监督码和分组码又同属于代数码。分组码一般用符号（n，k）表示，其中n是码组的总位数，又成为码组的长度（码长），k是码组中信息码元的数目，– n k r 为码组中的监督码元数目。在分组码中，把码组中“1”的个数目称为码组的重量，简称码重。把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距离，简称码距又称海明距离。分组码线性是指码组中码元的约束关系是线性的, 而分组则是对编码而言。他可以用近似代数理论中有限维有限域的矩阵来描述。线性分组码实际上是利用线性空间的扩展, 即由原来的k维扩展到n 维, 利用被扩展的(n - k ) 维来发现、纠正信道传输中的差错。 1.1 循环码 循环码是一种无权码，每位代码无固定权值，任何相邻的两个码组中，仅有一位代码不同。而纠错码的译码是该编码能否得到实际应用的关键所在。译码器往往比编码较难实现，对于纠错能力强的纠错码更复杂。根据不同的纠错或检错目的，循环码译码器可分为用于纠错目的和用于检错目的的循

CDMA语音编码和信道编码

CDMA的语音编码与信道编码 摘要：随着3G移动通信技术的逐步实现以及移动通信与互联网的融合，全球正迅速步入移动信息时代。CDMA已被广泛接纳为第三代移动通信的核心技术之一，它具有优越的性能。本文主要介绍CDMA中常用的语音编码技术与信道技术。 关键词：语音编码信道编码受激励线性编码码激励线性预测编码矢量和激励线性预测编码编码器解码器卷积码 1 CDMA中的语音编码技术 语音编码为信源编码，是将模拟信号转变为数字信号，然后在信道中传输。在数字移动通信中，语音编码技术具有相当关键的作用，高质量低速率的话音编码技术与高效率数字调制技术相结合，可以为数字移动网提供高于模拟移动网的系统容量。目前，国际上语音编码技术的研究方向有两个：降低话音编码速率和提高话音质量。 1.1 语音编码技术的分类 语音编码技术有三种类型：波形编码、参量编码和混合编码。 ●波形编码：是在时域上对模拟话音的电压波形按一定的速率抽样，再将 幅度量化，对每个量化点用代码表示。解码是相反过程，将接收的数字 序列经解码和滤波后恢复成模拟信号。波形编码能提供很好的话音质 量，但编码信号的速率较高，一般应用在信号带宽要求不高的通信中。 脉冲编码调制（PCM）和增量调制（ΔM）常见的波形编码，其编码速率 在16～64kbps。 ●参量编码：又称声源编码，是以发音模型作基础，从模拟话音提取各个 特征参量并进行量化编码，可实现低速率语音编码，达到2～4.8kbps。 但话音质量只能达到中等。 ●混合编码：是将波形编码和参量编码结合起来，既有波形编码的高质量 优点又有参量编码的低速率优点。其压缩比达到4～16kbps。泛欧GSM 系统的规则脉冲激励-长期预测编码（RPE-LTP）就是混合编码方案。1.2 CDMA的语音编码

有关语音传输速率、信道编码速率、信道总速率的专题

GSM系统的语音编码采用了规则脉冲激励长期预测编码（RPE-LEP编码器，Regular Pulse Excited Long Term Prediction ），RPE-LEP编码器结合了波形编码和声码器两种技术，编码速率低且话音质量高。原始语音信号是连续的模拟信号，经抽样、量化、编码等过程数字化之后，再送入RPE-LEP编码器，每20ms取样一次，每次输出260bit，所以语音传输全速率信道的速率为260bit/20ms=13kbit/s。 将每20ms取样输出的260bit的语音信号分成两部分，一部分是对差错敏感的，共182bit，如果这部分比特发生错误将严重影响语音质量；另一部分是对差错不敏感的，共78bit。然后，再对重要部分的182bit 进行分类：最重要的50bit和次重要的132bit，对最重要的50bit加上3个奇偶校验比特，次重要的132bit 再加上4个尾比特。然后，对这50+3+132+4=189bit进行R=1/2的卷积编码，此时，速率变为[（50+3+132+4）x2+78]/20ms=22.8kbit/s作为信道编码速率。 时隙的格式（普通突发脉冲序列）（见下图）

