【文章內(nèi)容簡介】 TDSCDMA 與美、歐 3G技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) : ， TDSCDMA 一個(gè)載頻 ， WCDMA 一個(gè)載頻 10M； ， TDSCDMA 為 0~200MZ WCDMMA 為 1500MZ； ， 引入了所謂的空中分級，但效果如何，還待驗(yàn)證 ； ， TDSCDMA 不同業(yè)務(wù)對覆蓋區(qū)域的大小 的要求 較 低 ,易于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 ； 缺點(diǎn) : ， TDSCDMA 需要 GPS 同步，同步的準(zhǔn)確程度影響整個(gè)系統(tǒng)是否正常工作 ； ， TDSCDMA 只有 16 個(gè)碼 ， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于業(yè)務(wù)需求所需要的碼數(shù)量 ； ， 上下行、本小區(qū)、鄰小區(qū)都可能存在干擾 ； ， TDSCDMA： 120KM/H， WCDMA： 500KM/H。 TDSCDMA 信道編碼介紹 信道編碼介紹 在數(shù)字通信中，根據(jù)不同的目的，編碼可分為信源編碼和信道編碼。信源編碼是為了提高數(shù)字信號的有效性以及為了使模擬信號數(shù)字化而采取的編碼。信道編碼是為了降低誤碼率，提高數(shù)字通信的可靠性而采取的編碼。信道編碼現(xiàn)在已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。 信道編碼的 實(shí)質(zhì)是在信息碼中增加一定數(shù)量的多余碼元 (稱為監(jiān)督碼元 )，使它們滿足一定的約束關(guān)系，這樣，由信息碼元和監(jiān)督碼元共同組成一個(gè)由信道傳輸?shù)拇a字。一旦傳輸過程中發(fā)生錯(cuò)誤， 則信息碼元和監(jiān)督碼元間的約束關(guān)系被破壞。在接收端按照既定的規(guī)則校驗(yàn)這種約束關(guān)系，從而達(dá)到發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤的目的。 信道編碼有多種分類方式，主要按照關(guān)系、范圍及用途 分為 三種 ： (1)根據(jù)糾錯(cuò)碼各碼組信息元和監(jiān)督元的函數(shù)關(guān)系，可分為線性碼和非線性碼。如果函數(shù)關(guān)系是線性的，即滿足一組線性方程式，則稱為線性碼，否則為非線性碼。 (2)根據(jù)上述關(guān)系涉及的范圍，可分為分組碼和卷積碼。分組碼的各碼元僅與本組的信息元有關(guān)；卷積碼中的碼元不僅與本組的信息元有關(guān)，而且還與前面若干組的信息元有關(guān)。 華僑大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 TDSCDMA系統(tǒng)信道編碼技術(shù)研究 8 (3)根據(jù)碼的用途，可分為檢錯(cuò)碼 和糾錯(cuò)碼。檢錯(cuò)碼以檢錯(cuò)為目的，不一定能糾錯(cuò)；而糾錯(cuò)碼以糾錯(cuò)為目的，一定能檢錯(cuò)。 信息通過信道傳輸，由于物理介質(zhì)的干擾和無法避免 的 噪聲，信道的輸入和輸出之間僅具有統(tǒng)計(jì)意義上的關(guān)系，在做出唯一判決的情況下將無法避免差錯(cuò)，其差錯(cuò)概率完全取決于信道特性。因此，一個(gè)完整、實(shí)用的通信系統(tǒng)通常包括信道編譯碼模塊。視頻信號在傳輸前都會經(jīng)過高度壓縮以降低碼率，傳輸錯(cuò)誤會對最后的圖像恢復(fù)產(chǎn)生極大的影響，因此信道編碼尤為重要。 信道編碼的作用 一是使碼流的頻譜特性適應(yīng)通道的頻譜特性，從而使傳輸過程中能量損失最小，提高信號能量與噪聲 能量的比例，減小發(fā)生差錯(cuò)的可能性；二是增加糾錯(cuò)能力，使得即便出現(xiàn)差錯(cuò)也能得到糾正。 信道編碼技術(shù)可改善數(shù)字信息在傳輸過程中噪聲和干擾造成的誤差，提高系統(tǒng)可靠性 ， 因而提供高效的信道編譯碼技術(shù)成為 3G 移動(dòng)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。 3G 移動(dòng)通信系統(tǒng)所提供的業(yè)務(wù)種類的多樣性、靈活性，對差錯(cuò)控制編譯碼提出了更高的要求。 在 TDSCDMA 中，信道編碼有 3種選擇： ①對于傳輸質(zhì)量等級小于 103要求時(shí)，使用卷積深 度從 1 到 1/3 的帶有前向糾錯(cuò)的卷積編碼。 ②傳輸質(zhì)量等級大于 103要求時(shí)，傳輸速率大于 32Kbps 時(shí)，使用超級編碼（ Turbo code）。 ③還可以選擇沒有編碼。 而 卷積 編 碼 是 3G移動(dòng)通信 技術(shù) TDSCDMA 系統(tǒng)中 主要信道 編碼 方式之一。 卷積編碼介紹 卷積碼的編碼器是由一個(gè)有 k 個(gè)輸入位 (端 )、 n 個(gè)輸出位 (端 )，且具有 m 級移位寄存器所構(gòu)成的有限狀態(tài)的有記憶系統(tǒng)，通常稱它為時(shí)序網(wǎng)絡(luò)。 