移動(dòng)通信的基本技術(shù)之編碼技術(shù)解析課件

1、移動(dòng)通信的基本技術(shù)廣州城建職業(yè)學(xué)院機(jī)電信息工程學(xué)院主講；任元吉移動(dòng)通信的基本技術(shù)【本章內(nèi)容簡介】本章著重介紹了移動(dòng)通信系統(tǒng)所涉及的主要技術(shù)，通過學(xué)習(xí)調(diào)制解調(diào)技術(shù)、編碼技術(shù)、交織技術(shù)、基帶傳輸、多址技術(shù)、跳頻擴(kuò)頻技術(shù)和分集接收技術(shù)，了解這些技術(shù)的基本概念、主要特點(diǎn)、應(yīng)用范圍和方式，為掌握移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作原理和方法打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)與要求】重點(diǎn)掌握調(diào)制解調(diào)技術(shù)、編碼技術(shù)、跳頻擴(kuò)頻技術(shù)等的基本概念、主要特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，了解MSK類調(diào)制的性能比較，掌握偽隨機(jī)（PN）序列基本特性。主要內(nèi)容電波傳播分析調(diào)制與解調(diào)技術(shù)編碼和解碼技術(shù)多址技術(shù)抗噪聲和干擾技術(shù) 交織技術(shù)分集技術(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)編 碼 技

2、術(shù)信源編碼和信道編碼是通信數(shù)字化的兩個(gè)重要技術(shù)領(lǐng)域。在移動(dòng)通信數(shù)字化中，首先是模擬語音信號的數(shù)字化。對于語音信號進(jìn)行數(shù)字化處理，采用低碼率數(shù)字語音編碼，可以提高頻帶的利用率和信道容量；同時(shí)采用較強(qiáng)糾錯(cuò)能力的信道編碼技術(shù)，可使移動(dòng)通信系統(tǒng)在較低載干比（C/I）的條件下運(yùn)行，從而保證良好的通話質(zhì)量。在通信系統(tǒng)中，一般采用“信源編碼”技術(shù)來提高數(shù)字系統(tǒng)的傳輸效率。 通常采用“信道編碼”技術(shù)，即“差錯(cuò)控制編碼”來提高數(shù)字系統(tǒng)的可靠傳輸。語音壓縮編碼技術(shù)信源編碼技術(shù)的主要任務(wù)是通過降低數(shù)字信號的碼元速率，壓縮頻帶，達(dá)到提高信號傳輸有效性的目的。2G數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)以語音業(yè)務(wù)為主，故信源編碼主要指的是

3、語音壓縮編碼。3G不僅提高語言業(yè)務(wù)，還提供高速數(shù)據(jù)、圖像等多媒體業(yè)務(wù)，故信源編碼除了語音編碼外還有圖像壓縮編碼、多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼等。語音壓縮編碼技術(shù)信源輸出的信號都是模擬語音信號，信源編碼主要完成兩大任務(wù)：第一是將模擬語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（也就是實(shí)現(xiàn)模擬信號數(shù)字化），第二是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。模擬信號數(shù)字化的方法有多種，目前采用最多的是信號波形的A/D變換方法（波形編碼）。它直接把時(shí)域波形變換為數(shù)字序列，接收恢復(fù)的信號質(zhì)量好。實(shí)用的波形編碼方法主要有兩種基本形式，一是脈沖編碼調(diào)制（PCM），另一種是增量調(diào)制（M）。下面主要介紹信源編碼的工作原理。1信源信號的數(shù)字化“數(shù)字化”的最基本的技術(shù)，叫作脈

4、沖編碼調(diào)制（PCM，Pulse Code Modulation），簡稱脈碼調(diào)制。模擬信號正是通過PCM而變換成數(shù)字信號的，其具體過程是：通過抽樣、量化和編碼三個(gè)步驟，用若干代碼表示模擬形式的信息信號（如圖像、聲音信號），再用脈沖信號表示這些代碼來進(jìn)行傳輸存儲。其系統(tǒng)原理框圖如圖所示。脈沖編碼調(diào)制模擬信號數(shù)字傳輸方框圖 這里所說的“代碼”是指表示數(shù)值的一組二進(jìn)制或多進(jìn)制的數(shù)字符號，如表示數(shù)值“五”的十進(jìn)制代碼是“5”，二進(jìn)制代碼是“101”。PCM技術(shù)中，通常用二進(jìn)制代碼。PCM信號PCM信號話音信號話音信號抽樣量化編碼數(shù)字通信系統(tǒng)譯碼低通A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）D/A（數(shù)模轉(zhuǎn)換）2語音編碼技術(shù)在數(shù)字

