移动通信中基于单片机的信道编码的研究教材

移动通信中基于单片机的信道编码技术的研究摘要由于通信系统固有噪声和衰落的影响，信号在经过信道的传输到达接收端的时候，不可避免的会出现失真的情况。Turbo码就是一种经过长时间的发展而诞生出的在接近shannon限的低信噪比下具有较低的误码率的一种新型的编码方式。它具有优良的纠错性能，现在已经发展成为3G协议标准中高速数据的信道编码技术。本文主要研究的是移动通信中使用单片机实现信道编码的技术，而Turbo码的优良性能决定了其在移动通信编码方面的重要性，因此本文先介绍了移动通信的发展史，然后着重介绍WCDMA中Turbo编码的实现，最后对实现编码的硬件环境做了简要介绍。本次设计是基于单片机的编码设计，基于成本等方面的考虑，选择了STC公司生产的STC12系列单片机。关键词：移动通信；Turbo码；信道编码；STC12单片机Microcontroller-basedMobileCommunicationsChannelCodingTechnologyResearchAbstractBecauseoftheinfluenceoftheinherentnoiseandfadingcommunicationsystem,signaltransmissiontothereceiverafterchannel,distortionoftheinevitablewillhappen.Turbocodeisakindofdevelopmentforalongtimeandproducednearshannonlimitunderlowsignal-to-noiseratiohasalowerbiterrorrateofanewkindofencoding.Ithasgoodperformanceoferrorcorrection,andnowhasdevelopedinto3Ghigh-speeddatachannelcodingtechnologyinprotocolstandard.Thispapermainlystudiesthemicrocontrollerisusedinmobilecommunicationchannelcodingtechnology,excellentpropertiesandTurbocodedeterminesitsimportanceinthefieldofmobilecommunicationcode,sothisarticlefirstintroducesthedevelopmentofmobilecommunication,andthenfocusesontherealizationoftheTurbocodingintheWCDMA,finallytheimplementationcodemadeabriefintroductionofthehardwareenvironment.Thisdesignisbasedonsinglechipmicrocomputercodingdesign,basedonconsiderationssuchascost,choosetheonSTCSTC12seriessinglechipmicrocomputer.Keywords:mobilecommunication;Turbocode;Channelcoding;STC12MCU目录引言 1第一章 绪论 21.1课题背景 21.2信道编码的发展历程 21.3信道编码技术 31.3.1RS编码 31.3.2卷积码 41.3.3Turbo码 41.3.4交织 41.3.5伪随机序列扰码 51.4移动通信的发展 5第二章WCDMA 72.1WCDMA定义 72.2WCDMA的发展历程 72.3WCDMA与3G 8第三章Turbo码在WCDMA中的应用 103.1Turbo码简介 103.2Turbo码的发展历程 103.3Turbo码的特点 103.4WCDMA中的信道编码方案 113.4.1WCDMA系统中Turbo码的编码原理与结构 123.4.2WCDMA系统中Turbo码的译码原理与结构 133.4.3WCDMA中Turbo编码的内部交织 14第四章C语言及单片机 154.1C语言 154.1.1C语言简介 154.1.2C语言的几个特点 154.2单片机选型 164.2.1STC单片机命名规则 164.2.2STC12系列单片机简介 164.2.3STC12LE5A60S2优点 184.2.4STC12LE5A60S2单片机内部结构图 184.2.5单片机内部管脚图 19第五章Turbo编码的编译码实现 205.1Turbo码的编码电路设计方案 205.2Turbo码解码电路设计方案 20第六章Turbo码软件实现 226.1Turbo码编码过程原理图 226.2Turbo编码器 226.3卷积码译码 236.4编译码程序流程图 23第七章毕设总结 24参考文献 25附录 26PAGE1引言随着时间的流逝，移动通信已经不再是某些有钱人的专有享受，它已经成为几乎所有人现代生活中必不可少的一部分了。它满足了人们生活中可以随时随地通信的需求，但是也有它的局限性。无线通信中存在着各种信号干扰和衰减，使得信号变得不稳定，在经过信道传输后在接收端失真。因此，如何在无线信道中实现可靠的，安全的，稳定的信号通讯成为业界一个重点关注问题，这就需要了解信道编码了。移动通信先后经历了上世纪70年代的1G（模拟通信），80年代末的2G（数字蜂窝通信），90年代末的3G（移动多媒体通信）以及最新开始投入商用的4G（高速移动通信）。移动通信虽然发展史比较短，但是它的发展速度是飞速的。在这过程中，有许多的信道编码方案被提出和采用。但是发展到现在，应用最广泛的还是Turbo码编码技术了。本课题研究的就是现在正在广泛应用的3G通信系统中的Turbo码编码了。Turbo码是一种优良的纠错编码技术，在接近shannon限的低信噪比下有着较低的误码率。卷积码是其基本组成单元。Turbo码不仅在信道信噪比很低的高噪声环境下性能优越，而且还具有很强的抗衰落、抗干扰能力，因此它在信道条件差的移动通信系统中有很大的应用潜力，在第三代移动通信系统(IMT-2000）中己经将Turbo码作为其传输高速数据的信道编码标准。由于无线信道传输媒质的不稳定性及噪声的不确定性，一般的纠错码很难达到较高要求的译码性能（一般要求比特误码率小于10-6e），而Turbo码引起超乎寻常的优异译码性能，可以纠正高速率数据传输时发生的误码。另外，由于在直扩（CDMA)系统中采用Turbo码技术可以进一步提高系统的容量。所以，Turbo码的研究一直受到各国学者的重视。本文主要研究的就是移动通信中Turbo码如何编码和译码。绪论1.1课题背景现代通讯技术的发展越来越迅速,已经由当初的模拟制式的移动通信系统(简称1G),经过2G,2.5G,3G等等，发展到现在的4G即将进入全面运营的状态。在这过程中，通信系统的通信业务质量和数据传输效率也在不断的提高。由于，通信信道固有的噪声和衰落特性，信号在经过传输信道到达接收端的时候，不可避免的会出现信号失真。这就需要通过差错控制码来检测和纠正失真引起的信息传输错误。差错控制码主要是用于实现信道纠错，又称为信道编码。数字通信系统的一般模型：图1.1数字通信系统的一般模型1.2信道编码的发展历程数字信号在传输中往往由于各种原因，使得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。信道编码主要有RS编码，卷积码和turbo码等。20世纪50年代～60年代初，主要研究各种有效的编码、译码方法，奠定了线性分组码的理论基础；提出了著名的BCH编泽码方法以及卷积码的序列译码；给出了纠错码的基本码限。

