任務(wù)驅(qū)動教學(xué)設(shè)計方案

1、 教 案 模塊一：移動通信基本技術(shù)1.5 移動通信的編碼技術(shù)制定人員： 閆海煜 制定時間： 2014.8.15 授課教師： 閆海煜 所需學(xué)時： 2 教學(xué)條件要求配備有投影儀、多媒體教教室、教師演示終端、黑板等。教學(xué)目標(biāo)l 掌握各種信源編碼的特點及在移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用；l 掌握每信道編碼基本原理；l 熟悉無線信號的處理流程；l 針對具體的移動通信系統(tǒng)，能夠熟記該系統(tǒng)使用的信源編碼方式。 重點與難點l 重點: 各種信源編碼的特點及在移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用；l 難點:無 主要授課內(nèi)容一、無線信號處理流程 圖1 無線信號處理流程1、信源編碼： 把經(jīng)過采樣和量化后的模擬信號變換成為數(shù)字脈沖信號的過程，稱

2、為信源編碼。 (以語音編碼為主)2、信道編碼: 收發(fā)雙方通過一定的信道收發(fā)信息時采用雙方協(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。3、調(diào)制和解調(diào): 基帶信號往往不能直接作為傳輸信號，必需將基帶信號轉(zhuǎn)換成適合信道傳輸?shù)男盘?，并在接收端進(jìn)行反變換，這種變換和反變換稱為調(diào)制和解調(diào)。二、信源編碼1、概念在發(fā)送端，把采樣和量化后的模擬信號變換成數(shù)字脈沖信號的過程。在移動通信系統(tǒng)中，主要是語音編碼，即把模擬語音轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號以便在信道中傳輸。2、編碼要求語音編碼技術(shù)是數(shù)字移動通信的基礎(chǔ)，是第一代與第二代移動通信的主要區(qū)別。提高通話質(zhì)量（數(shù)字化信道編碼糾錯）；提高頻譜利用率（低碼率編碼）；提

3、高系統(tǒng)容量（低碼率，語音激活技術(shù)）。移動通信對數(shù)字語音編碼的要求：· 速率較低，純編碼速率應(yīng)低于16kbits；語音質(zhì)量好；· 編碼時延小，控制在幾十毫秒以內(nèi)；· 抗噪聲、干擾和抗誤碼能力強(qiáng)；· 算法復(fù)雜程度適中，便于大規(guī)模集成；· 功耗小，以便應(yīng)用于手持機(jī)。3、分類信源編碼技術(shù)通常分為三類：波形編碼、參量編碼、混合編碼。· 波形編碼直接對模擬語音取樣、量化，并用代碼表示。包括脈沖編碼調(diào)制（PCM）和增量調(diào)制（DM或M），自適應(yīng)增量調(diào)制（ADM），差值脈沖編碼調(diào)制（DPCM），自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）等。特點：具有很寬范圍

4、的語音特性；抗干擾能力強(qiáng)；復(fù)雜度低。但，編碼速率要求高，占用帶寬較寬，適用有線通信系統(tǒng)。PCM編碼：編碼原理采用A律波形編碼· 參量編碼即聲源編碼，以發(fā)音機(jī)制的模型為基礎(chǔ)，用一套模擬聲帶頻譜特性的濾波器系數(shù)和若干聲源參數(shù)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(jìn)行量化編碼。特點：語音編碼速率可以很低，但有明顯的失真，并且對噪聲較為敏感。· 混合編碼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(yù)測編碼（RPE-LTP編碼器）”?；旌暇幋a=波形編碼參量編碼，力圖保持波形編碼話音的高質(zhì)量與參量編碼的低速率。混合編碼數(shù)字語音信號中既包括若干

