第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
移动通信_第三章_移动通信中的信源编码和调制解调技术
第三章
移动通信中的信源编码和调制 解调技术
胡苏 通信抗干扰技术国家级重点实验室
主要内容
3.1概述
3.2信源编码
3.3最小频移键控
3.4高斯最小频移键控 3.5QPSK调制/3.6高阶调制
3.7正交频分复用
2
胡苏@通信抗干扰
3.1 概述
信 源
信 源 编 码 信 道 编 码 调 制 解 信道 调 信 道 解 码 信 源 解 码 信 宿
4
二者比例 趋于平衡
胡苏@通信抗干扰
3.1 概述
语音编码概念：把模拟语音信号变成数
字语音信号，以便在信道中传输 意义
提高通话质量(数字化＋纠错码) 提高频谱利用率(低码率编码) 提高系统容量(低码率＋话音激活技术)
移动通信对语音编码要求？
低功耗、低复杂度、低延时 低码率、高质量
29
k ( k ) ak k
2
k
k 0 +(a0 a1 )
2
(a1 a2 )
2 k (ak 1 ak ) 2 2
举例输入：-1,1,1,1，初相为0，h=0.5，求满足相位连 续条件的相位转移图 1 ，k 0, 0 0 (T ) a =-
ak h
Tb
kTb k
ak 1h
Tb
kTb k 1
k k 1 ak 1 ak kh
令h=0.5时，满足相位连续的条件如下
k ak 1 ak k / 2 k 1
k 1 , ak 1 ak k k k 1 , ak 1 ak
可选模式语音声码器：基于输入语音的特征（浊音、
(完整版)移动通信原理与系统课后习题答案
第一章概述1・1简述移动通信的特点^tfl①移动通信利用无後电沁行信息传衛②移动也fims干扰I不境下工⑦通信吝呈有用，©逋億癡纷宾杂丿⑤対移动台的要求高。
】・2移动台主夢受坯些干扰彭响？坯总千吒是埠同系统所特有的？答，①互谓干扰，②邻说干拣③同倾干扰■(蛉宵毎艸所特有吊)©多址干执.1.，旬注妊淇式移功連伯旳犬匡万史・说明善代话功週百东统旳柿魚：S.策一代(1G)以横拟式軽窩网为左養待征.是20也SP年代束的坪优初就幵怕商用的。
其中最有代表性的是的AMPS (Advanced Mohle Phone System J 以渭的TACS (lota! Access Communicatoa System)两大系扯・另外述有龙殴的NMT艮日本的HCMTS系统執从技术特色上看・1G以解决两个內态性中瑕基本的用戸这一莖幼态協核"F渲当老虑到姜二至信道动态性。
王要是擋施是乘用炽分多址fDMA方式翊对用户的动态寻址坊违：.并以妹窝丈网络结构和预车规划痢m敢再用方式.达到扩大走需无苓范国和帚足用户数苛烤他京札在信总动态特性匹配上.适当采用了性彼优良的橫猷涸頻方式.并刑用茶站二ixfB)分集方式抿抗之碗杼性袞轧第二代(20)以数字化为主要特征.构翩孚式蛭黑移动谢信系统它干20曲己90年代初正式去向侖用.耳*昂具有代表性的有欧洲的时分多址(TDMA) GSM (GSM Group Special Mobile, 19S9年以gar>3 Global System for Mobile CommuxucidoQ).北姜曲田分多址(CDHA)的IS-9S 两大郭克.男外还有0*05 PDC 系统轨从技木持色上音.它杲以坟字化为荟趾牧全血地誉庭了信型5用户的二生动态特性艮湖应的匹記猎施，主要扌:丄山揑Wg：才匸TDXfA i.GSX：.K CDX<A (IS^5)方氏实观对用户的动态寻址功能.#以數字丈蜂宮闷络结杓和頡率(相位)规划冥奴戲顼(相位〉芳用方就.从麵扩大老盖般务范劇和滙足用P數殳旁上的磅求.在对信追动态特性的匹配上釆取了下面一系列抬施，(1)采甲杭干批性館优良的訣字式调制I GMSK(GSM). QPSKC1S 95).性能优良的拭干扰纠榕编码，肯枳真(GSM. (S-95K矩联码<0SM)i⑵ 彳用功率校制衣TIE抗罢京转和远近效应・这1疔CDMA方求的IS・9$尤为或負(3)采用R适应畑j (GSM)和Rake檢收(IS 95)杭坝李选摄怡衰蒂与多径干状■(4)釆用值2定肘(码如竦用恼间交织方式(GS\D和块交织方罠(1S-9S)曲加性秤罷据三代.(3G)以纟圾U业务为主翌缚征・它于*世圮初和M投人裔业化迄岀有代表性的有北芙的CDMA2000.欧汕和E*的UCDMA及我国握岀的TD SCDMA三尺系疝另外还有欧制的DECT及北美的UMC-B6.从技术上看.3G是住2G系扰适配信追与用户二垂功态約性的基瑞上又引入了业务用动态也即在3G 系统中.用户业务既可以是单一的倍音、细职国悅也可以是多嫖洌1务，且用户适择业务是幢机的，这个是第三运渤态性的引人忡禺貌大大复卒化。
第3章编码和调制(2)
练习:NRZ码101101转换成曼切斯特码 10 1 00
第三十一页，共89页。
曼彻斯特（Manchester）码
（4）软件实现方法 编码：当输出数据1的曼切斯特码时，可输出对应的NRZ码10；当 输出数据0的曼切斯特码时，可输出对应的NRZ码01，结束位的对应 NRZ码为00。
4、差分双相码 5、密勒码 6、变形密勒码
7、差分码
8、脉冲-间隙码：在下一脉冲前的暂停持续时间t表示二进制符号“1”， 而下一脉冲前的暂停持续时间2t表示二进制符号“0”。常在电感耦合 的射频识别系统中用于阅读器到应答器的数据传输。
第十八页，共89页。
练习
画出的7种编码方式的脉冲波形图
第十九页，共89页。
数字基带信号波形
0
0
1
1
0
1
0
（a）NRZ 码
