武汉理工大学 宽带网络技术论文COFDM信道编码与同步技术的研究
目录 摘要 (2) ABSTRACT (3) 1. COFDM概述 (4) 1.1 COFDM简介 (4) 1.2 COFDM基本原理简介 (4) 2. COFDM的编码 (6) 2.1 RS码 (6) 2.2卷积码 (7) 2.3 交织 (7) 3. COFDM中的同步技术 (9) 3.1 COFDM中采样钟同步的实现 (9) 3.2符号同步和载波同步 (10) 4. 总结 (12) 5. 参考文献 (13)
摘要 编码正交频分复用(COFDM)是一种多载波数字通信调制技术，它具有频谱利用率高和可对抗多径时延扩展等特点，因此通常被认为是超3代移动通信系统中的核心技术。其基本原理是将频域中的一个宽带信道划分成多个重叠的子信道进行窄带传输。在接收端，虽然频谱相互重叠，但是只要保证各子信道上信号的正交性，就可以将各信道上的信号正确分离。 本文重点研究了COFDM通信系统中的编码技术，包括RS码、卷积码、交织码。还研究了COFDM通信系统中的同步技术，详细分析了钟同步、符号同步和载波同步的原理和实现方法。 关键词：编码正交频分复用、编码、同步、频谱
ABSTRACT Coded orthogonal frequency division multiplexing (COFDM) is a multi-carrier modulation digital communication technology, combined with high spectrum efficiency, combat multi-path delay spread and other characteristics, which is generally considered over the 3rd generation mobile communication system core technology. The basic principle is the frequency domain, a broadband channel into multiple overlapping narrowband sub channels for transmission. At the receiving end-device, the channel's signal can be properly separated while the orthogonal of sub-channel can be ensured despite of the spectral overlap. This paper introduces the COFDM coding techniques in communications systems, including RS codes, convolution codes, interleaved code. COFDM, and studied synchronization in communication systems, introduce a detailed analysis of clock synchronization, symbol synchronization and carrier synchronization of the principle and method. KEYWORDS: COFDM, code, synchronization, spectrum
毕业设计开题报告 题目信道编码技术研究 一、研究背景 近些年来，数字通信领域尤其是移动通信，卫星通信和计算机通信有了巨大的增长。在这些系统中，信息被表示成一个二进制的码元序列。然后这些二进制的码经过调制并被送到传输信道中传输。 由于环境干扰和传输介质的物理缺陷，数据在传输中可能损坏并发生错误。因此为了确保一个可靠的传输，信息在传输过程中需要增加保护措施。差错控制编码就是这样的一种应用，在数字通信中用于保护信息不被噪声低干扰和检错纠错上，以此来减少误码数，进而提高通信的质量。 二、国内外研究现状 随着现代通信技术和计算机技术的迅速发展，每天都在不断涌现新的通信业务和信息业务，同时用户对通信质量和数据传输速率的要求也在不断提高。1948年，数学家Shannon 提出了嫡及了信道容量的概念，同时他还提出了著名的信道编码定理从而奠定了信息理论的基础.当今社会，信道编码技术的纠错码包含有RS编码、卷积码、和Turbo码等。RS编码即里德-所罗门码，它能够纠正多个错误的纠错码。卷积码非常适用于纠正随机错误，但是，解码算法本身的特性却是：如果在解码过程中发生错误，解码器可能会导致突发性错误。为此在卷积码的上部采用RS码块，RS码适用于检测和校正那些由解码器产生的突发性错误。所以卷积码和RS码结合在一起可以起到相互补偿的作用。Turbo码是一种先进的信道编码技术，由于其不需要进行两次编码，所以其编码效率比传统的RS+卷积码要好。在现今社会，信道编码广泛使用于卫星通信、无人机测控、深空通信、移动通信、水声通信等数字通信系统，甚至被采纳到某些无线通信的标准之中，如GSM、IS-95和CDMA2000的标准。随着信道编码理论和数字通信技术不断发展，信道编码技术会在通信工程领域得到越来越广泛的应用。 三、论文进行的主要工作 1.信道编码：为了与信道的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的可靠性，而在信源编码的基础上，按一定规律加入一些新的监督码元，以实现纠错的编码。 数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。 2.卷积码：将k个信息比特编成n个比特，但k和n通常很小，特别适合以串行形式进行传输，时延小。卷积码编码器以二元码为例，输入信息序列为u=(u0，u1，…)，其多项式表示为u(x)=u0+u1x+…+ulxl+…。编码器的连接可用多项式表示为g(1,1)(x)=1+x+x2和g(1,2)(x)=1+x2，称为码的子生成多项式。它们的系数矢量g(1,1)=(111)和g(1,2)=(101)称作码的子生成元。以子生成多项式为阵元构成的多项式矩阵G(x)=[g(1,1)(x),g(1,2)(x)]，称为码的生成多项式矩阵。由生成元构成的半无限矩阵。