在GSM的TDMA中，帧被定义为每个载频中所包含的8个连续的时隙，相当于FDMA系统中的一个频道。在每个时隙中，信号以突发脉冲系列（burst）的形式发送。TDMA帧号是以3.5小时（2715648个TDMA 帧）为周期循环编号的。每个TDMA帧含8个时隙，整个帧时长约为4.615ms，每个时隙含156.25bit个突发脉冲码元，时隙时长为0.577ms。GSM规范定义了两种不同的复帧结构，即含26帧、持续时间为120ms和含51帧、持续时间为235.385ms。26帧的复帧包括26个TDMA 帧，持续时间为120ms，51个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带TCH （和SACCH加FACCH），用于语音信道及其随路控制信道，其中24个突发序列用于业务，2个突发序列用于信令。时隙时长：120/26/8=15/26ms=0.577ms。信道总速率：156.25/0.577=270.83kbit/s。每个比特占用的时间约为：0.577/156.25=3.7us/bit

信道编码

第六章目标 通过本章学习，学生应该能够： 1．画出GSM突发脉冲序列的结构图并理解每个构成的用途。 2．理解为保护空中接口上语音、数据和控制信道不出错采用的不同措施。

GSM突发脉冲序列（Burst） 对面图示的是一个GSM突发脉冲序列（Burst），它包括以下几个部分： ●信息 即话音，数据或控制信息。 ●保护带 BTS和MS接收信息时都必须在分配给它的时隙这一短暂的时间段内接收和解码突发脉冲序列，所以对于定时精确性的要求极高。采用保护带之后，允许有一小段空白的时间误差，一定程度上降低了定时精确性的要求。准确的说，时隙的长度是 0.577ms，脉冲序列的长度是0.546ms，允许时隙中突发脉冲序 列有0.031ms时间上的误差。 ●偷帧标志 当话务信道突发脉冲序列被FACCH(Fast Associated Control Channel)盗用时,这两个比特将被设臵.只设臵了一个比特表示突发脉冲序列只有一半被盗用。 ●训练序列 供接收均衡器评估BTS和MS之间物理通路的传输质量,训练比特长26比特. ●尾比特 用于指示突发脉冲序列的开始和结束。

GSM 突发脉冲序列和TDMA帧 保护带保护带信息训练序列信息 尾比特 偷帧标志 尾比特常规突发脉冲序列

GSM突发脉冲序列… 突发脉冲序列类型（Burst Types） 对面图示了GSM空中接口用到的五种脉冲序列。所有的脉冲序列，不管是什么类型的，必须在时间上准确定时到给定的时隙。 突发脉冲序列Burst是BTS或MS发送的比特序列，时隙则是一个固定的时间段，脉冲序列必须顺序准确的到达这一时间段，以便接收器能正确接收解码。 ●常规突发脉冲序列（Normal Burst） 常规突发脉冲序列用于业务信道和除以下所说的各种控制信道以外的控制信道。（双向的） ●频率校正突发脉冲序列（Frequency Correction Burst） 该突发脉冲序列用于下行的FCCH，使MS能校正自己振荡器的频率并锁定到BTS的频率。 ●同步突发脉冲序列（Synchronization Burst） 用来用于下行的SCH，使MS同步到BTS。 ●填充突发脉冲序列（Dummy Burst） 当BCCH载频中没有用到的时隙中没有信息可发送时，发送填充突发脉冲序列（仅在下行方向） ●接入突发脉冲序列（Access Burst） 这种突发脉冲序列比其它类型的脉冲序列短很多。因为MS试图接入到系统时还不知道发射定时，所以要增加保护带。MS发送该突发脉冲序列时，BTS并不知道MS的位臵，所以来自MS的消息的定时也无法准确计算（接入突发脉冲序列仅为上行）。

信息论基础与编码(第五章)

