移动通信原理第次课线路编码和信道编码 ppt课件

第7章线路编码和信道编码第6章我们讨论了数字调制和解调。本章将讨论线路编码和提高通信系统可靠性的主要方法—信道编码。线路编码和信道编码在扩频发射设备中的位置如图所示。7.1线路编码7.1.1基带信号含有直流和丰富低频成分的信号就是基带信号(BasebandSignal)，其较大的功率谱密度分量集中在直流附近的频带内。所有的脉冲信号序列都可以说是基带信号。例如，传感器输出的脉冲信号、PCM数字语音信号、传输线路中的脉冲信号序列等。与基带信号相对应的是频带信号。用基带信号对余弦载波信号的幅度、频率和相位进行调制就得到数字调制信号。数字调制信号是频带信号，其功率谱密度与基带信号的相同，对称分布在载波频率的两侧。基带信号又可以分为基带原码(BasebandSourceCode)和线路码(LineCode)。1、基带原码基带原码是由数字信号源输出的原始脉冲信号序列。例如，传感器输出的脉冲信号、PCM信号和波形与参数混合编码器等A/D转换器输出的信号。基带原码常见码型如下图。基带原码的常见码型几种基带原码的功率谱密度2、线路码由于数字基带原码含有直流和丰富的低频成分，以及0码和1码出现概率不均衡等缺点，所以在它们进入数字通信系统之前需要将其转换成适合在线路上传输的线路码或传输码(TransmissionCode)。这种码型转换过程就是线路编码，有些文献将线路编码归入信源编码模块。对线路码码型的要求如下：频谱中没有直流分量和只有很少的低频分量。码流中“1”和“0”的出现概率相同,各占50%，与它们在信源中出现的统计规律无关。码流含有定时信息。码流含有检错和纠错信息。码元携带的信息量大，频带利用率高。线路编译码方法简单。现有线路码超过100种，ITU规定了20多种可用，常用的有以下几种。返回两种线路码的功率谱密度7.1.2线路编码1、差分码对于用电位高低来表示0和1的绝对电位码来说，当收发端的极性颠倒时，收端判定的码流序列将与发端的完全相反。差分码又叫相对码。与绝对码不同，差分码是用脉冲电位的跳变来表示1，脉冲电位保持不变表示0。即使收发端的极性搞颠倒，收端判定的码流序列也将与发端的完全一样。用线路编码器产生差分码时，必须预先给定一位前置码，如图中虚线所示。前置位的电位高低不同，码型取反，但是译码结果相同。差分码的频谱与变换前的基带原码一样。线路码2、双相码双相码又叫分相码、双流码、裂相码或曼彻斯特（Manchester）码。它把一位原码转换成两位，方法是：1变成01，0变成10。双向码的特点是：每个码元正负平衡，无直流分量；每个码元中部电位跳变，便于提取定时信号；频谱的第一个零点在2/T处，信号带宽较原码增加一倍；便于误码自检。线路码3、AMI码AMI码的全称是传号交替翻转码，也有文献称之为双极性码。AMI码的脉冲序列有三个电位：正电位、零电位和负电位。它维持原码中表示0的零电位不变，将表示1的电位在正电位与负电位之间交替变化。可以对单极性归零码进行变换得到AMI码。AMI码的频谱有突出的优点：无直流分量，对单极性归零码的频谱特性有所改善，频谱带宽比双相码小。但是，AMI码的频谱中无1/T定时频率，在提取位定时信号时需要进行非线性变换。不过，当出现长的连续0时，定时信号会丢失。线路码4、三阶高密度双极性码三阶高密度双极性码（HBD3）不仅保留了AMI码的所有优点，还可以将连0码限制在3个以内，克服了AMI码长连0不利于提取时钟信号的缺点。在二进制NRZ码转换成HBD3码的编码过程中，编码原理与AMI码基本一样，不过，当出现连续4个0时，需用000V或B00V代替。其中，V码破坏传号正负极性交替出现的规律，其出现的位置叫做破坏点，相邻V码的极性是交替出现的；B码不破坏传号正负极性交替出现的规律，其出现的位置叫做非破坏点。HBD3的优点与AMI码一样多，但它克服了AMI码的缺点，HBD3在通信系统中得到广泛应用。Manchester码、AMI码和HDB3码的编码原理课堂练习画出二进制数字序列“110000100000101000000000”的NRZ码、Manchester码、AMI码和HBD3码波形。思考题基带信号、基带原码和线路码之间有什么联系和区别？7.2信道编码7.2.1信道编码概述信道编码的目的是降低数据传输差错率，提高数据传输可靠性。信道编码是在数字基带信号序列中加入校验码，以便解码器利用这些校验码检测或纠正数字信号在存储和传输过程中产生的随机差错和突发差错。3G移动通信采用的信道编码是卷积码和Turbo码。7.2.2卷积码卷积码主要用于纠正数据中的随机差错。现以（3，1）编码器为例介绍卷积码的编码原理。（3，1）编码器的码长是3bit，信息码元只有1bit。（3，1）编码器的原理如图所示。Pj1=mj⊕mj-1⊕mj-3Pj2=mj⊕mj-1⊕mj-2CPmjmj-1mj-2mj-3Pj1Pj2卷积码000000000011000111112110000100301101001040011110115100101101从上面的例子我们可以看出，一个卷积码组由一个信息码元和若干监督码元组成，监督码元与前面的几个码元都有关系。本例中有两个监督码元，监督码元与前面的三个信息码元有关，加入当前信息码元后卷积码组与四个码元有关。我们称这个卷积码的约束长度k=4。k的长度与移位寄存器的长度m有关，等于m+1。卷积码的传输码率：码率=信息码元数/码组长度单极性二进制数字信号的摸二加双极性负逻辑波形的逻辑乘0⊕0=0(+1)×(+1)=+11⊕1=0(-1)×(-1)=+11⊕0=1(-1)×(+1)=-10⊕1=1(+1)×(-1)=-17.2.3交织由于移动通信很容易出现深衰落和受到强脉冲干扰，导致比特流出现长串连续出错。这种连续的长串差错，往往超过系统的纠错能力。如果将长串的差错人为分散开变成随机的差错，这样就好发现，并用纠正随机差错的方法来纠正。方法：首先将输入信号序列分成m行n列，然后按列自左至右顺序输出。7.2.4Turbo码将卷积码经过交织后就得到Turbo码。交织编码可以纠正数据中的突发差错，卷积码可以纠正数据中的随机差错，因此，Turbo码既可以纠正数据中的随机差错，又可以纠正数据中的突发差错。适合对时延要求不严格的应用。例如，我们可以将前面（3，1）卷积码产生的码序列111，100，010，011，101交织后生成Turbo码。首先，将卷积码序列分成一个3×5矩阵：111100010011101然后，按照列从左到右，从上到下输出新的码序列：101，101，111，100，001。即使矩阵中第一行的码元全错，它们在新的码序列里也是以随机差错的形式出现，可以用纠正随机差错的办法进行纠正。7.2.53G应用的信道编码3G的三大主流技术都采用了卷积码和Turbo码。Turbo码适用于高速率、对编译码时延要求不严格的辅助数据链路中。卷积码适用于低速率、实时和对编译码时延要求严格的数据链路中。3G的业务信道上一般用卷积码，高速率用Turbo码。3G的控制信道上也是主要用卷积码，高速率用Turbo码。