（b）双极性 矩形脉冲
（c）单极性 归零波形
（d）曼彻斯特码
第二十一页，共89页。
第三章 编码与调制
➢ 信号和编码 ➢ RFID中常用的编码器
➢ 脉冲调制
➢ 正弦波调制
➢ 负载调制 ➢ 传输损耗与失真
第二十二页，共89页。
在RFID中，为使阅读器在读取数据时能很好 地解决同步的问题，往往不直接使用数据的NRZ码 对射频进行调制，而是将数据的NRZ码进行编码变 换后再对射频进行调制。所采用的变换编码主要 有曼切斯特码、密勒码和修正密勒码等。
在使用曼切斯特码时，只要编号1，0和结束位的子程序，也可以软件 实现曼切斯特码的编码。
第二十七页，共89页。
曼彻斯特（Manchester）码
2011 LX 移动通信_第三章_移动通信中的信源编码和调制解调技术 ver1.1.ppt
3.5 QPSK调制 调制/3.6高阶调制 高阶调制 调制
PSK
以基带数据信号来调制载波的相位
S ( t ) = A cos ( ω c t + ϕ k )
BPSK调制 调制
若输入信号为经映射的比特流{a ， 若输入信号为经映射的比特流 n}，an =±1， 则BPSK信 ± ， 信 号可记为 0, an = 1 ϕk = π , an = −1
10
3.2 信源编码
移动通信中的信源编码举例
标准 信源编码技术英文全 称 RPE-LTP (Regular-Pulse Excitation with LongTerm Prediction) CELP(Code-Excited linear predictive cod ) AMR(Adaptive Multi Rate ) SMV （Selected Mode Vocoder） ） H.264 信源编码技术中文名称 规则脉冲激励长时预测编码 语音压缩编码） （语音压缩编码） 码激励线性预测编码 语音压缩编码） （语音压缩编码） 自适应多速率编码 语音压缩编码） （语音压缩编码） 可选模式语音声码器 语音压缩编码） （语音压缩编码） 视频信源编码
相位转移轨迹
MSK
GMSK
3.4 高斯最小频移键控
MSK类调制性能比较 类调制性能比较 频谱特性， BbTb越小 频谱特性， ，频谱滚降得越快， 频谱滚降得越快， 但太小，会引入严重 但太小， 的码间串扰。 的码间串扰。
Bb为高斯滤波 器的3dB带宽 器的 带宽
3.4 高斯最小频移键控
高斯滤波最小频移键控 (GMSK)
φ1 = φ0 +(a0 − a1 ) θ1 (2Tb ) = a1 2 π
北邮《移动通信系统与原理》期末复习
第一章概述1、个人通信的主要特点是：每个用户有一个属于个人的唯一通信号码，取代了以设备为基础的传统通信的号码。
2、目前最具发展潜力的宽带无线移动技术是：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX。
3、移动通信的主要特点有：（1）利用无线电波进行信息传输；（2）在强干扰环境下工作；（3）通信容量有限；（4）通信系统复杂；（5）对移动台的要求高。
4、移动通信产生自身产生的干扰：互调干扰，邻道干扰，同频干扰，多址干扰。
第二章移动通信电波传播与传播预测模型1、移动信道的基本特性就是衰落特性。
2、移动信道的衰落一般表现为：（1）随信号传播距离变化而导致的传播损耗和弥散；（2）由于传播环境中的地形起伏，建筑物以及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的衰落，一般称为阴影衰落；（3）无线电波在传播路径上受到周围环境中地形地物的作用而产生的反射、绕射和散射，使得其到达接收机时，是从多条路径传来的多个信号的叠加，这种多径传播所引起的信号在接收端幅度、相位和到达时间的随机变化将导致严重的衰落，即所谓多径衰落。
3、大尺度衰落主要是由阴影衰落引起的，小尺度衰落主要是由多径衰落引起的。
4、一般认为，在移动通信系统中一项传播的3种最基本的机制为反射、绕射和散射。
5、移动无线信道的主要特征是多径传播。
6、多径衰落的基本特性表现在信号的幅度衰落和时延扩展。
一般来说，模拟移动通信系统主要考虑多径效应引起的接收信号的幅度变化；数字移动通信系统主要考虑多径效应引起的脉冲信号的时延扩展。
7、描述多径信道的主要参数：（1）时间色散参数和相关带宽；（2）频率色散参数和相关时间；（3）角度色散参数和相关距离。
P288、相关带宽是信道本身的特性参数，与信号无关。
9、相关带宽：频率间隔靠得很近的两个衰落信号存在不同的时延，这可使两个信号变得相关，使得这一情况经常发生的频率间隔就是相关带宽。
10、相关时间：一段间隔，在此间隔内，两个到达信号具有很强的相关性，换句话说在相关时间内信道特性没有明显的变化。
移动通信的编码与调制技术
移动通信的编码与调制技术在当今高度互联的时代，移动通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从日常的语音通话、短信交流，到高清视频播放、在线游戏，移动通信技术的不断发展为我们带来了越来越便捷和丰富的体验。
而在这背后，编码与调制技术起着至关重要的作用。
首先，我们来谈谈编码技术。
编码，简单来说，就是将信息转换为特定的代码形式，以便于传输和存储。
在移动通信中，常用的编码技术包括信源编码和信道编码。
信源编码的主要任务是减少信息的冗余度，提高传输效率。
例如，在语音通信中，我们不会传输连续的声音信号，而是对其进行采样和量化，将模拟的声音信号转换为数字形式。