20世纪60年代～70年代初，这是纠错码发展过程中最为活跃的时期。不仅提出了许多有效的编码译码方法，而且注意到纠错码的实用化问题，讨论了与实用有关的各种问题。20世纪70年代初～80年代，这是纠错码发展史中具有极其重要意义的时期。在理论上以Goppa为首的一批学者，构造了一类Goppa码，其中一类子码能达到Shannon在信道编码定理中所提出的码一香农码所能达到的性能，这在纠错码历史上具有划时代意义。

20世纪80年代初以来，Goppa等从几何观点讨论分析码，利用代数曲线构造了一类代数几何码。这些码中，某些码的性能达到了香农码所能达到的性能。1982年Ungerboeck提出的TCM概念是解决带宽要求和纠错矛盾的一个理想方案，它将纠错码技术与调锖4技术有机结合，在不增加系统带宽要求的条件下通过扩展符号映射空间来达到提高编码增益的目的。TcM技术奠定了限信道编码调制技术的研究基础，被认为是信道编码发展史中的一个里程碑。1993年C．Berrou、A．Glavieux提出的Turbo码引起了信息理论界的轰动。它巧妙地将卷积码和随机交织器结合在一起，在实现随机编码思想同时，通过交织器实现了由短码构造长码的方法，并采用软输出迭代译码来逼近最大似然译码，从而获得了几乎接近Shannon限的译码性能。Turbo码被看做自TCM技术问世以来，信道编码技术上又一里程碑。1.3信道编码技术数字信号在传输中往往由于各种原因，使得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。误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务。信道编码的本质是增加通信的可靠性。但信道编码会使有用的信息数据传输减少，信道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的，这就是我们常常说的开销。这就好象我们运送一批玻璃杯一样，为了保证运送途中不出现打烂玻璃杯的情况，我们通常都用一些泡沫或海棉等物将玻璃杯包装起来，这种包装使玻璃杯所占的容积变大，原来一部车能装5000各玻璃杯的，包装后就只能装4000个了，显然包装的代价使运送玻璃杯的有效个数减少了。同样，在带宽固定的信道中，总的传送码率也是固定的，由于信道编码增加了数据量，其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价了。将有用比特数除以总比特数就等于编码效率了，不同的编码方式，其编码效率有所不同。数字电视中常用的纠错编码，通常采用两次附加纠错码的前向纠错（FEC）编码。RS编码属于第一个FEC，188字节后附加16字节RS码，构成（204，188）RS码，这也可以称为外编码。第二个附加纠错码的FEC一般采用卷积编码，又称为内编码。外编码和内编码结合一起，称之为级联编码。级联编码后得到的数据流再按规定的调制方式对载频进行调制。前向纠错码（FEC）的码字是具有一定纠错能力的码型，它在接收端解码后，不仅可以发现错误，而且能够判断错误码元所在的位置，并自动纠错。这种纠错码信息不需要储存，不需要反馈，实时性好。所以在广播系统（单向传输系统）都采用这种信道编码方式。下图是纠错码的各种类型:1.3.1RS编码RS码即里德-所罗门码，它是能够纠正多个错误的纠错码，RS码为（204，188，t=8），其中t是可抗长度字节数，对应的188符号，监督段为16字节(开销字节段）。实际中实施（255，239，t=8）的RS编码，即在204字节（包括同步字节）前添加51个全“0”字节，产生RS码后丢弃前面51个空字节，形成截短的（204，188）RS码。RS的编码效率是：188/204。1.3.2卷积码卷积码非常适用于纠正随机错误，但是，解码算法本身的特性却是：如果在解码过程中发生错误，解码器可能会导致突发性错误。为此在卷积码的上部采用RS码块，RS码适用于检测和校正那些由解码器产生的突发性错误。所以卷积码和RS码结合在一起可以起到相互补偿的作用。卷积码分为两种：(1)基本卷积码:基本卷积码编码效率为，η＝1/2,编码效率较低,优点是纠错能力强。(2)收缩卷积码:如果传输信道质量较好，为提高编码效率，可以采样收缩截短卷积码。有编码效率为：η＝1/2、2/3、3/4、5/6、7/8这几种编码效率的收缩卷积码。编码效率高，一定带宽内可传输的有效比特率增大,但纠错能力越减弱。1.3.3Turbo码1993年诞生的Turbo码，单片Turbo码的编码/解码器，运行速率达40Mb/s。该芯片集成了一个32×32交织器，其性能和传统的RS外码和卷积内码的级联一样好。所以Turbo码是一种先进的信道编码技术，由于其不需要进行两次编码，所以其编码效率比传统的RS+卷积码要好。1.3.4交织在实际应用中，比特差错经常成串发生，这是由于持续时间较长的衰落谷点会影响到几个连续的比特，而信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才最有效（如RS只能纠正8个字节的错误）。为了纠正这些成串发生的比特差错及一些突发错误，可以运用交织技术来分散这些误差，使长串的比特差错变成短串差错，从而可以用前向码对其纠错，例如：在DVB-C系统中，RS(204,188)的纠错能力是8个字节，交织深度为12，那么纠可抗长度为8×12＝96个字节的突发错误。实现交织和解交织一般使用卷积方式。交织技术对已编码的信号按一定规则重新排列，解交织后突发性错误在时间上被分散，使其类似于独立发生的随机错误，从而前向纠错编码可以有效的进行纠错，前向纠错码加交积的作用可以理解为扩展了前向纠错的可抗长度字节。纠错能力强的编码一般要求的交织深度相对较低。纠错能力弱的则要求更深的交织深度。一般来说，对数据进行传输时，在发端先对数据进行FEC编码，然后再进行交积处理。在收端次序和发端相反，先做去交积处理完成误差分散，再FEC解码实现数据纠错。另外，从上图可看出，交积不会增加信道的数据码元。根据信道的情况不同，信道编码方案也有所不同，在DVB-T里由于由于是无线信道且存在多径干扰和其它的干扰，所以信道很“脏”，为此它的信道编码是：RS＋外交积＋卷积码＋内交积。采用了两次交积处理的级联编码，增强其纠错的能力。RS作为外编码，其编码效率是188/204（又称外码率），卷积码作为内编码，其编码效率有1/2、2/3、3/4、5/6、7/8五种（又称内码率）选择，信道的总编码效率是两种编码效率的级联叠加。设信道带宽8MHZ，符号率为6.8966Ms/S，内码率选2/3，16QAM调制，其总传输率是27.586Mbps,有效传输率是27.586*(188/204)*(2/3)=16.948Mbps,如果加上保护间隔的插入所造成的开销，有效码率将更低。在DVB-C里，由于是有线信道，信道比较“干净”，所以它的信道编码是：RS＋交积。一般DVB-C的信道物理带宽是8MHZ，在符号率为6.8966Ms/s，调制方式为64QAM的系统，其总传输率是41.379Mbps,由于其编码效率为188/204，所以其有效传输率是41.379*188/204=38.134Mbps。在DVB-S里，由于它是无线信道，所以它的信道编码是：RS＋交积＋卷积码。也是级联编码。1.3.5伪随机序列扰码进行基带信号传输的缺点是其频谱会因数据出现连“1”和连“0”而包含大的低频成分，不适应信道的传输特性,也不利于从中提取出时钟信息。解决办法之一是采用扰码技术,使信号受到随机化处理，变为伪随机序列，又称为“数据随机化”和“能量扩散”处理。扰码不但能改善位定时的恢复质量，还可以使信号频谱平滑，使帧同步和自适应同步和自适应时域均衡等系统的性能得到改善。扰码虽然“扰乱”了原有数据的本来规律，但因为是人为的“扰乱”，在接收端很容易去加扰，恢复成原数据流。实现加扰和解码，需要产生伪随机二进制序列（PRBS）再与输入数据逐个比特作运算。PRBS也称为m序列，这种m序列与TS的数据码流进行模2加运算后，数据流中的“1”和“0”的连续游程都很短，且出现的概率基本相同。利用伪随机序列进行扰码也是实现数字信号高保密性传输的重要手段之一。一般将信源产生的二进制数字信息和一个周期很长的伪随即序列模2相加，就可将原信息变成不可理解的另一序列。这种信号在信道中传输自然具有高度保密性。在接收端将接收信号再加上（模2和）同样的伪随机序列，就恢复为原来发送的信息。在DVB-C系统中的CA系统原理就源于此，只不过为了加强系统的保密性，其伪随机序列是不断变化的（10秒变一次），这个伪随机序列又叫控制字（CW)。1.4移动通信的发展移动通信是双方或者一方处于运动中的通信。至今，移动通信已经经历了3代的发展，目前4G正在试商用阶段。第一代移动通信（简称1G），是模拟移动通信系统，在20世纪初开始了商业运营试验。它对移动通信的最大贡献是使用蜂窝结构，频带可重复利用，实现大区域覆盖；支持移动终端的漫游和越区切换，实现移动环境下不间断通信。第一代移动通信系统的出现和发展，最重要的特点是体现在移动性上，这是其他任何通信方式和系统不可替代的，从而结束了过去无线通信发展过程中时常被其他通信手段替代而处于辅助地位的历史。第二代移动通信（简称2G），是第二代手机通信技术规格的简称，同时也是目前广泛使用的数字移动通信系统GSM及窄带CDMA（也叫cdmaoneIS95CDMA），数字信号处理技术是其最基本的技术特征，提供了更高的频谱效率更先进的漫游。它对移动通信发展的重大贡献是使用SIM卡，轻小手机和大量用户的网络支撑能力。使用SIM卡作为移动通信用户个人身份和通信记录的载体，为移动通信管理、运营和服务带来极大便利。即使很多年过去了，还是有很多用户正在使用2G通信系统，可见其在移动通信发展史上的重要作用。第三代移动通信系统（简称3G），是英文3rd

