通信系统中的信道编码方法
Xx
（xx大学信息工程学院，湖北武汉430070）
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
Abstract：At present, the scale of the fixed and mobile network are ranked 2 in the world, the Internet users are always growing, China’s information and communication industry has got a lot of development. China will speed up the construction of a new generation of information and communications network technology and production system. Under the fast development of information and communication network, we should improve the transmission rate effectively, however, when transmitting digital signals in actual channels, there are mistakes in the system outputs of digital signals inevitably due to not ideal characteristics of the channels and additive noise as well as man-made interference. Though, in order to ensure dependability and accuracy of communication contents, a digital communications system for each output code error probability of bit error rate that has certain requirements.
To reduce the error rate, there are commonly two ways: one is to reduce the number of channel bit error caused by its own, the following methods: Select high-quality transmission lines, to improve the transmission characteristics of the channel ,to increase signal transmission power, Select a strong anti-interference ability of modulation and demodulation programs; the other method is to use error-control measures , to use channel coding. In many cases, the improvement of the channel is not possible or not economical, then we can only use channel coding. Therefore, implementing channel coding method is significant.
Keywords：channel，code errorrate，channel coding，
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多条路径后被接收端接收。
（3）移动通信系统中的无线信道
GSM移动通信系统工作的频段有900MHZ和1800MHZ两个频段，GSM移动通信系统中的无线传输用于基站和移动台之间的信息收发，基站发射的无线信号可能会经过周围建筑的反射被移动台接收，当移动台运动时，这些多径分量之间的相位差要发生变化，因此总合成的振幅就发生起伏，它体现为接收信号强度的快衰落，也称为多径衰落；在移动台移动过程中，还存在一种相对较慢的起伏，由于地形地物的沿途变化，某个较强多径分量的加入和退出将会使得接收信号强度呈现较大的起伏，它体现为接收信号的慢衰落，这种衰落又称为阴影衰落。此外移动通信系统中还存在多径时延扩展和多普勒效应的影响。
信道特性是选择各种编码和调制收发体质的基础和出发点，如在数字移动通信系统中，必须对抗多径效应和接收信号的快速衰落所造成的不利影响，这就需要在信源编码、信道编码、调制技术、多址方式等多个方面进行精心的设计。
在无线信道中，高误码率限制了其传输性能，采用有线网络中使用的检错重发技术由于重发次数频繁，严重降低了传输效率。因此通常用前向纠错来降低信道中的高误码率，传统的前向纠错在一定程度上降低了丢包率，但并不能灵活地适应网络内部的链路差异。因此寻找一种能够根据无线网络当前链路状况对数据的差错编码等作出更改的自适应前向纠错算法，对提高网络传输的效率具有重大意义。
3.纠错检错的基本原理
3.1差错控制的基本概念
3.1.1 差错的特点
由于通信线路上总有噪声存在，噪声和有用信息中的结果，就会出现差错。噪声可分为两类，一类是热噪声，另一类是冲激噪声，热噪声引起的差错是一种随机差错，亦即某个码元的出错具有独立性，与前后码元无关。冲激噪声是由短暂原因造成的，例如点击的启动、停止，电器设备的放弧等。冲击噪声引起的差错是成群的，其差错持续时间称为突发错的长度。
衡量信道传输性能的指标之一是误码率P
O ，P
O
=错误接收的码元数/接收的总码元数。目
前普通电话线路中，当传输速率在600~2400bit/s时，P
O
在之间，对于大多数
通信系统，P
O