5、移動(dòng)通信中，采用的語音編碼技術(shù)有波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼三種。波形編碼技術(shù)是通過對語音波形進(jìn)行采樣、量化，然后用二進(jìn)制碼表現(xiàn)出來，并在解碼端盡可能準(zhǔn)確地恢復(fù)語音信號的原始波形。語音編碼技術(shù)參數(shù)編碼技術(shù)是以語音信號產(chǎn)生的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)輸入語音信號分析出表征聲門振動(dòng)的激勵(lì)參數(shù)和表征聲道特性的聲道參數(shù)，然后在解碼端根據(jù)這些模型參數(shù)來恢復(fù)語音。這種編碼算法并不忠實(shí)地反映輸入語音的原始波形，而是著眼于人耳的聽覺特性，確保解碼語音的可懂度和清晰度?；谶@種編碼技術(shù)的編碼系統(tǒng)一般稱之為聲碼器，主要用在窄帶信道上提供48kbit/s以下的低速率語音通信和一些對時(shí)延要求較寬的場合。當(dāng)前參數(shù)編碼技術(shù)主要

6、的研究方向是線性預(yù)測LPC（Linear Predictive Coder）聲碼器和余弦聲碼器。語音編碼技術(shù)混合編碼是基于參量編碼和波形編碼發(fā)展的一類編碼技術(shù)。一般都把以LPAS為基礎(chǔ)的用VQ技術(shù)對激勵(lì)信號進(jìn)行量化的編碼算法統(tǒng)稱為CELP。CELP具有波形編碼和參數(shù)編碼兩種特點(diǎn)，它保持了波形編碼的高質(zhì)量和參量編碼的低速率，因此也稱為混合編碼，在416kbit/s速率上能夠得到高質(zhì)量的合成語音。多脈沖線性預(yù)測編碼（MP-LPC）、規(guī)則脈沖線性預(yù)測編碼（RPE-LPC）和碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼（CELP）等都屬于混合編碼技術(shù)。語音編碼技術(shù)移動(dòng)通信中采用的語音編碼方法主要取決于無線移動(dòng)信道的條件：由于頻

7、率資源十分有限, 因此要求編碼信號的速率較低; 由于移動(dòng)信道的傳播條件惡劣, 因而編碼算法應(yīng)有較好的抗誤碼特性。另外, 從用戶的角度出發(fā), 還應(yīng)有較好的話音質(zhì)量和較短的時(shí)延。移動(dòng)通信對數(shù)字語音編碼的要求如下：速率較低, 純編碼速率應(yīng)低于16 kb/s; 在一定編碼速率下的音質(zhì)應(yīng)盡可能高; 編碼時(shí)延要短, 要控制在幾十毫秒之內(nèi); 編碼算法應(yīng)具有較好的抗誤碼性能, 計(jì)算量小, 性能穩(wěn)定; 編碼器應(yīng)便于大規(guī)模集成。語音編碼技術(shù)混合編碼廣泛用在數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)中。由于采用的激勵(lì)源不同，就構(gòu)成了不同的編碼方案。泛歐數(shù)字蜂窩網(wǎng)（GSM）中的RPE-LTP編碼方案采用規(guī)則脈沖作激勵(lì)源，而北美數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)

8、中的VSELP編碼方案采用碼本激勵(lì)的方法。GSM系統(tǒng)采用的是規(guī)則脈沖線性預(yù)測編碼（RPE-LPC）方案，IS-95（CDMA）系統(tǒng)采用的是96kbit/s碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼（CELP）方案。GSM系統(tǒng)中語音編碼方式在GSM系統(tǒng)中語音編碼采用“規(guī)則脈沖激勵(lì)長期預(yù)測編碼（RPELTP）”方式 GSM通信系統(tǒng)的語音編碼示意模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號PCM編碼,速率64kbps每20ms一段進(jìn)行混合編碼,速率13kbps對差錯(cuò)敏感的182bit對差錯(cuò)不敏感的78bit3個(gè)奇偶校驗(yàn)比特和4個(gè)尾比特速率22.kbit/sGSM系統(tǒng)中語音編碼方式GSM中話音編碼采用混合編碼器，其編碼過程分為：第一階段：話音分段

