移动通信原理第次课-线路编码和信道编码ppt课件
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1、基带原码
• 基带原码是由数字信号源输出的原始脉冲信号 序列。例如，传感器输出的脉冲信号、PCM信 号和波形与参数混合编码器等A/D转换器输出 的信号。基带原码常见码型如下图。
基 带 原 码 的 常 见 码 型
几 种 基 带 原 码 的 功 率 谱 密 度
2、线路码
• 由于数字基带原码含有直流和丰富的低 频成分，以及0码和1码出现概率不均衡 等缺点，所以在它们进入数字通信系统 之前需要将其转换成适合在线路上传输 的线路码或传输码(Transmission Code)。 这种码型转换过程就是线路编码，有些 文献将线路编码归入信源编码模块。
• 与基带信号相对应的是频带信号。用基带信号 对余弦载波信号的幅度、频率和相位进行调制 就得到数字调制信号。数字调制信号是频带信 号，其功率谱密度与基带信号的相同，对称分 布在载波频率的两侧。
• 基带信号又可以分为基带原码(Baseband Source Code)和线路码(Line Code)。
返回
• 两种线路码的功率谱密度
7.1.2 线路编码
1、差分码
• 对于用电位高低来表示0和1的绝对电位码来说， 当收发端的极性颠倒时，收端判定的码流序列 将与发端的完全相反。
• 差分码又叫相对码。与绝对码不同，差分码是 用脉冲电位的跳变来表示1，脉冲电位保持不 变表示0。即使收发端的极性搞颠倒，收端判 定的码流序列也将与发端的完全一样。
第7章 线路编码和信道编码
• 第6章我们讨论了数字调制和解调。本章将讨 论线路编码和提高通信系统可靠性的主要方 法—信道编码。线路编码和信道编码在扩频发 射设备中的位置如图所示。
7.1 线路编码
7.1.1基带信号
• 含有直流和丰富低频成分的信号就是 基带信号(Baseband Signal)，其较 大的功率谱密度分量集中在直流附近 的频带内。所有的脉冲信号序列都可 以说是基带信号。例如，传感器输出 的脉冲信号、PCM数字语音信号、传 输线路中的脉冲信号序列等。
• 用线路编码器产生差分码时，必须预先给定一 位前置码，如图中虚线所示。前置位的电位高 低不同，码型取反，但是译码结果相同。
• 差分码的频谱与变换前的基带原码一样。 线路码
2、双相码 • 双相码又叫分相码、双流码、裂相码或曼彻斯
特（Manchester）码。它把一位原码转换成 两位，方法是：1变成01，0变成10。 双向码的特点是： ①每个码元正负平衡，无直流分量； ②每个码元中部电位跳变，便于提取定时信号； ③频谱的第一个零点在2/T处，信号带宽较原码 增加一倍； ④便于误码自检。
对线路码码型的要求如下： ①频谱中没有直流分量和只有很少的低频分量。 ②码流中 “1”和“0”的出现概率相同,各占50%，
与它们在信源中出现的统计规律无关。 ③码流含有定时信息。 ④码流含有检错和纠错信息。 ⑤码元携带的信息量大，频带利用率高。 ⑥线路编译码方法简单。
• 现有线路码超过100种，ITU规定了20多种可用，常 用的有以下几种。
线路码
3、AMI码
• AMI码的全称是传号交替翻转码，也有文献称 之为双极性码。AMI码的脉冲序列有三个电位： 正电位、零电位和负电位。它维持原码中表示 0的零电位不变，将表示1的电位在正电位与负 电位之间交替变化。可以对单极性归零码进行 变换得到AMI码。
• AMI码的频谱有突出的优点：无直流分量，对 单极性归零码的频谱特性有所改善，频谱带宽 比双相码小。但是，AMI码的频谱中无1/T定 时频率，在提取位定时信号时需要进行非线性 变换。不过，当出现长的连续0时，定时信号 会丢失。
• HBD3的优点与AMI码一样多，但它克服了AMI码的缺 点， HBD3在通信系统பைடு நூலகம்得到广泛应用。
• Manchester码、AMI码和HDB3码的编码原理
7.2 信道编码
7. 2.1 信道编码概述 • 信道编码的目的是降低数据传输差错率，提高数据
传输可靠性。
• 信道编码是在数字基带信号序列中加入校验码，以 便解码器利用这些校验码检测或纠正数字信号在存 储和传输过程中产生的随机差错和突发差错。
• 3G移动通信采用的信道编码是卷积码和Turbo码。
7.2.2 卷积码
• 卷积码主要用于纠正数据中的随机差错。