非分組碼的卷積碼的編碼器是在任一段規(guī)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生 n個(gè)碼元，但它不僅取決于這段時(shí)間中的 k 個(gè)信息位，還取決于前 (K1)段規(guī)定時(shí)間內(nèi)的信息位，這 K 段時(shí)間內(nèi)的碼元數(shù)目為 K k，稱參數(shù) K 為卷積碼的約束長度，每 k個(gè)比特輸入，得到 n 比特輸出，編碼效率為 k/n，約束長度為 K。在 k=1 的條件下，移位寄存器級數(shù) m=K1。 卷積碼一般可用 (n， k， K)來表示，其中 k為輸入碼元數(shù)， n 為輸出碼元數(shù)，而 K則為編碼器的約束長度。典型的卷積碼一般選 n 和 k ( k n ) 值較小，但約束長度 K 可取較大值 (K10)，以獲得既簡單又高性能的信道編碼。 華僑大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 TDSCDMA系統(tǒng)信道編碼技術(shù)研究 9 卷積碼是 1955年 Elias最早提出， 1957年 Wozencraft提出了序列譯碼。 1963年 Massey提出了一種性能稍差，但比較實(shí)用的門限譯碼方法。 1967 年維特比 (Viterbi)提出了最大似然譯碼。它對存儲器級數(shù)較小的卷積碼的譯碼很容易實(shí)現(xiàn)，稱為維特比算法或維特比譯碼。 華僑大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 TDSCDMA系統(tǒng)信道編碼技術(shù)研究 10 第 2 章 TDSCDMA 卷積編碼的實(shí)現(xiàn) 卷積編碼的解析表示法 一個(gè)二元 (2,1,4)卷積碼的編碼器，它是由 k=1，即一個(gè)輸入位 (端 )， n=2，即兩個(gè)輸出位 (端 )， K=4,m=3 即三級移位寄存器所組成的有限狀態(tài)的有記憶系統(tǒng)。 (1) 離散卷積 若輸入信息序列為 (這里的卷積碼是 u0首先輸入 ) )…( 210 uuuu ? () 則對應(yīng)輸出為兩個(gè)碼字序列 )…()…(②2②1②0②①2①1①0①cccc cccc ?? () 其相應(yīng)編碼方程可寫為 ),(**②①②②①①cccgucguc??? () 其中 “ *” 表示卷積運(yùn)算， g① g② 表示編碼器的兩個(gè)脈沖沖擊響應(yīng)，即編碼可由輸入信息序列 u 和編碼器的兩個(gè)沖擊響應(yīng)的卷積得到，故稱為卷積碼。這里的脈沖沖擊響應(yīng)是指，當(dāng)輸入信息為 u=(100?) 時(shí)，所觀察到的兩個(gè)輸出序列值。由于編碼器有 m=3 級寄存器，故沖激響應(yīng)至多可持續(xù)到 K=m+1=3+1=4 位，且可寫成 ： )1111()1011(②①??gg () 在一般情況下有： )…()…(②m②1②0②①m①1①0①gggg gggg ?? () 經(jīng)編碼器后，兩個(gè)輸出序列合并為一個(gè)輸出碼字序列為： )…( ②1①1②0①0② ccccc ? () 若輸入信息序列為： )10111(?u () 則有： )10000001()1011(*)10111(① ??c () 華僑大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 TDSCDMA系統(tǒng)信道編碼技術(shù)研究 11 )11011101()1111(*)10111(② ??c () 最后輸出的碼字為： )0100111101000101(?c () (2) 生成矩陣 上述沖激響應(yīng) g① g② 又稱為生成序列，若將該生成序列 g① g② 按如下方法排列，構(gòu)成如下生成矩陣 (當(dāng) K=4,m=3 時(shí) )： ???????????????????……………②3①3②2①2②1①1②0①0②3①3②2①2②1①1②0①0②3①3②2①2②1①1②0①0ggggggggggggggggggggggggG () 上述矩陣中，其中空白部分均為 0。則上述編碼方程可改為矩陣形式 Guc? () G為卷積碼的生成矩陣 ,若輸入信息序列為一無限序列時(shí)，即 u=(10111?) ，生成矩陣則為一個(gè)半無限矩陣，即有起點(diǎn)無終點(diǎn)，因此稱它 為半無限。 若： )1 1 11(),1 0 11(),1 0 11 1( ②① ??? ggu () 則： ? ?11000101010001111111011111110111111101111111011111110111)10111(??????????????????? Guc () (3) 碼多項(xiàng)式 若將生成序列表達(dá)成多項(xiàng)式形式，有 ? ?? ? xxxg xxg32②32①＋＋＋11111＋＋11011???? () 輸入信息序列也可表達(dá)為多項(xiàng)式形式 ? ? xxxu 432 ＋＋＋110111 ?? () 則卷積碼可以用下列碼多項(xiàng)式形式表達(dá) 華僑大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 TDSCDMA系統(tǒng)信道編碼技術(shù)研究 12 ? ?? ?)10000001(1111177654327653654243232432①22222????????????????????????????xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxc () ? ?? ?? ?1101110111111775437653654254343232432②????????????????????????????????xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxc () 卷積編碼器的實(shí)現(xiàn) 卷積編碼器原理 圖 (1)是碼速率為 1/約束長度為 9 的卷積編碼器的結(jié)構(gòu)框圖。