5、語音特征參量又包括部分波形編碼信息。4、信源編碼應(yīng)用2G/3G中的話音信源編碼的基本原理是相同的，都采用了矢量量化和參數(shù)編碼的方式。 · IS-95中的變速率碼激勵線性預(yù)測編碼（CELP） IS-95中的CELP技術(shù)通過四個等級的變速率編碼實現(xiàn)話音激活，即使用戶發(fā)聲時進(jìn)行全速率（9.6kbps）編碼，而不發(fā)聲時僅僅傳遞八分之一（1.2kbps）的背景噪聲，以降低功耗和對其他用戶的干擾。 · GPRS/WCDMA中的自適應(yīng)多速率編碼（AMR） AMR的基本原理是根據(jù)環(huán)境或應(yīng)用需求的變化動態(tài)調(diào)整編碼速率，例如在信道條件惡化時，降低編碼速率

6、，通過犧牲話音品質(zhì)以拿出更多的無線資源用于更可靠的信道編碼以保證基本的語音可懂，而在信道條件好的時候則采用較高的編碼速率保證話音品質(zhì)。  · CDMA2000演進(jìn)系統(tǒng)中的可選擇模式語聲編碼（SMV） SMV用于CDMA2000演進(jìn)系統(tǒng)中，其基本原理與前述兩種基本相同，它也是可變速率，從速率等級上看與IS-95中 CELP一樣 ， 有 9.6kbps 、 4.8kbps 、 2.4kbps 、1.2kbps四種，不同的是，SMV允許有四種模式供系統(tǒng)側(cè)選擇，即Mode 

7、0（高品質(zhì)模式）、Mode 1（標(biāo)準(zhǔn)模式）、Mode 2（經(jīng)濟(jì)模式）、Mode 3（容量節(jié)省模式），不同的模式實現(xiàn)不同程度的話音質(zhì)量和平均速率的折中，通過調(diào)整不同等級速率所占的比例實現(xiàn)不同的模式，從而調(diào)整平均數(shù)速率。 三、信道編碼概念：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(jìn)行糾正。有時也被稱為糾錯/檢測編碼。· 奇偶校驗碼；· 重復(fù)碼；· 循環(huán)冗余校驗碼； · 卷積碼；&

8、#183; 交織。教學(xué)組織過程一、復(fù)習(xí)提問1.多址技術(shù)研究的是什么問題?2.解釋什么是FDMA、TDMA、CDMA、SDMA、OFDMA？3.你能結(jié)合某移動通信系統(tǒng)闡述多址技術(shù)的具體應(yīng)用嗎？（GSM）二、新課引入，明確教學(xué)目標(biāo)由于通信的原始信號大多是模擬信號，要實現(xiàn)數(shù)字移動通信，必須將模擬信號進(jìn)行數(shù)字化處理，才能在數(shù)字信道中傳輸。這就需要通過編碼技術(shù)將原始的模擬信號進(jìn)行數(shù)字化處理之后才能在數(shù)字移動通信系統(tǒng)中傳輸。接下來我們就講解移動通信的編碼技術(shù)。（1） 明確本次課程的目標(biāo)（2） 講解編碼技術(shù)的概念三、講解無線信號的處理流程、信源編碼、信道編碼技術(shù)及應(yīng)用舉例1.無線信號的處理流程成 請回想，數(shù)

9、字通信系統(tǒng)信號處理流程是什么？它與移動通信無線信號的處理流程有什么相同點與不同點?在同學(xué)們理解比較之后，教師補(bǔ)充講解無線信號的處理流程及特點，并引出無線信道的信源編碼及信道編碼。2.信源編碼教師講解信源編碼的特點及要求。之后講解波形編碼、參量編碼、混合編碼的編碼原理及特點。在同學(xué)們大致理解后，通過舉例幾種移動通信系統(tǒng)采用的信源編碼，讓學(xué)生理解到常見的幾種移動通信系統(tǒng)采用的信源編碼技術(shù)及編碼特點。3. 信道編碼教師講解信道編碼的原理及特點。之后講解奇偶校驗碼、重復(fù)碼、循環(huán)冗余校驗碼、卷積碼、交織的原理及特點。四、小結(jié)主要講解無線信號的處理流程，三種信源編碼的原理、各自特點及具體應(yīng)用，五種信道編碼的原理及特點。五、作業(yè)布置1.簡述GSM系統(tǒng)、GPRS系統(tǒng)、IS-95CDMA系統(tǒng)、CDMA2000