Generation的缩写，是指支持高速数据传输的第三代移动通信技术。与从前以模拟技术为代表的第一代和目前正在使用的第二代移动通信技术相比，3G将有更宽的带宽，其传输速度最低为384K，最高为2M，带宽可达5MHz以上。不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的无线应用，如无线接入Internet。能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务是第三代移动通信的另一个主要特点。目前3G存在四种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。第三代移动通信网络能将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，提高无线频率利用效率。提供包括卫星在内的全球覆盖并实现有线和无线以及不同无线网络之间业务的无缝连接。满足多媒体业务的要求，从而为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。第四代移动通信系统（简称4G），是目前正在试商用阶段的最新的通信系统。它才是真正意义上的高速移动通信系统，用户速率20Mbps。它是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。第二章WCDMA上面已经介绍了，WCDMA是第三代移动通信系统（也就是3G）的一个分类。3G系统的三种主流标准为：欧洲提出的WCDMA、美国提出的CDMA2000和中国提出的TD-SCDMA。在中国，用户最多的还是WCDMA，因此在这里我们主要介绍一下WCDMA的一些相关知识。2.1WCDMA定义WCDMA是英文WidebandCodeDivisionMultipleAccess（宽带码分多址）的英文简称，是一种第三代无线通讯技术。W-CDMAWidebandCDMA是一种由3GPP具体制定的，基于GSMMAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。目前WCDMA有Release99、Release4、Release5、Release6等版本。WCDMA（宽带码分多址）是一个ITU(国际电信联盟）标准，它是从码宽带码分多址分多址（CDMA）演变来的，从官方看被认为是IMT-2000的直接扩展，与EDGE相比，它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。WCDMA采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）、频分双工（FDD）方式，码片速率为3.84Mcps，载波带宽为5MHz.基于Release99/Release4版本，可在5MHz的带宽内，提供最高384kbps的用户数据传输速率。WCDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信，速率可达2Mb/s（室内静止）或者384Kb/s（户外移动）。输入信号先被数字化，然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带CDMA使用的是200KHz宽度的载频，而WCDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。WCDMA由ETSINTTDoCoMo作为无线介面为他们的3G网路FOMA开发。后来NTTDocomo提交给ITU一个详细规范作为一个象IMT-2000一样作为一个候选的国际3G标准。国际电信联盟(ITU)最终接受W-CDMA作为IMT-2000家族3G标准的一部分。后来WCDMA被选作UMTS的无线介面，作为继承GSM的3G技术或者方案。误解尽管名字跟CDMA很相近，但是WCDMA跟CDMA关系不大。多大多小要看不同人的立足点。在行动电话领域，术语CDMA可以代指码分多址扩频复用技术，也可以指美国高通（Qualcomm）开发的包括IS-95/CDMA1X和CDMA2000(IS-2000）的CDMA标准族。WCDMA已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种3G标准。已有538个WCDMA运营商在246个国家和地区开通了WCDMA网络，3G商用市场份额超过80%，而WCDMA向下兼容的GSM网络已覆盖184个国家，遍布全球，WCDMA用户数已超过6亿。2.2WCDMA的发展历程历史上，欧洲电信标准委员会（ETSI）在GSM之后就开始研究其3G标准，其中有几种备选方案是基于直接序列扩频分码多工的，而日本的第三代研究也是使用宽带码分多址技术的，其后，以二者为主导进行融合，在3GPP组织中发展成了第三代移动通信系统UMTS，并提交给国际电信联盟（ITU）。国际电信联盟最终接受WCDMA作为IMT-20003G标准的一部分。2001年，日本NTTDoCoMo公司的FOMA是世界上第一个商业运营WCDMA服务。w-cdma手机利用lmv228射频功能J-Phone日本电话（现软件银行）已经继推出基于WCDMA服务后，声称“沃达丰全球标准”兼容UMTS（尽管2004年时还有争议）。2003年初，和记黄埔逐步在全球运营他们的UMTS网络（简称3）。大多数欧洲GSM运营商已经推出UMTS服务。沃达丰于2004年2月在欧洲多个UMTS网络投入运行。沃达丰在其他国家（包括澳大利亚及新西兰）建设UMTS网络。AT&T无线（现属于CingularWireless）在一些城市开通了UMTS。尽管因为公司兼并使得网络建设进度被延迟，但Cingular已宣布计划在2005年与HSDPA一起部署WCDMA。TeliaSonera于2004年10月13日开始在芬兰提供384kbps速率的WCDMA服务。服务只是在主要城市可用。通讯费率大约2美元每兆字节。2.3WCDMA与3GTD-SCDMA：TD-SCDMA(Time-DivisionSynchronousCodeDivisionMultipleAccess时分同步码分多址):是由我国信息产业部电信科学技术研究院提出，与德国西门子公司联合开发。主要技术特点:时分同步码分多址技术，智能天线技术和软件无线技术。它采用tdd双工模式，载波带宽为1.6mhz。tdd是一种优越的双工模式，因为在第三代移动通信中，需要大约400mhz的频谱资源，在3Ghz以下是很难实现的。而tdd则能使用各种频率资源，不需要成对的频率，能节省未来紧张的频率资源，而且设备成本相对比较低，比fdd系统低20%--50%，特别对上下行不对称，不同传输速率的数据业务来说tdd更能显示出其优越性。也许这也是它能成为三种标准之一的重要原因。另外，td-scdma独特的智能天线技术，能大大提高系统的容量，特别对cdma系统的容量能增加50%，而且降低了基站的发射功率，减少了干扰。td-scdma软件无线技术能利用软件修改硬件，在设计、测试方面非常方便，不同系统间的兼容性也易于实现。当然td-scdma也存在一些缺陷，它在技术的成熟性方面比另外两种技术要欠缺一等。因此，信息产业部也广纳合作伙伴一起完善它。另外它在抗快衰落和终端用户的移动速度方面也有一定缺陷。特点：全称TimeDivision-SynchronousCDMA（时分同步CDMA），在频谱利用率、对业务支持具有灵活性等独特优势。