在之间，而计算机之间的数据传输则要求误码率低于。
3.1.2 差错控制的基本方式
差错控制方式基本上分为两类，一类称为“反馈纠错”，另一类称为“前向纠错”。在这两类基础上又派生出一种称为“混合纠错”。
(1)反馈纠错
这种方式在是发信端采用某种能发现一定程度传输差错的简单编码方法对所传信息进行编码，加入少量监督码元，在接收端则根据编码规则收到的编码信号进行检查，一量检测出(发现)有错码时，即向发信端发出询问的信号，要求重发。发信端收到询问信号时，立即重发已发生传输差错的那部分发信息，直到正确收到为止。所谓发现差错是指在若干接收码元中知道有一个或一些是错的，但不一定知道错误的准确位置。
(2)前向纠错
这种方式是发信端采用某种在解码时能纠正一定程度传输差错的较复杂的编码方法，使接收端在收到信码中不仅能发现错码，还能够纠正错码。采用前向纠错方式时，不需要反馈信道，也无需反复重发而延误传输时间，对实时传输有利，但是纠错设备比较复杂。
(3)混合纠错
混合纠错的方式是：少量纠错在接收端自动纠正，差错较严重，超出自行纠正能力时，就向发信端发出询问信号，要求重发。因此，“混合纠错”是“前向纠错”及“反馈纠错”两种方式的混合。
对于不同类型的信道，应采用不同的差错控制技术，否则就将事倍功半。
反馈纠错可用于双向数据通信，前向纠错则用于单向数字信号的传输，例如广播数字电视系统，因为这种系统没有反馈通道。
3.1.3 误码控制编码的分类
随着数字通信技术的发展，研究开发了各种误码控制编码方案，各自建立在不同的数学模型基础上，并具有不同的检错与纠错特性，可以从不同的角度对误码控制编码进行分类。
按照误码控制的不同功能，可分为检错码、纠错码和纠删码等。检错码仅具备识别错码功能而无纠正错码功能；纠错码不仅具备识别错码功能，同时具备纠正错码功能；纠删码则不仅具备识别错码和纠正错码的功能，而且当错码超过纠正范围时可把无法纠错的信息删除。
按照误码产生的原因不同，可分为纠正随机错误的码与纠正突发性错误的码。前者主要用于产生独立的局部误码的信道，而后者主要用于产生大面积的连续误码的情况，例如磁带数码记录中磁粉脱落而发生的信息丢失。按照信息码元与附加的监督码元之间的检验关系可分为线性码与非线性码。如果两者呈线性关系，即满足一组线性方程式，就称为线性码；否则，两者关系不能用线性方程式来描述，就称为非线性码。
按照信息码元与监督附加码元之间的约束方式之不同，可以分为分组码与卷积码。在分组码中，编码后的码元序列每n位分为一组，其中包括k位信息码元和r位附加监督码元，即n=k+r，每组的监督码元仅与本组的信息码元有关，而与其他组的信息码元无关。卷积码则不同，虽然编码后码元序列也划分为码组，但每组的监督码元不但与本组的信息码元有关，而且与前面码组的信息码元也有约束关系。
按照信息码元在编码之后是否保持原来的形式不变，又可分为系统码与非系统码。在系统码中，编码后的信息码元序列保持原样不变，而在非系统码中，信息码元会改变其原有的信号序列。由于原有码位发生了变化，使译码电路更为复杂，故较少选用。
根据编码过程中所选用的数字函数式或信息码元特性的不同，又包括多种编码方式。对于某种具体的数字设备，为了提高检错、纠错能力，通常同时选用几种误码控制编码方式。以下，以线性分组码为例，对几种简单的编码方式进行介绍。
3.2纠错编码方式简介
3.2.1奇偶监督码
奇偶校验码也称奇偶监督码，它是一种最简单的线性分组检错编码方式。其方法是首先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)监督码元作为奇偶检验位，使得总码长n(包括信息位k和监督位1)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。奇校验和偶校验两者具有完全
相同的工作原理和检错能力，原则上采用任一种都是可以的。
由于每两个1的模2相加为0，故利用模2加法可以判断一个码组中码重是奇数或是偶数。模2加法等同于“异或”运算。现以偶监督为例。
对于偶校验，应满足，
故监督位码元c
可由下式求出：
（3-1）不难理解，这种奇偶校验编码只能检出单个或奇数个误码，而无法检知偶数个误码，对于连续多位的突发性误码也不能检知，故检错能力有限，另外，该编码后码组的最小码距为d0=2，故没有纠错码能力。
奇偶监督码常用于反馈纠错法。
3.2.2行列监督码
行列监督码是二维的奇偶监督码，又称为矩阵码，这种码可以克服奇偶监督码不能发现偶数个差错的缺点，并且是一种用以纠正突发差错的简单纠正编码。
其基本原理与简单的奇偶监督码相似，不同的是每个码元要受到纵和横的两次监督。具体编码方法如下：将若干个所要传送的码组编成一个矩阵，矩阵中每一行为一码组，每行的最后加上一个监督码元，进行奇偶监督，矩阵中的每一列则由不同码组相同位置的码元组成，在每列最后也加上一个监督码元，进行奇偶监督。如果用×表示信息位，这样，它的一致监督关系按行及列组成。每一行每一列都是一个奇偶监督码，当某一行(或某一列)出现偶数个差错时，该行(或该列)虽不能发现，但只要差错所在的列(或行)，没有同时出现偶数个差错，则这种差错仍然可以被发现。矩阵码不能发现的差错只有这样一类：差错数正好为4倍数，
而且差错位置正好构成矩形的四个角，有的差错情况。因此，矩阵码发现错码的能力是十分强的，它的编码效率当然比奇偶监督码要低。
3.2.3恒比码
恒比码又称为定比码。在恒比码中，每个码组“1”和“0”都保持固定的比例，故得此名。这种码在检测时，只要计算接收到的码组中“1”的数目是否对就知道有无错误。在我国用电传机传输汉字时，只使用阿拉伯数字代表汉字。这时采用的所谓“保护电码”就是“3∶2”或称“5中取3”的恒比码，即每个码组的长度为5，其中“1”的个数总是3，而“0”的个数总是2。如表3-1所示。
本来以5位码元组成的码组总共可以有25=32种，而恒比码规定只有确切地含有3个“1”，2个“0”的那些码组为准用码组，而有3个“1”，2个“0”的5位码组共有多少？
这是“5中取3”求组合的算法，组合数为
3
5
10
c=，一般情况下，从“n 中取m”(m＜n)
恒比码的码组数为：
()
!
