DAB发射机信道编码系统的实现

1、 DAB信道编码系统的实现 南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）DAB发射机信道编码系统的实现The Implementation of The DAB Transmitter Channel Coding Cystem 学 院（部）： 计算机与信息工程学院 专 业： 通信工程 学 生 姓 名： 李狄洪 学 号： 1206644042 指 导 教 师（职称）： 张 芳 (讲师) 评 阅 教 师： 黄宪通 完 成 日 期： 2014年5月 南阳理工学院Nanyang Institute of Technology DAB发射机信道编码系统的实现 通信工程专业 李狄洪 摘要随着人

2、们进入数字时代，对广播的声音质量和业务多样性方面的要求逐步提高,因此我们对信号的信道编码效率有了更高的要求。由于实际信道存在噪声和干扰的影响，信号难免会受到影响而发生改变，使得经信道传输后所接收的码元与发送码元之间存在差异，因此可靠的信息传输是今后研究的重中之重。在混合型差错信道传输信号过程中，利用卷积编码的原理及时间交织技术，根据一定的规律在待发送的信息码中加入一些人为的多余的码元，构造出以最小多余度代价换取最大抗干扰性能的好码，应用此编码技术，实现了码元的近似无错误传输.关键词信道编码；卷积编码；时间交织The Implementation of The DAB Transmitter C

3、hannel Coding CystemCommunications Engineering MajorLI Di-hongAbstract:As people are entering the digital age,the requirements of the audio quality and service diversity of the broadcast gradually increase，therefore the signal channel coding efficiency has a higher request.Due to the influence of th

4、e noise and interference in the real channel,signals will inevitably be affected and changed,mading after channel transmission element receives and send there are differences between element,therefore the reliable information transmission is the key of the research in the future.In the process of hy

5、brid error signal channel transmission,by use of the principle of convolutional coding and time interleaving technique, according to certain rules to add some man-made redundant symbols in the information to be transmitted,constructed with the minimum redundancy cost for maximum the anti-jamming per

6、formance of good code.So applying this coding technique, Element approximate error-free transmission is realized.Keywords:Channel coding；Convolution coding；Time interleaving 目 录1 概论11.1 课题背景及意义11.2 国内外研究现状21.3 本论文研究内容32 信道编码过程33 卷积码43.1 卷积码概念43.2 卷积码与分组码的区别53.3 卷积编码原理63.3.1 卷积编码的概述63.3.2 卷积编码流程73.3.

7、3 卷积编码删除83.3.4 维特比译码104 时间交织154.1 交织的概述154.2 时间交织的意义164.3 时间交织规则174.4 DAB传输帧的形成18总结20致谢21参考文献22附录23 1 概论随着人们进入数字时代，对广播的声音质量和业务多样性方面的要求逐步提高，因此数字声音广播逐渐进入人们的视野。数字音频广播（DAB-Digital Audio Broadcasting）是继调幅、调频之后的新一代广播。它具有发射功率小、覆盖面积大、频谱利用率高和可移动接收等有优点，同时它还是一种多媒体广播，可传递诸如声音、图像、文字、数据及活动影像等业务。数字信号在传输中往往由于各种原因，使得

8、在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。1.1 课题背景及意义广播是我们日常生活中的良师益友。目前我们每天收听的调幅广播或调频广播传送的都是模拟信号属于模拟广播。模拟广播由调制方式和带宽所决定，有很多缺点。主要问题是传输过程中会产生噪声和失真的积累以及由电波多径传播引起衰落，严重影响传输质量。此外，传统的模拟广播方式，大多只有声音广播业务，业务单一。数字音频广播，属于新一代广播。这种新的传输系统，抗干扰性能好，可以消除传输过程中的噪声和

9、失真的积累，提高音质；采用了纠错编码技术，传输过程中出现的差错可以被修正；数字传输系统采用数据率压缩技术，并允许单频网（SFN）运行，大大提高了频谱利用率；既可以用来传送声音广播节目，也可以传送数据业务、静止图象或活动图象。随着现代通信的发展，特别是在未来4G通信网络中，高速的信息传输和可靠的信息传输是重点研究的方向。在恶劣的环境中，信号难免会受到影响而发生改变。可见，可靠性信息传输成为了研究的重中之重。一般实现可靠性传输的方式有两个途径：一是增加发送信号的功率，提高接收端的信号噪声比。二是采用编码的方法对信道差错进行控制。由于前者受条件限制，不是所有情况都适宜。在1967年Viterbi译码