通过合理的编码算法，可以去除那些人耳不太敏感的部分，从而在不影响语音质量的前提下减少数据量。
信道编码则是为了提高通信的可靠性。
由于移动通信环境复杂，信号在传输过程中容易受到各种干扰和衰减。
信道编码通过在原始信息中添加一些冗余信息，使得接收端能够检测和纠正传输过程中产生的错误。
常见的信道编码方式有卷积码、Turbo 码等。
接下来，我们再看看调制技术。
调制就像是给信息穿上不同的“外衣”，以便让它们能够在无线信道中顺利传输。
在移动通信中，常见的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
幅度调制是根据信息的变化改变载波的幅度；频率调制则是改变载波的频率；相位调制则是改变载波的相位。
而现代移动通信系统中，更广泛采用的是数字调制技术，如二进制相移键控（BPSK）、正交相移键控（QPSK）、正交幅度调制（QAM）等。
以 QPSK 为例，它将信息编码为四个不同的相位状态，每个相位状态代表两个比特的信息。
这样，在相同的带宽下，能够传输更多的信息。
QAM 则更进一步，它同时改变载波的幅度和相位，从而可以在一个符号中传输更多的比特。
例如 16QAM 可以在一个符号中传输 4 比特的信息。
编码与调制技术的选择并非是孤立的，而是需要根据具体的通信需求和系统条件来综合考虑。
2015移动通信_复习提纲(含考题)讲解
期末复习提纲
13
历年部分试题 频分双工FDD和时分双工TDD有何区 别，各有何优缺点？第三代移动通信 系统中三种主要标准WCDMA（FDD ）、cdma2000（FDD）和TDSCDMA（TDD）各采用了哪种双工 方式？
2018年10月
期末复习提纲
14
历年部分试题
试举出三种不同应用类型的移动通信系统： AMPS 、 GSM 、 WCDMA 。 在移动通信系统中，常见的多址方式包括 FDMA 、 TDMA 、 CDMA 和SDMA 。 中国提出的 TD-SCDMA 被国际电信联盟 采纳为第三代移动通信系统的标准之一。 在移动通信中，按通信双方收发能同时工作的方 式可以分为 TDD 和 FDD 。
2018年10月
期末复习提纲
15
历年部分试题
简述第一到第三代蜂窝移动通信系统 的特点及其代表。
2018年10月
期末复习提纲
16
第二章 移动通信电波传播与预测模型
2.1 无线电波传播概述 2.2 自由空间的电波传播 2.3 三种基本电波传播机制 2.4 路径损耗模型 2.5 多径衰落信道及特性参数 2.6 多径衰落信道的统计模型 （按照课件复习）
2018年10月
期末复习提纲
11
11
FDD与TDD的技术特点
FDD（使用不同的频率收发信号， TDD（使用不同的时隙收发信号， 收发频带具有保护频带间隔） 收发之间具有保护时间）
需要成对的频率，使用频带宽， 不需要成对的频率，所需频带窄， 适合对称业务，在不对称业务下， 支持不对称业务，便于频谱分配， 频谱利用率低 频谱利用率高 收发同一频段，上下行信道特性一 致，便于采用智能天线技术 设备成本降低 需要更复杂的网络规划和优化技术 通过收发保护时间隔离，容易形成 同频干扰 覆盖范围小
移动通信原理与系统(北京邮电出版社)课后答案
2[lg( f c 28)]2 5.4
L p3 69.55 26.16 lg f c 13.82 lg hte 3.2(lg 1.75hre ) 2 4.97 (44.9 6.55 lg f te ) lg d 2 4.78 （lgf c） 18.33 lg f c 40.98
符号周期（带宽的倒数）远大于△，则为窄带系统（所有回波都会落在同一个符号周期内） 使用带宽很大的信道并不一定是带宽通信 相关带宽 在相关带宽之内，信道是一个频率非选择性信道，信号可以顺利传输，无大的失真 信号带宽超过相关带宽，信道是一个频率选择性信道 从频域角度定义窄带系统和宽带系统 多普勒扩展 多普勒扩展定义为多普勒功率谱密度标准差 当信号带宽远远大于多普勒扩展—慢衰落 否则快衰落信道 相关时间 数据符号周期远远小于相关时间—慢衰落 否则为快衰落信道
ak 1到ak
所谓相位连续是指不仅在一个元码持续时间连续而且在从元码 等满足关系式 转换的时刻
kTb
两个元码相位也相
k (ak-1 ak ) * k k -1 即要求当前元码的初相位 k 由前一元码的初相位 k 1 来决定。
3．8GMSK 系统空中接口传输速率为 270.83333kbit/s，求发送信号的两个频率差。若载波频率 是 f 900MHz ，这两个频率又等于多少？
解：城市：
L p1 69.55 26.16 lg f c 13.82 lg hte 3.2(lg 1.75hre ) 2 4.97 (44.9 6.55 lg f te ) lg d
L p2 69.55 26.16 lg f c 13.82 lg hte 3.2(lg 1.75hre ) 2 4.97 (44.9 6.55 lg f te ) lg d
信源编码信道编码与调制
信道编码：为了保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰的。它根据一定的（监 督）规律在待发送的信息码元中（人为的）加入一些必要的（监督）码元，在接受端利用这 些监督码元与信息码元之间的监督规律，发现和纠正差错，以提高信息码元传输的可靠性。 信道编码的目的是试图以最少的监督码元为代价，以换取最大程度的可靠性的提高。
搜集的例子： 信源编码信号：例如语音信号（频率范围 300-3400Hz）、图象信号（频率范围 0-6MHz）……