!!
m
n
n
C
m n m
=
-
由此可以看出，恒比码实际上是n个码元传送比特信息，例如上述“3∶2”即“5中取2”恒比码，用5位码只传10种信息。每个码组的信息量为，有5-3.3=1.7bit作为代价付出。
恒比码适用于传输字母和符号。
3.2.4汉明码
汉明码属于线性分组编码方式，大多数分组码属于线性编码，其基本原理是，使信息码元与监督码元通过线性方程式联系起来。线性码建立在代数学群论的基础上，各许用码组的集合构成代数学中的群，故又称为群码。
校验子和监督关系式
我们先回顾下按式（3-1）条件构成的偶数监督码。由于我们使用了一位监督码c0，它就能和信息码一起构成一个代数式，在接收端解码时，我们实际上是计算：
(3－2) 若s=0，就认为无错码。若s=1，就认为有错码。上式就是一致监督关系式。S称为“校验子”。由于校验子S的取值只有这样两种，它就只能代表有错和无错两种信息，而不能指出错码的位置。我们不难推想，如监督位增加一位，变成两位，则能增加一个类似于式(3－2)的监督关系式。两个校验子的可能值有4种组合00，01，10，11。故能表示4种不同的信息，其中一种表示无错，其余三种就有可能用来指示一位错码的3种不同位置。同理，r个监督关系式能指示一位错码的（2r-1）个可能位置。
一般说来，若码长为n ，信息码为k ，则监督码数r=n-k 。若希望用r 个监督码构造出r 个监督关系式来指示一位错码的n 种可能位置，则要求：
(3－3)
下面通过一个例子来说明如何具体构造这些监督关系式。
设分组码(n 、k)中k=4，为了能纠正一位错码，按式(3－3)可知，要求监督码数r≥3，现取r=3，则n=k+r=4+3=7，这是一种(7、4)分组码。我们用
表示这7
个码元，
，表示三个监督关系式中的校验子，则
的值与错码位置的对应关系
可以规定如表3-2，(当然也可以规定成另一种对应关系，这不影响讨论一般性)。
按表3-2的规定，仅当有一个错码位置在时，校验子s1为1，否则s1为
0，这就意味着
四个码元构成偶数监督关系：
表3-2
同理，
构成偶数监督关系：
以及
构成偶数监督关系：
（3-4）
（1） 监督码的确定
在发送端编码时，信息码
的值决定于输入信号，是随机的。而监督码
则应根据信息码的取值按监督关系式决定。即监督码的取值应使上三式中
的值为0，表示编成的码组中无错码：
（3-5）由上式移项解出监督码：(在模2加法中，移项后没有负号)
已知信息码后，直接按上式可算出监督码，计算结果得出16个码组列于表3-3中。
表3-3
（2）解码过程
接收端收到每个码组后，按下述顺序解码。先按式(3-2)～(3－5)计算出c0,a3,a4,a6.再按表3-2判断错误情况。例如，若接收码组为0000011，按式(3－3)～(3－5)计算得：s1=0,s2=1,s3=1，由于s1s2s3=011，查表3-2可知有一错码为a3。
（3）汉明码的效率
汉明码的编码效率η=1-r/n当n很大时，效率是很高的。
3.2.5循环码（CRC）
（1）循环码是一种重要的线性码，它有三个主要数学特征：
1.循环码具有循环性，即循环码中任一码组循环一位(将最右端的码移至左端)以后，
仍为该码中的一个码组。
2.循环码组中任两个码组之和(模2)必定为该码组集合中的一个码组。
3.循环码每个码组中，各码元之间还存在一个循环依赖关系，b代表码元，则有
（2）用多项式码作为检验码的编解码过程
用多项式码作为检验码时，发送器和接收器必须具有相同的生成多项式(GeneratorPolynomial)G(x)，其最高、最低项系数必须为1。CRC编码过程是将要发送的二进制序列看作是多项式的系数，除以生成多项式，然后把余数挂在原多项式之后。CRC译码过程是接收方用同一生成多项式除以接收到的CRC编码，若余数为零，则传输无错。
编码译码方法：
令r为生成多项式G(x)的阶，将r个“0”附加在信息(数据)元的低端，使其长度变为k+r位，相应于多项式x r*m(x)；
x r*m(x)÷G(x)[mod 2]，得余数；x r*m(x)与余数对应位异或，得编码信息T(x)。
例数据信息
表3-4
1.接收器收到发来的编码信息后，用同一个生成多项式G(x)除以编码信息，若余数为零，则表示接收到正确的编码信息，否则有错。
2.把收到的正确编码信息T(x)去掉尾部r位，即得数据信息M(x)。
(3)多项式码检错能力及生成多项式G(x)的选择原则
设接收到的信息不是发送的编码信息T(x)，而是T(x)+E(x)。
例有差错的编码信息为
1001001011T(x)-E(x)=T(x)+E(x)
其中，1101011011为T(x)，010*******为E(x)
若接收到的有差错的编码信息为T(x)+E(x)，用G(x)除以T(x)+E(x)，则得余数为E(x)/G(x)的余数，因为T(x)/G(x)余数为零，所以［T(x)+E(x)］/G(x);E(x)/G(x) 这时应该有余数，若无余数则检不出错。
有r位校验位的多项式码将能检测所有≤r位的突发错，故只要k-1＜r，就能检测出所有突发错，这是一个很有用的结论。