9、。64Kbit/s的話音分成20ms一段進(jìn)行編碼。第二階段：編碼。將每20ms話音編成260bit的數(shù)碼。即比特速率為：26020=13Kbit/sGSM系統(tǒng)中語音編碼方式把話音編碼產(chǎn)生的260bit分成：(1)50個(gè)最重要bit(2)132個(gè)重要bit(3)78個(gè)不重要bit對50個(gè)bit先添加3個(gè)奇偶校驗(yàn)bit（分組編碼）。再與132bit和4個(gè)尾bit一起卷積編碼，比率為1：2，形成378個(gè)bit。另外78個(gè)不重要bit不予保護(hù)不進(jìn)行編碼。這樣，260bit的數(shù)字話音信號經(jīng)信道編碼后成為456個(gè)bit。比特速率為：45620=22.8Kbit/sCDMA系統(tǒng)中的語音編碼技術(shù)在數(shù)字移動(dòng)通信

10、系統(tǒng)中，語音編碼速率與傳輸信號帶寬成比例關(guān)系，即語音編碼速率減半，傳輸信號所占用帶寬也減半，而系統(tǒng)容量增加一倍。為此，必須積極開發(fā)低速率高質(zhì)量的語音編碼技術(shù)，即高效語音編碼技術(shù)。其中碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼CELP是高質(zhì)量語音編碼的方案。在移動(dòng)無線傳輸線路中，突發(fā)脈沖序列中常因衰落產(chǎn)生誤碼。為抑制誤碼對語音質(zhì)量的影響，要研究抗誤碼能力的編碼方式，即采取高效糾錯(cuò)/檢測編碼的措施。對于高效語音編碼方式，為了抑制由于低速率引起語音質(zhì)量的惡化，需要進(jìn)行龐大的運(yùn)算處理，這種運(yùn)算處理甚至超過目前數(shù)字信號處理器（DSP）的能力，為此，就需要高性能數(shù)字信號處理器。語音編譯碼器相關(guān)技術(shù)誤碼保護(hù)技術(shù)移動(dòng)通信中傳輸信息的

11、差錯(cuò)控制有各種方法，例如，檢測/糾錯(cuò)、比特交錯(cuò)、譯碼波形插補(bǔ)、誤碼量化等，其中最重要的是檢測/糾錯(cuò)。在檢測/糾錯(cuò)時(shí)為竭力減少糾錯(cuò)時(shí)的冗余比特，在要求低速率的無線傳輸中，從語音編碼的比特中選擇最重要的比特，并進(jìn)行糾錯(cuò)，這種保護(hù)方法（BS-FET）現(xiàn)已被廣泛采用。誤碼保護(hù)技術(shù)采用BS-FET的語音信息傳輸系統(tǒng)語音編譯碼器相關(guān)技術(shù)VOX和回波抵消技術(shù)在移動(dòng)通信中與語音信息傳送的相關(guān)技術(shù)有語音控制發(fā)送（VOX，Voice Opereted Trans-mission）和回波抵消技術(shù)等。所謂VOX就是為了減少移動(dòng)臺功耗，使其僅在發(fā)聲期間發(fā)送編碼語音信息，在收話期間停止進(jìn)行無線發(fā)送，這是手機(jī)的重要功能，回