优势：中国自有3G技术，获政府支持WCDMA：WCDMA（WidebandCodeDivisionMultipleAccess宽带码分多址）是一种3G蜂窝网络。WCDMA使用的部分协议与2GGSM标准一致。具体一点来说，WCDMA是一种利用码分多址复用（或者CDMA通用复用技术，不是指CDMA标准）方法的宽带扩频3G移动通信空中接口。wcdma(widebandcodedivisionmultipleaccess):wcdma源于欧洲和日本几种技术的融合。wcdma采用直扩（ds）模式，载波带宽为5mhz，数据传送可达到每秒2mbit（室内）及384kbps（移动空间）。它采用mcfdd双工模式，与gsm网络有良好的兼容性和互操作性。作为一项新技术，它在技术成熟性方面不及cdma2000，但其优势在于gsm的广泛采用能为其升级带来方便。因此，近段时间也倍受各大厂商的青睐。wcdma采用最新的异步传输模式（atm）微信元传输协议，能够允许在一条线路上传送更多的语音呼叫，呼叫数由现在的30个提高到300个，在人口密集的地区线路将不再容易堵塞。另外，wcdma还采用了自适应天线和微小区技术，大大地提高了系统的容量。特点：全称为WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，WCDMA是当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种3G标准。已有538个WCDMA运营商在246个国家和地区开通了WCDMA网络，3G商用市场份额超过80%，而WCDMA向下兼容的GSM网络已覆盖184个国家，遍布全球。WCDMA用户数已超过6亿。优势：有较高的扩频增益，发展空间较大，全球漫游能力最强，技术成熟性最佳。CDMA2000：特点：CDMA2000是由窄带CDMA(CDMAIS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMAMulti-Carrier，由美国高通公司为主导提出。优势：可以从原有的CDMA1X直接升级到3G，建设成本低廉。说联通的WCDMA比移动的TD好，也不完全对，各有各的特点。TD-SCDMA是中国自主3G标准，2000年5月，ITU（国际电信联盟）公布TD-SCDMA正式成为ITU第三代移动通信标准3G国际标准的一个组成部分，与欧洲WCDMA、美国CDMA2000并列为三大主流3G国际标准。TD-SCDMA于2008年4月1日试商用。TD-HSDPA是TD-SCDMA的下一步演进技术，采用TDD方式。作为后3G的HSDPA技术可以同时适用于WCDMA和TD-SCDMA两种不同制式。TD-HSDPA之后，TD也将实现TD-HSUPA，实现2.2Mbps的上行速率，最后将演进到LTETDD。WCDMA是GSM的升级（GSM是2G技术，其演进是GSM、GPRS、EDGE、WCDMA），同时也是全球3G技术中用户最广（GSM系技术拥有全球85%移动用户）、技术和商业应用最成熟的。WCDMA运营商遵循WCDMA、HSPA、LTE演进路线。HSDPA和HSUPA统称HSPA，后者上行速率更快，中国联通采用HSPA技术，其中大城市使用HSUPA，，在09年6、7月份即可完成部署。HSPA后的HSPA+技术也已经开始在澳大利亚、新加坡等地开始建设，速率高达21Mbps。第三章Turbo码在WCDMA中的应用在移动通信系统中,无线电波的传播受空间效应、阴影效应、多径效应等因素的影响，使得无线信道在传送信息的过程中，不仅会发生随机错误，更会造成突发错误，在移动通信中采用合适的信道编码技术是提高传输数据可靠性的有效方法。自20世纪40年代以来，人们相继提出了乘积码、代数几何码、分组-卷积级联码、低密度校验码和Turbo码等编码方法，其中，Turbo码在现有信道编码方案中是最好的，它很好的应用了Shannon信道编码定理中的随机性编译码条件而获得了几乎接近Shannon理论极限的译码性能。在WCDMA系统中，需要提供的不仅有语音和低速数据业务，还有高速数据业务，而且业务种类大大增加，这就对信道编码提出了更高的要求。因此在WCDMA的提议中，建议了三种前向信道纠错码，Turbo码就是其中的一种。3.1Turbo码简介Shannon编码定理指出：如果采用足够长的随机编码，就能逼近Shannon信道容量。但是传统的编码都有规则的代数结构，远远谈不上“随机”；同时，出于译码复杂度的考虑，码长也不可能太长。所以传统的信道编码性能与信道容量之间都有较大的差距。事实上，长期以来信道容量仅作为一个理论极限存在，实际的编码方案设计和评估都没有以Shannon限为依据。3.2Turbo码的发展历程1993年两位法国教授Berrou、Glavieux和他们的缅甸籍博士生Thitimajshima在ICC会议上发表的NearShannonlimiterror-correctingcodinganddecoding:Turbocodes”，提出了一种全新的编码方式——Turbo码。它巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码，并通过在两个软入/软出（SISO）译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。仿真结果表明，在AWGN信道下，码率为1/2的Turbo码在达到误比特率（BER)≤10−5时，Eb/N0仅为约0.7dB（这种情况下达到信道容量的理想Eb/N0值为0db），远远超过了其他的编码方式，一时在信息和编码理论界引起了轰动。从此以后，Turbo码得到了广泛的关注和发展，并对当今的编码理论和研究方法产生了深远的影响，信道编码学也随之进入了一个新的阶段。Turbo码由于其近Shannon界的突出纠错能力，成为近年信道编码理论研究的热点问题。其编码器由两个（或多个）带反馈的系统卷积码器经一交织器并行级联而成，接收端一般采用逐位最大后验概率译码器通过反复迭代循环来译码。3.3Turbo码的特点Turbo码有一重要特点是其译码较为复杂，比常规的卷积码要复杂的多，这种复杂不仅在于其译码要采用迭代的过程，而且采用的算法本身也比较复杂。这些算法的关键是不但要能够对每比特进行译码，而且还要伴随着译码给出每比特译出的可靠性信息，有了这些信息，迭代才能进行下去。用于Turbo码译码的具体算法有：MAP(MaximumAPosterori)Max-Log-MAP、Log-MAP和SOVA(SoftOutputViterbiAlgorithm）算法。MAP算法是1974年被用于卷积码的译码，但用作Turbo码的译码还是要做一些修改；Max-Log-MAP与Log-MAP是根据MAP算法在运算量上做了重大改进，虽然性能有些下降，但使得Turbo码的译码复杂度大大的降低了，更加适合于实际系统的运用；Viterbi算法并不适合Turbo码的译码，原因就是没有每比特译出的可靠性信息输出，修改后的具有软信息输出的SOVA算法，就正好适合了Turbo码的译码。这些算法在复杂度上和性能上具有一定的差异，系统地了解这些算法的原理是对Turbo码研究的基础，同时对这些算法的复杂度和性能的比较研究也将有助于Turbo的应用研究。Turbo码的仿真一般参考吴宇飞的经典程序。此外，要想在移动无线系统中成功的使用Turbo码，首先要考虑在语音传输中最大延迟的限制。在短帧情况下的仿真结果表明短交织Turbo码在AWGN信道和Rayleigh衰落下仍然具有接近信道容量的纠错能力，从而显示出Turbo码在移动无线通信系统中非常广阔的应用前景。