基带信号（基带：信号的频率从零频附近开始）。在发送端把连续消息变换成原始电信号， 这种变换由信源来完成。 信道编码信号：例如二进制信号、2PSK 信号……已调信号（也叫带通信号、频带信号）。 这种信号有两个基本特征：一是携带信息；二是适应在信道中传输，把基带信号变换成适合 在信道中传输的信号，完成这样的变换是调制器。
信源编码很好理解，比如你要发送一个图形，必须把这个图像转成 0101 的编码，这就是信 源编码。这里面有很多的方法来实现，就去查资料吧。
信道编码是针对无线信道的干扰太多，把你要传送的数据加上些信息，来纠正信道的干扰。 比如，发端直接发 000 001 010 011 100 101 110 1这118 种码字，如果其中有 一个段向高频段的搬移。 以 TD-SCDMA 为例，进行数据调制并扩频加扰后数据为 1.28Mcps 的速率，进行射频调制 后数据搬移到工作频段上，比如 2010.8MHz。
1,ISI, 码间干扰是不准确的说法,准确的说是符号间干扰 (inter-symbol-interference),如果是在 CDMA 你还可以认为一个码片(chip)是一 个符号(symbol),而 OFDM 里只有符号的概念. 2,一个 OFDM 符号干扰另外一个符号是因为它的尾巴扫到了别人家的头.拖尾可 以认为是多径时延造成的. 3,如果我的头不是真正的头,而是尾巴的复制,那么你的尾巴就不会干扰到我的头, 这种理解,可以认为 CP 的效果等效于保护时间(guard time). 4,如果没有 CP,只有保护时间,那么 ISI也是可以避免的,所以 CP 的作用不仅仅在 于避免 ISI,还在于它巧妙利用了 FFT 把自己变成了循环卷积的方式,同时也避免 了 ICI. 所以说 CP 的作用 既避免了 isi 也避免了 ICI
第3章 移动通信中的编码和调制技术(3)
0
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第3章 移动通信中的编码和调制技术
二、信道编码的分类：
移动通信系统中，常用到的信道编码： 奇偶校验码 重复码 循环冗余校验码 分组码 卷积码
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第3章 移动通信中的编码和调制技术
１、奇偶校验码：
特点：编码速率较高； 只能发现奇数个错误，不能纠错。 编码过程： 把信源编码后的信息流分成等长码组； 在每一信息组之后加入一位校验码元。 奇校验：10110010 偶校验：10110010 101100101 101100100
信噪比
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第3章 移动通信中的编码和调制技术
一、 信道编码原理（续）
信道编码是通过增加相关的冗余数据来提 高系统性能，也就是以增加传输带宽为代 价来取得编码增益的。
牺牲有效性 提高可靠性
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第3章 移动通信中的编码和调制技术
信道编码：在发射机的基带部分，信道编 码器按照某种确定的约束规则，把一段数 字信息映射成另一段包含更多数字比特的 码序列，然后把已被编码的码序列进行调 制以便在无线信道中传送。 信道译码：接收机可以用信道编码的约束 规则来检测或纠正由于在无线信道中传输 而引入的一部分或全部的误码。 用于检测错误的信道编码称做检错编码； 可纠错的信道编码被称做纠错编码。
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第3章 移动通信中的编码和调制技术
第3章 移动通信中的编码和调制技术
3.1 3.2 3.3 3.4 概述 编码技术 调制技术 扩频技术
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第3章 移动通信中的编码和调制技术
第3章 移动通信的编码和调制技术
3.1 概述 3.2 编码技术
3.2.1 信源编码 3.2.2 信道编码 3.2.3 交织编码
移动通信原理与系统(北京邮电出版社)课后习题答案
②
③ ，所以多普勒扩展为
2．6若 ， ，移动台沿电波传播方向行驶，求接收信号得平均衰落率。
解：
2．7已知移动台速度 ， ，求对于信号包络均方值电平 得电平通过率。
解： ,
2．8设基站天线高度为 ，发射频率为 ，移动台天线高度为 ，通信距离为 ，利用Okumura-Hata模型分别求出城市、郊区与乡村得路径损耗。（忽略地形校正因子得影响）
微观分集：用于合并两个或多个短时限瑞利信号，这些信号都就是同一接收基站长经独立得衰落路径接收来自两个或多个不同天线发射得信号。
移动通信中常用得微观分集：时间分集、频率分集、空间分集、角度分集、极化分集。
4．3工作频段为 模拟移动电话系统TACS得信令采用数字信号方式。其前向控制信道得信息字A与B交替采用重复发送5次，如图所示。每字（40bit）长度5ms。为使字A（或B）获得独立得衰落，移动台得速度最低就是多少？
所谓相位连续就是指不仅在一个元码持续时间连续而且在从元码 转换得时刻 两个元码相位也相等满足关系式 即要求当前元码得初相位 由前一元码得初相位 来决定。
3．8GMSK系统空中接口传输速率为270、83333kbit/s，求发送信号得两个频率差。若载波频率就是 ，这两个频率又等于多少？
解：（1） ，
（2） ；