10、算法的诞生，使得卷积编码广泛应用于现代通信中。在编码器复杂度相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。故在GSM、IS-95系统（窄带CDMA系统）、第三代移动通信系统中都利用卷积码作为前向纠错码。为了减小信道噪声和干扰对译码输出的影响，通常需要对信息码元进行信道编码。信道编码在发送端对信息码元添加监督码元，在接收端利用信息码元与监督码元之间的规律，发现和纠错，以提高信息码元传输可靠性。由于卷积码的纠错能力强，Viterbi算法计算快，效率高，所以卷积码应用与移动通信领域很广泛，特别是在卫星通信领域和蜂窝网通信系统领域占有重要地位。1.2 国内外研究现状本论文主要研究DAB发射机信道编码系统的实现

11、。该部分包括卷积编码，卷积编码删除，时间交织等环节。各部分分别完成以下功能：DAB信道编码中卷积编码比分组编码性能优越，卷积编码中的比特码元中加入了监督码元，不仅对本组的比特码元起监督作用，还对其以前若干组的比特码元起监督作用，各码之间连环重叠，环环相扣 。由于卷积编码引入了大量的冗余比特，因此DAB的信道编码采取可删除型卷积编码。时间交织也即是将相邻的数据流分开传送。从全球范围来看，数字化是广播技术发展的必然进程，而其中的数字音频广播（DAB）则将会成为继传统的调幅，调频广播之后的第三代广播。国内外研究现状如下：1.欧洲：欧洲的DAB标准为EUREKA-147。其DAB系统特点是：在移动接收

12、条件下仍然可得到高质量的节目信号，解决了多径传播和快移动时产生的频率选择性衰落和时间选择性衰落问题。目前欧洲DAB频率分配任务已经完成。已明确规定，将在2015年由DAB代替现有的FM与AM广播，到时FM与AM将停止使用。2.美国：美国所发展的数字广播系统，是针对FM/AM广播频率设计的，特点为带内同频技术。其目的在于：在该系统不改变现有调频频率规划的基础上，在同一频段内同时播出模拟和数字广播，利用现有的AM和FM频率进行覆盖。它的特点是与现行的广播系统兼容，解决了频道少的问题，不需要重新规划频道。美国国家广播制式委员会（NRSC）已批准将“带内同频技术”作为美国地面的数字音频广播的传输标准。

13、现在美国各调幅和调频广播电台可以在自愿的基础上，开始采用带内同频系统由模拟向数字播出方式的过度。3.日本：多媒体广播已成为日本政府推动广播实现数字化功能的重要方向。日本在对欧洲和美国的制式进行反复甄别后，提出了自己的解决方案。其最大意义在于，它可根据需要灵活地确定系统带宽。它可以使用窄带也可以使用宽带来播出数字广播。4.中国：我国采用欧洲的EUREKA-147作为数字广播标准。我国广播科研部门一直跟踪国际DAB的发展方向，积极参与DAB 的研究，取得了重要的批研究成果。我国广电部自1992年6月就通过了我国开展DAB重大科研的可行性报告，并从1995年开始，先后分别在北京和广东建立了DAB实验

14、室和无线发射先导网。广东的DAB先导网在1996年12月25日开通，1997年7月1日正式投入试播，为国家制定数字广播技术标准提出了试验数据。目前我国已建好的DAB网有京津网，广东网，台湾和香港网，而且我国一些主要大城市已经实验开展多媒体数字广播。1.3 本论文研究内容本论文的主要研究的是信道编码技术，信道编码处理技术是实现DAB信号高效可靠传输的关键技术。另外本论文致力于研究及实现DAB发射端使用的信道编码方法，使用可删除型卷积码提供信道纠错保护，用时间交织减少突发干扰的影响，并增加保护间隔来克服地面广播中的多径干扰影响。另外本论文是根据信道编码原理介绍几种类型的编码方式，信道编码完成卷积编