5-1 有一信源，它有六种可能的输出，其概率分布如下表所示，表中给出了对应的六种编码12345C C C C C 、、、、和6C 。 （1） 求这些码中哪些是唯一可译码； （2） 求哪些是非延长码（即时码）； （3） 对所有唯一可译码求出其平均码长。 解：（1(2)1,3,6是即时码。 5-2证明若存在一个码长为12,,,q l l l ???的唯一可译码，则一定存在具有相同码长的即时码。 证明：由定理可知若存在一个码长为Lq L L ,,2,1 的唯一可译码，则必定满足kraft 不等式 ∑=-q i l i r 1 ≤1。 由定理44?可知若码长满足kraft 不等式，则一定存在这样码长的即时码。所以若存在码长Lq L L ,,2,1 的唯一可译码，则一定存在具有相同码长P （y=0）的即时码。 5-3设信源1 2 61 26()s s s S p p p P s ??? ?? ??=???? ??? ????，61 1i i p ==∑。将此信源编码成为r 元唯一可译变长码（即码符号集12{,,,}r X x x x =???），其对应的码长为（126,,,l l l ???）=（1，1，2，3，2，3），求r 值的最小下限。 解：要将此信源编码成为 r 元唯一可译变长码，其码字对应的码长 （l 1 ,l 2 ,l 3, l 4,l 5, l 6）=(1,1,2,3,2,3) 必须满足克拉夫特不等式，即 1 3232116 1 ≤+++++=------=-∑r r r r r r r i li

所以要满足 12 223 2≤++r r r ，其中 r 是大于或等于1的正整数。 可见，当r=1时，不能满足Kraft 不等式。 当r=2, 18 2 4222>++，不能满足 Kraft 。 当r=3, 127 262729232<=++，满足Kraft 。 所以，求得r 的最大值下限值等于3。 5-4设某城市有805门公务电话和60000门居民电话。作为系统工程师，你需要为这些用户分配电话号码。所有号码均是十进制数，且不考虑电话系统中0、1不可用在号码首位的限制。（提示：用异前缀码概念） （1）如果要求所有公务电话号码为3位长，所有居民电话号码等长，求居民号码长度1L 的最小值； （2）设城市分为A 、B 两个区，其中A 区有9000门电话，B 区有51000门电话。现进一步要求A 区的电话号码比B 区的短1位，试求A 区号码长度2L 的最小值。 解：(a) 805门电话要占用1000个3位数中的805个，即要占用首位为0～ 7的所有数字及以8为首的5个数字。因为要求居民电话号码等长， 以9为首的数字5位长可定义10 000个号码，6位长可定义100 000 个号码。所以min L 16=。 或由Craft 不等 式，有 8051060000101 31?+?≤--L 解得 L 1103 180******** 5488≥--?=-log .， 即 min L 16= (b) 在(a)的基础上，将80为首的数字用于最后5个公务电话，81～86 为首的6位数用于B 区51 000个号码，以9为首的5位数用于A 区9 000 个号码。所以，min L 25=。或 由Draft 不等式，有 80510 900010510001013 122?+?+?≤---+L L () 或 80510 900051000101013 12?++??≤---()L 解得L 210 3 18051090005100 4859≥--?+=-log . 即min L 25= 5-5求概率分布为)152,152,51,51,31(的信源的二元霍夫曼码。讨论此码对于概率分布为 )5 1 ,51,51,51,51(的信源也是最佳二元码。