水声通信系统中的信道编码技术研究 信道编码定理为人们探索信道的最佳编码方案提供了理论依据，但并没有指明如何获得好码。目前，出现了多种信道编码方案，如RS 码、卷积码、级联码等。本文简要介绍了RS 码和卷积码的基本原理，并进行了相应的计算机仿真，并给出了加入了RS 码和卷积码水声通信系统的水池实验数据，结果表明利用信道编码技术能够提高水声通信系统的误码性能。 （一）Reed －Solomon 码 1960 年I.S Reed 和G .Solomond 提出RS 码,又称Reed －Solomon 码，RS 码是一类纠错能力很强的多进制BCH 码。 RS 码是在GF(q)上长度为N=q-1的本原BCH 码。冗余根据可纠正错误确定，通常等于2t 个字符。这样，编码具有k=q-2t-1个信息字符。这种码具有N 个信息字符，可纠正t 个错误。长度为N ，设计距离为=q-k δ的RS 码的生成多项式为： )())()(()(1321-----=δααααx x x x x g (1) 本论文系统中实现的编码器按图1工作。开始编码前，向A0~A13或A0~A11单元写入信息字符（分别对应1个或2个可纠错码）。P0~P15单元记载类构造器算出的校验多项式的系数值。然后校验多项式系数和信息字相乘并相加，如图所示。运算的结果得出校验字符，存入A0（此时，信息字符向左移位）。生成过程继续，直到A15出现信息字高位元素。这样，在编码中，为纠正1个错误，必须进行2次迭代；为纠正2个错误，必须进行4次。 ∑ 图1 RS 码编码器的结构 纠错码的译码问题，一直是编码理论中最感兴趣的课题之一。RS 在短和中的码长下，具有很好的纠错性能，构造容易，故得到广泛应用。 RS 的译码基本上分为3步：第一步是由接收到的R(x)计算出伴随式；第2步由伴随式找出错误图样E(x)；第3步由R(x)- E(x)得到可能发送的码字C(x)。 记q(x)为信息多项式，则发送码字C(x)＝q(x)g(x)，接收到的码字:
第一章：多媒体计算机技术概述 1、什么是多媒体？ 答：多媒体是指信息表示媒体的多样化，常见的多媒体有文本、图形、图像、声音、音乐、视频、动画等多种形式。 2、多媒体的关键特性包刮哪些方面？ 答：多维化、集成性、交互性、实时性。 第二章多媒体计算机系统的组成 1、触摸屏分为几类？简述常见的触摸屏的工作原理。 答：触摸屏根据所用的介质以及工作原理可分为4种：电阻式、电容式、红外线式、声表面波式。 触摸屏的工作原理是：当用户手指或其他设备触摸安装在计算机显示器前面的触摸屏时，所摸到的位置（以坐标形式）被触摸屏控制器检测到，并通过串行口或其它接口送到CPU，从而确定用户所输入的信息。 2、什么是视频捕捉卡？它的主要作用是什么？ 答：视频捕捉卡是把输入的模拟视频信号，通过内置芯片提供的捕捉功能转换成数字信号的设备。 3、简述USB设备的的软件、硬件结构。 答：硬件：USB结构简单，采用四条电缆，信号定义由2条电源线和2条信号线组成。 软件：USB软件由USB总线接口和USB 系统组成。USB总线接口由主控制器事实现。 USB系统有3个组件：（1）住控制器驱动程序；（2）USB驱动程序；（3）USB客户软件。 4、简述CCD和CMOS影像感应器的主要特点。答：CCD（charge coupled device,电荷耦合元件）传感器包含像点，通常以横竖线短阵型式排列，各像点包含一个光电二极管和控制相邻电荷的单元。这种结构可产生低噪音、高性能的成像。 CMOS传感器是用标准硅处理方法加工而成的。与CCD相比有以下优点：地电源消耗、芯片上符合有额外的电路、地系统成本。 第三章数字图像处理技术 1、简述数据压缩的必要性和可能性。 答：必要性：对多媒体信息进行实时压缩和解压缩是十分必要的。如果没有数据压缩技术的进步，多媒体计算机就难以得到实际的应用；可能性：能够对多媒体数据进行压缩的前提是因为数据存在大量的冗余，尤其是声音和图像。数据压缩的目的就是尽可能的消除这些冗余。 2、常用的数据压缩算法有哪些？ 答：常用的数据压缩算法有信息熵编码（主要有行程长度编码、哈弗曼编码和算术编码）、词典编码、通用编码、预测编码、模型编码、变换编码、矢量量化编码、子带编码和混合编码。 3、矢量图和位图有哪些不同？ 答：矢量图，文件内容图形指令，文件大小与图的复杂度有关，显示速度图越复杂，需执行的指令越多，显示越慢，应用特点易于编辑，适于绘制和创建，便于网络传输。但表现力受限， 位映像图，文件内容图像点阵数据，文件大小与图的尺寸、彩色深度有关，显示速度与图的大小有关，应用特点适于获取和复制，表现力较丰富，但 编辑较复杂。图像文件大，不便于网络传输。 4、常用的几种图像文件格式BMP、GIF和PNG 各有什么特点？ 答：BMP是Windows操作系统中的标准图像文 件格式，能够被多种Windows应用程序所支 持。 