12、波抵消就是抑制由于編碼時(shí)延引起的通話質(zhì)量惡化的回波功能。數(shù)字移動(dòng)通信中語音信息傳輸系統(tǒng)VOX和回波抵消技術(shù)VOX和回波抵消技術(shù)由公眾網(wǎng)側(cè)的2W/4W切換用混接網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)回波。若語音編譯碼器的時(shí)延加大，移動(dòng)臺側(cè)檢測到回波就降低了通話質(zhì)量。這里，回波抵消器根據(jù)推測的公眾網(wǎng)的傳輸特性，生成模擬回波，反相位與此相抵消，從而消除回波。綜合來看，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量語音信息傳輸時(shí)，VOX和回波抵消都是語音編譯碼器的相關(guān)技術(shù)。信道編碼由于通信信道, 尤其是無線通信信道, 容易受到外界干擾和噪聲的影響, 因此導(dǎo)致信息在傳輸過程中發(fā)生改變, 從而在接收端接收不到完全正確的信息。 為了保證通信的可靠性, 必須采用信道編碼。信

13、道編碼能夠檢查和糾正接收信息流中的差錯(cuò)。傳輸信號在接收端出現(xiàn)誤判是由兩方面原因造成的 由于信道傳輸特性不理想（一般稱為“乘性干擾”）產(chǎn)生的誤差，其通?？刹捎谩熬狻钡姆椒右约m正 由于信號在傳輸時(shí)疊加上噪聲（稱為“加性干擾”）產(chǎn)生的誤差，其影響一般需采用“差錯(cuò)控制編碼”的方法來加以糾正 信道編碼“差錯(cuò)控制編碼”的基本思想是在發(fā)送端被傳送的信息中附加一些冗余比特（稱為監(jiān)督碼元），這些多余的碼元與信息碼元之間以某種確定的規(guī)則相互關(guān)聯(lián)（約束）；接收端通過檢驗(yàn)這種既定的規(guī)則來獲知是否有錯(cuò)碼產(chǎn)生，進(jìn)而糾正這些錯(cuò)碼。 由于監(jiān)督碼元的加入，增加了信號的冗余度，即可靠性的提高是以帶寬為代價(jià)的，所以信道編碼技術(shù)

14、的目的是如何以最小的監(jiān)督碼元，獲得最大的糾錯(cuò)和檢錯(cuò)能力。差錯(cuò)控制方式常用的差錯(cuò)控制方法有三種：檢錯(cuò)重發(fā)法(簡稱ARQ)、前向糾錯(cuò)法(簡稱FEC)和混合糾錯(cuò)法(簡稱HEC)，系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示。差錯(cuò)控制方式1、檢錯(cuò)重發(fā)法這種差錯(cuò)控制方式也稱為“自動(dòng)請求重傳（ARQ）”。在發(fā)送端對數(shù)據(jù)序列進(jìn)行分組編碼，加入一定多余碼元使之具有一定的檢錯(cuò)能力，成為能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的碼組；接收端收到碼組后，按一定規(guī)則對其進(jìn)行有無錯(cuò)誤判別，并把判決結(jié)果（應(yīng)答信號）通過反向信道送回發(fā)送端。如有錯(cuò)誤，發(fā)送端把前面發(fā)出的信息重新傳送一次，直到接收端認(rèn)為已正確收到信息為止。差錯(cuò)控制方式圖列舉了三種最流行的ARQ過程，圖中時(shí)間從左到右

15、遞進(jìn)。差錯(cuò)控制方式2、前向糾錯(cuò)法前向糾錯(cuò)（FEC）系統(tǒng)中，發(fā)送端的信道編碼器將輸入數(shù)據(jù)序列變換成能夠糾正錯(cuò)誤的碼，接收端的譯碼器根據(jù)編碼規(guī)律檢驗(yàn)出錯(cuò)誤的位置并自動(dòng)糾正。這種糾錯(cuò)方式不需要反向信道（傳遞重發(fā)指令），特別適合于只能提供單向信道的場合。由于能自動(dòng)糾錯(cuò)，不要求檢錯(cuò)重發(fā)，因而時(shí)延小，實(shí)時(shí)性好。3、混合糾錯(cuò)法混合糾錯(cuò)法（HEC）是前向糾錯(cuò)（FEC）和檢錯(cuò)重發(fā)（ARQ）方式的結(jié)合。在這種系統(tǒng)中，接收端不但有糾正錯(cuò)誤的能力，而且對超出糾錯(cuò)能力的錯(cuò)誤有檢測能力。當(dāng)遇到后一種情況時(shí)，通過反向信道要求發(fā)送端重發(fā)一遍?；旌霞m錯(cuò)方式在實(shí)時(shí)性和譯碼復(fù)雜度方面是前向糾錯(cuò)和檢錯(cuò)重發(fā)方式的折衷。差錯(cuò)控制編碼的分