生成多项式G(x)的国际标准有：
表3-5
CRC－16和CRC－CCITT两种生成多项式生成的CRC码可以捕捉一位错、二位错、具有奇数个错的全部错误，可以捕捉突发错长度小于16的全部错误。CRC－16和CRC－CCITT可以用硬件实现。
(4)CRC编码硬件电路的实现
设数据1010，多项式m(x)=x3+x，生成多项式系数1011。多项式x r*m(x)，系数1010000；多项式x r*m(x)=x6+x4，余式系数011，多项式k(x)=x+1
CRC编码
表3-6
3.2.6卷积码（Convolution Codes）
卷积码是一种非分组编码,适用于前向纠错法。在许多实际情况下,卷积码的性能常优于分组式编码。
卷积编码是将信息序列以k个码元分段,通过编码器输出长为n的一个码段。卷积码的监督码元并不实行分组监督,每一个监督码元都要对前后的信息单元起监督作用,整个编解码过程也是一环扣一环,连锁地进行下去。卷积编码后的n个码元不仅与本段的信息元有关,而且也与其前N-1段信息有关,故也称连环码,编码过程中互相关联的码元个数为nN。卷积编码的结构是:“信息码元、监督码元、信息码元、监督码元”。在解码过程中,首先将接收到的信息码与监督码分离,由接收到的信息码再生监督码,这个过程与编码器相同;再将此再生监督码与接收到的监督码比较,判断有无差错,并纠正这些差错。
卷积码编码器的一般结构包括两部分：一个由m段组成的输入移位寄存器，每段有k 级，共mk位寄存器，n个模2加法器，其输入分别对应于n个基于生成多项式的线性代数方程。
为了对卷积码作进一步说明，下面以卷积码(2,1,2)为例，其编码器生成多项式分别为：G0（n）=x（n）+x（n-1）+x（n-2）（1）
G1（n）=x（n）+x（n-2）（2）
其中x(n)为编码器输入信息G0（n），G1（n）为编码器输出信息。其工作过程：若输入编码器一个新的信息元x（n），两个移位寄存器内的数据均右移一位，x（n）与前两个时刻输入的信息x（n-1）、x（n-2）生成多项式进行运算，得到两个输出码元G0（n）、G1（n），由此对信息x（n）编码结束。
3.2.7RS码
里德-索罗门码,简称RS码,是一种重要的线性分组编码方式,对突发性错误有较强的纠错能力。该编码技术是利用伽罗华创造的伽罗华域(GaloisField)中的数学关系来把传送数据包的每个字节映射成伽罗华域中的一个元素(又称符号),每个数据包都按码生成多项式为若干个字节的监督校验字节,组成RS的误码保护包,接收端则按校验矩阵来校验接收到的误码保护包是否有错,有错时则在错误允许的范围内纠错。RS纠错编码具有很强的纠正突发误码的能力。为了纠正一个错误,要2个符号的检测码,一个用来确定位置,一个用来纠错。一般来说纠t个错误需要2t个检验符,这时要计算2t个等式,确定t个位置和纠t个错。能纠t个符号的RS码生成多项式为:g(x)=(x+a0)(x+a1)(x+a2)?(x+a2t-1)
(1)在RS编码过程中，各符号不是直接出现，而是每个符号要乘以某个基本元素的幂次方后再模2加，如图4－7所示。
(2)在循环码中欲检查是否有错是用码字除一个多项式，而在RS码中，欲检出一系列误码则需要用码字除一定数量的一次多项式。如果要纠正七个错误，那么码字必须被2t个不同的一次多项式整除，例如被x+a n的一次多项式整除，这里的n取值直到2t的所有整数值，a是基本元素，例如a为010，输入5个符号，每个符号3比特，与相应的元素相乘后直接模2加输出，因为有两种系数，所以得到二个校检子，两个校验式为：
(3)下面举一个简单例子说明纠错过程在无差错时，S
0=0，S
1
=0，有如下关系：
表3-7
当接收到的符号有错时通过计算也可以得到与符号有关的错误图形，这时有错的码加撇，S 0是错误图形，真正的D=D ′+S 0=101+001=100。但错误的位置将由S 1决定，这要利用S 1和S 2的关系
表3-8
=
校验子的增加导致纠错能力的加强，通过的运算可以确定差错的位子，并予以纠正。尽管都是同一个错误的不同图形，但因次方的各接收符号模2加得到的，而的k 恰好是乘的那一个符号。
(4)RS 码的生成多项式
从上面的例子可以看出，为了纠正一个符号错，要2个符号的检测码，一个用来确定位置，一个用来纠错。一般来说纠t 个错误需要2t 个检验符，这时要计算2t 个等式，确定t 个位置和纠t 个错。能纠t 个符号的RS 码生成多项式为：
g(x)=(x+a 0)(x+a 1)(x+a 2)?(x+a 2t-1) 按照DVB 的CATV 标准：
RS 码生成多项式为：g(x)=(x+20)(x+21)(x+22)?(x+215)； RS 码为： RS(204，188，8)
即分组码符号长度为204个，188个信息符号，可纠错8个。
4. 在MATLAB 软件中的仿真实现
4.1循环码CRC
gen=[1 0 1 1];%校验多项式
poly=[0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1];%原始信息
