移動通信-抗衰落技術(shù)

1、目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 抗衰落技術(shù)2 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 一、概述2 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 1）引起衰落的原因2 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 2）抗衰落技術(shù)的種類2 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 二、分集接收技術(shù)2 HYPERLINK l bookmark55 o Cu

2、rrent Document 1）基本思想3 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 2）適用范圍3 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 3）如何實(shí)現(xiàn)自身的功能3 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document （1）時(shí)間分集3（2）空間分集4 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document （3）頻率分集5 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 4）各分集技術(shù)之間的優(yōu)缺點(diǎn)5 HYPER

3、LINK l bookmark89 o Current Document 三、合并技術(shù)5 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 1）基本思想：5 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 2）適用范圍：6 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 3）如何實(shí)現(xiàn)自身的功能：6 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 四、均衡技術(shù)6 HYPERLINK l bookmark164 o Current Document 1

4、）基本思想6 HYPERLINK l bookmark168 o Current Document 2）適用范圍7 HYPERLINK l bookmark172 o Current Document 3）如何實(shí)現(xiàn)自身的功能7 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 五、信道編碼技術(shù)7 HYPERLINK l bookmark118 o Current Document 1）信道編碼技術(shù)產(chǎn)生的原因與作用7 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 2）信道編碼技術(shù)的基本思想及優(yōu)缺點(diǎn)8 HYPERLINK

5、l bookmark126 o Current Document 3）適用范圍8 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 4）信道編碼技術(shù)及功能的實(shí)現(xiàn)8（1）分組碼9（2）卷積碼9 HYPERLINK l bookmark148 o Current Document （3）Turbo 碼10（4）交織10 HYPERLINK l bookmark156 o Current Document （5）偽隨機(jī)序列擾碼11 HYPERLINK l bookmark160 o Current Document 六、擴(kuò)頻技術(shù)111）基本思想122）適用范圍12

6、 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 3）如何實(shí)現(xiàn)自身的功能12 HYPERLINK l bookmark176 o Current Document （1）直接序列擴(kuò)頻與解擴(kuò)的原理12 HYPERLINK l bookmark180 o Current Document （2）跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)12抗衰落技術(shù)1=抗衰落技術(shù)1=I一、概述衰落對傳輸信號的質(zhì)量和傳輸可靠度都有很大的影響，嚴(yán)重的衰落甚至?xí)箓鞑ブ袛啵?隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率越來越高，人們對信號正確有效地接收的要求也 越來越重要，在移動通信中，移動信道的多徑傳播、時(shí)延擴(kuò)展

7、以及伴隨接收機(jī)移動過程產(chǎn)生 的多普勒頻移會使接收信號產(chǎn)生嚴(yán)重衰落；陰影效應(yīng)會使接收的信號過弱而造成通信中斷; 信道存在的噪聲和干擾也會使接收信號失真而造成誤碼；為了改善和提高接收信號的質(zhì)量， 在移動通信中就必須使用到抗衰落技術(shù)。1）弓I起衰落的原因衰落主要由多徑干涉和非正常衰減引起。多徑干涉，即多條射線的相互干涉，是最常見 的也是最重要的衰落成因。多條射線的產(chǎn)生，可能是由于地面、大氣不均勻?qū)踊蛱炀€附近的 地形地物的反射，也可能是由于電離層多次反射、電離層中的尋常波和非常波或天波和地波 的同時(shí)出現(xiàn)。多徑干涉形成的衰落通常稱為多徑衰落或干涉型衰落。非正常衰減發(fā)生時(shí)，接 收信號電平低于正常值，從而形

8、成衰落。這種衰落通常稱為衰減型衰落。2）抗衰落技術(shù)的種類在移動通信中，為了改善接收信號的質(zhì)量，所采取的一系列方法、手段、措施被稱為抗 衰落技術(shù)。常用的抗衰落技術(shù)包括分集接收技術(shù)、均衡技術(shù)、信道編碼技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)，在 實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)信道情況來應(yīng)用。二、分集接收技術(shù)所謂分集接收技術(shù)是指在若干個(gè)支路上接收相互間相關(guān)性很小的載有同一消息的信號，然后通過合并技術(shù)再將各個(gè)支路信號合并輸出，那么便可在接收終端上大大降低深衰落 的概率。分集方式：宏分集：主要用于蜂窩通信系統(tǒng)中，也稱為“多基站”分集。這是一種減小慢衰落影 響的分集技術(shù)，其作法是把多個(gè)基站設(shè)置在不同的地理位置上和不同方向上，同時(shí)和小區(qū)內(nèi) 的一個(gè)移

