【正文】 應(yīng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移圖（如圖），在網(wǎng)格圖中每一個(gè)點(diǎn)表示該時(shí)刻的狀態(tài)，狀態(tài)之間的連線表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移。通過觀察網(wǎng)格圖可以發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)格圖中輸入信息x（n）并沒有標(biāo)出，但如觀察到轉(zhuǎn)移后的狀態(tài)表示（x（n），x（n1））就可以發(fā)現(xiàn)輸入信息已經(jīng)隱含在轉(zhuǎn)移后的狀態(tài)中。在圖中還可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)格圖不同主要集中在轉(zhuǎn)移后狀態(tài)位置不同。重新排序結(jié)構(gòu)（即所謂蝶型結(jié)構(gòu)）是為了優(yōu)化運(yùn)算而設(shè)計(jì)的，因?yàn)槠渲械团c蝶型之間是相互獨(dú)立的。下面就讓我們來看看網(wǎng)格圖是如何描述卷積編碼過程的：仍以(2,1,2)編碼器為例，假定輸入序列為1011010100，起始狀態(tài)（零時(shí)刻）為狀態(tài)a（零狀態(tài)）。第一個(gè)有效時(shí)鐘沿來臨后，編碼器接收到輸入信息“1”，根據(jù)圖所示網(wǎng)格圖知該時(shí)刻（即時(shí)刻1）狀態(tài)為b，并輸出其對(duì)應(yīng)的編碼結(jié)果“11”，同樣在下一個(gè)時(shí)刻（時(shí)刻2）接收到輸入信息“0”，狀態(tài)變?yōu)閏并輸出“10”，接下來的輸入數(shù)據(jù)依次類推……，由此我們可以用網(wǎng)格圖作出該例子的卷積編碼過程，如下圖所示，其中兩個(gè)狀態(tài)連線之間的信息為輸出結(jié)果。（4）卷積碼譯碼方法 譯碼就是根據(jù)編碼規(guī)則和信道干擾的統(tǒng)計(jì)特性，對(duì)信息序列作出估值的方法。卷積碼常用的有三類譯碼方法，即代數(shù)譯碼、維特比譯碼和序貫譯碼。下面僅對(duì)使用較多的維特比譯碼方法進(jìn)行介紹，對(duì)另外兩種方法感興趣的，可自行查閱資料。維特比譯碼維特比譯碼是根據(jù)接收序列在碼的格圖上找出一條與接收序列距離（或其他量度）為最小的一種算法。它和運(yùn)籌學(xué)中求最短路徑的算法相類似。若接收序列為R=(10100101100111)，譯碼器從某個(gè)狀態(tài),例如從狀態(tài)ɑ出發(fā),每次向右延伸一個(gè)分支（對(duì)于l＜L,從每個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)都有2=2種可能的延伸,其中L是信息序列段數(shù),對(duì)l≥L，只有一種可能）,并與接收數(shù)字相應(yīng)分支進(jìn)行比較,計(jì)算它們之間的距離，然后將計(jì)算所得距離加到被延伸路徑的累積距離值中。對(duì)到達(dá)每個(gè)狀態(tài)的各條路徑（有2=2條）的距離累積值進(jìn)行比較，保留距離值最小的一條路徑，稱為幸存路徑（當(dāng)有兩條以上取最小值時(shí)，可任取其中之一）,譯碼過程如圖。圖中標(biāo)出到達(dá)各級(jí)節(jié)點(diǎn)的幸存路徑的距離累積值。對(duì)給定 R的估值序列為=(10111)。這種算法所保留的路徑與接收序列之間的似然概率為最大，所以又稱為最大似然譯碼。這種譯碼的譯碼約束長(zhǎng)度常為編碼約束長(zhǎng)度的數(shù)倍，因而可以糾正不多于(df/2)個(gè)錯(cuò)誤。 維特比譯碼器的復(fù)雜性隨m呈指數(shù)增大。實(shí)用中m不大于10。它在衛(wèi)星和深空通信中有廣泛的應(yīng)用。在解決碼間串?dāng)_和數(shù)據(jù)壓縮中也可應(yīng)用。 四、實(shí)驗(yàn)步驟與任務(wù)1. 打開移動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱電源，等待實(shí)驗(yàn)箱初始化完成；2. 先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“2”，選擇“二 信源信道編碼”；3. 再按數(shù)字鍵“5”，選擇“GSM卷積碼”；4. 打開雙通道示波器，用通道一測(cè)量TP201測(cè)試點(diǎn)波形，此波形為幀同步脈沖信號(hào)，調(diào)至穩(wěn)定狀態(tài)；5．用通道二測(cè)量TP202波形數(shù)據(jù)，并記錄一幀8位基帶碼元數(shù)據(jù)。注意：幀時(shí)鐘上升沿為起始時(shí)刻。6．采用“實(shí)驗(yàn)原理”中的方法，將8位基帶數(shù)據(jù)構(gòu)造成（2，1，5）卷積碼，生成多項(xiàng)式為（31，33）8。