《数字通信原理》课件 项目五-揭秘编码_第1页
《数字通信原理》课件 项目五-揭秘编码_第2页
《数字通信原理》课件 项目五-揭秘编码_第3页
《数字通信原理》课件 项目五-揭秘编码_第4页
《数字通信原理》课件 项目五-揭秘编码_第5页
已阅读5页,还剩100页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

数字通信原理01项目1:认识通信系统02项目2:认识通信信号CONTENTS03项目3:认知数字基带传输04项目4:理解调制解调05项目5:揭秘编码06项目6:认知定时与同步07项目7:仿真数据通信系统08项目8:仿真移动通信系统09项目9:探索通信新技术项目5揭秘编码揭秘编码项目5项目描述数字通信系统中有两大类编码,信源编码和信道编码。信源编码的目的是为了提高系统的有效性,而信道编码的目的是为了提高系统的可靠性。本项目包括两个任务,任务一是信源编码,任务二是信道编码。项目分析本项目依据通信系统处理信号的先后顺序,先介绍了信源编码,主要以语音压缩编码中的PCM编码为例,阐述了抽样、量化及编码的相关原理,并通过Systemview仿真软件对PCM系统进行了仿真。然后介绍了信道编码的基本原理,在此基础上,详细阐述了奇偶校验码、汉明码、循环码、卷积码和Turbo码等几种典型的信道编码,并通过Systemview仿真软件对奇偶校验码和汉明码进行了仿真。揭秘编码项目5学习目标理解信源编码和信道编码的作用;掌握PCM的抽样、量化和编码技术原理;学会几种常用的信道编译码方法,如奇偶校验码、汉明码和循环码等;了解卷积码和Turbo码。课程思政结合信源编码和信道编码的作用,理解两者的矛盾与统一,从通信系统延伸到生态系统,通过生态系统的协调平衡发展,将协调、绿色、环保等元素引入课程。理解信源编码任务5.1任务目标理解信源编码的作用;掌握PCM的抽样、量化和编码原理;了解常用的几种信源编码;能够使用Systemview仿真软件进行PCM系统仿真。任务分析本任务从模拟信号数字化传输系统入手,首先介绍了信源编码的作用,接下来重点介绍PCM技术原理,包括抽样、量化和编码等,然后简要介绍了常用的几种信源编码,最后利用Systemview仿真软件对PCM系统进行了仿真,验证了原理的正确性。数字通信系统中,有两类编码,信源编码和信道编码。信源编码的目的是为了提高系统的有效性,而信道编码的目的是为了提高系统的可靠性。通信中的两类编码信源编码的作用信源编码主要是利用信源的统计特性,解决信源的相关性,去掉信源冗余信息,从而达到压缩信源输出的信息率,提高系统有效性的目的。信源编码包括语音压缩编码、各类图像压缩编码及多媒体数据压缩编码。信源编码的作用信源编码的作用之一是设法减少码元数目和降低码元速率,即通常所说的数据压缩:作用之二是将信源的模拟信号转化成数字信号,以实现模拟信号的数字化传输。信源编码的作用信源编码的作用

模数转换,即(A/D转换),把模拟信号转换为数字信号编码后的信号进入数字传输系统进行数字传输数模转换,即(D/A转换),把数字信号还原为模拟信号编码传输解码信源编码的作用信源编码的分类自然度低利用抽样定理,恢复原始信号的波形。质量好提取语音信号的特征参量,再变换成数字代码。介于波形编码和参量编码之间的一种编码。自然度好波形编码参量编码混合编码信源编码的分类波形编码:脉冲编码调制(PCM)编码参量编码:线性预测编码(LPC)混合编码:规则脉冲激励线性预测编码(RPELPC)、码激励线性预测编码(CELP)5.1.1抽样5.1.1抽样5.1.1抽样一般语音信号的频率在300-3400Hz的范围,实际中,一般取抽样频率8000Hz。5.1.2量化1.量化及量化噪声