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，

WCDMA技术的信源编码和信道编码

WCDMA技术的信源编码和信道编码 WCDMA网络是全球商用时间最长，技术成熟、可演进性最好的，全球第一个3G商用网络就是采用WCDMA制式。我国采用了全球广泛应用的WCDMA 3G技术，目前已全面支持HSDPA/HSUPA，网络下载理论最高速率达到14.4Mbps。2G无线宽带的最高下载速度约为150Kbps，我国的WCDMA网络速度几乎是2G网络速度的100倍。支持业务最广泛，基于WCDMA成熟的网络和业务支撑平台，其所能实现的3G业务非常丰富。无线上网卡、手机上网、手机音乐、手机电视、手机搜索、可视电话、即时通讯、手机邮箱、手机报等业务应用可为用户的工作、生活带来更多的便利和美妙享受。终端种类最多，截至2008年底，支持WCDMA商用终端的款式数量超过2000款，全球主要手机厂商都推出了为数众多的WCDMA手机。国内覆盖广泛，截至2009年9月28日，联通3G网络已成功在中国大陆285个地市完成覆盖并正式商用，新覆盖的城镇数量还在不断增长中，联通3G网络和业务已经覆盖了中国绝大部分的人口和地域。开通国家最广，可漫游的国家和地区最多，截至2008年底，全球已有115个国家开通了264个WCDMA网络，占全球3G商用网络的71.3%。截至2009年9月28日，中国联通已与全球215个国家的395个运营商开通了。 WCDMA的优势明显，技术成熟，在WCDMA物理层来看，信源编码和信道编码是WCDMA技术的基础，信源编码是采用语音编码技术，AMR语音编码技术是由基于变速率多模式语音编码技术发展而来，主要原理在于：语音编码器模型由一系列能提供多种编码输出速率与合成质量的声码器构成AMR支持八种速率。鉴于不同信源比特对合成语音质量的影响不同AMR 语音编码器输出的话音比特在传输之前需要按照它们的主观重要性来排序分类，分别采用不同保护程度的信道编码对其进行编码保护。 信源编码AMR模式自适应选择编码器模式以更加智能的方式解决信源和信道编码的速率匹配问题，使得无线资源的配置和利用更加灵活和高效。实际的语音编码速率取决于信道条件，它是信道质量的函数。而这部分工作是解码器根据信道质量的测量参数协助基站来完成，选择编码模式，决定编码速率。原则上在信道质量差时采用低速率编码器，就能分配给信道编码更多的比特冗余位来实现纠错，实现更可靠的差错控制。在信道质量好、误比特率较低时采用高速率编码器，能够提高语音质量。在自适应过程中，基站是主要部分，决定上下行链路采用的速率模式。 信源编码AMR编码器原理，WCDMA系统的AMR声码器共有八种编码模式，它们的输出比特速率不同。为了降低成本和复杂度，八种模式都采用代数码本激励线性预测技术，它们编码的语音特征参量和参量提取方法相同，不同的是参量的量化码本和量化比特数。AMR语音编码器根据实现功能大致可分为LPC分析、基音搜索、代数码本搜索三大部分。其中LPC分析完成的主要功能是获得10阶LPC滤波器的-.个系数，并将它们转化为线谱对参数，并对LSF进行量化；基音搜索包括了开环基音分析和闭环基音分析两部分，以获得基音延迟和基音增益这两个参数；代数码本搜索则是为了获得代数码本索引和代数码本增益，还包括了码本增益的量化。

水声通信系统中的信道编码技术研究

水声通信系统中的信道编码技术研究 信道编码定理为人们探索信道的最佳编码方案提供了理论依据，但并没有指明如何获得好码。目前，出现了多种信道编码方案，如RS 码、卷积码、级联码等。本文简要介绍了RS 码和卷积码的基本原理，并进行了相应的计算机仿真，并给出了加入了RS 码和卷积码水声通信系统的水池实验数据，结果表明利用信道编码技术能够提高水声通信系统的误码性能。 （一）Reed －Solomon 码 1960 年I.S Reed 和G .Solomond 提出RS 码,又称Reed －Solomon 码，RS 码是一类纠错能力很强的多进制BCH 码。 RS 码是在GF(q)上长度为N=q-1的本原BCH 码。冗余根据可纠正错误确定，通常等于2t 个字符。这样，编码具有k=q-2t-1个信息字符。这种码具有N 个信息字符，可纠正t 个错误。长度为N ，设计距离为=q-k δ的RS 码的生成多项式为： )())()(()(1321-----=δααααx x x x x g (1) 本论文系统中实现的编码器按图1工作。开始编码前，向A0~A13或A0~A11单元写入信息字符（分别对应1个或2个可纠错码）。P0~P15单元记载类构造器算出的校验多项式的系数值。然后校验多项式系数和信息字相乘并相加，如图所示。运算的结果得出校验字符，存入A0（此时，信息字符向左移位）。生成过程继续，直到A15出现信息字高位元素。这样，在编码中，为纠正1个错误，必须进行2次迭代；为纠正2个错误，必须进行4次。 ∑ 图1 RS 码编码器的结构 纠错码的译码问题，一直是编码理论中最感兴趣的课题之一。RS 在短和中的码长下，具有很好的纠错性能，构造容易，故得到广泛应用。 RS 的译码基本上分为3步：第一步是由接收到的R(x)计算出伴随式；第2步由伴随式找出错误图样E(x)；第3步由R(x)- E(x)得到可能发送的码字C(x)。 记q(x)为信息多项式，则发送码字C(x)＝q(x)g(x)，接收到的码字:

