無線通信的調(diào)制編碼

1、 無線通信的調(diào)制編碼 無線通信的調(diào)制編碼一、背景意義 一、背景意義數(shù)字信號(hào)在傳輸中往往由于各種原因，使得在傳送的數(shù)據(jù)流中產(chǎn)生誤碼，從而使接收端產(chǎn)生圖象跳躍、不連續(xù)、出現(xiàn)馬賽克等現(xiàn)象。所以通過信道編碼這一環(huán)節(jié)，對(duì)數(shù)碼流進(jìn)行相應(yīng)的處理，使系統(tǒng)具有一定的糾錯(cuò)能力和抗干擾能 力， 可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生。在現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信過程中，想要數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖倥c完整，離不開強(qiáng)有力的通信保障。無線電通信技術(shù)是現(xiàn)代通信系 統(tǒng)的重要組成

2、部分，如何利用現(xiàn)有先進(jìn)的調(diào)制編碼技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高容量、高速率通信，是非常緊迫的任務(wù)和重點(diǎn)研究方向。無線信道環(huán)境惡劣且難以預(yù)測(cè)。無線電波傳輸不僅有傳播路徑損耗，并且受到多徑效應(yīng)、多普勒頻移和陰影效應(yīng)等不利因素的影響，極大地影響了通信質(zhì)量。為此人們不斷研究各種先進(jìn)的通 信技術(shù)以提高無線通信的性能，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用先進(jìn)的調(diào)制和編碼技術(shù)不僅能提高通信質(zhì)量，而且節(jié)省功率資源。本文將介紹幾種現(xiàn)代調(diào)制與編碼技術(shù)。二、調(diào)制編碼的幾種技術(shù) 調(diào)制編碼的幾種技

3、術(shù)1. 1.信道編碼技術(shù) 信道編碼技術(shù)幾十年來，人們一直在尋求實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的編譯碼方法，期望能夠逼近香農(nóng)理論極限。從早期的Hamming碼、BCH 碼、RS 碼，到后來的卷積碼、級(jí)聯(lián)碼，以及今天的Turbo 碼和LDPC碼，所能達(dá)到的性能與Shannon 限的距離在不斷縮小。這些先進(jìn)的信道編碼技術(shù)已經(jīng)在通信領(lǐng)域廣泛使用。1.1 1.1 RS RS編碼 編碼RS碼即里德-所羅門碼，它是能夠糾正多個(gè)錯(cuò)誤的糾錯(cuò)碼，RS碼為（204，188

4、，t=8） ，其中t是可抗長(zhǎng)度字節(jié)數(shù)，對(duì)應(yīng)的188符號(hào)，監(jiān)督段為16字節(jié)(開銷字節(jié) 段） 。實(shí)際中實(shí)施（255，239，t=8）的RS編碼，即在204字節(jié)（包括同步字節(jié)）前添加51個(gè)全“0”字節(jié)，產(chǎn)生RS碼后丟棄前面51個(gè)空字節(jié)，形成截短的 （204，188）RS碼。RS的編碼效率是：188/204。1.2 1.2 卷積碼 卷積碼卷積碼非常適用于糾正隨機(jī)錯(cuò)誤，但是，解碼算法本身的特性卻是：如果在解碼過程中發(fā)生錯(cuò)誤，解碼器可能會(huì)導(dǎo)致突發(fā)性

5、錯(cuò)誤。為此在卷積碼的上部采用RS碼塊， RS碼適用于檢測(cè)和校正那些由解碼器產(chǎn)生的突發(fā)性錯(cuò)誤。所以卷積 碼和RS碼結(jié)合在一起可以起到相互補(bǔ)償?shù)淖饔?。卷積碼分為兩種： 是：RS＋外交積＋卷積碼＋內(nèi)交積。采用了兩次交積處理的級(jí)聯(lián)編碼，增強(qiáng)其 糾錯(cuò)的能力。RS作為外編碼，其編碼效率是188/204（又稱外碼率） ，卷積碼作為內(nèi)編碼，其編碼效率有1/2、2/3、3/4、5/6、7/8五種（又稱內(nèi)碼率）選擇， 信道的總編碼效率是兩種編碼效率的級(jí)聯(lián)疊

6、加。設(shè)信道帶寬8MHZ，符號(hào)率為6.8966Ms/S，內(nèi)碼率選2/3，16QAM調(diào)制，其總傳輸率是27.586Mbps,有效傳輸率 是27.586*(188/204)*(2/3)=16.948Mbps,如果加上保護(hù)間隔的插入所造成的開銷，有效碼率將更低。在DVB-C里，由于是有線信道，信道比較“干凈” ，所以它的信道編碼是： RS＋交積。一般DVB-C的信道物理帶寬是8MHZ，在符號(hào)率為6.8966Ms/s，調(diào)制方 式為64QAM的系統(tǒng)

7、，其總傳輸率是41.379Mbps,由于其編碼效率為188/204，所以其有效傳輸率是41.379*188/204=38.134Mbps。 在DVB-S里，由于它是無線信道，所以它的信道編碼是：RS＋交積＋卷積碼。也是級(jí)聯(lián)編碼。1.5 1.5 LDPC LDPC 碼LDPC 碼，又稱為低密度奇偶校驗(yàn)碼，是Gallager 于1962 年提出的一種具有稀疏校驗(yàn)矩陣的分組糾錯(cuò)碼，LDPC 碼的性能可以達(dá)到Turbo 碼的性能且實(shí)現(xiàn)成本遠(yuǎn)低

8、于Turbo 碼。LDPC 碼是一類特殊的線性分組碼，該碼的校驗(yàn)矩陣中絕大多數(shù)元素是0，只有很少的部分元素為1，所以是“稀疏”或者“低密度”校 驗(yàn)矩陣。LDPC 碼分為規(guī)則LDPC 碼與非規(guī)則LDPC碼。通常非規(guī)則LDPC碼性能優(yōu)于規(guī)則LDPC碼，因?yàn)樵谧兞抗?jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的總度數(shù)一定時(shí)，度數(shù)大的變量節(jié)點(diǎn)從校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)得到的信息較多，所以能夠更好地被正確譯碼，這些正確的譯碼信息經(jīng)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)提供給度數(shù)較小的變量節(jié)點(diǎn)，使度數(shù)較小的變量節(jié)點(diǎn)也能更

9、好地被正確譯碼。近年來，LDPC 碼以其優(yōu)異的性能日益受到重視，在空間通信、光 纖通信、個(gè)人通信系統(tǒng)、ADSL 和磁記錄設(shè)備等方面都有較好的發(fā)展前景。2. 2.載波調(diào)制技術(shù) 載波調(diào)制技術(shù)2.1 2.1 OFDM OFDMOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)調(diào)制，可以追溯到本世紀(jì)60年代中期。70年代，人們提出用離散傅里葉變換(DFT)實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制， 簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，才使得OF

10、DM技術(shù)實(shí)用化。80年代，人們研究如何將OFDM技術(shù) 應(yīng)用于高速M(fèi)ODEM。90年代以來，OFDM技術(shù)的研究深入到在無線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。在高速無線環(huán)境下，OFDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)突出，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于民 用通信系統(tǒng)中。2.1.1 2.1.1 OFDM OFDM技術(shù)原理 技術(shù)原理正交頻分復(fù)用（OFDM）正成為目前大多數(shù)無線通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)。其原理是將高速數(shù)據(jù)流經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換分配到速率相對(duì)較低的若干子信道傳輸。由于 各子信道的符號(hào)周