这种格式的特点是包含的图像信息较丰富，几 乎不进行压缩，但由此导致了它与生俱生来的 缺点--占用磁盘空间过大。所以，目前BMP在 单机上比较流行。 GIF格式是用来交换图片的。GIF格式的特点 是压缩比高，磁盘空间占用较少，所以这种图 像格式迅速得到了广泛的应用。 PNG格式是一种能存储32位信息的位图文件 格式，它与gif和jpeg格式相比有以下优点： （1）兼有GIF和JPEG的色彩模式；（2）PNG 能把图像压缩到极限有利于网络的传输；（3） 更优化的传输显示；（4）PNG可以在所有系 统上显示完全一样；缺点有：（1）PNG不 支持像GIF可以存储多张图片；（2）压缩比 例不及JPEG格式的压缩；（3）不支持CMYK 模式（青、品红、黄、黑）。 5、除了本章介绍的几种图像格式，还了解哪 些图像文件格式？ 答：TGA格式:TGA的结构比较简单，属于一 种图形、图像数据的通用格式，在多媒体 领域有着很大影响，在做影视编辑时经常 使用,例如3DS MAX输出TGA图片序列导入 到AE里面进行后期编辑。EPS格式:苹果 Mac机的用户则用得较多。它是用 PostScript语言描述的一种ASCII码文件 格式，主要用于排版、打印等输出工作。 6、简单描述JPEG压缩算法的基本流程。 答： JPEG压缩是有损压缩，它利用了人的视 角系统的特性，使用量化和无损压缩编码相结 合来去掉视角的冗余信息和数据本身的冗余 信息。压缩编码大致分成三个步骤： （1）.使用正向离散余弦变换(forward discrete cosine transform，FDCT)把空间域 表示的图变换成频率域表示的图。 （2）.使用加权函数对DCT系数进行量化，这 个加权函数对于人的视觉系统是最佳的。 （3）.使用哈夫曼可变字长编码器对量化系数 进行编码。 7、与JPEG相比，JPEG2000有哪些优点？在 压缩算法上主要的不同是什么？ 答：与JPEG相比，JPEG2000的优势主要表现 在以下四个方面：（1）高压缩率；（2）无损压 缩；（3）渐进传输；（4）感兴趣区域压缩。在 压缩算法上放弃了JPEG所采用的以离散余弦 变换算法为主的区块编码方式，二改用以离散 小波变换算法为主的多解析编码方式。 7、MPEG-1标准中主要采用了什么技术来减少 视频图像的时间和空间上的冗余？ 答：MPEG-1标准中采用16×16块的运动补偿 缩减时间冗余；混合使用变换编码、基于视觉 加权的标准量化和行程编码技术减少空间冗 余。 8、简述AVS标准的主要特点。 答：1、AVS的性能高，与H.264的编码效率 相当；2、AVS的复杂度低，编码复杂度比H.264 明显低，软、硬件实现成本都低于H.264；3、 AVS编码技术为中国主导的知识产权，专利授 权模式简单，费用较H.264低。 9、日前常用的视频压缩标准是什么？试通过 几个具体的应用加以说明。 答：视频压缩标准是：H.264标准。H.264标 准是CCITT的VCEG和ISO/IEC的MPEG的联合 视频组开发的标准，也称MPEG-4 Part10------高级视频编码。 H.264标准的 关键技术包括如下几部分：（1）分层设计；（2） 高精度、多模式运动估计；（3）4*4块整数变 换；（4）统一的VLC；(5)帧内预测；(6)切换 帧；(7)面向IP和无线环境。 10、简述H.263标准中QCIF（174×144）图 像的帧结构。 答：H.263标准中QCIF（174×144）图像的帧 结构如下：每帧图像被分为若干个宏块，每个 宏块由4个8×8的亮度块、一个8×8Cb块和 一个8×8Cr块组成。由若干个宏块行组成的 块组称为一个GOD，行的数量取决于图像帧的 分辨率，如QCIF格式的图像中，一个GOB由 一行（11个）宏块组成，所以每帧图像由9 个GOB组成。 第四章音频信号和声卡 1、列出所知道的语音编码标准。 化？ 答：均匀量化是采用相等的量化间隔对采样得 到的信号进行量化，那么这种量化称为均匀量 化。 非均匀量化是根据信号的不同区间来确定 量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化 间隔也小;反之，量化间隔就大 3、什么叫做μ律压扩？什么叫做A律压 扩？ 答：μ 律压扩是非均匀量化的一种，又称 为对数PCM，其量化输出值与作为输入的采 样样本值之间的关系由如下的关系式规
数字通信系统中信道编码技术的研究 xx (xx，湖北武汉，xx) 摘要：目前，中国固定和移动两大网络的规模都已位居世界第2位，上网用户也在不断增加，中国的信息通信制造业也得到很大的发展。中国将加快建设新一代信息通信网络技术、生产体系。在信息通信网络的高速发展下，要有效地提高传输速率，然而在实际信道上传输数字信号时，由于信道特性的不理想以及加性噪声和人为干扰的影响，系统输出的数字信息不可避免地会出现差错。因此，为了保证通信内容的可靠性和准确性，每一个数字通信系统对输出信息码的差错概率即误码率都有一定的要求。 为了降低误码率，常用的方法有两种：一种是降低数字信道本身引起的误码，可采取的方法有：选择高质量的传输线路、改善信道的传输特性、增加信号的发送能量、选择有较强的抗干扰能力的调制解调方案等； 另一种方法就是采用差错控制措施，使用信道编码。在许多情况下，信道的改善是不可能的或是不经济的，这时只能采用信道编码方法。因此实现信道编码方法具有重要的意义。 关键词：信道；误码率；信道编码 1. 