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

信道编码

为了提高信息在无线信道传输时的可靠性，提高数据在信道上的抗干扰能 力，TD一SCDMA系统采用了三种信道编码方案:卷积编码、Turb。编码和不编 码。不同类型的传输信道所使用的编码方案和编码率见表2.3。 编码后的比特数H和编码前的比特数I的关系可以表示为: (l)编码率为1/2的卷积码:H=21+l6; (2)编码率为1/3的卷积码:H=3卜24; (3)编码率为1/3的Turbo码:H=31+12; (4)不编码:H=I; 在数字通信中，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。信道编码对改善传输质量起着至关重要的作用。为了提高信息、在无线信 道传输的可靠性，TD一SCDMA系统主要采用了不编码、卷积编码和Turbo编码 三种信道编码方案。 卷积码是一种非分组码，通常它更适用于前向纠错法，因为其性能对于许多 实际情况常优于分组码，而且设备简单。这种卷积码在它的信息码元中也有插入 的监督码元，但并不实行分组监督，每一个监督码元都要对前后的信息单元起监 督作用，整个编解码过程是一环扣一环，连锁地进行下去。 Tubro码可以是串行或并行级联码，一般用的并行式编码器。串行式编码器 由外码、交织和内码串接而成，并行式编码器则由几个分量编码器、交织、打孔 复接构成，各分量编码器可以不同，也可以相同;可以用分组码，也可以用卷积 码，甚至级联码。分组码适用于编码率高的情况，卷积码则相反。译码器包括两 个软输入输出译码器、交织器和去交织器，构成第二级译码器的软输出反馈到第 一级输入，以改善判决，在迭代到一定次数后，经过硬判决获得结果。在卷积码 的情况，译码器采用软输入软输出Viterhi算法。最常用的是逐个符号最大后验 概率译码器。误码率性能与迭代次数有关，迭代过程一般是收敛的。交织器的设计是Turbo码的关键。它的任务是把低码重的输入序列中连续的 零比特打散，使分量编码器的校验码有较大的码重，打孔是在两个编码器的输出 删去一部分，其目的是提高编码率。如果编码时进行了打孔则在译码时要在打孔 位补O。 Tubro码的主要特色或优点主要有四个方面:(1)发端交织器起到随机化码 重分布的作用，使Turbo码最小重量尽可能大，即随机化编码的作用;(2)收端 交织器与相应的多次迭代译码起到随机译码的作用，同时对有突发错误的衰落信 道起到化突发为随机独立差错的作用;(3)级联编译码起到利用短码构造长码的 作用，再加上交织的随机性使得级联也具有随机性，从而克服了固定式级联渐进 性能差的缺点;(4)并行级联结构与最优的多次迭代软输入/软输出的BCJR算

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

信道编码方案设计

信道编码方案设计 一、实验目的 1、理解信道编码的思想，掌握信道编码的编程实现原理及技术。 2、学习并理解信道编码的根本目的、技术要求与基本目标等基本概念；掌握线 性分组码的物理含义、数学基础及检纠错原理；掌握循环码的码型特点、检纠错能力、编译码方法及基本技术； 二、实验原理 信道编码是为了提高通信的可靠性而采取的一种编码策略。信道编码的核心基础是纠错编码理论，是在信息码后面附加上一些监督码，以便在接收端发现和纠正误码。信道是信号从信源传送到信宿的通路。由于信道有干扰，使得传送的数据流(码流)中产生误码。误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。信道编码的目的是提高信息传输或通信的可靠性。信道编码的任务是降低误码率，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，提高数据传输效率。 道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，达到在接收端进行检错和纠错的目的。在带宽固定的信道中，总的传送码率是固定的，由于信道编码增加了数据量，其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价了。 三、实验步骤 1、传送二进制码“0”的概率P0=0.6,"1"的概率p1=1-p0。 2、利用单极性基带信号传输，从判决输入端观测，用电平s0=0传输“0”，用电 平s1=A传输“1”，信道中的噪声是加性的零均值高斯噪声，方差为柯西的平方， 3、在最佳门限电平判决下传输误码率Pe与A2/柯西平方下的曲线。 4、每一个给定噪声方差下仿真传输序列长度为105bit, 四、实验程序 clear; s0=0;s1=5; p0=0.6;%信源概率 p1=1-p0; A2_over_sigma2_dB=-5:0.5:20;%仿真信噪比范围 A2_over_sigma2=10.^(A2_over_sigma2_dB./10); sigma2=s1^2./A2_over_sigma2; N=1e5;