15、码、卷积编码删除、时间交织、时间解交织等任务。2 信道编码过程信道编码是为保证信息可靠传输，提高传输质量而设计的一种编码。是指按一定的规则，在信源编码后的数据流中，人为地加入冗余，即补充差错保护，使传输码具有一定的抗干扰能力 。从而使经信源编码的信号在通过传输信道到达接收端的过程中，所受的干扰尽可能的小。因此，信道编码又称抗干扰编码。由于加进了差错保护，当码子在传输过程中出现差错时，在接收端可以根据一定的准则进行差错修正，在一定程度上保证了数据传输的可靠性。但同时，由于加入了冗余码，使信道上传输的总数据量变大，降低了数据的传输速率，因此，确保可靠传输是以降低信息传输速率为代价的。差错保护示意图

16、如图2-1所示。 图2-1 差错保护示意图在图2-1中，假设m为信源经过数据压缩后的欲传输的数据比特，n为经过信道编码后得到的总数据比特，则有 ： r=m/n （1）公式（1）中，r称为信道编码率（1）。编码率越低，表明保护程度越高，数据传输越可靠。n不能超出传输信道所允许的最大数据率。实际应用中，在设计信道编码时，一般的准则是，在满足一定抗干扰能力的情况下，编码效率越高越好 。所以，要在传输通道中进行差错保护，差错保护编码信息的传输如图2-2所示。 图 2-2 差错保护编码信息的传输其中，信号经过信源编码后进行信道编码，然后调制，下面就进入传输通道发送信号，在传输信道中，若信道在传输过程中受

17、到噪声干扰，则差错就很容易叠加到数字调制的信号上，产生比特差错，使某些位的数据由“1”变为“0”或由“0” 变为“1”。在接收端，可以通过信道解码进行差错纠正。具体做法为, 通过对在信道编码中加入的冗余计算，找出有差错的比特的位置，然后再将该位的比特变成反码，达到差错修正的效果。经纠错处理后，接收机最终剔出掉从发送端加进信道编码的冗余比特，恢复出信道编码输入端的原始信息序列。图2-2表示了差错保护编码信息的传输过程。通常，用比特差错率（BER）来衡量数据传输的质量，其表达式为： BER=错误接收的比特数量/接收的总的比特数量100 （2） 也即是错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例。3

18、卷积码3.1 卷积码概念若以（n,k,m）来描述卷积码，其中k为每次输入到卷积编码器的bit数，n为每个k元组码字对应的卷积码输出n元组码字，m为编码存储度，也就是卷积编码器的k元组的级数，称m+1= K为编码约束度m称为约束长度。卷积码将k元组输入码元编成n元组输出码元，但k和n通常很小，特别适合以串行形式进行传输，时延小。与分组码不同，卷积码编码生成的n元组元不仅与当前输入的k元组有关，还与前面m-1个输入的k元组有关，编码过程中互相关联的码元个数为n*m。卷积码的纠错性能随m的增加而增大，而差错率随N的增加而指数下降。在编码器复杂性相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。卷积码是1955年

19、由Elias等人提出的，是一种非常有前途的编码方法。我们在一些资料上可以找到关于分组码的一些介绍，分组码的实现是将编码信息分组单独进行编码，因此无论是在编码还是译码的过程中不同码组之间的码元无关。 卷积码是一种有记忆编码，决定它的主要参数有编码器输入端、数据信息位、编码器输出端码元数、编码器寄存器节数。卷积码的描述可以分为两类：（1），解析法，可以用数学公式直接表达，包括离散卷积法、生成矩阵法、码生成多项式法。（2），图形法，包括状态图、树图和格图。 3.2 卷积码与分组码的区别线性分组码是一类奇偶校验码，它可以由（n，k）形式表示。编码器将一个k比特信息分组（信息矢量）转变为一个更长的由给定

20、元素符号集组成的n比特编码分组。当这个符号集包含两个元素（0和1），与二进制相对，称为二进制编码。分组码是对每段k 位长的信息组，以一定规则增加 r = n - k个检验元，组成长为n 的 序列：( cn-1,cn-2, . . . , c1,c 0) ，称这个序列为码字。在二进制情况下，信息组总共有2 k 个( q 进制为q k个) ，因此通过编码器后，相应的码字也有2k 个。称这2k 个码字集合为( n , k) 分组码。n长序列的可能排列总共有 2n 种。称被选取的2k 个 n重为许用码组，其余 2n - 2k 个为禁用码组。称R = k / n为码率.对于长度为n的二进制分组码，可以表