plen=length(poly);%返回原始信号的最大长度
glen=length(gen);%返回校验多项式的最大长度
cur=poly(1:glen-1);
for p=glen:plen;
cur(glen)=poly(p);
if cur(1)cur=xor(cur(2:glen),gen(2:glen));
else cur=cur(2:glen);end
end
disp('校验码为'),disp(cur)
运行得：校验码为001
该结果表明CRC编码在给定的原始信号和校验多项式生成的校验码为001
4.2 RS码
对加入突发噪声信道的RS（15，11）编码进行的仿真，MATLAB代码如下：clc;
L=1000;
M=4;%每个符号的比特数
N=2^M-1;%编码后码字长度
K=N-4;%信息长度
MSG=randint(L,1);%随机产生L比特信号
TP=gftuple([-1:N-1]',M);%产生加罗华域元素
PG=rspoly(N,K);%产生生成式
[CODE,ADDED]=rsenco(MSG,TP,K);%编码
NOI=rand(length(CODE)/M,1)<.03;%加入3%的噪声
NOI=(NOI*ones(1,M))';%产生突发错误
NOI=NOI(:);
CODE_NOI=rem(CODE+NOI,2);%噪声加入信号
[DEC,ERR,CCODE,ERR_C]=rsdeco(CODE_NOI,TP,K);%译码
MSG=[MSG;zeros(ADDED,1)];%调整长度
max(abs(DEC-MSG));%比较
X=[1:length(NOI)];
Z=[1:M*N:length(NOI)];
Y=zeros(1,length(Z));
Z=[Z;Z];
Y=[Y+min(ERR_C);Y+max(ERR_C)];
subplot(211);
plot(X,NOI,'yo',X,ERR_C,'rx',Z,Y,'g-');
title('ErrorDetectionRecord');
xlabel('o--placederror;x--detectederror;verticalbar:RS-DECOsection'); axis([1,length(NOI),min(ERR_C),max(ERR_C)]);
X=[1:length(MSG)];
Z=[1:M*K:length(MSG)];
Y=zeros(1,length(Z));
Z=[Z;Z];
Y=[Y;Y+max(MSG)];
subplot(212);
plot(X,MSG,'yo',X,DEC,'rx',Z,Y,'g-');
title('Message and Decoded Signal Comparison');
xlabel('o—original message;x—decoded result.');%X轴的标题
axis([1,length(MSG),min(min(MSG)),max(max(MSG))]);
该结果是根据RS编码进行仿真出的对比图，在上一个图表明的是错误检测记录图，黄色表示错误的地方，红色表示检测到错误，竖线表示RS译码部分。下图是源信号和译码后的信号对比图，黄色表示原始信号，红色表示译码结果。说明加入噪声以后，原始信息编码后再译码，产生误差。
4.3 卷积码编码程序
function [output, len_tal] = cnv_encd(secrettext, encodetext)
g = [0 0 1 0 0 1 0 0; 0 0 0 0 0 0 0 1; 1 0 0 0 0 0 0 1; 0 1 0 0 1 1 0 1];
k0 = 1;
% 读入文本文件并计算文件长度
frr = fopen(secrettext, 'r');
[msg, len] = fread(frr, 'ubit1');
msg = msg';
% check to see if extra zero padding is necessary
if rem(length(msg), k0) > 0
msg = [msg, zeros(size(1:k0-rem(length(msg),k0)))];
end
n = length(msg)/k0; % 把输入比特按k0分组，n为所得的组数。
% check the size of matrix g
if rem(size(g, 2), k0) > 0
error('Error, g is not of the right size.');
end
% determine L and n0
L = size(g, 2)/k0;
n0 = size(g, 1);
% add extra zeros，以保证编码器是从全0开始，并回到全0状态。
u = [zeros(size(1:(L-1)*k0)), msg, zeros(size(1:(L-1)*k0))];
% generate uu, a matrix whose columns are the contents of conv. encoder at