5 移动通信原理 第五章 语音编码、信道编码和交织技术

第5章语音编码、信道编码和交织技术 引言 一般的数字通信系统都包含信源编解码、信道编解码和调制解调这三对功能模块，语音编码是一种信源编码的，在移动通信中由于信道的特点，往往还需要交织和去交织这一对功能模块。 为什么要进行信源编码、信道编码和交织呢？从实现过程分析： 信源编码——原理：去掉一些信息（信源中统计特性具有相关性的信息）； （有效性）目的：尽可能用最少的信息比特表示信源，从而达到压缩信息 速率，以较少的信息速率传送信息； 信道编码——原理：加入一些信息（监督码或检验码）； （可靠性）目的：用来供接收端纠正或检出信息在信道中传输时，由于干 扰、噪声或衰落等所造成的误码。 交织——原理：不改变信息量，只改变信息的排序； （可靠性）目的：克服信道中由于深衰落而造成的突发的成串的误码。 对本章的学习，我们复习信源编码和信道编码的基础上，重点掌握：1．移动通信对编码的要求； 2．蜂窝移动通信典型系统用到的编码方式； 3．在这些系统中的实现过程； 4．交织的原理和作用。 5.1 语音编码 通信系统中的语音编码的目的是解除语音信源的统计相关性，语音编码大致分为三类。 一．语音编码的分类（参考：《吴伟陵，《移动通信原理》，电子工业出版社，P72）1．波形编码 波形编码是以精确再现语音波形为目的，并以保真度即自然度为度量标准的编码方法。这类编码是保留语音个性特征为主要目标的方法，其码速较高。 常用的波形编码及其原理：PCM、DPCM、ADPCM 应用：适用于骨干（固定）通信网。

2．参量编码 利用人类的发声机制，仅传送反映语音波形变化主要参量的编码方法。在接收端，可根据发声模型，由传送过来的变化参量激励产生人工合成的语音。参量编码的主要标准是可懂度。显然，这类编码是以提取并传送语音的共性特征参量为目的的编码方式，其码速较低。（声码器） 常用的参量编码及其原理：LPC 应用：主要用于军事保密通信。 3．混合编码 混合编码是吸取上述两类编码的优点，以参量编码为基础，并附加一定的波形编码特征，以实现在可懂度基础上适当改善自然度目的的编码方式。其码速介于上述两类编码之间。（软声码器） 常用的参量编码及其原理：MPLPC(多脉冲激励LPC)；CELPC（码激励线性预测编码） 应用：主要应用于移动通信。 移动通信中由于频率资源有限，因此要求语音编码采用低码速，而另一方面由于移动通信信号可能要进入公共骨干通信网，因此必须基本满足公共骨干网的最低要求，再者移动通信属于民用通信，还必须满足个性化指标要求，鉴于以上理由，高质量的混合编码是移动通信中的优选方案。 二．混合编码的性能参数 1．数据比特率（bps） 数据比特率是度量语音信源压缩率和通信系统有效性的主要指标。数据比特速率越低，压缩倍数就越大，可通信的话路数也就越大，移动通信系统也就越有效。但数据比特率低，话音质量也就随之相应降低。为了补偿质量的下降，措施主要包括：（1）提高设备硬件复杂度和算法软件复杂度，但这又带来了成本与处理时延的增大；（2）采用可变速率的自适应传输，它可以大大降低语音的平均传送率；（3）还可以进一步采用语音激活技术，充分利用至少3/8的有效空隙，可获得大约2.67dB的有效增益。 2．语音质量 对语音质量的评价通常有两类方法：客观评定方法和客观评价方法。 （1）客观评定方法