信道编码 在数字电视和通信系统中，为提高信息传输可靠性，广泛使用了具有一定纠错能力的信道编码技术，如奇偶校验码、行列监督码、恒比码、汉明码、循环码（CRC）等编码技术。信道编码的本质是增加通信的可靠性，或者说增加整个系统的抗干扰性。对信道编码有以下要求：1.透明性：要求对所传消息的内容不加任何限制；2.有纠错能力；3.效率高：为了与信道频谱匹配和具有纠错能力，通常要向原信号添加一些码，要求加入最少的比特数而得到最大的利益；4.包含适当的定时信息。在这些要求中，除编码的必须信息外，所作的处理主要有两条：一是要求码列的频谱特性适应通道的频谱特性从而使传输过程中能量损失最小，提高信噪比。减少发生差错的可能性；二是增加纠错能力，使得即便出现差错，也能得到纠正。 2.三种不同系统的无线信道 （1）数字微波中继通信系统中的无线信道 一般意义下的数字微波中继系统主要用于固定站点之间的无线通信，通常使用1GHZ以上的频段，采用视距通信。为了能够传输更远的距离，需要微波站建设在海拔较高的地方，通常在站点设计时使用微波链路满足自由空间传播条件，即视线距离地面有足够的余隙，此时信号的衰减近似看作只有由于距离的增加而带来的信号能量的扩散，信道条件比较稳定。 （2）短波电离层信道 对于短波电离层信道，电离层随机扰动和多径效应是最主要的特点。电离层扰动本质上决定了短波电离层反射通信的特点，即信道不稳定，信号的起伏和衰落较大。多径效应是指无线信号经过
在通信原理中把通信信号按调制方式可分为调频、调相和调幅三种。数字传输的常用调制方式主要分为： 正交振幅调制（QAM）：调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。 键控移相调制（QPSK）：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。 残留边带调制（VSB）：抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。 编码正交频分调制（COFDM）：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。 世广数字卫星广播系统的下行载波的调制技术采用TDM QPSK调制体制。它比编码正交频分多路复用（COFDM）调制技术更适合卫星的大面积覆盖。 摘要：由于数字电视系统采用数字传输，而在传输系统中都使用到了数字调制技术，本文就对ASK、FSK、PSK、QAM等数字调制方法进行详细的介绍。 1934年美国学者李佛西提出脉冲编码调制(PCM)的概念，从此之后通信数字化的时代应该说已经开始了，但是数字通信的高速发展却是20世纪70年代以来的事情。随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像；通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。而这些系统都使用到了数字调制技术，本文就数字信号的调制方法作一些详细的介绍。 一数字调制 数字信号的载波调制是信道编码的一部分，我们之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制，未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的，因此提高传输效率是通信系统所追求的最重要的指标之一。模拟通信很难控制传输效率，我们最常见到的单边带调幅（SSB）或残留边带调幅（VSB）可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有"0"和"1"两种状态，所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关电键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式就显得较为单纯。在对传输信道的各个元素进行最充分的利用时可以组合成各种不同的调制方式，并且可以清晰的描述与表达其数学模型。所以常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM技术，目前数字微波中广泛使用的256QAM的频带利用率可达8bit/s/Hz，八倍于2ASK或BPSK。此外，还有可减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术，为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来，四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展，并已应用于高速MODEM中，为进一步提高传输效率奠定了基础。总之，数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。 1、基带传输 传输信息有两种方式：基带传输和调制传输。由信源直接生成的信号，无论是模拟信号还是数字信号，都是基带信号，其频率比较低。所谓基带传输就是把信源生成的数字信号直接送入线路进行传输，如音频市话、计算机间的数据传输