量化:用预先规定的有限个电平来表示取样值量化电平:预先规定的电平

量化台阶:相邻两个量化电平之间的间隔

(1)量化将模拟信号变成数字信号。(2)量化电平与取样值之间的差称为量化误差,称为量化噪声

5.1.2量化5.1.2量化均匀量化信噪比随信号电平的减小而下降。小功率信号的信噪比非常小,达不到要求。而且小功率信号的出现的概率大,应照顾小信号。5.1.2量化2.非均匀量化为了提高小信号的量化信噪比,必须减小小功率信号的量化间隔。而要保证编码位数不变,又必须增大大信号的量化间隔,减小大信号的量化信噪比(但仍满足要求)。这就是非均匀量化的基本思想。非均匀量化的实现方法:(1)压缩+均匀量化(压扩特性)(2)直接进行非均匀量化(A律13折线)μ律(北美、日本)A律(中国、欧洲)A律13折线输入x输出y11/82/83/84/85/86/87/815.1.3编码PCM编码由8位二进制编码组成,包括三部分,极性码编1位码,段落码编3位码,段内码编4位码。5.1.3编码5.1.3编码极性码:c1,共1bit。对于正信号,c1=1;对于负信号,c1=0。段落码:c2c3c4,共3bit,可以表示8种斜率的段落。段落码表示该样值位于8个大段的哪个大段中。如果位于第一段,段落码是000,第二段段落码是001,依次类推。段内码:每一段均匀划分为16份,段内码表示该样值位于所在的大段落中的16小段中的哪一段。如果位于第一段,段内码是0000,第二段段内码是0001,依次类推。5.1.3编码8个段落采用非均匀量化,段内16小段采用均匀量化,量化级数是256,需8位编码。最小量化台阶:5.1.3编码5.1.3编码5.1.3编码5.1.4常用的信源编码1.QCELP(Qualcomm码激励线性预测)QCELP是美国Qualcomm通信公司的专利语音编码算法,是北美第二代数字移动电话的语音编码标准(IS-95)。2.EVRC(增强型变速率编解码)EVRC即增强型变速率编解码,是一种对话音进行分析和合成的编、译码器,也称话音分析合成系统或话音频带压缩系统。3.AMR(自适应多速率编解码)AMR(自适应多速率编解码),是由3GPP制定的应用于第三代移动通信W-CDMA系统中的语音压缩编码。5.1.5

PCM系统仿真1.取样定理仿真5.1.5

PCM系统仿真1.取样定理仿真编号图符块属性类型参数0SourcePeriodic/sinusoidAmp=1v,Freq=8Hz,Phase=0deg1SourcePeriodic/sinusoidAmp=1v,Freq=10Hz,Phase=0deg2SourcePeriodic/sinusoidAmp=1v,Freq=12Hz,Phase=0deg5SourcePeriodic/pulsetrainAmp=1v,Freq=30Hz,pulsewidth=1e-3sec,offset=0V,phase=0deg6OperatorFilters/syste/linearsysfilter/amalog/butterworth/lowpassLowcutoff=14Hz5.1.5