16、類糾錯(cuò)編碼是應(yīng)用最廣泛的編碼, 又可分為如下幾類: (1) 按照糾正差錯(cuò)的類型可分為糾正隨機(jī)錯(cuò)誤的編碼和糾正突發(fā)錯(cuò)誤的編碼兩種。隨機(jī)錯(cuò)誤是指碼元間的錯(cuò)誤互相獨(dú)立, 即每個(gè)碼元的錯(cuò)誤概率與它前后碼元的錯(cuò)誤與否無關(guān); 突發(fā)錯(cuò)誤是指一個(gè)碼元的錯(cuò)誤往往影響其前后碼元的錯(cuò)誤概率, 換句話說, 一個(gè)碼元產(chǎn)生錯(cuò)誤, 則后面幾個(gè)碼元都可能發(fā)生錯(cuò)誤。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中, 既要糾正隨機(jī)錯(cuò)誤, 又要糾正突發(fā)錯(cuò)誤。 差錯(cuò)控制編碼的分類(2) 按照信息碼元和監(jiān)督碼元之間的約束方式不同可分為分組碼和卷積碼兩種。分組碼是指編碼的規(guī)則僅局限于本碼組之內(nèi), 本碼組的監(jiān)督碼元僅和本碼組的信息碼元相關(guān); 卷積碼是指本碼組的監(jiān)督碼元不

17、僅和本碼組的信息碼元相關(guān), 還與本碼組相鄰的前n-1個(gè)碼組的信息碼元相關(guān)。(3) 按照信息碼元和附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗(yàn)關(guān)系可分為線性碼和非線性碼兩種。線性碼是指信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系為線性關(guān)系, 即監(jiān)督碼元是線性碼元的線性組合, 編碼規(guī)則可用線性方程來表示; 非線性碼的信息碼元與監(jiān)督碼元之間不存在線性關(guān)系。差錯(cuò)控制編碼的分類(4) 按照碼字的結(jié)構(gòu)不同, 可分為系統(tǒng)碼和非系統(tǒng)碼兩種。 系統(tǒng)碼是指前k個(gè)碼元與信息碼組一致的編碼; 非系統(tǒng)碼不具有系統(tǒng)碼的特性。(5) 按照碼字中每個(gè)碼元的取值可分為二進(jìn)制碼和多進(jìn)制碼。 二進(jìn)制碼的碼元有0和1兩個(gè)取值, M進(jìn)制碼的碼元有M個(gè)取值。 二進(jìn)制碼是應(yīng)

18、用最廣泛的編碼制式。 幾種實(shí)用的簡單檢錯(cuò)碼1、奇偶監(jiān)督碼奇偶監(jiān)督碼又稱為奇偶校驗(yàn)碼，是一種最簡單的檢錯(cuò)碼，被廣泛用于以隨機(jī)錯(cuò)誤為主的計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)中。其編碼規(guī)則是：將所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼元分成組，然后在每組數(shù)據(jù)后附加一位監(jiān)督位，使得該組碼元連同監(jiān)督位在內(nèi)的碼組中的“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)（稱為偶校驗(yàn)）或者為奇數(shù)（稱為奇檢驗(yàn)）；在接收端按同樣的規(guī)律檢查，如發(fā)現(xiàn)不符就說明產(chǎn)生了差錯(cuò)，但它不能確定差錯(cuò)的具體位置，即不能糾錯(cuò)?？梢钥闯?，這種奇偶校驗(yàn)只能發(fā)現(xiàn)單個(gè)或奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，而不能檢測出偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，因此它的檢錯(cuò)能力不高。幾種實(shí)用的簡單檢錯(cuò)碼2、水平奇偶監(jiān)督碼針對上述奇偶監(jiān)督碼檢錯(cuò)能力不高，尤其是不能檢測突發(fā)錯(cuò)誤的