% various clock cycles.
u1 = u(L*k0: -1 :1);
for i = 1:n+L-2
u1 = [u1, u((i+L)*k0:-1:i*k0+1)];
end
uu = reshape(u1, L*k0, n+L-1);
% determine the output
output = reshape(rem(g*uu, 2), 1, n0*(L+n-1));
len_tal = n0*(L + n - 1);
% write the output to the encodetext
result = fopen(encodetext, 'w');
for i = 1:n0*(L+n -1)
fwrite(result, output(i), 'bit1');
end
fclose(result);
5.总结
随着数字电路技术的飞速发展，循环码纠错编译技术已广泛应用于各种通信系统中，解码电路采用微处理器或数字信号处理器，实现简单，检纠错能力强，可降低误码率，确保数据传输的可靠性，大大提高了通信质量!汉明码性能好，而且编译电路简单，易于工程实现，汉明码可变、发送信息可变、错误信息可变，因此比较灵活。循环码具有可靠性高的优点，在通信、军事等领域中应用非常广泛。由于循环码是无权码，书写和编制都比普通二进制码麻烦，且每位代码无固定权值，任何相邻的两个码组中，仅有一位代码不同。奇偶效验码数量多但是有规律可寻，缺点是冗余效验码乱且复杂。
在RS 码和卷积码之间,有一个交织器, 其主要完成信号数码序列的交织作用。因为当信号受到突发性干扰时,不仅干扰个别字节, 而且会干扰一串字节,造成一片数码都出错,错误集中在一起,可能会超出纠错码的纠错能力,交织作用可以将错误分散开,目的是使解码器能有效纠错,由于在发送端进行了数码交织,接收端就要相应地进行去交织,恢复其本来的数码顺序。
分组码有完善的理论支持,使得他们具有完美的数学结构和许多简单有效的纠错译码算法。从实际应用角度看, RS 码是分组码家族最重要的一种编码。他在纠突发错误方面有十分优异的性能。RS 码的缺点是他很难产生用于软判决的信息,而卷积码则由于使用软判决可获得大约2dB的增益(相对硬判决)。同时卷积码的同步要比分组码简单很多。卷积码的优点是具有高传输效率、低时延及高可靠性的特点。缺点就是随着约束长度的增加算法的复杂度增加很快。
6.参考文献
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[7] 罗伟雄. 通信原理与电路. 北京理工大学出版社, 2003
[8] https://www.doczj.com/doc/2c18712080.html,
[9] https://www.doczj.com/doc/2c18712080.html,
信道编码发展概述 摘要: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。本文主要介绍几种主要的信道编码和译码原理和它们实现方法和性能和各种编码的优缺点，并介绍其在现代通信技术中的应用如WCDMA和3G通信技术。 关键词:分组码; 卷积码; 级联码; Turbo码；通信技术； 中图分类号:TP91811 Development of Channel Codes Abstract: Channel coding in order to match the statistic properties of channel, and to distinguish the pathway and improve the reliability of communication, and on the basis of the source code, add some new oversight element according to certain rule, in order to realize the error correction coding. This paper mainly introduces several main channel coding and decoding principle and their implementation methods and properties and the advantages and disadvantages of all kinds of coding, and introduces its application in the modern communication technologies such as WCDMA and 3G communications technology. Key words:block codes; convolution code; concatenation codesturbo code; communication technology; 0引言 一个完整的通信系统，在从信源至接收的全过程中，对信号进行的编码包括信源编码、信道编码以及加密与解密，其中信源编码与信道编码是对信号进行处理的重要步骤，而加密与解密则主要用于接收系统中。 