9、動臺進(jìn)行通信。微分集：是一種減小快衰落影響的分集技術(shù)，在各種無線通信系統(tǒng)中都經(jīng)常使用?？?以分為時(shí)間分集、空間分集、頻率分集、極化分集、場分量分集和角度分集六種，常用的只 是前三種。1）基本思想分集接收是通過多個(gè)信道（時(shí)間、頻率或者空間）接收到承載相同信息的多個(gè)副本， 由于多個(gè)信道的傳輸特性不同，信號多個(gè)副本的衰落就不會相同。接收機(jī)使用多個(gè)副本包含 的信息能比較正確的恢復(fù)出原發(fā)送信號。即將接收到的信號分成多路的獨(dú)立不相關(guān)信號，然 后將這些不同能量的信號按不同的規(guī)則合并起來2）適用范圍在平坦性信道上接收信號的衰落深度和衰落持續(xù)時(shí)間大的信號來自地形地物造成的陰影衰落（宏觀信號衰落）在微波信號的傳播

10、過程中，由于受地面或水面反射和大氣折射的影響,會產(chǎn)生多個(gè)經(jīng) 過不同路徑到達(dá)接收機(jī)的信號,造成多徑衰落（微觀衰落）3）如何實(shí)現(xiàn)自身的功能由于分集技術(shù)接收的信號涉及到時(shí)間、空間和頻率，所以根據(jù)所涉及的資源的不同可 劃分為時(shí)間分集、空間分集和頻率分集。以此對應(yīng)實(shí)現(xiàn)自身的功能。（1）時(shí)間分集時(shí)間分集是將同一信號在不同時(shí)間區(qū)間多次重發(fā)，只要各次發(fā)送時(shí)間間隔足夠大，則各 次發(fā)送降格出現(xiàn)的衰落將是相互獨(dú)立統(tǒng)計(jì)的。時(shí)間分集正是利用這些衰落在統(tǒng)計(jì)上互不相關(guān) 的特點(diǎn)，即時(shí)間上衰落統(tǒng)計(jì)特性上的差異來實(shí)現(xiàn)抗時(shí)間選擇性衰落的功能。為了保證重復(fù)發(fā) 送的數(shù)字信號具有獨(dú)立的衰落特性，重復(fù)發(fā)送的時(shí)間間隔應(yīng)該滿足：t=1/2fm

11、, fm =v/ 入，其中fm為衰落頻率，V為移動臺運(yùn)動速度，入為工作波長。若移動臺是靜止的，則移 動速度v=0，此時(shí)要求重復(fù)發(fā)送的時(shí)間間隔才為無窮大。這表明時(shí)間分集對于靜止?fàn)顟B(tài)的移 動臺是無效果的。空間分集我們知道在移動通信中，空間略有變動就可能出現(xiàn)較大的場強(qiáng)變化。當(dāng)使用兩個(gè)接收信 道時(shí)，它們受到的衰落影響是不相關(guān)的，且二者在同一時(shí)刻經(jīng)受深衰落谷點(diǎn)影響的可能性也 很小，因此這一設(shè)想引出了利用兩副接收天線的方案，獨(dú)立地接收同一信號，再合并輸出， 衰落的程度能被大大地減小，這就是空間分集?？臻g分集是利用場強(qiáng)隨空間的隨機(jī)變化實(shí)現(xiàn)的，空間距離越大，多徑傳播的差異就越大， 所接收場強(qiáng)的相關(guān)性就越小。這

12、里所提相關(guān)性是個(gè)統(tǒng)計(jì)術(shù)語，表明信號間相似的程度，因此 必須確定必要的空間距離。經(jīng)過測試和統(tǒng)計(jì)，CCIR (國際無線電咨詢委員會)建議為了獲得 滿意的分集效果，移動單元兩天線間距大于0.6個(gè)波長，即d0.6入，并且最好選在入/4 的奇數(shù)倍附近。若減小天線間距，即使小到1/4，也能起到相當(dāng)好的分集效果。空間分集分為空間分集發(fā)送和空間分集接收兩個(gè)系統(tǒng)。其中空間分集接收是在空間不同 的垂直高度上設(shè)置幾副天線，同時(shí)接收一個(gè)發(fā)射天線的微波信號，然后合成或選擇其中一個(gè) 強(qiáng)信號，這種方式稱為空間分集接收。接收端天線之間的距離應(yīng)大于波長的一半，以保證接 收天線輸出信號的衰落特性是相互獨(dú)立的，也就是說，當(dāng)某一副接