2．1说明多径衰落对数字移动通信系统得主要影响。
答：①信息信号分散，信噪比低，传输语音与数据质量不佳；
②可能引入尖锐得噪声，照成传输数据大量出错；
③不同路径传来得信号互相相关，难以直接叠加。增加接收电路单元得复杂度，从而提高系统得建设与运营成本。
2．2若某发射机发射功率为100W，请将其换算成d Bm与dBW。如果发射机得天线增益为单位增益，载波频率为900MHz，求出在自由空间中距离天线100m处得接收功率为多少dBm？
数字通信系统原理第3章 信源编码
3.1.1 信源与信源编码
1．关于信源
在电信系统，信源输出的信号必须是电 信号，这里的信源实际上是一个信号源（电 信号源）或者其中必定有将原始消息转换为 电信号的转换部件（如话筒）。 不同的信源有不同的特性，如统计特性、 频谱特性及功率特性，这就要求不同的传输 系统和信道来适应它。 本书只讨论语音信源发出的信号。
量化的物理过程如图3-13所示。
图3-13 量化示意图
图中，x(t)是模拟信号，xq(t)表示量化 信号样值，第n个抽样值为x(nTs)；m1～mQ表 示Q个电平（图中Q=7），它们是预先规定好 的；相邻电平间的距离称为量化间隔，用 “Δ ”表示，xi表示第i个量化电平的终点电 平，那么量化电平应该是
图3-11 平顶抽样过程
图3-12 由平顶抽样信号恢复x(t)的原理图
3.2.3 量化
模拟信号进行抽样后，其抽样值虽然在 时间上是离散的，但其幅度仍然可以取无限 多个值，也就是说，抽样信号还是属于模拟 信号，不能直接用来编码。 因此，抽样值必须被划分成有限个离散 电平，对抽样信号幅度进行离散化处理的方 法称为量化，离散电平称为量化电平。
信源编码的概念 低通信号的抽样及已抽样信号的频谱 特点 量化特性和量化信噪比的简单计算 PCM编码的原理及编码信号的码率和 带宽 A律13折线编译码方法、译码输出和 量化误差的相关计算 增量调制的工作原理
3.1 信源编码概述
3.1.1 信源与信源编码 3.1.2 模拟信号数字化传输方法概 要
实现抽样方法很简单，一般只需用相乘 器即可。
图3-2 抽样的物理过程
抽样定理在通信系统、信息传输理论方 面占有十分重要的地位，尤其是数字通信系 统就以此定理作为理论基础。 抽样定理要回答的根本问题是如何从抽 样信号中恢复原始模拟完成这种恢复作用。
第三章 移动通信信源编码
3.3 语音的波形编码
波形编码的缺点：编码速率较高，一般在16Kbps-64Kbps 之间，因而所占用的频带较宽，只适用与在有线通信中，对 于频率资源相当紧张的移动通信来说，这种编码方式不太合 适。
3.4 语音的参量编码
3.4.1 参量编码原理
一、 参量描述消息的通适性 消息 文字 语音 图像 参量 汉字五笔；英语26 个字母等 元音、辅音；音调、清音、 浊音；波形参数（如基音 周期、预测系数）等 横线、竖线、角度、 灰度、边沿等
1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
3.3 语音的波形编码
3.3.2 脉冲差分编码调制（DPCM)
一、PCM的缺点-----数码率高
xn 1 xn
xn 1
xn 2
tn 2
不传消息的 时间函数波 形，而传消 息参量！
a3
3.4 语音的参量编码
3.4.1 参量编码原理
二、 发声模型
鼻腔
声门 声带 口腔 鼻音 口音
可等 效为
气流通过级 联声管发音
咽腔
a1
a2
a3
ak
气流
发音模型简图： 气流通过声带、 声门，由咽腔、 口腔和鼻腔等 共同控制而发 音。
N段等长级联无损声管， 并可用如下传递函数拟合：
折叠码优点：
比特发生错误引起解码后量 化电平的平均跳变较自然二 进码小！
3）误码对语音质量的影响 精确计算困难
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000
(完整版)移动通信原理与系统(北京邮电出版社)课后习题答案
第一章概述1．1简述移动通信的特点：答：①移动通信利用无线电波进行信息传输；②移动通信在强干扰环境下工作；③通信容量有限；④通信系统复杂；⑤对移动台的要求高。
1．2移动台主要受哪些干扰影响？哪些干扰是蜂窝系统所特有的？答：①互调干扰；②邻道干扰；③同频干扰（蜂窝系统所特有的）；④多址干扰。
1．3简述蜂窝式移动通信的发展历史，说明各代移动通信系统的特点。
答：第一代（1G）以模拟式蜂窝网为主要特征，是20世纪70年代末80年代初就开始商用的。
其中最有代表性的是北美的AMPS（Advanced Mobile Phone System）、欧洲的TACS（Total Access Communication System）两大系统，另外还有北欧的NMT 及日本的HCMTS系统等。
从技术特色上看，1G以解决两个动态性中最基本的用户这一重动态性为核心并适当考虑到第二重信道动态性。
主要是措施是采用频分多址FDMA 方式实现对用户的动态寻址功能，并以蜂窝式网络结构和频率规划实现载频再用方式，达到扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求。
在信道动态特性匹配上，适当采用了性能优良的模拟调频方式，并利用基站二重空间分集方式抵抗空间选择性衰落。
第二代（2G）以数字化为主要特征，构成数字式蜂窝移动通信系统，它于20世纪90年代初正式走向商用。