19、缺點(diǎn)，提出水平奇偶監(jiān)督碼。即將經(jīng)過奇偶監(jiān)督編碼的碼元序列按行排成方陣，每行為一組奇偶監(jiān)督編碼（如表4-1所示），但發(fā)送時(shí)則按列的順序傳輸：111011110011，接收端仍將碼元排成發(fā)送時(shí)的方陣形式，然后按行進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。信息碼元 監(jiān)督碼元 1 1 1 0 0 1 1 0 0 01 1 0 1 0 0 1 1 0 11 0 0 0 0 1 1 1 0 10 0 0 1 0 0 0 0 1 01 1 0 0 1 1 1 0 1 11 1 1 0 1 1 0 0 0 0 101011 幾種實(shí)用的簡單檢錯(cuò)碼3、水平垂直奇偶監(jiān)督碼 水平垂直奇偶監(jiān)督碼，是將水平奇偶監(jiān)督碼推廣到二維，又稱行列監(jiān)督碼和方陣

20、碼。它的方法是在水平奇偶監(jiān)督碼的基礎(chǔ)上，對上表方陣中每一列再進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，就可得表所示的方陣。監(jiān)督碼元信息碼元監(jiān)督碼元1 1 1 0 0 1 1 0 0 01 1 0 1 0 0 1 1 0 11 0 0 0 0 1 1 1 0 10 0 0 1 0 0 0 0 1 01 1 0 0 1 1 1 0 1 11 1 1 0 1 1 0 0 0 0101011 1 0 0 0 0 0 0 0 0 10幾種實(shí)用的簡單檢錯(cuò)碼 顯然，這種碼比水平奇偶監(jiān)督碼有更強(qiáng)的檢錯(cuò)能力，它能發(fā)現(xiàn)某一行或某一列上的奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤和長度不大于行數(shù)(或列數(shù))的突發(fā)錯(cuò)誤。這種碼還有可能檢測出偶數(shù)個(gè)錯(cuò)碼，因?yàn)槿绻啃械谋O(jiān)督位不能在

21、本行檢出偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤時(shí)，則在列的方向上有可能檢出。當(dāng)然，當(dāng)偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤恰好分布在矩陣的四個(gè)頂點(diǎn)上時(shí)，這樣的偶數(shù)錯(cuò)誤是檢測不出來的 。幾種實(shí)用的簡單檢錯(cuò)碼4、恒比碼恒比碼是從某確定碼長的碼組中挑選那些“1”和“0”的比例為恒定值的碼組作為許用碼組。接收時(shí)只要計(jì)算每個(gè)碼組中“1”的數(shù)目是否對，即可判斷是否有錯(cuò)誤發(fā)生。 恒比碼除了能檢測出奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤外，還能部分檢測出偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，但不能檢測出全部的偶數(shù)錯(cuò)誤(如成對交換錯(cuò)誤)。恒比碼簡單，適于用來傳輸電傳機(jī)或其他鍵盤設(shè)備產(chǎn)生的字母和符號，但對于信源來的二進(jìn)隨機(jī)數(shù)字序列，恒比碼就不宜使用了。我國電傳機(jī)傳輸漢字電碼時(shí)，每個(gè)漢字用4位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，而每個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)

22、字又用5位二進(jìn)制符號構(gòu)成的碼組表示。每個(gè)碼組的長度為5，其中恒有3個(gè)“1”，稱為“5中取3”恒比碼。見表4-3所示 幾種實(shí)用的簡單檢錯(cuò)碼數(shù)字電 碼數(shù)字電 碼00 1 1 0 150 0 1 1 110 1 0 1 161 0 1 0 121 1 0 0 171 1 1 0 031 0 1 1 080 1 1 1 041 1 0 1 091 0 0 1 1線性分組碼 信道編碼主要有兩種，即分組碼和卷積碼。分組碼是前向糾錯(cuò)（FEC）碼，它可以在無需重新發(fā)射的情況下檢測出有限個(gè)錯(cuò)碼，并加以糾正，藉此來改善通信系統(tǒng)的性能。在分組編碼器中，k個(gè)信息比特被編成n個(gè)比特，從而增加了n-k個(gè)冗余比特(監(jiān)督比特

