【课件】移动通信__第三章__移动通信中的信源编码和调制解调技术

2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
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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
信源编码
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
信息熵、可变长编码
模拟信源编码
话音编码、图像编码
压缩技术
2020年9月
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。
典型参量编码方式
线性预测编码LPC及其改进型。
LPC：Linear Prediction Coding
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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。
实现方法
通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随 基带信号的变化而变化。
移动通信系统要求
频带利用率高（ bit/s/Hz ） 功率效率高 具有恒包络特性 易于解调 带外辐射少
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第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
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各类二进制调制波形
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数字调制技术分类
不恒定包络
1 1 1
11 1
a1 a2*
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第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
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数字调制器
二进制序列 比特变 符号
基带调 制
exp j2p fct
成形滤 波
si t
数字调制器功能框图
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第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
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SNR, Es N0 , Eb N0
第三章 移动通信中的信源编码 和调制解调技术
无线通信系统的基本组成
模拟源 离散源
信息序 列
信源
信源 编码
信道 编码
数字 调制
信源近 似还原
信息序 列重构
输出
信源 译码
信道 译码
数字 解调
无线通信系统的基本组成框图
模拟波 形
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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
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
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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 W：信号所需带宽
R Rs log2 M
奈奎斯特带宽：
理论上无码间串扰的基带系统，若每秒传输Rs个码 元，需要最小带宽是 Rs 2 Hz。
理论 Rs W ：2码元/s/Hz
MSK(最小频移键控) GFSK(高斯滤波MSK) TFM(平滑调频)
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第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
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二进制码与双极性码的映射关系
二进制码：0, 1
双极性码：1, -1
0
1 00 0 011
1 0 1 11 0 推广： b1 b2
1 1 11 1
11 1
速率(kbit/s)
话音编码方式性能比较
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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
2020年9月
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
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数字调制中的基本概念
数字调制技术
对信息序列进行处理，使之变为适合于信道传输的 波形的过程。
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。
典型混合编码方式
多脉冲激励线性预测编码 码激励线性预测编码
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话音编码方式性能比较
话音质量 混合编码
混合编码是优选方向 波形编码
参量编码
SNR Ps Pn
Eb Ps Tb Ps W N0 Pn W Pn Rb
W SNR
Rb 对于M阶调制信号，有：
Ps : 信号平均功率 Pn : 噪声平均功率 Tb : 比特周期 W : 噪声带宽
数字通信系统的 度量指标
ELeabharlann Baidu N0
Eb
log2 N0
M
Eb N0
log2
M
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低速率话音编码时，话音质量显著下降。 典型波形编码方式
PCM，DPCM，ΔM 等。
PCM：Pulse-Code Modulation
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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。
数 字 调 制 恒定包络
ASK(幅移键控) QAM(正交幅度调制) MQAM(星座调制)
FSK
BFSK(二进制频移键控)
(频移键控) MFSK(多进制频移键控)
PSK (相移键控)
CPM (连续相位
调制)
BPSK(二进制相移键控) DPSK(差分二进制相移键控)
QPSK OQPSK(偏移QPSK) (正交四相 p/4QPSK 相移键控) DQPSK(差分QPSK)
4
良
有可感觉的轻微噪声和失真
3
中
有令人烦恼的噪声和失真
2
差
有令人非常烦恼的噪声和严重失真
1
劣
语言几乎不可懂
MOS: Mean Opinion Score
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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
高速率话音编码时（ 16kbps ~ 64kbps ），话音质 量好（4.0~4.5），占用较高带宽。
第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
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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）
移动通信对话音编码的要求
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 编译码延时小，总延时在65ms以内
高质量 低延时
编译码器复杂度低，便于大规模集成
实际 Rs W ：1.4~1.8码元/s/Hz
低复杂度
功耗小，便于应用于手持机
低功耗
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第三章 移动通信中的信源编码和调制解调技术
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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
话音质量评定（MOS）
4分以上入公 网
3分以上入移 动通信网
级别 评定类别
人的印象标准
5
优
几乎无噪声和失真，细节清晰可辨