信道编码又称为纠错编码，是指将信号进行编码处理，以使编码后的传送码流与信道传输特性相匹配，其根本目的是为了提高信息传输的可靠性，即提高系统的抗干扰能力。信道编码是数字通信区别于模拟通信的显著标志，其主要实现方法是通过增大码率或频带，即增大所需的信道容量。这一点恰好与信源编码为适应存储及信道传输要求而进行压缩码率或频带而相反。信道编码在当今的通信系统中有这至关重要的地位，TD-SCDMA中主要采用了卷积码和CRC检错码，而Turbo码在WCDMA的差错控制技术中和4G通信中起着至关重要的作用。 1分组码 将信源的信息序列按照独立的分组进行处理和编码，称为分组码。编码时将每k个信息位分为一组进行独立处理，变换成长度为n（n>k）的二进制码组。 简单实用编码包括奇偶监督码、二维奇偶监督码、恒比码、正反码，其中奇偶监督码和分组码又同属于代数码。分组码一般用符号（n，k）表示，其中n是码组的总位数，又成为码组的长度（码长），k是码组中信息码元的数目，– n k r 为码组中的监督码元数目。在分组码中，把码组中“1”的个数目称为码组的重量，简称码重。把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距离，简称码距又称海明距离。分组码线性是指码组中码元的约束关系是线性的, 而分组则是对编码而言。他可以用近似代数理论中有限维有限域的矩阵来描述。线性分组码实际上是利用线性空间的扩展, 即由原来的k维扩展到n 维, 利用被扩展的(n - k ) 维来发现、纠正信道传输中的差错。 1.1 循环码 循环码是一种无权码，每位代码无固定权值，任何相邻的两个码组中，仅有一位代码不同。而纠错码的译码是该编码能否得到实际应用的关键所在。译码器往往比编码较难实现，对于纠错能力强的纠错码更复杂。根据不同的纠错或检错目的，循环码译码器可分为用于纠错目的和用于检错目的的循
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
现代通信技术的历史 所谓通信，最简单的理解，也是最基本的理解，就是人与人沟通的方法。无论是现在的电话，还是网络，解决的最基本的问题，实际还是人与人的沟通。现代通信技术，就是随着科技的不断发展，如何采用最新的技术来不断优化通信的各种方式，让人与人的沟通变得更为便捷，有效。这是一门系统的学科，目前炙手可热的3G就是其中的重要课题。 通信技术和通信产业20世纪80年代以来发展最快的领域之一。不论是在国际还是在国内都是如此。这是人类进入信息社会的重要标志之一。 通信就是互通信息。从这个意义上来说，通信在远古的时代就已存在。人之间的对话是通信，用手势表达情绪也可算是通信。以后用烽火传递战事情况是通信，快马与驿站传送文件当然也可是通信。现代的通信一般是指电信，国际上称为远程通信。 纵观同新的发展分为以下三个阶段：第一阶段是语言和文字通信阶段。在这一阶段，通信方式简单，内容单一。第二阶段是电通信阶段。1937年，莫尔斯发明电报机，并设计莫尔斯电报码。1876年，贝尔发明电话机。这样，利用电磁波不仅可以传输文字，还可以传输语音，由此大大加快了通信的发展进程。1895年，马可尼发明无线电设备，从而开创了无线电通信发展的道路。第三阶段是电子信息通信阶段。从总体上看，通信技术实际上就是通信系统和通信网的技术。通信系统是指点对点通所需的全部设施，而通信网是由许多通信系统组成的多点之间能相互通信的全部设施。 而现代的主要通信技术有数字通信技术，程控交换技术，信息传输技术，通信网络技术，数据通信与数据网，ISDN与ATM技术，宽带IP技术，接入网与接入技术。 数字通信即传输数字信号的通信，，是通过信源发出的模拟信号经过数字终端的心愿编码成为数字信号，终端发出的数字信号，经过信道编码变成适合与信道传输的数字信号，然后由调制解调器把信号调制到系统所使用的数字信道上，在传输到对段，经过相反的变换最终传送到信宿。数字通信以其抗干扰能力强，便于存储，处理和交换等特点，已经成为现代通信网中的最主要的通信技术基础，广泛应用于现代通信网的各种通信系统。 程控交换技术即是指人们用专门的电子计算机根据需要把预先编好的程序存入计算机后完成通信中的各种交换。程控交换最初是由电话交换技术发展而来，由当初电话交换的人工转接，自动转接和电子转接发展到现在的程控转接技术，到后来，由于通信业务范围的不断扩大，交换的技术已经不仅仅用于电话交换，还能实现传真，数据，图像通信等交换。程控数字交换机处理速度快，体积小，容量大，灵活性强，服务功能多，便于改变交换机功能，便于建设智能网，向用户提供更多，更方便的电话服务。随着电信业务从以话音为主向以数据为主转移，交换技术也相应地从传统的电路交换技术逐步转向给予分株的数据交换和宽带交换，以及适应下一代网络基于IP的业务综合特点的软交换方向发展。 信息传输技术主要包括光纤通信，数字微波通信，卫星通信，移动通信以及图像通信。 