7. 再用通道二測(cè)量TP205波形數(shù)據(jù)，以幀同步上升沿為起始時(shí)刻記錄一幀16位碼元數(shù)據(jù)。將此數(shù)據(jù)和步驟6中計(jì)算得到的（2，1，5）卷積碼數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，看是否相同？8. 再用通道二測(cè)量TP204波形數(shù)據(jù)，并記錄一幀16位卷積碼加錯(cuò)后的數(shù)據(jù)。其解碼方式同“實(shí)驗(yàn)原理”部分所講。根據(jù)檢錯(cuò)原理，計(jì)算錯(cuò)誤位所在位置，并更正接收的碼元數(shù)據(jù)，和步驟7中記錄的波形數(shù)據(jù)相比較，看是否相同？五、 實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．描述卷積碼的原理；2．畫出各點(diǎn)波形；3．驗(yàn)證檢錯(cuò)后的解碼數(shù)據(jù)和原始基帶數(shù)據(jù)的關(guān)系；4*.設(shè)計(jì)DSP卷積編碼的程序，修改基帶數(shù)據(jù)，來觀測(cè)上述測(cè)試點(diǎn)的波形變化。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器實(shí)驗(yàn)四 GSM交織技術(shù)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解交織技術(shù)的原理；2．掌握交織的基本方法；3．驗(yàn)證采用交織技術(shù)后抗突發(fā)誤碼的能力；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 記錄實(shí)驗(yàn)中各個(gè)測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)；2．根據(jù)交織技術(shù)的方法對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證；3．檢測(cè)誤碼位數(shù)及誤碼位置并得到原數(shù)據(jù)；三、實(shí)驗(yàn)原理前面所介紹的信道編碼技術(shù)：分組碼與卷積碼，只能檢測(cè)出或糾正單個(gè)誤碼或不太長(zhǎng)的連續(xù)誤碼，在一般信道中誤碼通常是單個(gè)的或隨機(jī)分布的，利用信道編碼可以有效地提高傳輸質(zhì)量。但在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，干擾和衰落引起的誤碼往往具有突發(fā)性，是長(zhǎng)串連續(xù)的塊狀誤碼。信道編碼對(duì)此誤碼是無能為力的。交織技術(shù)正是為解決這一問題而設(shè)計(jì)的。交織是將原信息中的連續(xù)比特分散到不同的時(shí)間段中組成新的序列，新組合的序列在信道中傳輸時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)長(zhǎng)串連續(xù)的誤碼時(shí)，在接收端通過去交織，誤碼就被分散成單個(gè)的或很短的連續(xù)誤碼，分散后的誤碼一般都能利用信道編碼的糾錯(cuò)能力予以糾正。交織可分為卷積交織和分組交織兩類。分組交織是將待處理的m*n個(gè)信息數(shù)據(jù)，以行的方式依次存儲(chǔ)到一個(gè)m行n列的交織矩陣中，然后以列的方式讀取數(shù)據(jù)，得到n幀碼字、每幀有m個(gè)信息比特的輸出序列。這樣的輸出序列已將原來連續(xù)的信息比特分散開了，原來的連續(xù)的比特在輸出序列中均被（m1）個(gè)比特所間隔。通常將交織矩陣的行數(shù)m成為交織深度。m越大，則交織后信息比特被分散的程度越高。下面以一個(gè)5*4交織為例來說明信息序列經(jīng)交織后抗突發(fā)誤碼的能力。（a）交織器輸入碼元序列（b）交織后輸出序列（c）傳輸序列中有連續(xù)突發(fā)誤碼（d）解交織后的誤碼分布但對(duì)于上圖所示的交織，當(dāng)突發(fā)誤碼長(zhǎng)度大于5時(shí)，去交織后仍會(huì)有連續(xù)的誤碼。當(dāng)誤碼長(zhǎng)度大于20時(shí)，5*4交織已完全失去了分散誤碼的能力。因此，交織矩陣的結(jié)構(gòu)，尤其是交織深度決定了采用交織后所具有的抗突發(fā)誤碼的能力。交織深度越深，誤碼被分散的距離越大，抗連續(xù)誤碼的能力越強(qiáng)。但由于交織在發(fā)送端和接收端都是先存儲(chǔ)后讀出，對(duì)與系統(tǒng)傳輸會(huì)帶來延時(shí)。比較大的延時(shí)在系統(tǒng)中是要加以限制的，因此，對(duì)于交織矩陣的設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合信道的特點(diǎn)、信號(hào)的特征以及信道編碼的糾錯(cuò)能力綜合考慮。