• 现以（3，1）编码器为例介绍卷积码的编码原理。 （3，1）编码器的码长是3bit，信息码元只有1bit。 （3，1）编码器的原理如图所示。
Pj 1=mj⊕mj-1⊕mj-3 Pj 2=mj⊕mj-1⊕mj-2
线路码
4、三阶高密度双极性码
• 三阶高密度双极性码（ HBD3 ）不仅保留了AMI码的 所有优点，还可以将连0码限制在3个以内，克服了 AMI码长连0不利于提取时钟信号的缺点。
• 在二进制NRZ码转换成HBD3码的编码过程中，编码 原理与AMI码基本一样，不过，当出现连续4个0时， 需用000V或B00V代替。其中，V码破坏传号正负极 性交替出现的规律，其出现的位置叫做破坏点，相邻 V码的极性是交替出现的；B码不破坏传号正负极性交 替出现的规律，其出现的位置叫做非破坏点。
• 卷积码的传输码率：
码率=信息码元数/码组长度
单极性二 进制数字 信号的摸 二加
0⊕0=0
1⊕1=0
1⊕0=1 0⊕1=1
双极性负 逻辑波形 的逻辑乘
(+1)×(+1)= +1
(-1) ×(-1)= +1
(-1)×(+1)= -1 (+1)×(-1)= -1
7.2.3 交织
• 由于移动通信很容易出现深衰落和受到强脉 冲干扰，导致比特流出现长串连续出错。这 种连续的长串差错，往往超过系统的纠错能 力。如果将长串的差错人为分散开变成随机 的差错，这样就好发现，并用纠正随机差错 的方法来纠正。
CP
mj
mj -1
mj -2
mj -3
P j1
Pj2
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
2
1
1
0
0
0
0
3
0
1
1
0
1
0
4
0
0
1
1
1
1
5
1
0
0
1
0
1
卷积码
000 111 100 010 011 101
• 从上面的例子我们可以看出， 一个卷积码组由一个信息码元 和若干监督码元组成，监督码 元与前面的几个码元都有关系。 本例中有两个监督码元，监督 码元与前面的三个信息码元有 关，加入 当前信息码元后卷 积码组与四个码元有关。我们 称这个卷积码的约束长度k=4。 k的长度与移位寄存器的长度 m有关，等于m+1。
• 基带原码是由数字信号源输出的原始脉冲信号 序列。例如，传感器输出的脉冲信号、PCM信 号和波形与参数混合编码器等A/D转换器输出 的信号。基带原码常见码型如下图。
基 带 原 码 的 常 见 码 型
几 种 基 带 原 码 的 功 率 谱 密 度
2、线路码
• 由于数字基带原码含有直流和丰富的低 频成分，以及0码和1码出现概率不均衡 等缺点，所以在它们进入数字通信系统 之前需要将其转换成适合在线路上传输 的线路码或传输码(Transmission Code)。 这种码型转换过程就是线路编码，有些 文献将线路编码归入信源编码模块。
• 与基带信号相对应的是频带信号。用基带信号 对余弦载波信号的幅度、频率和相位进行调制 就得到数字调制信号。数字调制信号是频带信 号，其功率谱密度与基带信号的相同，对称分 布在载波频率的两侧。
• 基带信号又可以分为基带原码(Baseband Source Code)和线路码(Line Code)。
返回
• 两种线路码的功率谱密度
7.1.2 线路编码
1、差分码
• 对于用电位高低来表示0和1的绝对电位码来说， 当收发端的极性颠倒时，收端判定的码流序列 将与发端的完全相反。
• 差分码又叫相对码。与绝对码不同，差分码是 用脉冲电位的跳变来表示1，脉冲电位保持不 变表示0。即使收发端的极性搞颠倒，收端判 定的码流序列也将与发端的完全一样。
第7章 线路编码和信道编码
• 第6章我们讨论了数字调制和解调。本章将讨 论线路编码和提高通信系统可靠性的主要方 法—信道编码。线路编码和信道编码在扩频发 射设备中的位置如图所示。
7.1 线路编码
7.1.1基带信号
• 含有直流和丰富低频成分的信号就是 基带信号(Baseband Signal)，其较 大的功率谱密度分量集中在直流附近 的频带内。所有的脉冲信号序列都可 以说是基带信号。例如，传感器输出 的脉冲信号、PCM数字语音信号、传 输线路中的脉冲信号序列等。
• 用线路编码器产生差分码时，必须预先给定一 位前置码，如图中虚线所示。前置位的电位高 低不同，码型取反，但是译码结果相同。
• 差分码的频谱与变换前的基带原码一样。 线路码
2、双相码 • 双相码又叫分相码、双流码、裂相码或曼彻斯