13、收天線的輸出信號很低時(shí)， 其他接收天線的輸出則不一定在這同一時(shí)刻也出現(xiàn)幅度低的現(xiàn)象，經(jīng)相應(yīng)的合并電路從中選 出信號幅度較大、信噪比最佳的一路，得到一個(gè)總的接收天線輸出信號。這樣就降低了信道 衰落的影響，改善了傳輸?shù)目煽啃浴？臻g分集還有兩類變化形式：極化分集:它利用在同一地點(diǎn)兩個(gè)極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號可以呈現(xiàn)不相關(guān) 的衰落特性進(jìn)行分集接收，即在收發(fā)端天線上安裝水平、垂直極化天線，就可以把得到的兩 路衰落特性不相關(guān)的信號進(jìn)行極化分集。優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間;缺點(diǎn)：由于發(fā)射功率要 分配到兩副天線上，因此有3dB的損失。角度分集：由于地形、地貌、接收環(huán)境的不同，使得到達(dá)接收端的不同路徑信號

14、可能來 自不同的方向，這樣在接收端可以采用方向性天線，分別指向不同的到達(dá)方向。而每個(gè)方向 性天線接收到的多徑信號是不相關(guān)的。（3）頻率分集頻率分集是采用兩個(gè)或兩個(gè)以上具有一定頻率間隔的微波頻率同時(shí)發(fā)送和接收同一信 息，然后進(jìn)行合成或選擇，利用位于不同頻段的信號經(jīng)衰落信道后在統(tǒng)計(jì)上的不相關(guān)特性， 即不同頻段衰落統(tǒng)計(jì)特性上的差異，來實(shí)現(xiàn)抗頻率選擇性衰落的功能。實(shí)現(xiàn)時(shí)可以將待發(fā)送 的信息分別調(diào)制在頻率不相關(guān)的載波上發(fā)射，所謂頻率不相關(guān)的載波是指當(dāng)不同的載波之間 的間隔大于頻率相干區(qū)間，即載波頻率的間隔應(yīng)滿足：f=Bc=1/Tm式中：為載波頻 率間隔，Bc為相關(guān)帶寬，Tm為最大多徑時(shí)延差。當(dāng)采用兩個(gè)微

15、波頻率時(shí)，稱為二重頻率 分集。同空間分集系統(tǒng)一樣，在頻率分集系統(tǒng)中要求兩個(gè)分集接收信號相關(guān)性較小（即頻率 相關(guān)性較?。?，只有這樣，才不會使兩個(gè)微波頻率在給定的路由上同時(shí)發(fā)生深衰落，并獲得 較好的頻率分集改善效果。在一定的范圍內(nèi)兩個(gè)微波頻率f1與f2相差，即頻率間隔 f=f2-f1越大，兩個(gè)不同頻率信號之間衰落的相關(guān)性越小。4）各分集技術(shù)之間的優(yōu)缺點(diǎn)空間分集接收的優(yōu)點(diǎn)是分集增益高，缺點(diǎn)是還需另外單獨(dú)的接收天線。時(shí)間分集與空間分集相比較，優(yōu)點(diǎn)是減少了接收天線及相應(yīng)設(shè)備的數(shù)目，缺點(diǎn)是占 用時(shí)隙資源增大了開銷，降低了傳輸效率。頻率分集與空間分集相比較，其優(yōu)點(diǎn)是在接收端可以減少接受天線及相應(yīng)設(shè)備的數(shù) 量

16、，缺點(diǎn)是要占用更多的頻帶資源，所以，一般又稱它為帶內(nèi)（頻帶內(nèi)）分集，并且在發(fā)送端 可能需要采用多個(gè)發(fā)射機(jī)。三、合并技術(shù)分集在獲得多個(gè)獨(dú)立衰落的信號后，需要對信號進(jìn)行合并處理。利用合并器把經(jīng)過相位 調(diào)整和延時(shí)后的各分集支路相加。接收端收到M（MN2）個(gè)分集信號后，如何利用這些信號以 減小衰落的影響，這就是合并問題。D 基本思想：合并技術(shù)是指在接收端取得M條相互獨(dú)立的支路信號以后，對各支路信號進(jìn)行相位調(diào)整和時(shí)延，然后根據(jù)一定的條件，運(yùn)用一定的方式、手段對信號進(jìn)行選擇、 合并，從而獲得分集增益。2）適用范圍：合并技術(shù)是對應(yīng)分集技術(shù)而言的，在接收端取得M條相互獨(dú)立的支路 信號以后，把經(jīng)過相位調(diào)整和試驗(yàn)