其中最具有代表性的有欧洲的时分多址（TDMA）GSM（GSM原意为Group Special Mobile，1989年以后改为Global System for Mobile Communication）、北美的码分多址（CDMA）的IS-95 两大系统，另外还有日本的PDC 系统等。
从技术特色上看，它是以数字化为基础，较全面地考虑了信道与用户的二重动态特性及相应的匹配措施。
主要的实现措施有：采用TDMA（GSM）、CDMA（IS-95）方式实现对用户的动态寻址功能，并以数字式蜂窝网络结构和频率（相位）规划实现载频（相位）再用方式，从而扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求。
移动通信的编码与调制技术
2、移动通信的信道编码技术
奇偶校验码 重复码 循环冗余校验码 卷积码
交织
奇偶校验码
把信源编码后的信息数据流分成等长码组，在每一信息码 组之后加入一位（1比特）校验码元作为“奇偶检验位”， 使得总码长n（中的码重为偶数（称为偶校验码）或为奇数 （称为奇校验码）。如果在传输过程中任何一个码组发生一 位（或奇数位）错误，则收到的码组必然不再符合奇偶校验 的规律，因此可以发现误码。
1.2 移动通信的调制解调技术
语音编码技术把它变换为0与1的二值信息。发信端发送的信息 是0与1的组合,即基带信号.
1.2 移动通信的调制解调技术
进行无线传输时,因基带信号本身频率很低,故不能照搬原样 以电波形式发射出去,即使作为电波发射时,有两处以上同时发射 就会相互干扰无法进行通信。
为了以电波形式发射信号,需要把基带信号变为高频正弦波 信号,这种处理方法称为调制。通过调制把基带信号能量的大部 分转移到正弦高频分量上,以电波形式发射出去。另外,如果每个 发信机正弦波的频率不同,即使多个发信机同时发射信号,接收方 也不会有干扰。
移动通信技术
移动通信技术
1.1 移动通信的编码技术
编码技术
信源编码： 把经过采样和
量化后的模拟信号 变换成为数字脉冲 信号的过程，称为 信源编码。 (以语 音编码为主)
信道编码: 收发双方通过
一定的信道收发信 息时采用的双方协 议的编码方式，以 便保证传输信息的 完整性、可靠性和 安全性。
1、 移动通信的语音编码技术
2、移动通信的信道编码技术
奇偶校验码 重复码
循环冗余校验码 卷积码 交织
交织
在发送端，编码序列在送入信道传输之前先通过一个“交织寄 存器矩阵”。将输入序列逐行存入寄存器矩阵，存满以后，按 列的次序取出，再送入传输信道。
第3章编码及调制技术详解
· 一般语音信号的带宽为300～3 400Hz，编 码时通常采用的抽样速率为 fs 8 000Hz ，如 果采用8比特量化，则单路语音编码的比特速 率为64kbit/s。
编码：用一组二进制码组来表示每一个有 固定电平的量化值。
接收端：经参量译码分出参量、G、Tp、u/v，以这些参 数作为合成语声信号的参量，最后将合成产生的数字化 语声信号经D／A变换还原为语声信号。
3.1.5 IS-95语音编码（CELP）
CELP(Code Excited Linear Prediction，码激励 线性预测编码)是一种混合编码方式，也是近10年 来最成功的语音编码算法。CELP语音编码算法用 线性预测提取声道参数，用一个包含许多典型的激 励矢量的码本作为激励参数，每次编码时都在这个 码本中搜索一个最佳的激励矢量，这个激励矢量的 编码值就是这个序列的码本中的序号。
· 信息传输的基本模型如图3.1所示。
图3.1 信息传输的一般模型
信源：产生消息和消息序列的来源。
信源编码： 是对信源输出的信息进行适当的变换 和处理，目的是为了提高信息的传输效率。信源 编码又称为频带压缩编码或数据压缩编码。
信道编码：是为了提高信息的可靠性而对消息进 行的变换和处理。
信道：指通信系统中传输信息的媒介，信道中存 ）
·PCM是一种典型的波形编码技术，是最早 提出的语音编码方法，至今仍被广泛采用， 主要用于有线电话网，它的语音质量好，可 与模拟语音相比，达到网络质量。
PCM的优点是技术简单、无时延，对语音 信号和其他类型信号都能可靠地编码传输。
图3.2 PCM原理框图
抽样:对模拟信号进行周期性扫描，把时 间上连续的信号变成时间上离散的信号。
《移动通信技术 》课件第3章 编码及调制技术
3.2 信道编码概述
· 信道编码也称为差错控制编码，它是以提 高信息传输的可靠性为目的的编码，它通常 通过增加信源的冗余度来实现来改善信道链 路的性能。 用于检测错误的信道编码称为检错编码， 既可检错又可纠错的信道编码称为纠错编码。
参量编码的改进：多脉冲激励线性预测编 码（Multi-Pulse Excited LPC，MPE-LPC） 、规则脉冲激励线性预测编码（Regular Pulse Excited LPC，RPE-LPC）等。
移动通信对语音编码技术的要求如下： 速率较低，纯编码速率应低于16kbit/s； 在强噪声环境中，算法应具有较好的抗误码性 能，以保持较高的语音质量； 在一定编码速率下语音质量应尽可能高； 编解码时延应较短，控制在几十毫秒之内。
· 卷积码的解码技术有许多种，常用的有 Viterbi算法、序贯译码法。 而最重要的是 Viterbi算法，它是一种最大似然译码法。
3.2.3 交织编码
交织编码主要用来纠正突发差错，将突发差错分散成 为随机差错而得到纠正。
通常，交织编码与各种纠正随机差错的编码(如卷积 码或其它分组码)结合使用，从而具有较强的既能纠正随机 差错又能纠正突发差错的能力。
3.1.3 脉冲编码调制（PCM）