它有一個(gè)輸入端 ， 兩個(gè)輸出端 ， 每次向編 碼器中移入一位碼元 。 圖 (2)是碼速率為 1/約束長度為 9 的卷積編碼器的結(jié)構(gòu)框圖 。 它有一個(gè)輸入端 ， 三個(gè)輸出端 ， 每次向編碼器中移入一位碼元 。 1/2卷積編碼器輸出序列的順序應(yīng)為：輸出 1，輸出 2，輸出 1，輸出 2，輸出 1，??，輸出 2。 1/3卷積編碼器輸出序列的順序應(yīng)為：輸出 1，輸出 2，輸出 3，輸出 1，輸出 2，輸出 3，輸出 1，??，輸出 3。編碼之前，編碼器的移位寄存器則應(yīng)初始化為全 0狀態(tài)。輸入信息碼組末尾應(yīng)加上值為 0的 8位尾比特，以還原編碼器的初始狀態(tài)。 華僑大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 TDSCDMA系統(tǒng)信道編碼技術(shù)研究 13 卷積編碼的實(shí)現(xiàn)很簡單，要注意的是分清約束長度為 9 的卷 積碼分為：編碼率分別為1/2 和 1/3 兩種。 對于編碼率為 R=1/2 的約束長度為 9 的卷積碼，其編碼矩陣為： G0 =561(八進(jìn)制數(shù) )，G1=753。 對于編碼率為 R=1/3 的約束長度為 9 的卷積碼，其編碼矩陣為： G0=557(八進(jìn)制數(shù) )，G1=663， G2=711。 即，碼率為 R=1/2 時(shí)： ??????? 110101111 100011101G 當(dāng)碼率為 R=1/3 時(shí)： ???????????100100111110011011111101101G 計(jì) 卷積編碼器源程序如下： function output=v_code(G,k0,input) % G為生成矩陣， k0為輸入端個(gè)數(shù)， input為輸入序列 if rem(length(input),k0)0 input=[input,zeros(size(1:k0rem(length(input),k0)))]。 end n=length(input)/k0。% n為輸入序列長度 if rem(size(G,2),k0)0 error(39。Error,G is not of the right size.39。) end L=size(G,2)/k0。% L為約束長度 n0=size(G,1)。% n0為輸出端個(gè)數(shù) u=[zeros(size(1:(L1)*k0)),input,zeros(size(1:(L1)*k0))]。% 輸入矩陣前后補(bǔ) 0 u2=zeros(n0,n+L1)。 for i=1:n+L1 u1=u((i+L1)*k0:1:i*k0)。 uu=G*u139。 u2(:,i)=uu。 end output=reshape(rem(u2,2),1,n0*(L+n1))。 華僑大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文 TDSCDMA系統(tǒng)信道編碼技術(shù)研究 14 卷積編碼仿真 (2,1)卷積碼的仿真 隨機(jī)輸入一組序列，通過卷積編碼器程序?qū)λ斎氲男蛄羞M(jìn)行編碼，得到卷積碼輸出，再對這個(gè)卷積碼進(jìn)行噪聲干擾，在實(shí)際通信系統(tǒng)中即相當(dāng)于在空中傳輸過程中出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤，出現(xiàn)誤碼，譯碼器接收到錯(cuò)誤的碼字進(jìn)行解碼，理論上按照 Viterbi 譯碼算法是可以回溯到原始的正確碼字的，即原始的輸入序列?，F(xiàn)在用卷積編碼器程序在 MATLAB 中對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證譯碼是否正確，以得出是否有差錯(cuò)控制的功能，即卷積碼是否可以實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制。 設(shè)置編碼器輸入端： 隨機(jī)輸入序列： coder_input=[1 0 1 1 0 1 0 0] 輸入 (2,1)卷積碼的生成矩陣： ??????? 110101111 100011101G 設(shè)置輸入端個(gè)數(shù)： k=1 則通過仿真得到編碼器輸出的卷積碼序列： channel_output =[1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0] 仿真結(jié)果如圖 所示。 圖 編碼器輸出 的卷積碼 華僑大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)論文