多径信道模型及其对调制信号的影响 信息与通信工程学院2013211108班2013210218号姓名 曹明辉 1. 目的 a) 掌握多径衰落信道模型 b) 通过信道估计的数值仿真实验，验证信道对系统的影响 2. 内容 a) 3GPP 中典型应用场景的多径信道模型的时延功率谱； b) 多径信道模型的实现，采用MATLAB 中自带的Rayleighchan/Ricianchan 函数产生; c) 分析信号经过信道前后的功率谱（不同信噪比下） d) 通过数值仿真方法获得调制信号经过多径衰落信道后的解调性能曲线 3. 多径衰落信道模型说明 根据ITU-R M.2135信道模型标准，本次实验我采用的是Rural Macro (RMa)信道。 从上图表中可见，其有两种典型信道模型的参数设置。一种为带有直射路径的莱斯分布信道参数，一种为不带有主信号功率的瑞利分布信道参数的设置。下面，分别对两者进行介绍 。 4. 调制信号经过多径衰落信道的实现说明 我们已经知道，多径信道具有频率选择性，在调制信号经过N 条路径的情况下，信道的输出为() t y = ()()[]t t x t a n n n τ-∑=N 1 ，式中，()()t t a n n τ和表示与第N 条多径分量相关的衰减和传播延迟，延 迟和谁见都表现为时间的函数。 前面已经说过，由于大量散射分量导致接收机输入信号的复包络是一个复高斯过程，在该过程均值为零的情况下，幅度满足瑞利分布，如果存在直射路径，幅度则变为莱斯分布。 在调制信号通过多径信道时，由于存在多径扩展和多普勒频移，所以，会在输出端产生多个输出，正如前面公式中所提到的，从而导致接收端的信号之间存在干扰，在此，我们假设，京御景之间是不相关的，每一径的多普勒形状相同，但功率不同。 利用上述参数公式，结合所查阅资料，得到如下的信道两个仿真图表。
摘要 星间链路的通信信道由于传输距离遥远加上存在来自各个方面的无线电干扰，使信号传输时延大，造成信号能量衰减严重。因此有必要在星间链路通信中采用信道编码。Turbo码与LDPC码以其各自逼近香农限的优越性能被引入到CCSDS标准并在卫星通信领域被广泛应用。 本文首先研究了Turbo码的编码原理及译码算法，在此基础上完成了Turbo码编译码系统的设计并对影响Turbo码性能的参数进行了分析和仿真。然后对LDPC码的编译码进行了系统的分析和研究，并结合星间链路信道的特点，选用QC-LDPC码字，设计了LDPC码编译码方案并对仿真结果进行了分析。 在此基础上，本文还根据Log-BP算法，结合PSO优化算法给出了改进的LDPC码译码算法并对该算法进行了仿真验证，仿真结果表明该算法性能与Log-BP算法相比在一定条件下可获得0.1dB的额外编码增益。 最后，论文根据对LDPC码的分析，运用Verilog语言在Quartus II环境下完成了LDPC码编译码器的FPGA设计，设计选用QC-LDPC码字和最小和算法，译码部分采用部分并行结构。论文对该设计进行了初步的编译码性能测试并对对译码器的码速率及占用资源进行了详细分析。综合结果表明在资源消耗上比以往设计有了很大改进。 关键词：星间链路，Turbo码，LDPC码，译码算法，部分并行译码结构
Abstract The inter-satellite channel of ISL has large signal transmission time and serious signal attenuation because of long transmission distance and wireless interference from many aspects. Therefore it is necessary to using channel coding in inter-satellite channel. Turbo codes and LDPC codes have been introduced to CCSDS standard with their excellent performances of approaching to Shannon Limit and widely used in Satellite Communication. This thesis firstly researches the basic theory of Turbo codes and the method of Turbo codes encoding and decoding, and then analyses the factors which impact the performance of Turbo codes. The analyses are proved by the simulation results. Then this thesis offers a comprehensive study on the performance of LDPC codes. The author then presents a scheme of LDPC codes encoding and decoding with QC-LDPC codes combined with characteristics of ISL channel whereafter the simulation results are given and analysed. Ulteriorly, the author presents a new decoding algorithm based on Log-BP and PSO algorithm followed by simulation results, which shows that performance of proposed decoding algorithm is 0.1dB better than that of standard Log-BP