PCM系统仿真5.1.5

PCM系统仿真5.1.5

PCM系统仿真5.1.5

PCM系统仿真2.脉冲编码调制系统仿真5.1.5

PCM系统仿真2.脉冲编码调制系统仿真编号图符块属性类型参数0SourcePeriodic/sinusoidAmp=1v,Freq=5Hz,Phase=0deg1SourcePeriodic/sinusoidAmp=1v,Freq=10Hz,Phase=0deg2SourcePeriodic/sinusoidAmp=1v,Freq=15Hz,Phase=0deg5SourcePeriodic/pulsetrainAmp=1v,Freq=40Hz,pulsewidth=1e-3sec,offset=0V,phase=0deg6OperatorFilters/syste/linearsysfilter/amalog/butterworth/lowpassLowcutoff=40Hz10Optionallibrary/commProcessors/compandCompandertype=A-law,maxinput=3V13Optionallibrary/commProcessors/d-compandCompandertype=A-law,maxinput=3V11Optionallibrary/logicProcessors/mixedsinal/ADCGatedelay=0v,falseoutput=0v,maxinput=3v,threshold=0.5v,No.bits=8,Risetime=0s,trueoutput=1v,mininput=-3v12Optionallibrary/logicProcessors/mixedsinal/DACGatedelay=0v,maxinput=3v,threshold=0.5v,No.bits=8,mininput=-3v5.1.5

PCM系统仿真2.脉冲编码调制系统仿真掌握信道编码任务5.2任务目标理解信道编码的作用及基本原理;掌握码重和码距等基本概念;理解奇偶校验码编译码原理,能分析其纠检错能力;重点掌握汉明码和循环码的编译码方法;了解卷积码和Turbo码。任务分析本任务从信道编码的基本原理入手,首先介绍了差错控制编码的基本思想。在掌握码重和码距等基本概念的基础上,分析了汉明距离与纠检错能力的关系。然后通过奇偶校验码,分析了简单线性分组码的编码思想,重点介绍了汉明码和循环码等线性分组码的编译码方法,简单介绍了卷积码的编译码和Turbo码。最后通过Systemview仿真软件对奇偶校验码和汉明码进行了仿真。

5.2.1信道编码基本原理1.基本原理生活中我们购买鸡蛋时,通常鸡蛋会放在鸡蛋盒里,以防鸡蛋破碎;远距离运送易碎货物时,需要为货物打好包装,再放入减震装置,这样做的目的是为了货物不容易破损或防止丢失。

5.2.1信道编码基本原理1.基本原理“明天下午14:00~16:00开会”——发现错误。通知:“明天14:00~16:00开会”通知后变成:“明天10:00~16:00开会””“明天下午14:00~16:00两个小时开会”——纠正错误。

5.2.1信道编码基本原理1.基本原理信道编码是在信息码基础上,按一定规律加入一些新的监督码元,在接收端利用这些监督码元与信息码元之间的监督规律以发现和纠正差错,实现纠错的编码。信道编码提高了信息传输的可靠性。信息码(无规律)监督码生成码(有规律)+=

5.2.1信道编码基本原理1.基本原理监督码元加的越多,编码的检错、纠错能力越强,但是编码效率越低。

k:信息码元的个数n:编码后码组的总个数r:监督码元的个数编码效率

5.2.1信道编码基本原理2.码重和码距的概念

码重在信道编码中,定义码组中非零码元的数目为码组的重量,简称码重。如码组11010的码重为3。

码距把两个码组中对应码位上具有不同二进制码元的个数定义为两码组的距离,简称码距。1101010100码距=3

汉明距离在一种编码中,任意两个许用码组间的距离的最小值,称为这一编码的汉明距离。

5.2.1信道编码基本原理3.汉明距离与检错和纠错能力的关系

5.2.1信道编码基本原理4.信道编码的分类(1)按码组的功能分,有检错码和纠错码两类。(2)按码组中监督码元与信息码元之间的关系分,有线性码和非线性码两类。(3)按照信息码元与监督码元的约束关系,又可分为分组码和卷积码两类。(4)按照信息码元在编码前后是否保持原来的形式不变,可划分为系统码和非系统码。

5.2.1信道编码基本原理4.信道编码的分类5.2.2奇偶校验码1.奇偶校验码奇偶校验码分为奇校验码和偶校验码,两者的构成原理是一样的。其编码规则是先将所要传输的数据码元分组,在分组信息码元后面附加1位监督位,使得该码组中信息码和监督码合在一起后“1”的个数为偶数或奇数。5.2.2奇偶校验码1.奇偶校验码信息码元监督码元1110101101000010奇校验码5.2.2奇偶校验码1.奇偶校验码10100110