17、后的各分集支路信號相加，從而獲得分集增益。，在所有 的使用分集技術(shù)的時(shí)候，對應(yīng)的需要應(yīng)用到合并技術(shù)。3）如何實(shí)現(xiàn)自身的功能：選擇式合并:選擇式合并是指檢測所有分集支路的信號，以選擇其中信噪比最高的那一 個(gè)支路的信號作為合并器的輸出。最大比值合并：將所有具有能量且攜帶相同信息的信號，在信號合并前對各路載波相位 進(jìn)行調(diào)整并使之相同，染后相加。等增益合并：這種方法也是把各支路信號進(jìn)行同相后再相加，只不過加權(quán)時(shí)各路的權(quán)重 相等，各支路的信號是等增益相加的。四、均衡技術(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于多徑傳輸、信道衰落等影響，在接收端會產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間干擾 （ISI），增大誤碼率。為了克服碼間干擾，提高通信系統(tǒng)的性能

18、，在接收端需采用均衡技術(shù)。 均衡是指對信道特性的均衡，即接收端的均衡器產(chǎn)生與信道特性相反的特性，用來減小或消 除因信道的時(shí)變多徑傳播特性引起的碼間干擾均衡技術(shù)可以分為線形均衡和非線性均衡。如果接收信號經(jīng)過均衡后，再經(jīng)過判決器的 輸出被反饋給均衡器，并改變了均衡器的后續(xù)輸出，那么均衡器就是非線性的，否則就是線 性的。1）基本思想在數(shù)字通信系統(tǒng)中插入一種可調(diào)濾波器可以校正和補(bǔ)償系統(tǒng)特性，減少碼間干擾的影響。 這種起補(bǔ)償作用的濾波器稱為均衡器。均衡器通常是用濾波器來實(shí)現(xiàn)的，使用濾波器來補(bǔ)償 失真的脈沖，判決器得到的解調(diào)輸出樣本，是經(jīng)過均衡器修正過的或者清除了碼間干擾之后 的樣本。自適應(yīng)均衡器直接從傳

19、輸?shù)膶?shí)際數(shù)字信號中根據(jù)某種算法不斷調(diào)整增益，因而能適 應(yīng)信道的隨機(jī)變化，使均衡器總是保持最佳的狀態(tài)，從而有更好的失真補(bǔ)償性能。2）適用范圍由傳輸信道的頻帶有限造成的碼間干擾3）如何實(shí)現(xiàn)自身的功能自適應(yīng)均衡：自適應(yīng)均衡是指由于移動衰落信道具有隨機(jī)性和時(shí)變性，這就要求均衡器 必須能夠?qū)崟r(shí)地跟蹤移動通信信道的時(shí)變特性，這種均衡器被稱為自適應(yīng)均衡器。自適應(yīng)均衡器一般包含兩種工作模式，即訓(xùn)練模式和跟蹤模式。首先，發(fā)射機(jī)發(fā)射一個(gè) 己知的定長的訓(xùn)練序列，以便接收機(jī)處的均衡器可以做出正確的設(shè)置。典型的訓(xùn)練序列是一 個(gè)二進(jìn)制偽隨機(jī)信號或是一串預(yù)先指定的數(shù)據(jù)位，而緊跟在訓(xùn)練序列后被傳送的是用戶數(shù) 據(jù)。接收機(jī)處的均

20、衡器將通過遞歸算法來評估信道特性，并且修正濾波器系數(shù)以對信道做出 補(bǔ)償。在設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列時(shí)，要求做到即使在最差的信道條件下，均衡器也能通過這個(gè)訓(xùn)練序 列獲得正確的濾波系數(shù)。這樣就可以在收到訓(xùn)練序列后，使得均衡器的濾波系數(shù)已經(jīng)接近于 最佳值。而在接收數(shù)據(jù)時(shí)，均衡器的自適應(yīng)算法就可以跟蹤不斷變化的信道，自適應(yīng)均衡器 將不斷改變其濾波特性。均衡器從調(diào)整參數(shù)至形成收斂，整個(gè)過程是均衡器算法、結(jié)構(gòu)和通 信變化率的函數(shù)。為了能有效的消除碼間干擾，均衡器需要周期性的做重復(fù)訓(xùn)練。在數(shù)字通 信系統(tǒng)中用戶數(shù)據(jù)是被分為若干段并被放在相應(yīng)的時(shí)間段中傳送的，每當(dāng)收到新的時(shí)間段， 均衡器將用同樣的訓(xùn)練序列進(jìn)行修正。均衡器一

