移动通信的编码与调制技术

1、移动通信的编码与调制技术 移动通信技术 1.1 移动通信的编码技术 信源编码： 把经过采样和量化后的模拟信号变换成为数字脉冲信号的过程，称为信源编码。 (以语音编码为主) 编码技术信道编码: 收发双方通过一定的信道收发信息时采用的双方协议的编码方式，以便保证传输信息的完整性、可靠性和安全性。 利用语音信号及人的听觉特征上的冗余性，在将冗余性压缩（信息压缩）的同时，将模拟语音信号转变为数字信号的过程。语音编码技术在移动通信系统中与调制技术直接决定了系统的频谱利用率。什么是语音编码? 1、 移动通信的语音编码技术 速率较低，纯编码速率应低于16kbits；在一定编码速率下音质应尽可能高；编码时延应

2、较短，控制在几十毫秒以内；在强噪声环境中，算法应具有较好的抗误码 性能，以保持较好的话音质量；算法复杂程度适中，易于大规模集成。 移动通信对数字语音编码的要求波形编码 参量编码 混合编码 1、 移动通信的语音编码技术 波形编码缺点能力要求编码速率要求高，一般要求在1664kbits之间，所占用的频带较宽，只适用于有线通信系统中。优点具有很宽范围的语音特性;抗干扰能力强，具有优良的的话音质量；技术成熟、复杂度低。费用适中。方法:直接对模拟语音取样、量化，并用代码表示。包括脉冲编码调制（PCM）和增量调制（DM或M），自适应增量调制（ADM），差值脉冲编码调制（DPCM），自适应差值脉冲编码调制（

3、ADPCM）等。 PCM编码原理：A律波形编码，分3步： 采样：在某瞬间测量模拟信号的值。采样速率8kHz/s。 量化：对每个样值用8个比特的量化值来表示对应的模拟信号瞬间值，即为样值指配256（28）个不同电平值中的一个。 编码：每个量化值用8个比特的二进制代码表示，组成一串具有离散特性的数字信号流。 PCM编码 PCM编码不适用于GSM系统 PCM编码，数字链路上的数字信号比特速率为64kbits GSM系统如采用PCM进行话音编码，8个话音信道就是512kbits。 GSM规范中规定：实际可用带宽是200kHz。 因此必须大大降低每个话音信道的编码的比特率，而选用其它话音编码方式。PCM

4、编码波形编码 参量编码 混合编码 1、 移动通信的语音编码技术 参量编码缺点能力要求话音有明显的失真，并且对噪声较为敏感，话音质量一般，不能满足商用话音质量的要求。优点由于只需传输话音特征参量，因而语音编码速率可以很低，一般在24.8 kbits之间，并且对话音可懂性没有多少影响。方法:又称声源编码，以发音机制的模型为基础，用一套模拟声带频谱特性的滤波器系数和若干声源参数来描述这个模型，在发送端从模拟语音信号中提取各个特征参量并进行量化编码。包括线性预测编码（LPC）及各种改进型。波形编码 参量编码 混合编码 1、 移动通信的语音编码技术 GSM混合编码原理 声码器编码：速率低(5kbits)

5、，话音的失真性很大 波形编码器：话音质量较高，比特速率相应较高。 GSM系统话音编码器采用声码器和波形编码器的混合物混合编码器，称为“规则脉冲激励编码长期预测编码（RPE-LTP编码器）”混合编码混合编码混合编码=波形编码参量编码，力图保持波形编码话音的高质量与参量编码的低速率。混合编码数字语音信号中既包括若干语音特征参量又包括部分波形编码信息。比特率一般在416 kbit/s之间，当编码速率达到816 kbit/s范围时，其话音达到商用话音通信标准的要求。包括规划脉冲激励长期预测编码（RPE-LTP）应用于GSM蜂窝移动通信系统、码激励线性预测编码（CELP）应用于IS-95 CDMA蜂窝移

6、动通信系统。按照已知的方法把冗余位插入到信源提供的比特流中。信道译码器知道发射端所用的编码方法，并检查在接收端信息是否改变。如果信息发生变化，它能检测出存在的传输错误，在某些情况下，还可以对错码进行纠正。有时也被称为纠错/检测编码。什么是信道编码?2、移动通信的信道编码技术 【举例】假定要传输的信息是一个“0”或是一个“l”，为了提高保护能力，各添加3个比特： 信息 添加比特 发送比特 0 000 0000 1 111 1111 对于每一比特(0或1)，只有一个有效的编码组(0000或l111)。如果收到的不是0000或1111，就说明传输期间出现了差错。比例关系是1：4，必须发送4倍于比特的