交织的定义及原理介绍

交织的定义与原理 简介 交织器 在陆地移动通信这种变参信道上，比特差错经常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。然而，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效。为了解决这一问题，希望能找到把一条消息中的相继比特分散开的方法，即一条消息中的相继比特以非相继方式被发送。这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个(或长度很短)，这时再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息。这种方法就是交织技术。 在通信中，传输信息比特差错经常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。然而，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效。为了解决这一问题，希望能找到把一条消息中的相继比特分散开的方法，即一条消息中的相继比特以非相继方式被发送。这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个(或长度很短)，这时再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息。这种方法就是交织技术。 假定由一些4比特组成的消息分组，把4个相继分组中的第1个比特取出来，并让这4个第1比特组成一个新的4比特分组，称作第一帧，4个消息分组中的比特2～4，也作同样处理，如图3-30所示。 然后依次传送第1比特组成的帧，第2比特组成的帧，……。在传输期间，帧2丢失，如果没有交织，那就会丢失某一整个消息分组，但采用了交织，仅每个消息分组的第2比特丢失，再利用信道编码，全部分组中的消息仍能得以恢复，这就是交织技术的基本原理。概括地说，交织就是把码字的b个比特分散到n个帧中，以改变比特间的邻近关系，因此n值越大，传输特性越好，但传输时延也越大，所以在实际使用中必须作折衷考虑。 基本原理

GSM信道编码和交织技术

GSM信道编码和交织技术 2010-09-25 16:23:50| 分类：GSM | 标签：|字号大中小订阅 3.4 信道编码和交织 信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰对信号产生不良影响。 信道编码采用专门的冗余技术，在发送端按一定的规律插入冗余位进行编码，接收端的解码过程利用这些冗余位检测误码并尽可能地纠正错误，恢复出原始的发送信息。 GSM中使用的编码方式有卷积码和分组码，在实际应用中是把这两种方式组合在一起使用。 ? 卷积码：把k个信息比特编成n个比特，k，n都很小，适宜以串行方式传输，而且延时也小，编码后的n个码元不但与本组k个信息码元相关，还与前面（N －1）组的信息码元相关，其中N称为约束长度。卷积码一般可表示成（n，k，N）。卷积编码的纠错能力随N的增大而增大，而差错率随N的增大成指数下降。卷积码主要用于纠错，当解调器采用最大似然估计方法时，可以产生十分有效的纠错结果。 ? 分组码：这是一种截短循环码，通过增加对信息比特的异或运算得到冗余位，把k个输入信息位通过异或运算映射到n个输出二进码元（n>k）。分组码主要用于检测和纠正成组出现的错码，通常与卷积码混合使用。 3.5 交织和解交织 无线通信的突发误码的产生，常常是因为持续时间较长的衰落引起的，如果只依靠上述的信道编码方式来检错和纠错是不够的。为了更好地解决这类误码问题，在系统中采用信道交织技术。 交织实际上是把一个消息块原来连续的比特按一定规则分开发送传输，即在传送过程中原来的连续块变成不连续，然后形成一组交织后的发送消息块，在接收端对这种交织信息块复原（解交织）成原来的信息块。如图 3 21所示 图 3 21 交织技术 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，采用编码技术后就很容易恢复那些被丢失的消息。

论信源编码与信道编码

论信源编码与信道编码 李希夷 201110404107 摘要： 如今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。而在数字通信系统中，信源编码和信道编码在信息的传送过程中起到了至关重要的作用，这要求我们对信源编码和信道编码的了解和认识有更高的层次。 关键词： 信息传输数字通信信源编码信道编码 正文： 一．信源编码和信道编码的发展历程 信源编码： 最原始的信院编码就是莫尔斯电码，另外还有ASCII码和电报码都是信源编码。但现代通信应用中常见的信源编码方式有：Huffman编码、算术编码、L-Z 编码，这三种都是无损编码，另外还有一些有损的编码方式。信源编码的目标就是使信源减少冗余，更加有效、经济地传输，最常见的应用形式就是压缩。相对地，信道编码是为了对抗信道中的噪音和衰减，通过增加冗余，如校验码等，来提高抗干扰能力以及纠错能力。 信道编码： 1948年Shannon极限理论 →1950年Hamming码 →1955年Elias卷积码 →1960年 BCH码、RS码、PGZ译码算法 →1962年Gallager LDPC（Low Density Parity Check，低密度奇偶校验）码→1965年Ｂ－M译码算法 →1967年RRNS码、Viterbi算法 →1972年Chase氏译码算法 →1974年Bahl MAP算法 →1977年IMaiBCM分组编码调制 →1978年Wolf 格状分组码 →1986年Padovani恒包络相位／频率编码调制 →1987年Ungerboeck TCM格状编码调制、SiMonMTCM多重格状编码调制、WeiL.F.多维星座TCM →1989年Hagenauer SOVA算法