21、示成（n，k），通常用于前向纠错。在分组码中，监督位加到信息位之后，形成新码，在编码中，k个信息位，被编为n位长度，（n-k）个监督码的作用是实现检错和纠错。k 比特信息形成2k个不同的信息序列，称为k元组（k比特序列），同样，n比特可以形成2n个序列，称为n元组。编码过程就是将每个k元组映射到2n个n元组中的一个。分组码是一一对应的编码，即2k个k元组唯一映射到2k个2元组，映射可以通过一个查询表实现。对于线性码，映射当然是线性的。卷积码和分组码的根本区别在于，它不是把信息序列分组后再进行单独编码，而是由连续输入的信息序列得到连续输出的已编码序列。即进行分组编码时，其本组中的n-k个校验元仅

22、与本组的k个信息元有关，而与其它各组信息无关；但在卷积码中，其编码器将k个信息码元编为n个码元时， 这n个码元不仅与当前段的k个信息有关，而且与前面的（m1）段信息有关（m为编码的约束长度）。同样，在卷积码译码过程中，不仅从此时刻收到的码组中提取译码信息，而且还要利用以前或以后各时刻收到的码组中提取有关信息。而且卷积码的纠错能力随约束长度的增加而增强，差错率则随着约束长度增加而呈指数下降。3.3 卷积编码原理3.3.1 卷积编码的概述卷积编码也即连环码，可通过移位寄存器实现。卷积编码与分组码有明显的区别，分组码各码之间是相互独立的，编码器本身没有记忆性。卷积编码则不同，其比特码元中加入了监督码

23、元，不仅对本组的比特码元起监督作用，还对其以前若干组的比特码元起监督作用，各码之间连环重叠，环环相扣 。其中的联系可以通过卷积编码器的结构图来说明。其结构图如图3-1所示。 图3-1 卷积编码器结构图图3-1为DAB卷积编码器结构图，图中ai表示输入的比特，ai-1-ai-6 表示移位寄存器，后面的数据输出x0,i-x3,i是用数据ai及ai-1-ai-6模2相加所得。图中每输入一个比特会产生4个比特的输出。输入数据宽度m=1比特，输出数据宽度n=4比特，编码率R=m/n。编码器的记忆，即存储器深度，是以现实输入以前的对编码做出贡献的码元比特来定义的。如果移位寄存器的数量（长度）为s，则存储器

24、深度等于s*m。图3-1中，s=6，m=1。因此，存储器深度为s*m=6。约束长度是指所有参与编码过程的码元比特总数。图中，约束长度为k*m= (s+1)*m=7。卷积编码器的特征可通过移位寄存器的数量和抽头的位置来表明。通常卷积编码器用生成多项式c来表示，其各项系数是0或1，当移位寄存器是有抽头时系数为1，反之为0。在表达多项式时，每个输出支路应该分别给出。图3-1中，4路多项式分别为： （3） （4） (5) (6)所生成多项式的最低次幂项代表移位寄存器的现实输入，高次幂项代表移位寄存器的抽头。图3-1中，卷积编码器由6个移位寄存器和多个模2加法器组成，通过移位寄存器不同抽头的组合，可得到

25、编码数据输出。 为从能量扩散模块进来的串行码流，、 及为输出的4路序列，输入1比特可输出4比特数据，第4路和第1路输出是一样的，实际编码器的编码率为1/3。其表达式为： （7） （8） （9） （10）图3-1中，寄存器的初始状态全为“0”。当有效数据送完后，还要继续送入6个“0”，以使全部寄存器清零。每路产生6个尾码，4路共计24个尾码。3.3.2 卷积编码流程将经能量扩散进来的串行码流通过卷积编码电路输出4路数据序列。由于输入进来的码流长度为1728比特，因此卷积输出码流每路长度均为1728比特。当1728比特的4路输出序列产生完后，每路再产生6位尾码共计24位尾码。卷积编码器的子流程图如