decoding at certain conditions. Finally, this thesis finishes the design FPGA program for LDPC codes encoding and decoding based on Quartus II system with Verilog language. The hardware decoding algorithm is SPA algorithm and is designed by partly parallel structure. Based on it, the author tests the system's primary encoding and decoding performance and analyses the decoder's decoding rate and expended resources, which shows a great improvement on hardware resources consumption compared to previous architectures. Keywords:ISL, Turbo Codes, LDPC Codes, Decoding Algorithm, Partly Parallel Decoding Structure
信源编码 一种以提高通信有效性为目的而对信源符号进行的变换；为了减少或消除信源剩余度而进行的信源符号变换。为了减少信源输出符号序列中的剩余度、提高符号的平均信息量，对信源输出的符号序列所施行的变换。具体说，就是针对信源输出符号序列的统计特性来寻找某种方法，把信源输出符号序列变换为最短的码字序列，使后者的各码元所载荷的平均信息量最大，同时又能保证无失真地恢复原来的符号序列。 既然信源编码的基本目的是提高码字序列中码元的平均信息量，那么，一切旨在减少剩余度而对信源输出符号序列所施行的变换或处理，都可以在这种意义下归入信源编码的范畴，例如过滤、预测、域变换和数据压缩等。当然，这些都是广义的信源编码。 一般来说，减少信源输出符号序列中的剩余度、提高符号平均信息量的基本途径有两个：①使序列中的各个符号尽可能地互相独立；②使序列中各个符号的出现概率尽可能地相等。前者称为解除相关性，后者称为概率均匀化。 信源编码的一般问题可以表述如下： 若某信源的输出为长度等于M的符号序列集合式中符号A为信源符号表，它包含着K个不同的符号，A=｛ɑk|k=1,…,K｝，这个信源至多可以输出KM个不同的符号序列。记‖U‖=KM。所谓对这个信源的输出进行编码，就是用一个新的符号表B的符号序列集合V来表示信源输出的符号序列集合U。若V的各个序列的长度等于N，即式中新的符号表B共含L个符号，B=｛bl|l=1,…,L｝。它总共可以编出LN个不同的码字。类似地,记‖V‖＝LN。为了使信源的每个输出符号序列都能分配到一个独特的码字与之对应，至少应满足关系‖V‖＝LN≥‖U‖＝KM 或者N/M≥logK/logL 。 假若编码符号表B的符号数L与信源符号表A的符号数K相等，则编码后的码字序列的长度N必须大于或等于信源输出符号序列的长度M；反之，若有N＝M，则必须有L≥K。只有满足这些条件，才能保证无差错地还原出原来的信源输出符号序列(称为码字的唯一可译性)。可是，在这些条件下，码字序列的每个码元所载荷的平均信息量不但不能高于，反而会低于信源输出序列的每个符号所载荷的平均信息量。这与编码的基本目标是直接相矛盾的。下面的几个编码定理，提供了解决这个矛盾的方法。它们既能改善信息载荷效率，又能保证码字唯一可译。
第一章多媒体技术的基本概念 ◆选择题 1.键盘和显示器属于（显示媒体）。 2.音乐属于（感觉媒体）。 3.ASCII码属于（表示媒体）。 4.（信息的编码压缩）是多媒体关键技术。 5.计算机多媒体技术的特点中，（多样性）是指处理多种信息载体的能力。 ◆填空题 1.多媒体可按不同的标准分类，本书把多媒体分为感知媒体、表示媒体、显示媒体、存 储媒体、传输媒体、信息交换媒体。 2.多媒体计算机技术具有以下特征，信息载体的多样性、实时性、交互性、集成性。 3.多媒体技术在教育领域中的典型范例包括：计算机辅助教学CAI、计算机辅助学习 CAL、计算机化教学CBI、计算机化学习CBL、计算机辅助训练CAT、计算机管理CMI等。 ◆简答题 1.什么是多媒体？ 答：多媒体就是多重媒体的意思，可以理解为直接作用于人感官的文字、图形、图像、动画、声音和视频等各种媒体的统称，即多种信息载体的表现形式和传递方式。 2.简述多媒体技术的应用领域和发展前景。 答：多媒体技术应用领域集文字、声音、图像、视频、通信等多项技术于一体，采用计算机的数字记录和传输传送方式，对各种媒体进行处理，具有广泛的用途，甚至可代替目前的各种家用电器，集计算机、电视机、录音机、录像机、VCD机、DVD机、电话机、传真机等各种电器为一体。 3.举例说明多媒体给人类生活带来的各种影响。 第二章多媒体硬件系统 ◆选择题 1.以下不属于声卡功能的是（视频接口）。 2.目前，以下（20HZ）不是声卡主要支持的采样频率。 3.视频卡的功能很多，以下哪一项不是视频卡的功能（对视频字幕自动进行语音识别）。 4.对于显卡，一帧16b、1024*768的三维场景，所需的帧缓存为（8MB）。 5.数码照相机和扫描仪最关键的部件是（CCD）。 ◆填空题 1.触摸屏可以分为：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红 外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。 2.点距是指显示器上两个像素之间的距离，点距越小，显示精度越高，显示的画面越清 晰。 3.扫描仪是一种典型的静态图像输入设备，其基本功能是将反映图像特征的光信号转换成 可识别的数字信号。 4.投影机是指一种利用特殊结构的投影管或液晶板配合光学系统，将影像放大后投射到屏 幕上的一种显示设备。 5.数码相机中镜头将光线汇聚到感光器件CCD上，CCD是半导体材料，他代替了普通相 机中的胶卷的位置，其功能是把光信号转变成电信号。 ◆简答题