Turbo码（TurboCode）是一类应用在外层空间卫星通信和设计者寻找完成最大信息传输通过一个限制带宽通信链路在数据破坏的噪声面前的其它无线通信应用程序的高性能纠错码。有两类Turbo码在那里，块Turbo码和卷积Turbo码（CTCs），它们是相当不同的，因为它们使用不同的构件码，不同的串联方案和不同的SISO算法。3.4WCDMA中的信道编码方案在第三代移动通信系统中，数据传输量和传输速率的增加要求提高系统带宽效率，而接收机特别是小型移动终端的低功率设计又要求系统具有比较大的编码增益。传统编码技术是以增加系统带宽来换取编码增益的，不适合带宽严格受限的系统，对于带限信道来说，所用信道码的纠错能力（主要体现在编码冗余上，冗余越多，相对纠错能力越强）与系统带宽效率相矛盾。因此采用好的信道编码方案是实现高质量、高速率数据传输的关键。WCDMA的信道编码方案包括以下几部分：纠错编码/译码（包括速度适配），交织/解交织，传输信道映射至/分离出物理信道。另外，某些业务的组合可能要求不同层次上的业务复用，也会在信道编译码器的设计上有所体现。WCDMA的信道编码和业务复用方案。图1WCDMA的信道编码和业务复用方案图1中的DPDCH是专用物理数据信道，它用来承载第二层和更高层的专用数据。DPCCH是专用物理控制信道，它用来承载第一层产生的控制信息，包括：用于信道估计的导频信号（Pilot）；功率控制信号（TPC）以及传送格式指示比特（TFI）。由图1可以看出，WCDMA的信道编码方案已不仅仅是纠错的选择、编译码算法和交织算法的问题,它还涉及与高层消息的通信，从高层获得业务质量指示、业务复用方式等信息，以实现不同业务中不同编码和复用方案，以最高的效率提供多种业务的组合。为了适应多种速率的传输，信道编码方案中还增加了速率匹配功能。决定信道编码性能最基本的问题还是它的差错控制方案。WCDMA建议了四种纠错码方案，其中卷积码用于BER为级别的业务；RS码与卷积码的串行级联用于BER为~的业务中；Turbo码用于高数据率(32kbps以上)高质量的业务；业务专用编码是第四种方案,它允许业务自带特殊的编码方式而不经上述的任何一种编码，为物理层提供了更大的灵活性。WCDMA采用的前向差错控制方案如图2所示。FEC是作为无线业务最基本的纠错方式，WCDMA传输信道提供的纠错方式中，还有ARQ(自动重发请求)作为一种补充方式。3.4.1WCDMA系统中Turbo码的编码原理与结构Turbo码是以卷积码为基础发展起来的，它通过在编码器中引入随机交织器，使码字具有近似随机的特性；通过分量码的并行级联实现了通过短码构造长码的方法；在接收端虽然采用了次最优的迭代算法，但分量码采用的是最优的最大后验概率译码算法，同时通过迭代过程可使译码接近最大似然译码。Turbo码的的编译码方式有三种，分别是PCCC（并行级联卷积码）、SCCC（串行级联卷积码）和HCCC（混合级联卷积码），在WCDMA系统中采用了并行级联Turbo编译码器PCCC。PCCC编码器主要由分量编码器、交织器以及删除矩阵和复接器组成，在WCDMA系统的PCCC编码器中删除矩阵和复接器部分由打孔与交织模块所替代。其结构图如图3所示。分量码可以选择递归系统卷积码（RSC）、分组码（BC）、非递归卷积码（NRC）、和非系统卷积码（NSC），其中最佳选择是递归系统卷积码，WCDMA系统中的PCCC编码器中的分量码就选用了递归系统卷积码。编码器中交织器的使用是实现Turbo码近似随机编码的关键，交织器实际上是一个一一映射函数，作用是将输入信息序列中的比特位置进行重置，以减小分量编码器输出校验序列的相关性和提高码重。编码过程如下：是长度为N的信息序列，RSC1直接接收{}，产生编码输出即校验位；而RSC2则接收的是经过交织器(即将序列打乱)后的信息序列{}，产生编码输出即校验位。将信息位与编码器产生的校验位复用后,经截短处理可得到不同的编码效率。若某一时刻输入比特，则Turbo码编码器的输出码字为{,,}，即编码效率R为1/3。为了获得更高的码率如R=1/2，可用删除法或截短法(punctured,打孔)按一定的规则将校验位二选一。Turbo编码交织器和RSC编码器的结合可以确保Turbo码编码输出码字具有较高的汉明重量，在Turbo编码器中交织器的作用是将信息序列中的比特顺序重置。当信息序列经过第一个分量编码器编码后输出的码字重量较低时，交织器可使交织后的信息序列经过第二个分量编码器编码后以很大的概率输出高重码字，从而提高码字的汉明重量；同时好的交织器还可以有效地降低校验序列间的相关性。通过交织，编码序列在长为2N或3N比特的范围内具有无记忆性，从而由简单短码构造了近似随机长码。3.4.2WCDMA系统中Turbo码的译码原理与结构WCDMA系统中采用的Turbo码译码器的结构如图4，整个译码器由两个分量码译码器和一些交织器、解交织器构成。第一个分量译码器DEC1通过对第一个分量编码器输出的观测序列=（，，…),=(,)和前一级反馈回来的先验信息的译码,得到一个对信源序列的对数似然比估计(),()经过交织得到（），（）和第二个分量码编码器输出的校验序列的观测序列送入第二个分量译码器DEC2，得到新的对信源序列的对数似然比估计（）。（）减去（），再经解交织，得到反馈送回第一个分量码译码器。的物理意义为由提供的对信源序列的估计信息。如此循环多次后，对（）进行解交织，再经硬判决得到对的最终估计。由于译码器中交织器和解交织器的存在必然引起时延，使得不可能有真正意义上的反馈，在WCDMA系统中采用了模块化的流水线结构，整个译码器由多个相同的模块组成。3.4.3WCDMA中Turbo编码的内部交织在移动通信系统中，交织模式与深度的确定既要考虑到其分散错误的效果，又要兼顾业务传输时延的限制。WCDMA系统中共用到三种交织类型：帧间交织、帧内交织和Turbo编码的内部交织。帧间交织就是块间交织，在编码流程中为第一次交织，完成帧数据之间的位置的变换；帧内交织也属于块交织，在编码流程中为第二次交织，它完成一个帧内部的数据比特位置的变换操作，一般在进行完物理信道的分割后执行；Turbo码中的交织方式及其深度对编码性能都有影响。WCDMA系统规定的语音时延为30~40ms,假设交织跨越一帧，加上语音编解码器的处理时延，总时延预计在20~25ms之间,如果允许的时延更长，还可以采用20ms的帧来改进交织效果。数据业务通常可以比语音业务承受更长的交织周期，可以让交织周期超过一帧，在多个帧周期内完成，这可以选用帧间交织模式。对于分组业务，需要小于10ms的帧长度，以减小错误分组的重传时延。WCDMA系统中Turbo编码的内部交织主要分四个步骤完成：计算交织矩阵的行数R和列数C，根据输入的比特长度的不同，选择相应的交换模式，进行行间交换，根据矩阵的列数，选取行内交换模式，进行行内交换运算，交织后的数据以矩阵形式输出。在WCDMA系统中，32kbps以上的业务由Turbo码完成，它支持的业务速率有步行环境的384kbps、车载环境的144kbps和室内办公环境的2Mbps。为了提高译码器的性能，在一些低速业务的场合，可以将一帧组成一个数据块，加大交织深度；在一些高速业务(如2Mbps)的场合，可以将一帧分成几个数据块；一般384kbps和144kbps业务是主要业务，可以选择3840和1440作为交织器的长度。通常情况下，对于小于384kbps的业务采用长度为1440的交织器；对于大于384kbps的业务采用长度为3840的交织器。第四章C语言及单片机4.1C语言4.1.1C语言简介C语言是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出。