21、般被放在接收機(jī)的基帶或中頻部分實(shí)現(xiàn)，基 帶包絡(luò)的復(fù)數(shù)表達(dá)式可以描述帶通信號波形，所以信道響應(yīng)、解調(diào)信號和自適應(yīng)算法通常都 可以在基帶部分被仿真和實(shí)現(xiàn)。盲均衡：盲均衡是指均衡器能夠不借助訓(xùn)練序列，而僅僅利用所接收到的信號序列即可 對信道進(jìn)行自適應(yīng)均衡，從而節(jié)省帶寬。五、信道編碼技術(shù)1）信道編碼技術(shù)產(chǎn)生的原因與作用數(shù)字信號在傳輸中往往由于各種原因，使得在傳送的數(shù)據(jù)流中產(chǎn)生誤碼，從而使接收端 產(chǎn)生圖象跳躍、不連續(xù)、出現(xiàn)馬賽克等現(xiàn)象。所以通過信道編碼這一環(huán)節(jié)，對數(shù)碼流進(jìn)行相 應(yīng)的處理，使系統(tǒng)具有一定的糾錯(cuò)能力和抗干擾能力，可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生。提高數(shù)據(jù)傳輸效率，降低誤碼率是信道編碼的任務(wù)，

22、信道編碼的本質(zhì)是增加通信的可靠性。誤碼的處理技術(shù)有糾錯(cuò)、交織、線性內(nèi)插等。2）信道編碼技術(shù)的基本思想及優(yōu)缺點(diǎn)在早期的數(shù)字通信系統(tǒng)中，調(diào)制技術(shù)與編碼技術(shù)是獨(dú)立的兩個(gè)設(shè)計(jì)部分。信道編碼常是 以增加信息速率（即增加信號的帶寬）來獲得增益的，編碼的過程是在源數(shù)據(jù)碼流中加插一 些碼元，從而達(dá)到在接收端進(jìn)行判錯(cuò)和糾錯(cuò)的目的，這對頻譜資源豐富但功率受限制的信道 是很適合用的，但在頻帶受限的蜂窩移動通信系統(tǒng)中，其應(yīng)用就受到很大的限制，目前廣泛 使用的是把調(diào)制和編碼看做一個(gè)整體來考慮的網(wǎng)格編碼調(diào)制（TCM）。網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)是 一種將編碼與調(diào)制有機(jī)結(jié)合起來的編碼調(diào)制技術(shù)，這種方法既不降低頻帶利用率，也不降低 功

23、率利用率，而是以設(shè)備的復(fù)雜化為代價(jià)換取編碼增益?？墒瓜到y(tǒng)的頻帶利用率和功率資源 同時(shí)得到有效利用。利用狀態(tài)記憶和分集映射來增大編碼序列之間距離的辦法，來提高編碼 增益。信道編碼會使有用的信息數(shù)據(jù)傳輸減少，信道編碼的過程是在源數(shù)據(jù)碼流中加插一些碼 元，從而達(dá)到在接收端進(jìn)行判錯(cuò)和糾錯(cuò)的目的，這就是我們常常說的開銷。這就好象我們運(yùn) 送一批玻璃杯一樣，為了保證運(yùn)送途中不出現(xiàn)打爛玻璃杯的情況，我們通常都用一些泡沫或 海棉等物將玻璃杯包裝起來，這種包裝使玻璃杯所占的容積變大，原來一部車能裝5000個(gè) 玻璃杯的，包裝后就只能裝4000個(gè)了，顯然包裝的代價(jià)使運(yùn)送玻璃杯的有效個(gè)數(shù)減少了。 同樣，在帶寬固定的信道

24、中，總的傳送碼率也是固定的，由于信道編碼增加了數(shù)據(jù)量，其結(jié) 果只能是以降低傳送有用信息碼率為代價(jià)了。將有用比特?cái)?shù)除以總比特?cái)?shù)就等于編碼效率 了，不同的編碼方式，其編碼效率有所不同。3）適用范圍傳統(tǒng)的信道編碼技術(shù)適用于高帶寬的通信系統(tǒng)中，網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)對信道帶寬要求很 低，適用于窄帶通信系統(tǒng)中，如蜂窩移動通信系統(tǒng)。4）信道編碼技術(shù)及功能的實(shí)現(xiàn)常用的信道編碼技術(shù)包括分組碼、卷積碼、Turbo碼、RS編碼、交織等。分組碼分組碼是一類重要的糾錯(cuò)碼，它把信源待發(fā)的信息序列按固定的k位一組劃分成消息組， 再將每一消息組獨(dú)立變換成長為n(nk)的二進(jìn)制數(shù)字組，稱為碼字。如果消息組的數(shù)目為 M(顯然MW2k