信道编码技术研究 摘要：信道编码是通过信道编码器和译码器实现的用于提高信道可靠性的理论和方法。本文介绍了几种主要的信道编码技术，分析了他们的原理以及它在各个方面的应用和研究，并对各种编码方法的优缺点进行了总结，对信道编码的未来进行了展望。 关键词：信道编码、原理、研究 1 信道编码原理 信道编码是为了与信道的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的可靠性，而在信源编码的基础上，按一定规律加入一些新的监督码元，以实现纠错的编码。信道编码大致分为两类：①信道编码定理，从理论上解决理想编码器、译码器的存在性问题，也就是解决信道能传送的最大信息率的可能性和超过这个最大值时的传输问题。②构造性的编码方法以及这些方法能达到的性能界限。编码定理的证明，从离散信道发展到连续信道，从无记忆信道到有记忆信道，从单用户信道到多用户信道，从证明差错概率可接近于零到以指数规律逼近于零，正在不断完善。编码方法，在离散信道中一般用代数码形式，其类型有较大发展，各种界限也不断有人提出，但尚未达到编码定理所启示的限度，尤其是关于多用户信道，更显得不足。在连续信道中常采用正交函数系来代表消息，这在极限情况下可达到编码定理的限度。不是所有信道的编码定理都已被证明。只有无记忆单用户信道和多用户信道中的特殊情况的编码定理已有严格的证明；其他信道也有一些结果，但尚不完善。 信道编码还有以下几类方式：按字码的功能分为纠错码和检错码；按监督码元与信息码元分为线性码和非线性码；按照对信息码元和监督码元的约束关系的不同又分为分组码和卷积码，按照信息码元在编码后是否保持原来的形式分类，有系统码和非系统码。 线性分组码是差错控制码，由于认识此种码的思路与概念直观而条理清晰，并对编码中的一些重要参量和纠错能力提供一系列明确的概念，从而也为介绍其它差控码奠定有力基础。分组码是一组固定长度的码组，可表示为（n , k），通常它用于前向纠错。在分组码中，监督位被加到信息位之后，形成新的码。在编
第一章 绪论 1. 数字通信系统模型 通信系统结构：信源-发送设备-传输媒质-接收设备-收信 数字通信系统模型：信源-信源编码-信道编码-调制-信道-解调-信道解码-信源解码-收信 其中干扰主要来至传输媒质或信道部分 信源编码的作用： 信道编码的作用： 2. 香农信道容量公式 对上式进行变形后讨论其含义：令 0b E S C N N W =，代入上式有 ()()021C W b E N C W =-，讨论当信 道容量C 固定时，0b E N 和W 的关系。注意，W 的单位是Hz ，S N 是瓦特比值！ （1） 00b E N C W W ↑?↑?↓→，功率可以无限换取带宽 （2） 0 1.6b W C W E N dB ↑?↓?↓→-，带宽不能无限换取功率 （3） max 22log 1log 1P P R C I W I TW N N ????=?=+?=+ ? ???? ?，信噪比P N 一定时，传输 时间和带宽也可以互换 第三章 模拟线性调制 1. 调制分类 A. AM （双边带幅度调制） 载波 () ()0cos c c C t A t ωθ=+ 已调信号 产生方式：将调制信号() f t 加上一个直流分量0A 然后再乘以载波() cos c c t ωθ+
AM 调制信号信息包含在振幅中 其频谱为 实现频谱的搬移，注意直流分量的存在。 B. DSB-SC （抑制载波双边带调制） 产生方式：相对于AM 调制，仅是00A =，即不包含直流分量 DSB-SC 调制信号信息包含在振幅和相位中 已调信号 其频谱为 C. SSB （单边带调制） 产生方式：DSB 信号通过单边带滤波器．．．．．．，滤除不要的边带 已调信号 实际物理信号频谱都是ω的偶函数，可去掉其中一个边带，节省带宽和功率 任何信号．．．．() f t 可以表示为正弦函数的级数形式，仅讨论单频正弦信号的单边带调制不失一般性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ()()()cos cos DSB m m c c s t t t ωθωθ=++ 令0c θ=，0m θ=，式中“-”取上边带，“+”取下边带 ()()()()()cos cos sin sin SSB m c m c s t t t t t ωωωω= 通过移相相加或相减可以得到相应边带的调制信号。 D. VSB （残留边带调制） 产生方式：DSB 信号通过残留边带滤波器．．．．．．．可得VSB 信号 已调信号 锐截止滤波器物理难实现，低频丰富的信号很难分力，故保留另一边带的一部分 滤波器在c ω处具有滚将特性，系统函数满足 ()()VSB c VSB c H H const ωωωω-++= 2. 模拟线性调制 信号生成模型