26、图3-2所示，卷积输出表达式见公式（3）公式（6）。3-2卷积编码子程序流程图 3.3.3 卷积编码删除由于卷积编码引入了大量的冗余比特，因此DAB的信道编码采取可删除型卷积编码。为了对不同重要性的数据信息实施不同程度的保护以及在不同的传输环境下，希望有不同的信道编码率，在不改变卷积编码器结构的情况下，通过编码删除就可以实现不同的编码率。要提高数据的传输速率，就必须对卷积编码器某些编码效率低的输出符号进行删除，而保留效率高的卷积编码符号。 图 3-3 卷积码删除原理图图3-3中，首先将卷积编码器输出的并行数据X1，X2，X3，X4进行并串转换，转换为串行数据码流，然后进行编码删除。编码删除采用

27、删除矩阵的形式来进行，将并/串转换后的串行数据序列X1,i，X2,i，X3,i，X4,i依次取8个数值得到输出数据矩阵为： 根据不同的差错保护类型，选择相应的删除矢量PI及编码率(等于8/8+PI)，从而可得到相应编码率下的删除矢量矩阵。以编码率8/16为例，删除矩阵为： 如表3-1所示，如果删除矩阵中的元素为1，则传送数据矩阵中对应的比特元素，如果为0表示删除数据矩阵中对应的比特元素。根据先进先出的原则，删除后的数据为X1,1，X2,1，X1,2，X2,2，X1,3，X2,3，X1,4，X2,4，X1,5，X2,5，X1,6，X2,6，X1,7，X2,7，X1,8，X2,8。串行码流最后24

28、个比特（）采用固定的删除矢量进行删除，删除矢量为VT=(1100,1100,1100,1100,1100,1100)。删除后，得到12比特的尾部码。对于有填充字节（PAD）的还要加入填充比特，最后输出一个字节。 表3-1 删除矢量表不同删除矢量下的编码率， . ，PI=1；编码率：8/91100 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000PI=2；编码率：8/101100 1000 1000 1000 1100 1000 1000 1000PI=3；编码率：8/111100 1000 1100 1000 1100 1000 1000 1000PI=4；编码率：8/12

29、1100 1000 1100 1000 1100 1000 1100 1000PI=5；编码率：8/131100 1100 1100 1000 1100 1000 1100 1000PI=6；编码率：8/141100 1100 1100 1000 1100 1100 1100 1000PI=7；编码率：8/151100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1000PI=8；编码率：8/161100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 PI=9；编码率：8/171110 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100

30、 PI=10；编码率：8/181110 1100 1100 1100 1110 1100 1100 1100 PI=11；编码率：8/191110 1100 1110 1100 1110 1100 1100 1100PI=12；编码率：8/201110 1100 1110 1100 1110 1100 1110 1100PI=13；编码率：8/211110 1110 1110 1100 1110 1100 1110 1100PI=14；编码率：8/221110 1110 1110 1100 1110 1110 1110 1100PI=15；编码率：8/231110 1110 1110 1110

31、 1110 1110 1110 1100PI=16；编码率：8/241110 1110 1110 1110 1110 1110 1110 1110PI=17；编码率：8/251111 1110 1110 1110 1110 1110 1110 1110PI=18；编码率：8/261111 1110 1110 1110 1111 1110 1110 1110PI=19；编码率：8/271111 1110 1111 1110 1111 1110 1110 1110PI=20；编码率：8/281111 1110 1111 1110 1111 1110 1111 1110PI=21；编码率：8/291

32、111 1111 1111 1110 1111 1110 1111 1110PI=22；编码率：8/301111 1111 1111 1110 1111 1111 1111 1110PI=23；编码率：8/311111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 PI=24；编码率：8/321111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111对来自并/串转换模块的串行序列中的冗余码子进行删除，删除规则由DAB标准规定。由源发生器产生的数据序列的传输速率为72kbit/s，长度为1728比特。经卷积编码和并/串转换后，卷积码有效部分输出的串行码

33、流长度为4*1728=6912比特，尾码部分输出的串行码流长度为4*6=24比特。根据DAB 标准，有效部分被分割为128比特的连续的块，每个128比特再分割成4个32比特的子块。凡属于同一块的所有子块，都采用相同的删除矢量进行删除，删除矢量的值可从删除表查出。 删除规则为：输入串行码流中32比特子块的元素和删除矢量VPI中相对应的元素VPI,i相比较。如果VPI,i为0，串行码流中的元素被删除，如果VPI,i为1，串行码流中的元素则被保留。卷积码的最后24个尾码，采用固定的删除矢量。输入进编码删除模块的卷积码串行数据的速率为72kbit/s，保护级为3级，采用均等差错保护方式。 图3-4 编