25、)，由此所獲得的M個(gè)碼字的全體便稱為碼長為n、信息數(shù)目為M的分組碼，記 為【n，M】。把消息組變換成碼字的過程稱為編碼，其逆過程稱為譯碼。組碼就其構(gòu)成方式 可分為線性分組碼與非線性分組碼。線性分組碼：線性分組碼是指【n,M】分組碼中的M個(gè)碼字之間具有一定的線性約束關(guān) 系，即這些碼字總體構(gòu)成了 n維線性空間的一個(gè)k維子空間。稱此k維子空間為(n，K)線性 分組碼，n為碼長，k為信息位。此處M=2k。一個(gè)(n,k)分組碼C，如果滿足下列條件：全零碼組(0,0,)在C中；C中任意的兩個(gè)碼字之和，也在C中，則稱C為線性分組碼。非線性分組碼：非線性分組碼【n，M】是指M個(gè)碼字之間不存在線性約束關(guān)系的分組

26、 碼。d為M個(gè)碼字之間的最小距離。非線性分組碼常記為【n，M, d】。非線性分組碼的優(yōu) 點(diǎn)是：對于給定的最小距離d,可以獲得最大可能的碼字?jǐn)?shù)目。非線性分組碼的編碼和譯碼 因碼類不同而異。雖然預(yù)料非線性分組碼會比線性分組碼具有更好的特性，但在理論上和實(shí) 用上尚缺乏深入研究(見非線性碼)。分組碼具有以下特點(diǎn)：分組碼是一種前向糾錯(cuò)(FEC)編碼。分組碼是長度固定的碼組，k個(gè)信息位被編為n位碼字長度，而n-k個(gè)監(jiān)督位的作用 就是實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)與糾錯(cuò)，可表示為(n,k)。在分組碼中，監(jiān)督位僅與本碼組的信息位有關(guān)，而與其他碼組的信息碼字無關(guān)。分組碼包括漢明碼、格雷碼、Hadamard碼、循環(huán)碼、Reed-Sol

27、omon碼等等。卷積碼若以(n,k,m)來描述卷積碼，其中k為每次輸入到卷積編碼器的bit數(shù)，n為每個(gè)k元 組碼字對應(yīng)的卷積碼輸出n元組碼字，m為編碼存儲度，也就是卷積編碼器的k元組的級 數(shù)，稱m+1= K為編碼約束度m稱為約束長度。卷積碼將k元組輸入碼元編成n元組輸出 碼元，但k和n通常很小，特別適合以串行形式進(jìn)行傳輸，時(shí)延小。與分組碼不同，卷積 碼編碼生成的n元組元不僅與當(dāng)前輸入的k元組有關(guān)，還與前面m-1個(gè)輸入的k元組有關(guān)， 編碼過程中互相關(guān)聯(lián)的碼元個(gè)數(shù)為n*m。卷積碼的糾錯(cuò)性能隨m的增加而增大，而差錯(cuò)率 隨N的增加而指數(shù)下降。在編碼器復(fù)雜性相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。編碼原理

28、：以二元碼為例，編碼器如圖。輸入信息序列為u=(u0，u1,)，其多項(xiàng)式 表示為u(x)=u0+u1x+ulxl+。編碼器的連接可用多項(xiàng)式表示為g(1,1)(x)=1+x+x2和 g(1,2)(x)=1+x2,稱為碼 的子生成多項(xiàng)式。它們的系數(shù)矢量g(1,1)=(111)和g(1,2)=(101) 稱作碼的子生成元。以子生成多項(xiàng)式為陣元構(gòu)成的多項(xiàng)式矩陣G(x)=g(1,1)(x),g(1,2)(x)， 稱為碼的生成多項(xiàng)式矩陣。卷積碼碼的糾錯(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)。卷積碼根據(jù)需要， 有不同的結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的糾錯(cuò)能力。但都有類似的編碼規(guī)律。表示方法：描述卷積碼的方法有圖解法和解

29、析法。解析法可以采用生成矩陣和生成多項(xiàng) 式這兩種方法，圖解法可以采用樹狀圖、網(wǎng)格圖、狀態(tài)圖和邏輯表等方法。Turbo 碼Turbo碼又稱并行級聯(lián)卷積碼(PCCC)，是一類應(yīng)用在外層空間衛(wèi)星通信和設(shè)計(jì)者尋找 完成最大信息傳輸通過一個(gè)限制帶寬通信鏈路在數(shù)據(jù)破壞的噪聲面前的其它無線通信應(yīng)用 程序的高性能糾錯(cuò)碼。有兩類Turbo碼在那里，塊Turbo碼和卷積Turbo碼(CTCs)， 它們是相當(dāng)不同的，因?yàn)樗鼈兪褂貌煌臉?gòu)件碼，不同的串聯(lián)方案和不同的SISO算法。 它巧妙地將兩個(gè)簡單分量碼通過偽隨機(jī)交織器并行級聯(lián)來構(gòu)造具有偽隨機(jī)特性的長碼，并通 過在兩個(gè)軟入/軟出(SISO)譯碼器之間進(jìn)行多次迭代實(shí)現(xiàn)