·简答题 1.什么是媒体？ 信息的载体。可以分为视觉类媒体,听觉类媒体, 触觉类媒体,活动媒体,抽象事实媒体。 2.什么是多媒体信息？ ·文本 ·图形和图像 ·音频 ·动画和视频 3.什么是多媒体技术? 利用计算机技术把文本、图像、图形、动画、音频及视频等多种媒体综合一体化，使之建立起逻辑上的联系，并能够对它们获取，编码，编辑，处理，存储，传输和再现。 4.它有什么特点？ ·多样性：信息媒体的多样性，即能综合处理文本、图形、图像、动画、音频及视频等多种信息。 ·交互性:指用户可以与计算机的多种信息媒体进行交互操作，从而为用户提供更加有效地控制和使用信息的手段。 ·集成性:集成性是指以计算机为中心综合处理多种媒体，它包括信息媒体的集成和这些媒体设备的集成。 ·实时性:多媒体系统对声音和视频等时基媒体提供实时处理的能力。
第五章思考练习题——参考答案 1.自适应脉冲编码调制（APCM）和差分脉冲编码调制（DPCM）的基本思想是什么？ 答：APCM：根据输入信号幅度大小改变量化阶大小的一种波形编码技术。 DPCM：对预测的样本值与原始的样本值之间的差值进行编码。 2.对信源 X＝[x1=0.25,x2=0.25,x3=0.2,x4=0.15,x5=0.10,x6=0.05]进行Huffman编码 答： (1) 将信源符号按概率递减顺序排列 ; (2) 把两个最小的概率加起来 , 作为新符号的概率 ; (3) 重复步骤 (1) 、 (2), 直到概率和达到 1 为止 ; (4) 在每次合并消息时，将被合并的消息赋以1和0或0和1； (5) 寻找从每个信源符号到概率为1处的路径，记录下路径上的1和0； (6) 对每个符号写出"1"、"0"序列（从码数的根到终节点）。 3.已知信源X＝[x1=1/4,x2=3/4],若x1=1,x2=0,试对1011进行算术编码。 答： 由题意知：编码的数据串为 x1x2x1x1。令 high 为编码间隔的高 端 ,low 为编码间隔的低端 , range 为编码间隔的长度 ,rangelow 为编码字符分配的间隔低端 ,rangehigh 为编码字符分配的间隔高 端。则得出范围：
第一章习题 1。嵌入某种微处理器或单片机的测试和控制系统称为嵌入式控制系统（Embedded Control System）。 在应用上大致分为两个层次，以MCS-51为代表的8位单片机和以ARM技术为基础的32位精减指令系统单片机 2。目标机上安装某种嵌入式操作系统和不安装嵌入式操作系统, 以MCS-51为代表的8位单片机不安装嵌入式操作系统。 3。32位、16位和8位 5。32位、16位 6。在大端格式中，字数据的高字节存储在低字节单元中，而字数据的低字节则存放在高地址单元中。 在小端存储格式中，低地址单元存放的是字数据的低字节，高地址单元中，存放的是数据的高字节。 第二章习题 （略） 第三章习题 1。 （1）寄存器大约有17类，每个的定义都是寄存器名字前面加一个小写”r” （2）在56个中断源中，有32个中断源提供中断控制器，其中，外部中断EINT4~EINT7通过“或”的形式提供一个中断源送至中断控制器，EINT8~EINT23也通过“或”的形式提供一个中断源送至中断控制器。 第四章习题 1，56个中断源，有32个中断源提供中断控制器 2，两种中断模式，即FIQ模式（快速模式）和IRQ模式（通用模式）。通过中断模式控制寄存器设置。 3，常用的有5个，它们是中断模式控制寄存器，控制中断模式；中断屏蔽寄存器，控制中断允许和禁止；中断源挂起寄存器，反映哪个中断源向CPU申请了中断；中断挂起寄1
存器，反映CPU正在响应的中断是哪个中断源申请的；中断优先级寄存器，它和中断仲裁器配合，决定中断优先级。 4，中断源挂起寄存器，反映哪个中断源向CPU申请了中断；中断挂起寄存器，反映CPU正在响应的中断是哪个中断源申请的。中断源向CPU申请了中断如果该中断源没被屏蔽并且没有和它同级或高级的中断源申请中断，才能被响应。系统中可以有多个中断源向CPU申请中断，但同一时刻CPU只能响应一个最高级的中断源中断请求。中断源挂起寄存器和中断挂起寄存器反映了中断系统不同时段的状态。 5，进入中断服务程序先清中断源挂起寄存器和中断挂起寄存器；中断结束，将该中断源屏蔽。 6，将该中断源屏蔽取消；将该中断源屏蔽。 第五章习题 1，S3C2410芯片上共有117个多功能的输人/输出引脚，它们是。 ?1个23位的输出端口(端口A)； 。1个11位的输入/输出端口(端口B); 。1个16位输入/输出端口(端口C)； ?1个16位输入/输出端口(端口D)； ?1个16位输入/输出端口(端口E)； ?1个8位输人/输出端口(端口F)； ?1个16位输入/输出端口(端口G)； 。1个11位的输入/输出端口(端口H)。 2，S3C2410 I/O口的控制寄存器、数据寄存器、上拉电阻允许寄存器的作用？ 端口控制寄存器定义了每个引脚的功能；与I/O口进行数据操作，不管是输入还是输出,都是通过该口的数据寄存器进行的，如果该端口定义为输出端口，那么可以向GPnDA T的相应位写数据。如果该端口定义为输人端端口，那么可以从GPnDAT的相应位读出数据。 端口上拉寄存器控制每个端口组上拉电阻的使能/禁止。如果上拉寄存器某一位为0，则相应的端口上拉电阻被使能，该位做基本输入/输出使用，即第1功能；如果上拉寄存器某一位是1，则相应的端口上拉电阻被禁止，该位做第2功能使用。 5， rGPBCON=rGPBCON& 0xFFFFFC∣1; //蜂鸣器配置，PB1口接蜂鸣器，输出delay(1000); rGPBDAT & = 0xFFFFFE; //蜂鸣器响，低电平有效 rGPBDAT∣=1; // 蜂鸣器停 2