7、比特数。信道编码保护作用分析如下：接收编码组可能为： 0000 0010 0110 0111 1111 判决结果： 0 0 X 1 1 如果4个比特中有1个是错的，就可以校正它。例如发送的是0000，而收到的却是0010，则判决所发送的是0。如果编码组中有两个比特是错的，则只能能检出它，如0ll0表明它是错的，但不能校正。最后如果其中有3个或4个比特是错的，则既不能校正它，也不能检出它来。所以说这一编码能校正1个差错和检出2个差错。信道编码2、移动通信的信道编码技术 奇偶校验码重复码循环冗余校验码卷积码交织把信源编码后的信息数据流分成等长码组，在每一信息码组之后加入一位（1比特）校验码元作为“

8、奇偶检验位”，使得总码长n（中的码重为偶数（称为偶校验码）或为奇数（称为奇校验码）。如果在传输过程中任何一个码组发生一位（或奇数位）错误，则收到的码组必然不再符合奇偶校验的规律，因此可以发现误码。编码速率较高；只能发现奇数个错误，无纠错功能。原始信息：0011010101011101010100011编 码 后：00110101 01011101 01010001 1奇 校 验：00110101 001101011（码重为奇）偶 校 验：00110101 001101010（码重为偶）奇偶校验码2、移动通信的信道编码技术 奇偶校验码重复码循环冗余校验码卷积码交织将信息重复传几次，只要正确传输的

9、次数多于传错的次数，就可用少数服从多数的原则排除差错。其特点是编码/解码速率较高；信道有效利用率低。 举例： 00110101 0011010100110101重复码2、移动通信的信道编码技术 奇偶校验码重复码循环冗余校验码卷积码交织循环冗余校验码是先性分组码，其特点是严密的数学理论基础、编码和解码设备都中等复杂、检（纠）错能力较强。循环冗余校验码（CRC）有三个主要数学特征：循环性；即循环冗余校验码中任何一码组循环一位（将最右端的码移至左端）以后，仍为该码中的一个码组。循环冗余校验码组中，任两个码组之和（模2）必定为该码组集合中的一个码组。循环冗余校验码每个码组中，各码元之间还存在一个循环依

10、赖关系。循环冗余校验码举例循环冗余校验码（CRC）编码过程是将要发送的二进制序列看作是多项式的系数，除以生成多项式，然后把余数挂在原多项式之后。循环冗余校验码（CRC）译码过程是接收方用同一生成多项式除以接收到的循环冗余校验（CRC）编码，若余数为零，则传输无错。2、移动通信的信道编码技术 奇偶校验码重复码循环冗余校验码卷积码交织卷积码是非线性编码，其性能对于许多实际情况常优于分组码。卷积码的特点：编码简单、设备简单、性能高、适合解离散的差错，对于连续的差错效果不理想。卷积码在它的信码元中也有插入的校验码元但并不实行分组校验，每一个检验码元都要对前后的信息单元起校验作用，整个编解码过程也是一环

11、扣一环，连锁地进行下去。卷积码2、移动通信的信道编码技术 奇偶校验码重复码循环冗余校验码卷积码交织接收端收到后先将序列存到一个与发端相同的交织寄存器矩阵，但按列的次序存入，存满以后，按行的次序取出然后送进解码器。在发送端，编码序列在送入信道传输之前先通过一个“交织寄存器矩阵”。将输入序列逐行存入寄存器矩阵，存满以后，按列的次序取出，再送入传输信道。交织在通信系统中，原始电信号一般含有直流成分和频率较低的频谱分量，称为基带信号。基带信号往往不能直接作为传输信号，必须将基带信号转换成适合信道传输的信号，并在接收端进行反变换。这个变换和反变换分别称为调制和解调。经过调制的信号称为已调信号或频带信号，

12、它携带信息，而且更适合在选定的信道中传输。什么是调制与解调? 1.2 移动通信的调制解调技术 语音编码技术把它变换为0与1的二值信息。发信端发送的信息是0与1的组合,即基带信号. 1.2 移动通信的调制解调技术 进行无线传输时,因基带信号本身频率很低,故不能照搬原样以电波形式发射出去,即使作为电波发射时,有两处以上同时发射就会相互干扰无法进行通信。 为了以电波形式发射信号,需要把基带信号变为高频正弦波信号,这种处理方法称为调制。通过调制把基带信号能量的大部分转移到正弦高频分量上,以电波形式发射出去。另外,如果每个发信机正弦波的频率不同,即使多个发信机同时发射信号,接收方也不会有干扰。 1.2 移动通信的调制解调技术 商用的GSM蜂窝移动通信系统采用高斯滤波最小频移键控（GMSK）调制方式，IS-95 CDMA蜂窝移动通信系统前向信道采用四相移相键控（QPSK），反向信道采用交错四相移相键控（OQPSK）调制方式。 1.2 移动通信的调制解调技术 数字信号的传输过程信源信源编码器S信道编码器m调制器 C信道解调器信道译码器m信源译码器S信宿 R 干扰