不能确定10100010

有错10110010奇偶校验码只能发现单个或奇数个错误,而不能检测出偶数个错误,奇偶校验码没有纠错能力。5.2.2奇偶校验码2.水平奇偶校验码将信息码序列按行排成方阵,每行后面加一个奇或偶校验码,即每行为一个奇偶校验码组,但发送时按方阵中列的顺序进行传输,接收端将码元排成与发送端一样的方阵形式,然后按行进行奇偶校验。信息码元监督码元111001100011101001101010000111011000100001001100111011111101110011000001010…5.2.2奇偶校验码2.水平奇偶校验码由于在发送端是按列发送码元而不是按码组发送码元,因此把本来可能集中发生在某一码组的突发错误,分散在了方阵的各个码组中。这种码可以发现某一行上所有奇数个错误,以及所有长度不大于方阵中行数的突发错误,但是仍然没有纠错能力。信息码元监督码元11100110001110100110101000011101100010000100110011101115.2.2奇偶校验码3.二维奇偶校验码在水平校验基础上对方阵中每一列再进行奇偶校验,发送时按行或列的顺序传输。接收端重新将码元排成发送时的方阵形式,然后每行、每列都进行奇偶校验。信息码元监督码元1110011000111010011010100001110110001000010011001110111监督码元011011000115.2.2奇偶校验码3.二维奇偶校验码

信息码元监督码元信息码元监督码元

10110001101100011

001101011010010001001110110011101101100011011001001100110011001监督码元1011000

1

101100015.2.2奇偶校验码3.二维奇偶校验码5.2.2奇偶校验码5.2.3汉明码1.线性分组码线性码:监督码元与信息码元之间的关系可以用线性方程表示分组码:监督码元仅与本组中的信息码元有关

线性分组码:将信息序列分为每k位一组的信息序列段,每个信息序列段按照一定的规律添加r个监督码元,构成总码长为(n=k+r)的分组码,记为(n,k)。(1)线性分组码的基本概念5.2.3汉明码(2)线性分组码的监督矩阵H和生成矩阵G

例:(7,4)线性分组码信息码元监督码元5.2.3汉明码(7,4)线性分组码的编码表信息位监督位信息位监督位c6c5c4c3c2c1c0c6c5c4c3c2c1c000000001000111000101110011000010101101001000111101011001010011011000010101101110101001100111110100011100011111115.2.3汉明码监督方程组可以改写为进一步,写成矩阵形式为5.2.3汉明码若令则有5.2.3汉明码监督矩阵H可以分成两部分

5.2.3汉明码改写成矩阵形式

5.2.3汉明码生成矩阵G5.2.3汉明码5.2.3汉明码5.2.3汉明码(3)线性分组码的检错和纠错发送码组C在传输过程中可能发生误码,设接收到码组为则收发码组之差(模2)为差错图案5.2.3汉明码1、已知C=[1001110],R=[1001100],则E=?2、已知C=[1001110],E=[0100000],则R=?3、已知R=[1000110],E=[0000001],则C=?E=[0000010]R=[1101110]C=[1000111]5.2.3汉明码(3)线性分组码的检错和纠错由于所以S称为接收码组R的校正子,也称为伴随式。

R为正确码字R为出错码字1行r列5.2.3汉明码1、求出错误图样E与伴随式S之间的关系2、计算接收码字的伴随式S,然后查表得错误图样E3、用错误图样E纠正接收码字中的错误译码步骤5.2.3汉明码练习:已知汉明码监督矩阵H:试求(1)对信息码元1101编码。(2)验证0111011是否有错。若错,试改正。5.2.3汉明码2.汉明码

汉明码是一种能够纠正一位错码且编码效率较高的线性分组码。

汉明码:(7,4)(15,11)(31,26)(63,57)5.2.3汉明码【例】已知某汉明码的监督矩阵H:试求:(1)n,k,编码效率η分别是多少?(2)验证1111001和0100010是否有错,若有错,请纠正之。(3)若信息码元为1001,写出其对应的汉明码组。5.2.4循环码1.循环码的特性