1978后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。4.1.2C语言的几个特点(1)简洁紧凑、灵活方便C语言一共只有32个关键字，9种控制语句，程序书写形式自由，区分大小写。把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。(2)运算符丰富C语言的运算符包含的范围很广泛，共有34种运算符。C语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。从而使C语言的运算类型极其丰富，表达式类型多样化。灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的运算。(3)数据类型丰富C语言的数据类型有：整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等。能用来实现各种复杂的数据结构的运算。并引入了指针概念，使程序效率更高。另外C语言具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动器。且计算功能、逻辑判断功能强大。同时对于不同的编译器也有各种编辑方式。(4)C是结构式语言结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。(5)语法限制不太严格，程序设计自由度大虽然C语言也是强类型语言，但它的语法比较灵活，允许程序编写者有较大的自由度。(6)允许直接访问物理地址，对硬件进行操作由于C语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作，因此它既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，能够像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元，可用来写系统软件。(7)生成目标代码质量高，程序执行效率高一般只比汇编程序生成的目标代码效率低10%~20%。(8)适用范围大，可移植性好C语言有一个突出的优点就是适合于多种操作系统，如MS-DOS、UNIX、MicrosoftWindows以及Linux；也适用于多种机型。C语言效率高，可移植性好，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画，它也是数值计算的高级语言。代的用途。故本次设计采用C语言进行程序设计，进而实现编码解码过程。4.2单片机选型本次毕设使用STC12LE5A60S2单片机为控制核心。STC12LE5A60S2单片机是台湾宏晶公司2010年推出的新一代超强抗干扰、高速、搞可靠性、超低功耗的8051单片机，编程语言完全兼容传统8051单片机。下面介绍一些关于本单片机的相关知识。4.2.1STC单片机命名规则图4.1STC单片机命名规则由以上的规则可以看出,课设使用的单片机型号是STC公司的12系列的低电压8051改进型单片机.4.2.2STC12系列单片机简介STC12LE5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍.内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制,强干扰场合.1.增强型8051CPU,1T,单时钟/机器周期,指令代码完全兼容传统80512.STC12LE5A60S2系列工作电压:3.6V-2.2V(3V单片机)3.工作频率范围:0-35MHz,相当于普通8051的0～420MHz4.用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节5.片上集成1280字节RAM6.通用I/O口(36/40/44个),复位后为:准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)可设置成四种模式:准双向口/弱上拉,推挽/强上拉,仅为输入/高阻,开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA,但整个芯片最大不要超过55mA7.ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无需专用仿真器可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序,数秒即可完成一片8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)9.看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体12M以下时,复位脚可直接1K电阻到地)11.外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器5V单片机为1.32V,误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V,误差为+/-3%12.时钟源:外部高精度晶体/时钟,内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内)用户在下载用户程序时,可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟常温下内部R/C振荡器频率为:5.0V单片机为:11MHz～15.5MHz3.3V单片机为:8MHz～12MHz精度要求不高时,可选择使用内部时钟,但因为有制造误差和温漂,以实际测试为准13.共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1,没有定时器2,但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器14.2个时钟输出口,可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟,可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟15.外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块,PowerDown模式可由外部中断唤醒,INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2),CCP1/P1.4(也可通过寄存器设置到P4.3)16.PWM(2路)/PCA(可编程计数器阵列,2路)也可用来当2路D/A使用也可用来再实现2个定时器也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)17.A/D转换,10位精度ADC,共8路,转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)18.通用全双工异步串行口(UART),由于STC12系列是高速的8051,可再用定时器或PCA软件实现多串口19.STC12C5A60S2系列有双串口,后缀有S2标志的才有双串口,RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2),TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)20.

