任务4CDMA编码技术.ppt

课程目录课程目录p模块一模块一 3G基础模块基础模块p模块二模块二 CDMA技术基础模块技术基础模块p模块三模块三 WCDMA移动通信技术模块移动通信技术模块p模块四模块四 TD-SCDMA移动通信技术模块移动通信技术模块p模块五模块五 CDMA2000移动通信技术模块移动通信技术模块p模块六模块六 WiMAX技术模块技术模块任务任务1 1 扩频通信概念扩频通信概念任务任务2 2 扩频通信的特点和主要技术指标扩频通信的特点和主要技术指标任务任务3 3 CDMACDMA码序列码序列任务任务4 4 CDMA CDMA编码技术编码技术任务任务5 5 CDMACDMA切换技术切换技术模块二模块二 CDMA技术基础模块技术基础模块任务任务6 6 CDMACDMA功率控制技术功率控制技术任务任务7 7 CDMACDMA接收和检测技术接收和检测技术4问题引入问题引入1.移移动动通通信信中中的的编编码码技技术术包包括括信信道道编编码码和和信信源源编编码码两两大部份。那么语音编码在大部份。那么语音编码在CDMA系统中是怎么实现的？系统中是怎么实现的？2.信道编码又有哪些方式？信道编码又有哪些方式？3.交织技术解决什么问题？交织技术解决什么问题？前前 言言信源编码的目的是将信号转为适合在信道中传输的形式，并提信源编码的目的是将信号转为适合在信道中传输的形式，并提高信息传输的有效性，即在保证不失真或允许一定失真条件下用高信息传输的有效性，即在保证不失真或允许一定失真条件下用尽可能少的符号来传送信息。以提高信息的传输率。信道编码的尽可能少的符号来传送信息。以提高信息的传输率。信道编码的目的是以加入多余的码元为代价，换取信息码元在传输中可靠性目的是以加入多余的码元为代价，换取信息码元在传输中可靠性的提高。信道编码的主要作用是差错控制。的提高。信道编码的主要作用是差错控制。61 1、语音编码技术语音编码技术语音编码技术语音编码技术2 2、信道编码技术、信道编码技术、信道编码技术、信道编码技术3 3、实践活动、实践活动、实践活动、实践活动1 1 语音编码技术语音编码技术语音编码属于信源编码，目前语音编码技术通常分为三类：波语音编码属于信源编码，目前语音编码技术通常分为三类：波形编码、参量编码和混合编码。形编码、参量编码和混合编码。那么，什么样的语音编码技术适用于移动通信呢？这主要取决那么，什么样的语音编码技术适用于移动通信呢？这主要取决于移动信道的条件。由于频率资源十分有限，所以要求编码信号于移动信道的条件。由于频率资源十分有限，所以要求编码信号的速率较低；由于移动信道的传播条件恶劣，因而编码算法应有的速率较低；由于移动信道的传播条件恶劣，因而编码算法应有较好的抗误码能力。另外，从用户的角度出发，还应有较好的语较好的抗误码能力。另外，从用户的角度出发，还应有较好的语音质量和较短的时延。音质量和较短的时延。1 1 语音编码技术语音编码技术归纳起来，移动通信对数字语音编码的要求如下：归纳起来，移动通信对数字语音编码的要求如下：速率较低，纯编码速率应低于速率较低，纯编码速率应低于16 kbits；在一定编码速率下音质应尽可能高；在一定编码速率下音质应尽可能高；编码时延应较短，控制在几十毫秒以内；编码时延应较短，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，以保持较好的语音质量；较好的语音质量；算法复杂程度适中，易于大规模集成。算法复杂程度适中，易于大规模集成。1 1 语音编码技术语音编码技术由于蜂窝系统在世界范围内的迅速发展，现在的由于蜂窝系统在世界范围内的迅速发展，现在的CDMA蜂窝系蜂窝系统的容量是以前其它蜂窝移动通信系统的容量的统的容量是以前其它蜂窝移动通信系统的容量的45倍，而且服务倍，而且服务质量、覆盖范围都较以前系统好。语音编码原理如图质量、覆盖范围都较以前系统好。语音编码原理如图2-14所示。所示。1 1 语音编码技术语音编码技术为了适应这种发展趋势，为了适应这种发展趋势，CDMA系统采用了一种非常有效的语系统采用了一种非常有效的语音编码技术：音编码技术：Qualcomm码激励线性预测（码激励线性预测（QCELP）编码。它是）编码。它是北美第二代数字移动电话的语音编码标准（北美第二代数字移动电话的语音编码标准（IS-95），其语音编码），其语音编码算法是美国算法是美国Qualcomm通信公司的专利。通信公司的专利。