23、)，用(n，k)符號來表示，用來檢測和糾正錯(cuò)誤。我們將這種信息碼分組，為每組信碼附加若干監(jiān)督碼的編碼集合，稱為分組碼。具體結(jié)構(gòu)如下線性分組碼有關(guān)定義編碼效率R（簡稱為“碼率”）： R=k/n碼重：在信道編碼中，碼組中非零碼元的個(gè)數(shù)。 碼距：兩個(gè)碼字Ci和Cj中對應(yīng)碼位上具有不同碼元的位數(shù)最小距離dmin：在一分組碼中，任意兩個(gè)許用碼組距離的最小值，即碼組集合中任意兩元素間的最小距離 最小碼距的大小直接決定了這種編碼的糾錯(cuò)和撿錯(cuò)的能力，一般情況下，可以分為下面的三種情況,具體見下圖：為了撿出e個(gè)錯(cuò)誤，要求最小碼距：為糾正t個(gè)錯(cuò)誤，要求為糾正t個(gè)錯(cuò)誤同時(shí)撿出e個(gè)錯(cuò)誤，要求最小碼距 碼距與糾檢錯(cuò)能力

24、的關(guān)系線性分組碼分組碼就是在一個(gè)碼字中，監(jiān)督碼元只由本組的信息碼元來決定。如它們的關(guān)系可由一組線性方程組得到，因而稱為線性分組碼。例如在(7，3)碼中：線性分組碼1、漢明碼漢明碼是第一個(gè)設(shè)計(jì)用來糾正單個(gè)錯(cuò)誤且編碼效率較高的線性分組碼，由Hamming于1950年提出，下面以具體例子來說明其構(gòu)造原理。設(shè)分組碼（n,k）中k=4,如果要糾正一個(gè)錯(cuò)誤則r3，現(xiàn)取最小值r=3, 則有：n=k+r=7。我們用 表示這7個(gè)碼元， 則有3個(gè)校驗(yàn)方程，假設(shè)對應(yīng)的3個(gè)校正子為s1 s2 s3(如果沒有差錯(cuò)則所有校正子為0，否則表示有錯(cuò)), 不失一般性，假設(shè)校正子對應(yīng)的錯(cuò)誤圖樣如表所示：校正子與誤碼位置對應(yīng)關(guān)系漢

25、明碼s1s2s3誤碼位置s1s2s3誤碼位置001010011100a0a1a2a3101110111000a4a5a6無錯(cuò)在發(fā)送端編碼時(shí)， 為信息碼元，取決于被傳輸?shù)男畔ⅰ?為三位監(jiān)督碼元，其值應(yīng)由上述的監(jiān)督方程式確定，即應(yīng)使監(jiān)督方程式滿足偶數(shù)監(jiān)督關(guān)系（當(dāng)碼組正確傳輸時(shí)應(yīng)保證s1、s2、s3的值為0），有：將上式經(jīng)移位運(yùn)算，得到監(jiān)督位分別為漢明碼漢明碼由此得到的16個(gè)許用碼組列于表中信息位監(jiān)督位信息位監(jiān)督位0000000100100011010001010110011100001110111011010101100010001001101010111100110111101111111100

26、010001001010100111由于漢明碼的最小碼距等于3，根據(jù)“最小碼距與糾檢錯(cuò)能力”可知，這種碼能糾正一個(gè)錯(cuò)碼或檢測兩個(gè)錯(cuò)碼。且其編碼效率等于 。當(dāng)n很大時(shí)，編碼效率接近于1。表給出了前8個(gè)漢明碼的編碼效率。漢明碼rknR=k/n34567891041126571202475021013715316312725551110230.570.730.840.900.940.970.980.99循環(huán)碼是線性分組碼的一個(gè)重要子類，它是在嚴(yán)密的代數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)上建立起來的。它為系統(tǒng)碼，即前位為信息碼，后位為監(jiān)督碼元。它除了具有線性碼的一般性質(zhì)外，還具有循環(huán)性。所謂循環(huán)性是指：循環(huán)碼中任一許用碼組經(jīng)