工作温度范围:

-40

+85℃(工业级)

/

0

-

75℃(商业级)

21.

封装:PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48

I/O

口不够时,可用

2

到

3

根普通

I/O

口线外接

74HC164/165/595(均可级联)来扩展

I/O

口,

还可用

A/D

做按键扫描来节省

I/O

口,或用双

CPU,三线通信,还多了串口.

4.2.3STC12LE5A60S2优点1.速度快,1个时钟/机器周期,可用低频晶振,大幅降低EMI2.支持掉电唤醒的:INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3(或P4.2),CCP1/P1.4(或P4.3),EX_LVD/P4.63.超低功耗:掉电模式:外部中断唤醒功耗<0.1uA,支持下降沿/上升沿/低电平和远程唤醒适用于电池供电系统,如水表,气表,便携设备等.4.空闲模式:典型功耗<1.3mA,正常工作模式:2mA-7mA5.输入/输出口多,最多有44个I/O口,A/D做按键扫描还可以节省很多I/O6.在系统可编程,无需编程器,无需仿真器,可远程升级7.可送STC-ISP下载编程器,1万片/人/天8.内部集成高可靠复位电路,外部复位电路可彻底省掉,当然也可以继续用外部复位电路4.2.4STC12LE5A60S2单片机内部结构图STC12LE5A60S2单片机中包含中央处理器（CPU），程序存储器（Flash），数据存储器（SRAM），定时/计数器，UART串口，串口2，I/O接口，高速A/D转换，SPI接口，PCA，看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12LE5A60S2系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。图4.2STC12LE5A60S2系统内部结构框图4.2.5单片机内部管脚图图4.3STC12LE5A60S2内部管脚图第五章Turbo编码的编译码实现5.1Turbo码的编码电路设计方案如图5.1，是由两个分量码都是（2,1,2）系统反馈编码器构成的Turbo码，这两个分量编码器具有相同的生成矩阵，为： 系统包括输入信息序列u，两个（2,1,2）系统反馈（递归）卷积编码器，一个交织器（用表示）。假设信息序列含有个信息比特以及v个结尾比特（一边返回到全0状态），其中v是第一个编码器的约束长度，因此有，信息序列可表示为：图5.1基于（2，1，2）RSC的PCCCTurbo编码器最终的发送序列（码字）为：5.2Turbo码解码电路设计方案经典的Turbo码的译码结构如图5.2所示，两个软输入输出（softinputsoftoutput）分量译码器通过交织器和解交织器相互连接、传递和反馈译码信息。Turbo码的性能能够逼近shannon极限，它的迭代译码结构骑着至关重要的作用。每个SISO译码器有3个输入：信息比特；相应的校验比特，其中i=1,2，对应不同的译码器；从另外一个译码器过来的先验信息（a-priporiinformation）。每个SISO译码器的输出时每一个信息比特的软信息，它不仅给出了输出比特是0还是1，同时给出了这个比特被正确译码的概率。图5.2并行级联卷积译码器电路框图第六章Turbo码软件实现6.1Turbo码编码过程原理图复接复接凿孔矩阵分量编码器1凿孔矩阵分量编码器1交织器交织器分量编码器2分量编码器2图6.1并行级联卷积码原理框图1993年，C.Berrou提出的Turbo码就是并行级联卷积码结构，主要由分量译码器、交织器、凿孔矩阵和复接器组成。分量码一般选择为递归系统卷积码（RSC），当然也可以选择分组码、非递归卷积（NRC）码以及非系统卷积（NSC）码。通常两个分量码采用相同的生成矩阵（也可不同）。若两个分量码的码率分别为R1和R2，则Turbo码的码率为：6.2Turbo编码器DDDDππDDDD图6.2并行级联卷积码编码器6.3卷积码译码图6.3卷积码译码程序6.4编译码程序流程图开始开始 开始开始串口初始化串口初始化串口初始化串口初始化中断服务中断服务接收编码信息接收编码信息输入待发送数据输入待发送数据进行Turbo解码将数据转换为8位二进制数进行Turbo解码将数据转换为8位二进制数发送解码信息发送解码信息进行Turbo编码 进行Turbo编码查看解码信息接收完成后的编码信息查看解码信息接收完成后的编码信息图6.4编码程序流程图图6.5解码程序流程图第七章毕设总结毕业设计是对大学四年所学知识的一个总结，一个应用。它不仅检验了大学所学知识的牢固程度，而且还检验每个组的协同合作精神。这也许才是毕业设计带给我们最大的财富。本次毕设，我们的任务是写出移动通信中基于单片机的信道编码程序。移动通信有很多种，我们本次毕设主要研究的是3G中的WCDMA，而其中信道编码最主要的还是Turbo编码，所以毕设实际上要解决的问题就是WCDMA中的Turbo编码的具体实现。这在刚开始的时候确实觉得是没有方向的，不过在所有组员的协同努力下，终于还是找到了突破口，写出了本次试验程序。实际上，在本次毕设中，我学到了很多东西，明白了知识需要融会贯通，明白了怎么团队合作……这次的毕业设计进度上基本上是按照任务书上的时间安排而进行的，中间由于毕业和就业问题等各种原因耽误过总体进度，但也及时补了上去。毕业论文的制作过程是我的一次再学习，再提高的过程。在这过程中不仅是学到了更多的知识，更重要的是学到一种自学的能力，一种收获的喜悦，更是明白了一个设计中要有合理的方案，可以实现的技术，和一个准确的思路，这样才能更有效的完成任务中遇到的难题和困难。例如如何最大限度的利用规范，如何把规范里的明文规定运用到实际上去，如何独立思考，如何与人相处融洽等等。在老师的指导，我们共同努力下，顺利完成了此次毕设任务。我没法忘记这难忘的几个月的时间。毕业论文的准备给了我难忘的回忆。一边在实习中学习者职位培训的知识，一边在书海查找资料扩展知识范围，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；还有遇到一个个问题，在亲手攻破难关的喜悦。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，进一步巩固了很多底层构架原理知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。毕业设计也是我们毕业前与社会工作的接触，它让我们感受集体的力量，感受了与社会类似的工作。为我们毕业后的社会工作做好准备。最后感谢郝老师的悉心指导！ 参考文献 [1]曹雪虹,张余橙编.信息论与编码.北京邮电大学出版社2009.2[2]蔡涛,李旭,杜振民译.无线通信原理与应用.