·PCM是一种典型的波形编码技术，是最早 提出的语音编码方法，至今仍被广泛采用， 主要用于有线电话网，它的语音质量好，可 与模拟语音相比，达到网络质量。
PCM的优点是技术简单、无时延，对语音 信号和其他类型信号都能可靠地编码传输。
图3.2 PCM原理框图
抽样:对模拟信号进行周期性扫描，把时 间上连续的信号变成时间上离散的信号。
第三章移动通信中信源编码和调制技术
信息的冗余来自两个主要的方面： 首先是信源的相关性和记忆性。这类降低信源相关性和 记忆性编码的典型例子有预测编码、变换编码等。 其次是信宿对信源失真有一定的容忍程度。这类编码的 直接应用有很大一部分是在对模拟信源的量化上，或连 续信源的限失真编码。
3.2.3 移动通信中的信源编码举例
2G/3G中的话音信源编码
2G/3G中的话音信源编码的基本原理是相同的，都采用了矢量量化 和参数编码的方式。
1. IS-95中的变速率码激励线性预测编码（CELP）
IS-95中的CELP技术通过四个等级的变速率编码实现话音激活，即 使用者发声时进行全速率（9.6kbps）编码，而不发声时仅仅传递 八分之一（1.2kbps）的背景噪声，以降低功耗和对其他用户的干 扰。
由图3.4可以看出，相位不连续的2FSK信号在码元交 替时刻，波形是不连续的，而CPFSK信号是连续的， 这使得它们的功率谱特性很不同。图3.5分别是它们的 功率谱特性例子。
Δf Tb 1
0.16
h=0.8
0.8
0.12 RbTb=1
h=1.5
0.6
0.08 0.04
x=(f-fc)Tb
0.4
0.2
可以把信源编码看成是在有效性和传递的信息完整性 （质量）之间的一种折中手段。
3.2.2 移动通信中的信源编码
移动通信中的信源编码与有线通信不同，它不进需 要对信息传输有效性进行保障，还应该与其他一些系统 指标密切相关，例如容量、覆盖和质量。以GSM为例 说明。
以GSM系统中普通的全速率和半速率话音编码来说， 其速率分别为13kbps和6.5kbps，前者的话音质量好 于后者，但占用的系统资源是后者的两倍左右。当系统 的覆盖不是限制因素时，使用半速率编码可以牺牲质量 换取倍增的容量，即提高系统的有效性。而当系统的容 量相对固定时，可以通过使用半速率编码牺牲质量换取 覆盖的增加，因为半速率编码对于接收信号质量的要求 降低了。
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图3.9 BPSK的功率谱
图3.10 根升余弦滚降滤波器(=0.5)频响
BPSK解调
BPSK相干解调
参考信号 2 1 t cos c t Tb
lim a x 1 x ln a
x 0
20
香农定理(2)
S C W log 2 1+ N
实际系统
C Eb W W 2 1 N0 C
图3.4 W/C关于Eb/N0的关系曲线
21
R/W(bit/s/Hz) 容量界限R = C R > C区域 (差错率高) R< C区域 (实际系统)
信源编码
信息熵、可变长编码 话音编码、图像编码
模拟信源编码
压缩技术
4
2013年3月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
话音编码
话音编码的意义
提高频谱利用率（低码率编码）
提高系统容量（低码率，语音激活技术） 编码速率低，语音质量好 有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能
移动通信对话音编码的要求
24
BPSK
二进制 序列 d i 0或1 比特变 符号
exp j 2p f c t
ai 1或-1
基带调 制映射 成形滤 波
si t A cos c t k
图3.6 BPSK调制器功能框图
BPSK信号可记为
0, ai 1 k p , ai 1
2013年3月
标准
信源编码技术中文名称 规则脉冲激励长时预测编 码 （话音混合编码） 码激励线性预测编码 （话音混合编码） 自适应多速率编码 （话音混合编码） 可选模式语音声码器 （话音混合编码） 视频信源编码
11
H.264
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
第三章内容
3.1 信源编码 3.2 数字调制中的基本概念 3.2 QPSK调制 3.3 高阶调制 3.4 正交频分复用
参量编码
又称为“声源编码” 利用人的发声机制，仅传送 反映话音波形产生的主要特征参数（模拟声带频 谱特性的滤波器参数和若干声源参数），在接收 端根据发声机制，由传送来的特征参数人工合成 话音。 主要度量指标：可懂度。 特点
编码速率低：1.2kbps~4.8kbps 话音质量中等（2.5~3.5），不满足商用要求。 线性预测编码LPC及其改进型。
* a1 a2
1 1 1
推广： b1 b2
2013年3月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
16
数字调制器
exp j 2p f c t
二进制序列 比特变 符号
基带调 制
成形滤 波
si t
图3.3 数字调制器功能框图
2013年3月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
8
典型参量编码方式
LPC：Linear Prediction Coding
混合编码
将波形编码（语音信号的部分波形）和参量编码 （部分特征参数）结合起来，力图保持波形编码 的高质量的优点和参量编码的低速率的优点。 特点