34、码删除子程序流程图如图3-4所示根据编码删除子程序流程图在对卷积编码后的冗余数据进行编码删除，删除完成后对尾码部分24比特的冗余数据进行删除，删除完成后结束。3.3.4 维特比译码 图3-5 卷积编码器原理图 （11） （12） （13） （14）此图在前面有所介绍，而且输出算法在前面也有介绍，在此不做过多说明。图3-5的卷积编码为4-1-6型卷积编码器，在对其进行维特比译码时，需要的状态环节过多，篇幅过大，在本论文的篇幅下难以完全展开。现以2-1-2型卷积编码器为例说明维特比译码的过程。设2-1-2型卷积编码器的原理图如图3-6所示。 图3-6 2-1-2型卷积编码器原理图图3-6中，输入一

35、路数据ai，输出数据为两路并行数据c1,i及c2,i，卷积深度为2。该图所示编码器的输出为： c1,i= ai-2ai-1ai（15） c2,i= ai-2ai （16） 其中公式（15)、公式（16）中c1,i、 c2,i表示输出数据，用各抽头系数的模2相加表示。ai、ai-1、ai-2表示抽头系数。设移位寄存器ai-1及ai-2初始状态为00，可得如表4-1所示的编码器状态及输入输出关系。 表4-1 编码器状态、输入、输出关系输入ai1101000原状态ai-2 ai-100011110011000输出c1,i c2,i11010100101100过渡到新状态ai-2 ai-1011110

36、01100000由表4-1可得图3-6所示编码器的状态转移图，如图3-7所示。 图3-7 卷积编码器状态转移图图3-7中，圆圈中的1、0组合代表编码器的状态或移位寄存器的现实内容，其中左边一位代表ai-2，右边一位代表ai-1。从每个状态发出两条过渡路径以及两条另外的汇入路径（状态00和11时，有一条路径既是发出又是汇入）。每条路径旁边标记的数字，如从状态00过渡到状态01的路径标有1/11，表示在状态00时，若输入1，则编码器输出11；其他依次类推。将图3-7在时间上展开，可得如图3-8所示卷积编码器的网格图。 图3-8卷积编码器网格图在图3-8中，从每一状态出发都引出两条路径分别到一个新的

37、状态；如果输入符号为 “1”，路径用虚线表示，输入符号为 “0”，路径用实线表示；路径旁边标出的数字表示输出c1,i c2,i。设图3-5的卷积编码器的输入数据为1011000，则可得到输出编码序列为11 10 00 01 01 11 00。如果在传输过程中编码序列的第2个和第5个比特出现差错，则接受序列就变为10 10 10 01 01 11 00。现在来说明维特比的解码过程（含纠错能力）。第一步：解码器处于“00”状态，接收比特序列“10”，正如状态图所示那样，编码器根本不可能产生这种比特序列。因为从“00”状态出发，只能给出以下两种选择的可能性：1.发射 “00”，并保持状态“00”（图

38、3-8网格图a中左上水平方向过渡路径）。这样，解码器知道在这种情况下，只接收一个正确的比特，作为正确比特的总和在过渡路径末端记上“1”。2.发射“11”，并过渡到状态“01”（ 图3-8网格图a中的左上斜线）。在这种情况下解码器知道只接收了1个正确比特，作为正确比特的总和在过渡路径末端记上“1”。第二步：解码器现在又接收到比特序列“10”。1.在对这第2个比特序列序列解码时，从状态“00”出发，接收“00”序列时仍保持状态“00”，或者接收“11”序列时过渡到状态“01”是可能的。在这一步骤中，实际接收的是“10”，所以也分别只有一个比特时正确的。考虑到第一步中的一个正确比特，在现在可能的两条

39、过渡路径的末端分别记上正确比特总数（累加值）“2”。2.从状态“01”出发，当接收到“01”序列时，过渡到状态“11”，由于收到的是序列“10”，所以2个比特都是错误的。故这条过渡路径的末端累积正确比特数仍为“1”；当收到“10”序列时，过渡到状态“10”，着两个比特序列“10”都是正确的，因此累积有3个正确的比特，在过渡路径的末端记上“3”。第三步：现在接收到第3个比特序列“10”（图3-8中a图）。分析状态之间可能的过渡并将输入序列同可能的接收值进行比较，会出现这种情况：在每个状态点两个过渡相汇聚。维特比解码是从两个过渡中选择具有最多的正确接收比特数总数的过渡路径，称为幸存路径，将另外的路