电子工业出版社2009.7[3]樊昌信编现代通信原理人民邮电出版社2009.10[5]孙小东,于全王,金龙汪,李蜂"Turbo码技术最新进展"电信科学2003.1[6]叶中行,VictorWei,"Turbo码的若干新进展"电子学报1998.7[7]刘玉君信道编码[修订版]河南科学技术出版社2001[8]吴伟陵"通向信道编码定理的Turbo码及其性能分析"电子学报1998.7[9]王育民,梁传甲编著.信息与编码理论.西北电讯工程学院出版社[10]维特比A.J.,李世鹤等译.CDMA扩频通信原理.人民邮电出版社[11]Baul,L.R.,etc.Optimaldecodingoflinearcodesforminimizingsymbolerrorrate.IEEETrans.Inf.Th.,1974Mar:284287[12]刘东华Turbo码原理与应用技术电子工业出版社2004[13]史小平Turbo码迭代译码算法研究[期刊论文]-科技信息2009(13)[14]聂远飞,葛建华,宫丰奎降低Turbo接收机复杂度方案[期刊论文]-华中科技大学学报（自然科学版）2007(7)[15]许平Turbo译码在短波通信中的应用[学位论文]硕士2005[16]杨炜Turbo编解码及其在第三代移动通信中的应用研究吉林大学2007附录本次设计程序：#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<string.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineCOUNT8ucharsignal[COUNT],b[8];//signal[COUNT]储存符号信息ucharxdatacode_result[COUNT][24];//code_result[COUNT][24]储存编码结果ucharxdatasig_bin[10][8]={0};//sig_bin[10][8]储存8位二进制码 ucharnum=0,inter=0; //num储存字符数uchark,binary,m;//串口初始化波特率19200voidUart_Init(void) { SCON=0x50; TMOD=0x20;//定时器1，定时方式为2 PCON=0x80;//设定串口工作方式为1 TCON=0x40;//设定时器1开始计数 TH1=0xfa;//设定波特率为19200 TL1=0xfa; RI=0; TI=0; TR1=1;//启动定时器1 EA=1; ES=1;}//通过串口将数据发送给PC端voidUart1Send(ucharbyte){ ES=0; SBUF=byte; while(TI==0);//等待发送完成 TI=0;//清零串口发送完成中断请求标志 ES=1;}//串口1发送接收中断函数voidUart1InterruptReceive(void)interrupt4{ chartmp=0; if(RI) { ES=0;//关串行口中断 RI=0;//接收中断信号清零，表示将继续接收 tmp=SBUF;//接收数据 signal[num]=tmp; num++; if(tmp=='#') inter=1; ES=1;//开串行口中断 } }//完成由字符到8位二进制码的转换voidchange_eight_binary(void){ uchari,j; for(i=0;i<num;i++) { binary=signal[i]<<1; for(j=0;j<8;j++) { binary>>=1; sig_bin[i][j]=binary&1; } }}//完成卷积码编码voidjuanji(ucharconvolution[8]) { uchari; uchars1=0,s2=0,s3=0,s4=0; for(i=0;i<8;i++) { s3=(s1+s2)&1; s4=(s3+convolution[i])&1; b[i]=(s1+s4)&1; s1=s2; s2=s4; }}//每8字符为一组进行编码voideight_word_code(void){ uchari,j; ucharm1[8],m2[8],m3[8]; ucharxdatam4[8][24]; ucharxdataa[8][8]={0}; for(i=0;i<8;i++) for(j=0;j<8;j++) { a[i][j]=sig_bin[8*m+i][j]; } for(i=0;i<8;i++) { for(k=0;k<8;k++) m1[k]=a[i][k]; juanji(m1); for(k=0;k<8;k++) m2[k]=b[k]; for(j=0;j<8;j++) m3[j]=a[j][i]; juanji(m3); for(k=0;k<8;k++) m3[k]=b[k]; for(binary=0;binary<8;binary++) { m4[i][binary*3]=m1[binary]; m4[i][binary*3+1]=m2[binary]; m4[i][binary*3+2]=m3[binary]; } } for(i=0;i<8;i++) for(j=0;j<24;j++) code_result[m*8+i][j]=m4[i][j];}//完成编码任务voidsignal_code(void){ uchari,j; if(num%8==0) //每8字符为一组进行编码 { for(m=0;m<(num/8);m++) { eight_word_code(); } } else { for(m=0;m<(num/8+1);m++) { eight_word_code(); } //编码结束 } ES=1; for(i=0;i<(m*8);i++) //编码输出 { for(j=0;j<24;j++) { Uart1Send(code_result[i][j]); } } }//完成译码任务voiddecode(void){ uchari,j; for(i=0;i<m*8;i++) //译码提取 for(j=0;j<8;j++) sig_bin[i][j]=code_result[i][j*3+1]; inter=0; k=0; binary=0; m=0; for(i=0;i<num;i++) //译码输出 { for(j=0;j<8;j++) { inter=(sig_bin[i][j]+k)&1; binary=(inter+k+m)&1; Uart1Send(inter); m=k; k=binary; } } }voidmain(){ Uart_Init(); //串口初始化 while(1) { if(inter==1) { num--; inter=0; ES=0; change_eight_binary();//完成由字符到8位二进制码的转换 signal_code(); //完成编码任务 decode();//完成译码任务 num=0; } }