應(yīng)充分發(fā)揮信道編碼的糾錯(cuò)能力，并盡量減少由于交織而帶來的延時(shí)。采用交織技術(shù)，并不需要像信道編碼那樣要附加額外的監(jiān)督碼元，卻可以降低系統(tǒng)對(duì)抗干擾能力的設(shè)計(jì)要求，因此在一些傳輸信道復(fù)雜的通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)按照實(shí)驗(yàn)二中所示方法，將8位碼元的基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行（7，4）線性分組碼編碼后，每組后面添加一個(gè)“0”，組成16位碼元數(shù)據(jù)。然后進(jìn)行2*8交織，得到交織后數(shù)據(jù)，并添加了兩位連續(xù)的誤碼，實(shí)驗(yàn)中可驗(yàn)證交織后和未交織的數(shù)據(jù)抗突發(fā)誤碼的差別。四、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容1. 打開移動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱電源，等待實(shí)驗(yàn)箱初始化完成；2. 先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“2”，選擇“二 信源信道編碼”；3. 再按數(shù)字鍵“5”，選擇“GSM交織技術(shù)”；4. 打開雙通道示波器，用通道一測(cè)量TP201測(cè)試點(diǎn)波形，此波形為幀同步脈沖信號(hào)，調(diào)至穩(wěn)定狀態(tài)；5．用通道二測(cè)量TP202波形數(shù)據(jù)，并記錄一幀16位碼元數(shù)據(jù)。注意：幀時(shí)鐘上升沿為起始時(shí)刻。6．采用“實(shí)驗(yàn)原理”中的方法，將16位碼元數(shù)據(jù)采用2*8交織方法，得到交織后數(shù)據(jù)。7. 再用通道二測(cè)量TP203波形數(shù)據(jù)，以幀同步上升沿為起始時(shí)刻記錄一幀16位碼元數(shù)據(jù)。將此數(shù)據(jù)和步驟6中計(jì)算得到的交織后數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，看是否相同？8. 再用通道二測(cè)量TP204波形數(shù)據(jù)，并記錄一幀16位交織后加錯(cuò)的數(shù)據(jù)。試解交織。9. 用通道二測(cè)量TP205波形數(shù)據(jù)，并記錄一幀16位碼元數(shù)據(jù)，和步驟8中解交織后數(shù)據(jù)比較，看是否相同？10. 將步驟9中數(shù)據(jù)按照“實(shí)驗(yàn)二 線性分組碼實(shí)驗(yàn)”中解碼原理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)。糾錯(cuò)后數(shù)據(jù)和步驟5中記錄的波形數(shù)據(jù)相比較，看是否相同？五、 實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．描述交織技術(shù)的原理；2．畫出各點(diǎn)波形；3．驗(yàn)證交織后數(shù)據(jù)和未交織數(shù)據(jù)同時(shí)加連續(xù)兩個(gè)誤碼的糾錯(cuò)能力；4*.設(shè)計(jì)DSP交織技術(shù)的程序，修改碼元數(shù)據(jù)，來觀測(cè)上述測(cè)試點(diǎn)的波形變化。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真第3章 擴(kuò)頻通信基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)所謂擴(kuò)展頻譜技術(shù)一般是指用比信號(hào)帶寬寬得多的頻帶寬度來傳輸信息的技術(shù)。CDMA給每一用戶分配一個(gè)唯一的序列（擴(kuò)頻碼），并用它對(duì)承載信息的信號(hào)進(jìn)行編碼。知道該碼序列用戶的接收機(jī)對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行解碼，并恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)，這是因?yàn)樵撚脩舸a序列與其它用戶碼序列的互相關(guān)是很小的。由于碼序列的帶寬遠(yuǎn)大于所承載信息的信號(hào)的帶寬，編碼過程擴(kuò)展了信號(hào)的頻譜，所以也稱為擴(kuò)頻調(diào)制，其所產(chǎn)生的信號(hào)也稱為擴(kuò)頻信號(hào)。CDMA通常也用擴(kuò)頻多址（SSMA）來表征。對(duì)所傳信號(hào)頻譜的擴(kuò)展給予CDMA以多址能力。