特（Manchester）码。它把一位原码转换成 两位，方法是：1变成01，0变成10。 双向码的特点是： ①每个码元正负平衡，无直流分量； ②每个码元中部电位跳变，便于提取定时信号； ③频谱的第一个零点在2/T处，信号带宽较原码 增加一倍； ④便于误码自检。
对线路码码型的要求如下： ①频谱中没有直流分量和只有很少的低频分量。 ②码流中 “1”和“0”的出现概率相同,各占50%，
与它们在信源中出现的统计规律无关。 ③码流含有定时信息。 ④码流含有检错和纠错信息。 ⑤码元携带的信息量大，频带利用率高。 ⑥线路编译码方法简单。
• 现有线路码超过100种，ITU规定了20多种可用，常 用的有以下几种。
线路码
3、AMI码
• AMI码的全称是传号交替翻转码，也有文献称 之为双极性码。AMI码的脉冲序列有三个电位： 正电位、零电位和负电位。它维持原码中表示 0的零电位不变，将表示1的电位在正电位与负 电位之间交替变化。可以对单极性归零码进行 变换得到AMI码。
• AMI码的频谱有突出的优点：无直流分量，对 单极性归零码的频谱特性有所改善，频谱带宽 比双相码小。但是，AMI码的频谱中无1/T定 时频率，在提取位定时信号时需要进行非线性 变换。不过，当出现长的连续0时，定时信号 会丢失。
• HBD3的优点与AMI码一样多，但它克服了AMI码的缺 点， HBD3在通信系统பைடு நூலகம்得到广泛应用。
• Manchester码、AMI码和HDB3码的编码原理
7.2 信道编码
7. 2.1 信道编码概述 • 信道编码的目的是降低数据传输差错率，提高数据
传输可靠性。
• 信道编码是在数字基带信号序列中加入校验码，以 便解码器利用这些校验码检测或纠正数字信号在存 储和传输过程中产生的随机差错和突发差错。
• 3G移动通信采用的信道编码是卷积码和Turbo码。
7.2.2 卷积码
• 卷积码主要用于纠正数据中的随机差错。
• 现以（3，1）编码器为例介绍卷积码的编码原理。 （3，1）编码器的码长是3bit，信息码元只有1bit。 （3，1）编码器的原理如图所示。
Pj 1=mj⊕mj-1⊕mj-3 Pj 2=mj⊕mj-1⊕mj-2
线路码
4、三阶高密度双极性码
• 三阶高密度双极性码（ HBD3 ）不仅保留了AMI码的 所有优点，还可以将连0码限制在3个以内，克服了 AMI码长连0不利于提取时钟信号的缺点。
• 在二进制NRZ码转换成HBD3码的编码过程中，编码 原理与AMI码基本一样，不过，当出现连续4个0时， 需用000V或B00V代替。其中，V码破坏传号正负极 性交替出现的规律，其出现的位置叫做破坏点，相邻 V码的极性是交替出现的；B码不破坏传号正负极性交 替出现的规律，其出现的位置叫做非破坏点。
• 卷积码的传输码率：
码率=信息码元数/码组长度
单极性二 进制数字 信号的摸 二加
0⊕0=0
1⊕1=0
1⊕0=1 0⊕1=1
双极性负 逻辑波形 的逻辑乘
(+1)×(+1)= +1
(-1) ×(-1)= +1
(-1)×(+1)= -1 (+1)×(-1)= -1
7.2.3 交织
• 由于移动通信很容易出现深衰落和受到强脉 冲干扰，导致比特流出现长串连续出错。这 种连续的长串差错，往往超过系统的纠错能 力。如果将长串的差错人为分散开变成随机 的差错，这样就好发现，并用纠正随机差错 的方法来纠正。
CP
mj
mj -1
mj -2
mj -3
P j1
Pj2
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
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1
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0
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1
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1
1
5
1
0
0
1
0
1
卷积码
000 111 100 010 011 101
• 从上面的例子我们可以看出， 一个卷积码组由一个信息码元 和若干监督码元组成，监督码 元与前面的几个码元都有关系。 本例中有两个监督码元，监督 码元与前面的三个信息码元有 关，加入 当前信息码元后卷 积码组与四个码元有关。我们 称这个卷积码的约束长度k=4。 k的长度与移位寄存器的长度 m有关，等于m+1。