27、過循環(huán)移位后得到的碼組仍為一許用碼組。若 為一許用的循環(huán)碼組，則它的循環(huán)移位 、 等也是許用碼組。 2、循環(huán)碼循環(huán)碼這種循環(huán)碼可用多項(xiàng)式來表示，為方便起見，把最低位作為x0，由右向左順次為x1 x2xn1，其系數(shù)即為相應(yīng)位的二進(jìn)制碼元。最小的也就是最基本的多項(xiàng)式(即最高冪最小的多項(xiàng)式)為x4x3x21，用g(x)表示。在循環(huán)碼的條件下，g(x)必是xn1的一個(gè)因式，也就是用g(x)一定能除盡xn1 (模xn1)。因此7位碼的生成多項(xiàng)式g(x)必然是x71的一個(gè)因式。因式分解可得：x71（x1）（x3+x2+1）（x3+x+1）循環(huán)碼監(jiān)督碼元的位數(shù)就是g(x)的最高冪數(shù)，所以不同的g(x)，其信

28、息碼元數(shù)k也是不同的。卷積編碼卷積碼也是分組的，但它的監(jiān)督碼元不僅與本組的信息碼元有關(guān)，而且還與前若干組的信息碼元有關(guān)。這種碼的糾錯(cuò)能力強(qiáng)，不僅可糾正隨機(jī)差錯(cuò)，而且可糾正突發(fā)差錯(cuò)。圖由三個(gè)移位寄存器組成。每輸人一個(gè)信息碼元mj，就編兩個(gè)監(jiān)督碼元pj1、pj2順次輸出，成為碼長為3，信息碼元為1的(3，1)卷積碼的一個(gè)分組(碼字)。卷積編碼（3，1）卷積碼編碼器卷積編碼從圖中可以看出，監(jiān)督碼元pj1、pj2不僅與本輸入的信息碼元有關(guān)，還和前幾組的信息碼元有關(guān)，其關(guān)系為式中，加法為模2加，上式就稱為該卷積碼的監(jiān)督方程。交織編碼交織碼主要用于有記憶的信道，特別是無線移動(dòng)信道；交織碼的基本思路與前面介

29、紹的糾錯(cuò)碼思路不同，糾錯(cuò)碼是為了適應(yīng)信道，而交織碼則是為了改造信道。即將一個(gè)有記憶的突發(fā)信道經(jīng)過交織、去交織變換將信道改造成獨(dú)立無記憶信道。然后再采用糾正獨(dú)立隨機(jī)差錯(cuò)的糾錯(cuò)碼充分發(fā)揮其糾錯(cuò)功能。交織編碼的目的是把一個(gè)較長的突發(fā)差錯(cuò)離散成隨機(jī)差錯(cuò)，再用糾正隨機(jī)差錯(cuò)的編碼(FEC)技術(shù)消除隨機(jī)差錯(cuò)。分組交織系統(tǒng)框圖交織編碼(1)若待發(fā)送的一組信息為(2)交織存貯器為一個(gè)行列交織矩陣，它按列寫入，按行讀出：(3)交織器輸出并送入突發(fā)信道的信息為：交織編碼(4)假設(shè)突發(fā)信道產(chǎn)生了兩個(gè)突發(fā)差錯(cuò)，第一個(gè)產(chǎn)生于x1至x21連錯(cuò)5位，第二個(gè)突發(fā)產(chǎn)生于x17至x8連錯(cuò)4位(5)突發(fā)信道輸出端信息為X，它可表示為

30、：6）在接收端，進(jìn)入去交織器后，送入另一存貯器，它也是一個(gè)行列交織矩陣，但是它是按行寫入按列讀出：交織編碼7）去交織存貯器的輸出為 ：8）由上面分析可見，經(jīng)過交織矩陣與較之矩陣的變換之后，原來信道中的突發(fā)差錯(cuò)，即兩個(gè)突發(fā)：連錯(cuò)5位與連錯(cuò)4位，卻變成了中 隨機(jī)性的獨(dú)立差錯(cuò)。交織編碼的過程是將FEC碼字序列按行寫入而按列讀出。交織編碼交織（Interleaving）舉例：MRCU原始信息：M O T O R O L A C E L L U L A ROOELTLLAOALRM O T OR O L AC E L LU L A RM O T OR O L AC E L LU L A R空中信息：M R C U O O E L T L L A O A L R交織編碼交織解碼解碼信息：M O T O R O L A C E L L U L A RMRCUOO