30、了偽隨機(jī)譯碼。Turbo碼有一重要特點(diǎn)是其譯碼較為復(fù)雜，比常規(guī)的卷積碼要復(fù)雜的多，這種復(fù)雜不僅 在于其譯碼要采用迭代的過程，而且采用的算法本身也比較復(fù)雜。這些算法的關(guān)鍵是不但要 能夠?qū)γ勘忍剡M(jìn)行譯碼，而且還要伴隨著譯碼給出每比特譯出的可靠性信息，有了這些信息， 迭代才能進(jìn)行下去。模擬結(jié)果表明，在一定條件下，Turbo碼在AWGN信道上的誤比特率，接近香農(nóng)限的 性能。在第三代移動通信中，非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)通信廣泛采用了 Turbo碼。Turbo碼的特點(diǎn)：它將卷積碼和隨機(jī)交織器合并在一起，實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)編碼的思想；采用 軟輸出疊代譯碼來逼近最大似然譯碼。交織在實(shí)際應(yīng)用中，比特差錯(cuò)經(jīng)常成串發(fā)生，這是由于持續(xù)時(shí)

31、間較長的衰落谷點(diǎn)會影響到幾個(gè)連 續(xù)的比特，而信道編碼僅在檢測和校正單個(gè)差錯(cuò)和不太長的差錯(cuò)串時(shí)才最有效(如RS只能 糾正8個(gè)字節(jié)的錯(cuò)誤)。為了糾正這些成串發(fā)生的比特差錯(cuò)及一些突發(fā)錯(cuò)誤，可以運(yùn)用交織 技術(shù)來分散這些誤差，使長串的比特差錯(cuò)變成短串差錯(cuò)，從而可以用前向碼對其糾錯(cuò)。交織 技術(shù)對已編碼的信號按一定規(guī)則重新排列，解交織后突發(fā)性錯(cuò)誤在時(shí)間上被分散，使其類似 于獨(dú)立發(fā)生的隨機(jī)錯(cuò)誤，從而前向糾錯(cuò)編碼可以有效的進(jìn)行糾錯(cuò)，前向糾錯(cuò)碼加交積的作用 可以理解為擴(kuò)展了前向糾錯(cuò)的可抗長度字節(jié)。糾錯(cuò)能力強(qiáng)的編碼一般要求的交織深度相對較 低。糾錯(cuò)能力弱的則要求更深的交織深度。（5）偽隨機(jī)序列擾碼進(jìn)行基帶信號傳輸?shù)?/p>

32、缺點(diǎn)是其頻譜會因數(shù)據(jù)出現(xiàn)連“1”和連“0”而包含大的低頻成 分，不適應(yīng)信道的傳輸特性，也不利于從中提取出時(shí)鐘信息。解決辦法之一是采用擾碼技術(shù) 使信號受到隨機(jī)化處理，變?yōu)閭坞S機(jī)序列，又稱為“數(shù)據(jù)隨機(jī)化”和“能量擴(kuò)散”處理。擾 碼不但能改善位定時(shí)的恢復(fù)質(zhì)量，還可以使信號頻譜平滑，使幀同步和自適應(yīng)同步和自適應(yīng) 時(shí)域均衡等系統(tǒng)的性能得到改善。擾碼雖然“擾亂”了原有數(shù)據(jù)的本來規(guī)律，但因?yàn)槭侨藶榈摹皵_亂”，在接收端很容易 去加擾，恢復(fù)成原數(shù)據(jù)流。實(shí)現(xiàn)加擾和解碼，需要產(chǎn)生偽隨機(jī)二進(jìn)制序列（PRBS）再與輸入數(shù)據(jù)逐個(gè)比特作運(yùn)算。 PRBS也稱為m序列，這種m序列與TS的數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行模2加運(yùn)算后，數(shù)據(jù)流中的“1

33、” 和“0”的連續(xù)游程都很短，且出現(xiàn)的概率基本相同。利用偽隨機(jī)序列進(jìn)行擾碼也是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號高保密性傳輸?shù)闹匾侄沃?。一般將信?產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)字信息和一個(gè)周期很長的偽隨即序列模2相加，就可將原信息變成不可理 解的另一序列。這種信號在信道中傳輸自然具有高度保密性。在接收端將接收信號再加上（模 2和）同樣的偽隨機(jī)序列，就恢復(fù)為原來發(fā)送的信息。在DVB-C系統(tǒng)中的CA系統(tǒng)原理就源于此，只不過為了加強(qiáng)系統(tǒng)的保密性，其偽隨機(jī) 序列是不斷變化的（10秒變一次），這個(gè)偽隨機(jī)序列又叫控制字（CW）。現(xiàn)在出現(xiàn)一種新的信道編碼方法。LDPC編碼。LDPC編碼是最接近香農(nóng)定理的一種編 碼。六、擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)，它