循环码是一种线性分组码,它除了具有线性分组码的封闭性之外,还具有循环性。循环性是指循环码中任一许用码组经过循环移位后(左移或右移)所得到的码组仍为该码中一个许用码组。码组编号信息位监督位码组编号信息位监督位c6c5c4c3c2c1c0c6c5c4c3c2c1c01000000051001011200101116101110030101110711001014011100181110010(7,3)循环码的一种码组5.2.4循环码00000000010111→1001011→1100101→1110010—0101110←1011100←0111001←右移左移0010111→0101110→1011100→0111001—1001011←1100101←1110010←5.2.4循环码2.循环码的码多项式若一个码组C=(cn-1,cn-2,…,c1,c0),则用相应的多项式表示为称C(x)为码组C的码多项式。5.2.4循环码2.循环码的码多项式例如:10111

x4+x2+x+1

C1(x)=x6+x3+x2+xC2(x)=x4+x3+x2+1则C1(x)+C2(x)=?1011

x3+x+1

C1(x)=x6+x3+x2+x1001110C2(x)=x4+x3+x2+10011101C1(x)+C2(x)=x6+x4+x+110100115.2.4循环码3.循环码的生成多项式之所以第k位码元和第n位(最后一位)码元必须为“1”,是因为:①在(n,k)循环码中,除全“0”码组外,连“0”的长度最多只能有k-1位。否则,在经过若干次循环移位后,将得到一个k位信息位全为“0”,但监督码位不全为“0”的码组,这在线性码中显然是不可能的(信息位全为“0”,督码位也必定全为“0”);②若第n位(最后一位)码元不为“1”,该码组(前k-1位码元均为“0”)循环右移后,将成为前k位信息位都是“0”,而后面(n-k)位监督位不都为“0”的码组,这是不允许的。5.2.4循环码3.循环码的生成多项式g(x)具有唯一性;生成多项式g(x),其最高幂次为xn-k次。5.2.4循环码3.循环码的生成多项式上式表明,生成多项式g(x)必定是(xn+1)的一个(n-k)次因式(7,3)循环码的生成多项式g(x)有两个:5.2.4循环码4.循环码的编码方法信息位对应的码多项式为

xn-km(x)的前一部分为连续k位信息码(mk-1,mk-2,…,m0),后一部分为n-k位的“0”,n-k=r正好是监督码的位数。所以在它的后一部分添上监督码,就编出了相应的系统码。C(x)=h(x)g(x)

5.2.4循环码4.循环码的编码方法5.2.4循环码4.循环码的编码方法【例1】已知一种(7,3)循环码,生成多项式为g(x)=x4+x3+x2+1,求信息码为111时,编出的循环码组。【例2】已知信息码为1101,生成多项式G(x)=x3+x+1,编一个(7,4)循环码。【例3】使用生成多项式g(x)=x4+x3+1产生m(x)=x7+x6+x5+x2+x对应的循环码组。5.2.4循环码5.循环码的解码方法(1)检错的实现以余项是否为零来判别码组中有无错码。

=0,无错≠0,有错5.2.4循环码5.循环码的解码方法(2)纠错的实现①用生成多项式g(x)除接收码组R(x)=C(x)+E(x)(模2加),得到余式;②按余式用查表的方法或通过某种运算得到错误图样E(x);③从R(x)中减去E(x)(模2加),得到纠错后的原发送码组C(x)。5.2.4循环码6.循环冗余校验码(CRC)

在数据通信中,广泛采用循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck,CRC),CRC码采用了循环码的多项式除法生成监督位的方法。在常用的CRC生成器协议中采用的标准生成多项式如表所示。码生成多项式CRC-12x12+x11+x3+x2+x+1CRC

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论