40、径丢去，结构可从图3-8中b图中看出。如果汇聚在一起的两个过渡路径具有相同的正确接收比特总数，可选择保留一个过渡，因为从这一点向后，不再可能做出确定的判断。依次类推，继续进行以后的处理。最后，选择出穿过网格图具有最多正确接收比特总数（该例中为12）的路径（图3-8中f图），由此得出最大可能的状态序列，并借助状态图得到原始的信息序列：最大可能的状态序列为0001100111100000，解码并修正后的接收序列（即发端信道编码输出序列）为11100001011100，信息序列（即发端信道编码输入序列）为1011000。通常把两个码组中对应码元位置上具有不同二进制码元的位数定义为两组码元的距离，（称

41、为汉明距离）。因此穿过网格图上具有最多正确接收比特总数的路径也就是汉明距离最小的路径。最后指出，上述的讨论都是先将接收的数值（复数载波幅度的实部和虚部）判决为0和1（硬判决），然后送给维特比解码器。为了实现能力强的判决，接收的信号在解码前不是判决为0或1，而是可判决为中间值（软判决），例如0.25,0.5,0.75等。通过在解码器中的软判决，可以明显正确地估计通过网格图所选择路径的正确概率，典型编码增益可达2dB的数量级。 图3-8 维特比解码网格图 图3-9 卷积编码器维特比译码程序流程图图3-9给出了维特比译码的程序流程图，途中表明，要先绘出卷积编码器的状态转移图，然后根据此状态转移图绘出

42、维特比解码网格图，然后根据此网格图来找出从穿过网格图上具有最多正确接受总数的路径，从找出的路径进行正确译码，这样比较一目了然。具体程序见附录。4 时间交织4.1 交织的概述交织其实是通信系统中进行数据处理而采用的一种技术，交织器从其本质上来说就是一种实现最大限度的改变信息结构而不改变信息内容的器件。从传统上来讲就是使信道传输过程中所突发产生集中的错误最大限度的分散化。因此，具体来讲也许数据置乱器这个称呼更加符合交织器其本质，会让人们对交织器的基本工作机理有更多的感性认识。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

43、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。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

44、，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。移动通信既不是纯随机独立差错信道，也不是纯突发差错信道，而是混合型信道，本论文所要讨论的是可以纠正很长的突发差错，而且也不仅限于一个突发，在某种意义上说，它是一种信道改造技术，它通过信号设计将一个有记忆的突发信道改造成基本上是独立差错的随机无记忆信道，目前交织码已广泛应用于移动通信中。交织编码利用的是发送端和接收端的交织器和去交织器手段。4.2 时间交织的意义信源编码后的数据在调制之前都要进行信道编码，以防止在传输过程中出现误码。信道编码的实质就是给传送数据流加入冗余，从而在接收端可以对误码

45、进行差错纠正。信道编码的纠错能力主要取决于被解码的比特序列中的误码分布，通常误码均匀分布比较有利。在移动通讯状态下，传递函数在频域和时域中的特性是：在相对宽的频域或时域范围内具有较好的传输质量，在相对窄的频域或时域范围内则有较大的传输衰落和群时延失真，造成相邻的信息码元出现误码，形成突发误码（即块误码）。解决的办法是使相邻的信息码元在频域或时域中相互分开传送，这种方法称为交织。在DAB中，交织有时间交织和频率交织两种形式。时间交织发生在卷积编码和编码删除之后，只适用于主业务信道的信息，在时域中受允许的最大信号时延（发、收端中间存贮器时延时间之和）的限制。DAB系统中，时间延时是以公共交织帧持续