编码速率较低：4kbps~16kbps 语音质量较好（3.5~4.0），适合数字移动通信网。 多脉冲激励线性预测编码 码激励线性预测编码
4分以上入公网 3分以上入移动 通信网
级别
5 4 3 2 1
评定类别 优 良 中 差 劣
人的印象标准 几乎无噪声和失真，细节清晰可辨 有可感觉的轻微噪声和失真 有令人烦恼的噪声和失真 有令人非常烦恼的噪声和严重失真 语言几乎不可懂
6
MOS: Mean Opinion Score
波形编码
将时间域波形信号直接变换成数字代码，目的是 尽可能精确再现原始语音波形。 三步骤：抽样、量化、编码。 特点
高质量 低延时
2013年3月
编译码延时小，总延时在65ms以内
编译码器复杂度低，便于大规模集成 功耗小，便于应用于手持机
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
5
话音编码类型
波形编码：质量好、效率低 参量编码：质量中、效率高 混合编码：质量较好、效率较高
表3.1 话音质量评定（MOS）
第三章 移动通信中的信源编码 和调制解调技术
程郁凡 chengyf@ 通信抗干扰技术国家级重点实验室
无线通信系统的基本组成
模拟源 离散源
信源 信源 编码
信息序 列
信道 编码 数字 调制
模拟波 形
信源近 似还原
输出 信源 译码
信息序 列重构
信道 译码
图3.1 无线通信系统的基本组成框图
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
13
实现方法
移动通信系统要求
2013年3月
各类二进制调制波形
14
数字调制技术分类
不恒定包络 ASK(幅移键控) QAM(正交幅度调制) MQAM(星座调制) FSK (频移键控) BFSK(二进制频移键控) MFSK(多进制频移键控) BPSK(二进制相移键控) DPSK(差分二进制相移键控) 恒定包络 PSK (相移键控) QPSK OQPSK(偏移QPSK) (正交四相 p/4QPSK 相移键控) DQPSK(差分QPSK) MSK(最小频移键控) GFSK(高斯滤波MSK) TFM(平滑调频)
2013年3月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
23
3.3 QPSK调制
数字调相：以基带数据信号来调制载波的相位 S t A cos c t k
BPSK QPSK OQPSK p/4QPSK
2013年3月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
Eb
Q
I
Eb
si t ai A cos c t
BPSK：Binary Phase Shift Keying
2013年3月 图3.7 BPSK星座图 25
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
BPSK调制波形
s1 t A cos c t s2 t A cos c t
图3.11 BPSK的相干解调
z T r t
T 0
2 cos c tdt Tb
2 2 cos c t dt Tb Tb
2
TbΒιβλιοθήκη 01 t dt 0
2
Tb
Tb
0
cos2 c tdt
Rmax 2W log 2 M
19
R Rs log 2 M W W
2013年3月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
香农定理(1)
在加性高斯白噪声下，系统容量C是平均接收信 号功率S、平均噪声功率N和带宽W的函数。
S C W log 2 1+ N
假定比特速率等于信道容量：Rb =C
高速率话音编码时（ 16kbps ~ 64kbps ），话音质 量好（4.0~4.5），占用较高带宽。 低速率话音编码时，话音质量显著下降。 PCM，DPCM，ΔM 等。
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
7
典型波形编码方式
PCM：Pulse-Code Modulation
2013年3月
Eb Tb Eb C Eb C C log 2 1+ log 2 1+ log2 1+ W N 0W N 0W N0 W C C Eb W W Eb C W 2 1 2 1+ W N0 C N0 Eb C ln 2 0.692 1.59dB 当 0时， N0 W
数字 解调
2
第三章内容
3.1 信源编码 3.2 数字调制中的基本概念 3.3 QPSK调制 3.4 高阶调制 3.5 正交频分复用
2013年3月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
3
3.1 信源编码
信源编码的目的
压缩信源产生的冗余信息 降低开销，提高传输链路的有效性
将模拟信源或离散信源的输出有效地变换成二 进制数字序列的过程 离散信源编码
z T ai T n0 T
r t si t n t
si t
2 Eb cos c t k Tb
T 0
z T
H1
≷
i t s
H2
积分 T Tb
抽样判决
n(t)：0均值，双边带功率谱密度 为N0/2的高斯白噪声
2013年3月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
18
频带利用率
也是带宽效率
每赫兹可用带宽可以传输的信息速率: R W b s Hz
R：为信息比特速率 R R log M s 2 W：信号所需带宽