这种算法不仅可工作于这种算法不仅可工作于4 kbit/s/4.8 kbit/s/8 kbit/s/9.6 kbit/s等固等固定速率上，而且可变速率地工作于定速率上，而且可变速率地工作于800 bit/s9600 bit/s之间。该技之间。该技术能够降低平均数据速率，平均速率的降低可使术能够降低平均数据速率，平均速率的降低可使CDMA系统容量系统容量增加到增加到2倍左右。倍左右。111 1、语音编码技术语音编码技术语音编码技术语音编码技术2 2、信道编码技术、信道编码技术、信道编码技术、信道编码技术3 3、实践活动、实践活动、实践活动、实践活动2 2 信道编码技术信道编码技术信道编码是按一定的规则给数字序列信道编码是按一定的规则给数字序列M增加一些多余的码元，增加一些多余的码元，使不具有规律性的信息序列使不具有规律性的信息序列M变换为具有某种规律性的数字序列变换为具有某种规律性的数字序列Y（码序列）。也就是说，码序列中信息序列的诸码元与多余码元（码序列）。也就是说，码序列中信息序列的诸码元与多余码元之间是相关的。在接收端，信道译码器利用这种预知的编码规则之间是相关的。在接收端，信道译码器利用这种预知的编码规则来译码，或者说检验接收到的数字序列来译码，或者说检验接收到的数字序列R是否符合既定的规则从而是否符合既定的规则从而发现发现R中是否有错，进而纠正其中的差错。根据相关性来检测（发中是否有错，进而纠正其中的差错。根据相关性来检测（发现）和纠正传输过程中产生的差错就是信道编码的基本思想。信现）和纠正传输过程中产生的差错就是信道编码的基本思想。信道编码示意图如图道编码示意图如图2-15所示。所示。1 1 语音编码技术语音编码技术图图2-15 信道编码示意图信道编码示意图我们通常采用的编码方式有卷积码、我们通常采用的编码方式有卷积码、Turbo码、码、Reed-Solomon码等，码等，CDMA选用的码字是语音和低速信令采用卷积码，数据采选用的码字是语音和低速信令采用卷积码，数据采用用Turbo码。码。1 1）卷积码）卷积码卷积编码器在任何一段规定时间内产生的卷积编码器在任何一段规定时间内产生的n个码元，不仅取决个码元，不仅取决于这段时间中的于这段时间中的k个信息位，而且还取决于前个信息位，而且还取决于前N-1段时间内的信息段时间内的信息位。此时监督码元监督着这位。此时监督码元监督着这N段时间内的信息，这段时间内的信息，这N 段时间内的码段时间内的码元数目元数目nN称为这种码字的约束长度。称为这种码字的约束长度。卷积码的解码方法有门限解码、硬判决卷积码的解码方法有门限解码、硬判决Viterbi解码和软判决解码和软判决Viterbi解码。其中软判决解码。其中软判决Viterbi解码的效果最好，是通常采用的解码的效果最好，是通常采用的解码方法，与硬判决方法相比复杂度增加不多，但性能上却优于解码方法，与硬判决方法相比复杂度增加不多，但性能上却优于硬判决硬判决1.52dB。1 1）卷积码）卷积码接收到的符号首先经过解调器判决，输出接收到的符号首先经过解调器判决，输出0、1码，然后再送往码，然后再送往译码器的形式，称为硬判决译码。译码器的形式，称为硬判决译码。Viterbi算法的复杂度与信道质算法的复杂度与信道质量无关，其计算量和存储量都随约束长度量无关，其计算量和存储量都随约束长度N和信息元分组和信息元分组K呈指数呈指数增长。因此，在约束长度和信息元分组较大时并不适用。增长。因此，在约束长度和信息元分组较大时并不适用。为了充分利用信道信息，提高卷积码译码的可靠性，可以采用为了充分利用信道信息，提高卷积码译码的可靠性，可以采用软判决软判决Viterbi译码算法。此时解调器不进行判决而是直接输出模译码算法。此时解调器不进行判决而是直接输出模拟量，或是将解调器输出波形进行多电平量化，而不是简单的拟量，或是将解调器输出波形进行多电平量化，而不是简单的0、1两电平量化，然后送往译码器。即编码信道的输出是没有经过判两电平量化，然后送往译码器。即编码信道的输出是没有经过判决的决的“软信息软信息”。2 2）TurboTurbo码码Turbo编码由两个或以上的基本编码器通过一个或以上交织器编码由两个或以上的基本编码器通过一个或以上交织器并行级联构成，如图并行级联构成，如图2-16 所示。所示。Turbo码的原理是基于对传统级联码的原理是基于对传统级联码的算法和结构上的修正，内交织器的引入使得迭代解码的正反码的算法和结构上的修正，内交织器的引入使得迭代解码的正反馈得到了很好的消除。馈得到了很好的消除。