擴(kuò)頻通信最大的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)信道中窄帶干擾的抑制。當(dāng)信道中存在窄帶干擾時(shí)，由于干擾是在發(fā)射信號(hào)擴(kuò)頻之后加入的，所以接收端的解擴(kuò)操作在將期望信號(hào)縮回到原帶寬的同時(shí)，還會(huì)將非期望信號(hào)（即窄帶干擾）的帶寬擴(kuò)頻同一倍數(shù)，從而使窄帶干擾變成了寬帶干擾，減小了其功率譜密度。因此，擴(kuò)頻可以用來減小干擾對(duì)接收機(jī)性能的影響，實(shí)現(xiàn)抑制窄帶干擾對(duì)接收機(jī)性能的影響，實(shí)現(xiàn)抑制干擾的目的，并且擴(kuò)頻越寬，窄帶干擾的抑制能力就越強(qiáng)。因此，對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)的產(chǎn)生及其性能的了解十分重要。擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)必須滿足兩條基本要求：1． 所傳信號(hào)的帶寬必須遠(yuǎn)大于信息的帶寬；2． 所產(chǎn)生的射頻信號(hào)的帶寬與所傳信息無關(guān)；3． 由于擴(kuò)頻信號(hào)擴(kuò)展了信號(hào)的頻譜，所以它具有一系列不同于窄帶信號(hào)的性能：4． 多址能力；5． 抗干擾性能好；6． 抗多徑衰落能力強(qiáng)；7． 系統(tǒng)容量增大；8． 通信質(zhì)量好；9． 頻率利用率高；10．高度可靠的保密安全性；11．手機(jī)功耗小。CDMA按照其采用的擴(kuò)頻調(diào)制方式的不同，可以分為直接序列擴(kuò)頻（DS）、跳頻擴(kuò)頻（FH）、跳時(shí)擴(kuò)頻（TH）和復(fù)合式擴(kuò)頻，其中直擴(kuò)方式與其它方式相比，實(shí)現(xiàn)數(shù)譜擴(kuò)展更方便。目前采用擴(kuò)頻技術(shù)的通信系統(tǒng)大多采用直擴(kuò)方式工作，所以我們先研究直擴(kuò)技術(shù)，然后再討論跳頻。實(shí)驗(yàn)一 直接序列擴(kuò)頻（DS）編解碼實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解直擴(kuò)擴(kuò)頻和解擴(kuò)的原理和系統(tǒng)組成；2. 熟悉通過DSP完成直擴(kuò)擴(kuò)頻解擴(kuò)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉直擴(kuò)擴(kuò)頻和解擴(kuò)的過程；2．測(cè)試直擴(kuò)擴(kuò)頻和解擴(kuò)的工作波形，認(rèn)真理解其工作原理；3*.通過設(shè)計(jì)DSP程序來完成直擴(kuò)擴(kuò)頻和解擴(kuò)。三、實(shí)驗(yàn)原理直接序列擴(kuò)頻是將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)序列(PN)擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上去，在接收端用與發(fā)送端相同的偽隨機(jī)序列對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行處理，恢復(fù)出原來的信息。干擾信號(hào)由于和偽隨機(jī)序列不相關(guān)，在接收端被擴(kuò)展，使落入信號(hào)頻帶內(nèi)的干擾信號(hào)功率大大降低，從而提高了系統(tǒng)的輸出信噪比，達(dá)到抗干擾的目的。1．直接序列(DS)擴(kuò)頻系統(tǒng)的組成圖351為直擴(kuò)系統(tǒng)的組成原理框圖。圖351 直擴(kuò)系統(tǒng)的組成框圖信源輸出的信息流與偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼相乘（或者模二相加即異或），產(chǎn)生一個(gè)速率與偽隨機(jī)碼速率相同的擴(kuò)頻序列，然后再用擴(kuò)頻序列去調(diào)制載波，這樣就得到了已擴(kuò)頻調(diào)制的射頻信號(hào)。在接收端，接收到的擴(kuò)頻信號(hào)，經(jīng)高放和混頻后，用與發(fā)送端同步的偽隨機(jī)序列對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，經(jīng)信號(hào)的頻帶濾波器濾波，便得到所傳輸?shù)男畔?。干擾信號(hào)由于和偽隨機(jī)序列不相關(guān)，在接收端頻譜被擴(kuò)展，使落入信號(hào)頻帶內(nèi)的干擾信號(hào)功率大大降低，從而提高了系統(tǒng)的輸出信噪比。 圖352為相應(yīng)的信號(hào)波形。