46、期（帧周期）为单位，卷积编码后的数据交织深度为16帧，时间交织总的信号时延约为360ms。 图 4-1 时间交织与去交织工作原理图图4-1是发射端时间交织与接收端去交织的工作原理图。进行交织时，首先将连续的串行比特码流转换为并行的数据流，然后在不同的时刻将并行数据流进行延时传送，即完成时间交织。时间交织的过程就是将相邻的数据流分开传送的过程。数据到达接收端后应进行去交织处理，去交织即对交织时产生的时延进行补偿，并将并行数据流重新转化成发送端按原始时间顺序排列的串行数据流。DAB系统中，快速信息信道（FIC）是非时间交织的数据信道，适用固定的差错保护。FIC由快速信息块（FIB）组成，每个FIB

47、由256净比特组成。主业务数据（MSC）是DAB系统中传送的真正的有用数据，即声音节目和数据业务，每个DAB中的绝大多数符号到安排在MSC中。主业务数据信道（MSC）是时间交织的数据信道，其中分成若干子信道，分别进行卷积编码。4.3 时间交织规则 表4-3 时间交织中输入帧、输出帧及传输比特之间的关系R（i/16）r(r,i) 0 r 1 r-8 2 r-4 3 r-12 4 r-2 5 r-10 6 r-6 7 r-14 8 r-1 9 r-9 10 r-5 11 r-13 12 r-3 13 r-11 14 r-7 15 r-15DAB的时间交织深度为16个公共交织帧长，其时间延迟为162

48、4ms。交织方法如表3所示。r是某业务输入帧的序号(r=)，r是相应的输出帧的序号(r=)，i是输入输出帧中的比特序号，i=0,1,M-1，M为码流比特长度，R(i/16)表示i除以16取余数。时间交织器的输入码字可用下面的矢量表示 Br=(br,0, br,1, br,2, br,i, br,M-1) （17） 其中 Br表示输入帧序列，br,0, br,1, br,2, br,i, br,M-1表示输入帧的位置。交织只在同一业务中的不同公共交织帧中进行，即某一业务的某一帧内的第i比特，经交织后只能在该业务的其他帧的第i比特位置传送。交织器的输出码字可用下面的矢量表示 Cr=(cr,0, c

49、r,1, cr,2, cr,i, cr,N-1) （18）其中Cr表示根据交织规则算出交织后的新的序列，cr,0, cr,1, cr,2, cr,i, cr,N-1表示根据交织规则算出的交织后输出比特序列各自的新的位置。它构成一个子信道的信息。只要多路复用器的组态保持不变，矢量Cr的长度应等于矢量Br的长度，即M=N。此时，有下列关系式12表明，时间交织器输入的第r帧的第i比特，经时间交织后变为输出的第r帧的第i比特。该部分的程序流程如图4-3所示。 图4-2 时间交织子程序流程图图中表明要输入帧序列要针具交织规则确定每个公共交织帧被搬移到的帧序列的序号，确定16帧都搬移完成后结束。4.4 D

50、AB传输帧的形成该部分的功能是将由信道编码部分传过来的经过时间交织后的DAB帧信号形成帧。图4-1是一个完整的DAB帧信号。 图4-3 DAB 传输的快速信息块及公共交织帧图4-3中各符号的意义如下所示。1.Null：零符号。每帧数据最前端的数据为零符号。在该符号期间，发射机一般处于空闲状态。2.Sync：同步符号。零符号之后的符号为同步符号。同步符号完成发射机与接收机各帧之间数据的同步。3.FIC：快速信息信道。快速信息信道位于同步信道的后面，该信道主要传输控制信息和解码信息，主要包含有关DAB复合的信息及业务和节目的信息。这些信息称为复合结构信息和业务信息。只有在对FIC记值之后，接收机才

51、可以对真正的有用数据进行解码。此外，FIC符号也可以作为专用的数据信道传送数据业务。FIC是非时间交织的数据信道，使用固定的差错保护。由于系统有限的容量，系统的控制信息应优先在FIC中传送，在需要时，其他的数据安排在辅助信息信道。4.FIB：快速信息信道由多个快速信息块（FIB）组成，每个FIB由768比特组成。5.CIF：公共交织帧，主业务信道（MSC）由公共交织帧序列组成，每个CIF包含55296比特。 总结由于实际信道存在噪声和干扰的影响，使得经信道传输后所接收的码元与发送码元之间存在差异，若要保证通信系统达到足够小的差错率，必须采取一定的措施，将发送的消息在送到信道之前，先进行信道编码，并在接收端采用适当的译码，则消息有可能近似无误传输。在一定的条件下，在信道中出