Turbo的迭代解码算法包括的迭代解码算法包括SOVA（软输出（软输出Viterbi算法）、算法）、MAP（最大后验概率算法）等。由于（最大后验概率算法）等。由于MAP算法的算法的每一次迭代性能的提高都优于每一次迭代性能的提高都优于Viterbi算法，因此算法，因此MAP算法的迭代算法的迭代译码器可以获得更大的编码增益。译码器可以获得更大的编码增益。2 2）TurboTurbo码码图图2-16 Turbo编码器编码器3 3）Reed-SolomonReed-Solomon码码Reed-Solomon码是一类具有很强纠错能力的多进制码是一类具有很强纠错能力的多进制BCH码，码，它由它由Reed和和Solomon应用应用MS多项式于多项式于1960年构造出来。在线性分年构造出来。在线性分组码中组码中RS码的纠错能力和编码效率是最高的。码的纠错能力和编码效率是最高的。R-S码常作为级联码的外码使用，码常作为级联码的外码使用，CCSDS标准采用了标准采用了R-S（255，233）与（）与（2，1，7）卷积码加块交织的级联码编码方案，用于）卷积码加块交织的级联码编码方案，用于卫星空间数据的传输。卫星空间数据的传输。4 4）交织技术）交织技术为什么要采用交织技术呢？原因有两个：为什么要采用交织技术呢？原因有两个：（1）无线传输干扰和误码通常在某个较小时间段内发生，影）无线传输干扰和误码通常在某个较小时间段内发生，影响连续的几个突发脉冲。响连续的几个突发脉冲。（2）如果把话音桢内的比特顺序按一定的规则错开，使原来）如果把话音桢内的比特顺序按一定的规则错开，使原来连续的比特分散到若干个突发脉冲中传输，则可分散误码，使连连续的比特分散到若干个突发脉冲中传输，则可分散误码，使连续的长误码变成若干分散的短误码，以便于纠错，提高话音质量。续的长误码变成若干分散的短误码，以便于纠错，提高话音质量。4 4）交织技术）交织技术交织处理优点：可以减少干扰对某个语音块的集中影响；通过交织处理优点：可以减少干扰对某个语音块的集中影响；通过信道解码，可以实现部分误码的纠正。信道解码，可以实现部分误码的纠正。交织处理缺点：话音处理加长了时延和增加了信号处理的复杂交织处理缺点：话音处理加长了时延和增加了信号处理的复杂度。度。交织技术如图交织技术如图2-17所示。所示。4 4）交织技术）交织技术图图2-17 交织技术交织技术221 1、语音编码技术语音编码技术语音编码技术语音编码技术2 2、信道编码技术、信道编码技术、信道编码技术、信道编码技术3 3、实践活动、实践活动、实践活动、实践活动3 3 实践活动：实践活动：CDMACDMA编码技术的应用编码技术的应用1）话音编码技术的应用）话音编码技术的应用（1）实践目的）实践目的熟悉熟悉CDMA话音编码技术在实际系统中的应用。话音编码技术在实际系统中的应用。（2）实践要求）实践要求各学员结合实际情况熟悉各学员结合实际情况熟悉CDMA话音编码技术在实际系统中的话音编码技术在实际系统中的应用。应用。3 3 实践活动：实践活动：CDMACDMA编码技术的应用编码技术的应用（3）实践内容）实践内容熟悉话音编码技术在实际系统中的应用。在现有移动通信系统熟悉话音编码技术在实际系统中的应用。在现有移动通信系统中，话音编码技术的使用如图中，话音编码技术的使用如图2-18所示。所示。3 3 实践活动：实践活动：CDMACDMA编码技术的应用编码技术的应用2）信道编码和交织技术的应用）信道编码和交织技术的应用（1）实践目的）实践目的熟悉信道编码和交织技术在实际系统中的应用。熟悉信道编码和交织技术在实际系统中的应用。（2）实践要求）实践要求各学员结合实际情况熟悉信道编码和交织技术在实际系统中的各学员结合实际情况熟悉信道编码和交织技术在实际系统中的应用。应用。（3）实践内容）实践内容熟悉信道编码和交织技术在实际系统中的应用。信道编码和交熟悉信道编码和交织技术在实际系统中的应用。信道编码和交织实例如图织实例如图2-19所示。所示。3 3 实践活动：实践活动：CDMACDMA编码技术的应用编码技术的应用图图2-19 信道编码和交织实例信道编码和交织实例27p识记：语音编码、信道编码方式。识记：语音编码、信道编码方式。p领会：交织技术。领会：交织技术。p应用：语音编码技术。应用：语音编码技术。本任务要求本任务要求谢谢各位！谢谢各位！长沙通信职业技术学院长沙通信职业技术学院 移动通信系移动通信系谢谢各位！谢谢各位！长沙通信职业技术学院长沙通信职业技术学院 移动通信系移动通信系