圖352 直擴(kuò)的信號(hào)擴(kuò)頻和解擴(kuò)波形（擴(kuò)頻和解擴(kuò)采用異或運(yùn)算）2．直擴(kuò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 在實(shí)驗(yàn)中用TMS320VC5509的DSP來完成數(shù)據(jù)的直擴(kuò)擴(kuò)頻和解擴(kuò)。原始數(shù)據(jù)和偽隨機(jī)序異或，產(chǎn)生相應(yīng)的擴(kuò)頻數(shù)據(jù)。通過DSP的MCBSP通道發(fā)送，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，經(jīng)射頻發(fā)送模塊傳輸。射頻接收模塊接收到擴(kuò)頻信號(hào)后，經(jīng)下變頻，恢復(fù)為基帶信號(hào)，經(jīng)A/D變換后，由DSP的MCBSP口接收。接收方采用和發(fā)送方一樣的偽隨機(jī)序列進(jìn)行解擴(kuò)（異或），得到了原始的發(fā)送數(shù)據(jù)。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1．打開移動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱電源，等待實(shí)驗(yàn)箱初始化完成；2．先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“3”，選擇“三、 擴(kuò)頻通信基礎(chǔ)”,再按下數(shù)字鍵“1”選擇“1. 直擴(kuò)編解碼”；3．通過測(cè)試點(diǎn)TP201觀測(cè)和偽隨機(jī)序列頻率相同的時(shí)鐘信號(hào)；4．通過測(cè)試點(diǎn)TP202觀測(cè)原始數(shù)據(jù)的波形；5．通過測(cè)試點(diǎn)TP203觀測(cè)發(fā)送方的偽隨機(jī)碼的波形；6．通過測(cè)試點(diǎn)TP204觀測(cè)擴(kuò)頻后的數(shù)據(jù)波形；7．通過測(cè)試點(diǎn)TP205觀測(cè)解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)波形；8．通過測(cè)試點(diǎn)TP206觀測(cè)解擴(kuò)后的偽隨機(jī)碼波形。五、 實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．描述直接擴(kuò)頻通信的過程；2．畫出各點(diǎn)波形；3．驗(yàn)證解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)和原始基帶數(shù)據(jù)的關(guān)系；4*.設(shè)計(jì)DSP擴(kuò)頻和解擴(kuò)的程序，修改擴(kuò)頻碼，來觀測(cè)上述測(cè)試點(diǎn)的波形變化。*：選作，需要計(jì)算機(jī)和DSP的仿真器實(shí)驗(yàn)二 跳頻（FH）通信實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解跳頻和解跳的基本原理；2．了解DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）在移動(dòng)通信中的應(yīng)用；3*. 熟悉通過DSP完成跳頻、解跳和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉跳頻和解跳的過程，并通過信道進(jìn)行傳輸；2．測(cè)試跳頻和解跳的工作波形，認(rèn)真理解其工作原理。三、實(shí)驗(yàn)原理1．跳頻(FH)系統(tǒng)的基本原理跳頻系統(tǒng)的載頻受一偽隨機(jī)碼的控制，不斷地、隨機(jī)地跳變，可以看成載頻按照一定規(guī)律變化的多頻頻移鍵控（MFSK）。與直擴(kuò)相比，跳頻系統(tǒng)中的偽隨機(jī)序列并不直接傳輸，而是用來選擇信道。跳頻電臺(tái)已經(jīng)成為未來戰(zhàn)術(shù)通信設(shè)備的趨勢(shì)。跳頻系統(tǒng)的組成如圖361所示。發(fā)送端由信源產(chǎn)生的信息流去調(diào)制頻率合成器產(chǎn)生的載頻，得到射頻信號(hào)。頻率合成器產(chǎn)生的載頻受偽隨機(jī)序列控制，按照一定的規(guī)律跳變。在接收端的本振信號(hào)是一個(gè)和發(fā)送端跳變規(guī)律一致的頻率跳變信號(hào)，經(jīng)過混頻后，就可以解調(diào)出原始信號(hào)。圖361 跳頻系統(tǒng)組成框圖一般跳頻系統(tǒng)可以根據(jù)跳頻速率分為快速跳頻、中速跳頻和慢速跳頻。跳頻系統(tǒng)的頻率跳變，受到偽隨機(jī)序列的控制，時(shí)間不同，偽隨機(jī)序列的相位不同，對(duì)應(yīng)的頻率合成器產(chǎn)生的頻率也不同。跳頻系統(tǒng)的頻率跳變規(guī)律成