34、是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最 小帶寬；頻帶的展寬是通過編碼及調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)的，并與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)；在接收端則 用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。基本思想在發(fā)射端使用傳統(tǒng)的調(diào)制方式調(diào)制有效信號；然后使用擴(kuò)頻編碼調(diào)制載波，使其擴(kuò)展到 一個(gè)非常大的帶寬內(nèi)，實(shí)現(xiàn)頻譜展寬。在接收端利用相反過程得到原始信號。適用范圍由于擴(kuò)頻調(diào)制使信號抗干擾能力強(qiáng)且隱蔽性好，最初用于軍事通信，后來由于其高頻譜 效率帶來的高經(jīng)濟(jì)效益而被應(yīng)用到民用通信，移動通信的碼分多址就是建立在擴(kuò)頻通信的基 礎(chǔ)上。而且還能有效的抑制窄帶干擾。如何實(shí)現(xiàn)自身的功能直接序列擴(kuò)頻與解擴(kuò)的原理擴(kuò)

35、頻：由于X(t)=b(t)c(t)的頻譜等于b(t)的頻譜與c(t)的頻譜的卷積，b(t)和c(t)相乘 的結(jié)果使攜帶信息的基帶信號的帶寬被擴(kuò)展到近似為c(t)的帶寬Bc，擴(kuò)展的倍數(shù)就等于PN 序列一周期的碼卷積，N=Bc/Bb=Tb/Tc,而信號的功率譜密度下降到原來的1/N。信號這樣 的處理過程就是擴(kuò)展，C(t)在這里起著擴(kuò)頻的作用，稱作擴(kuò)頻碼，這種擴(kuò)頻方式就是直接序 列的擴(kuò)頻解擴(kuò)：在接收端，接收機(jī)接收到的信號r(t)一般是有用的信號和噪聲及各種干擾信號的 混合，為了突出解擴(kuò)的感念，暫不考慮他們的影響，即r(t)=s(t)，接收機(jī)將接受到的信號首 先和本地產(chǎn)生的 PN 碼c(t)相乘，由于

36、 以伊2= ( +-1)A2=1，所以 r(t)c(t)=s(t)c(t)=b(t)c(t)cosWct*c(t)=b(t)cosWct 湘乘所得信號顯然是一個(gè)窄帶 2PSK 信號， 它的帶寬等于2Rb=2/Tb，這樣的信號恢復(fù)為一個(gè)窄帶信號，這一操作過程就是解擴(kuò)。跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)跳頻(FH)是一種無線通信中最常用的擴(kuò)頻方式。工作原理是收發(fā)雙方傳輸信號的載 波頻率按照預(yù)定規(guī)律(一組偽隨機(jī)碼PN，Pseudo-Noise)進(jìn)行離散變化，通信中使用的載 波頻率受偽隨機(jī)碼的控制而隨機(jī)跳變。從通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式來說，跳頻是一種用碼序列進(jìn) 行多頻頻移鍵控的通信方式；從時(shí)域上來看，跳頻信號是一個(gè)多頻率的頻

37、移鍵控信號；從頻 域上來看，跳頻信號是一個(gè)在很寬頻帶上以不等間隔隨機(jī)跳變的信號。因此，跳頻通信在某一特定頻點(diǎn)上仍為普通調(diào)制技術(shù)。跳頻系統(tǒng)根據(jù)頻率變化的快慢，通常分為快跳頻和慢跳頻。 目前在軍事領(lǐng)域廣泛應(yīng)用了快跳頻通信技術(shù)。隨著電子對抗的加劇，在快跳頻的基礎(chǔ)上，產(chǎn) 生了自適應(yīng)跳頻，進(jìn)一步提高抗截獲和抗干擾目的。慢跳頻則主要應(yīng)用于民用領(lǐng)域。跳頻系統(tǒng)的原圖及跳頻信號數(shù)學(xué)描述：跳頻系統(tǒng)的簡單原理圖如圖1-1所示其數(shù)學(xué)模型如(1-1)。在發(fā)送端，輸入信息碼序列進(jìn)行基帶調(diào)制得到寬度為的調(diào)制信號。獨(dú) 立產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼序列作為跳頻序列去控制頻率合成器，使其輸出頻率按不同的跳頻圖案或 指令隨機(jī)跳躍地變化。調(diào)制信號m(t)對隨機(jī)載頻進(jìn)行調(diào)制，得到跳頻信號，可表示為：S1 (t)= m(t)co