光纤是以光波为载频，以光导纤维为传输介质的一种通信方式，其主要特点是频带宽，比常用微波频率高104~105倍；损耗低，中继距离长；具有抗电磁干扰能力；线经细，重量轻；还有耐腐蚀，不怕高温等优点。 数字微波中继通信是指利用波长为1m~1mm范围内的电磁波通过中继站传输信号的一种通信方式。其主要特点为信号可以"再生"；便于数字程控交换机的连接；便于采用大规模集成电路；保密性好；数字微波系统占用频带较宽等的优点，因此，虽然数字微波通信只有二十多年的历史，却与光纤通信，卫星通信一起被国际公认为最有发展前途的三大传输手段。 卫星通信简单而言就是地球上的无线电通信展之间利用人在地球卫星作中继站而进行的通信。其主要特点是：通信距离远，而投资费用和通信距离无关；工作频带宽，通信容量大，适用于多种业务的传输；通信线路稳定可靠；通信质量高等优点。
扩 频 通 信 及Matlab 仿 真 江西师范大学 物理与通信电子学院2009级通信工程（2）班姓名xxx 学号xxxxxxxx
目录 一、摘要 (3) 二、数字通信原理 (4) 三、衰落信道与抗衰落技术 (5) 四、多址通行 (6) 五、扩频通信原理 (6) 六、直接序列扩频通信 (8) 七、基于matlab的直接序列扩频仿真 (10) 八、结束语 (13) 九、参考书目 (14) 十、致谢 (15)
摘要 扩频通信即扩展频谱通信，它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信技术自50年代中期美国军方开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域，直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。本文根据扩频通信的原理，利用MATALB对扩频通信中最常用的直扩通信系统进行了仿真。
数字通信原理： 1）所谓数字通信就是利用数字传输技术来进行的通信。它包括对模拟信号的编码和调制，传输媒介以及对数字信号的解调和解码。 2）典型的数字通信系统模型如图1-1： 图1-1 信源：信息的来源一般是模拟信号。 信源编码：模拟信号转变为数字信号； 信号压缩处理；信号的高效率编码。 信道编码：检错、纠错编码，提高信号抗干扰能力；
信息加密，防止信息被窃取。 调制变换：波形编码，信号调制，使基带信号适合在特定的 道中传输。 传输媒介：有线、无线信道，网络交互设备。 解调、信道译码、信源译码：对信号作上述处理相反对变换。 信宿：信息的最终传输目的地 衰落信道与抗衰落技术： 1）衰落信道的产生：无线通信是基于电磁波在空间中的传播来实现信息的传递的。无线信道的电波传播特性与电波传播的环境密切相关。电波环境主要包括：地形地貌、各种建筑物、气候气象、电磁干扰、移动体的运动速度和工作频段等。因此在实际应用中不可避免的产生衰落信道。 2）衰落信道主要包括：阴影衰落和多径衰落。 3）抗衰落技术主要包括：①空间分集技术 ②Rake接收方式 ③信道交织技术 ④多载波传输技术 ⑤信道均衡技术 ⑥扩频通信技术等等
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。
通信系统中的信道编码方法 Xx （xx大学信息工程学院，湖北武汉430070） 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 Abstract：At present, the scale of the fixed and mobile network are ranked 2 in the world, the Internet users are always growing, China’s information and communication industry has got a lot of development. China will speed up the construction of a new generation of information and communications network technology and production system. Under the fast development of information and communication network, we should improve the transmission rate effectively, however, when transmitting digital signals in actual channels, there are mistakes in the system outputs of digital signals inevitably due to not ideal characteristics of the channels and additive noise as well as man-made interference. Though, in order to ensure dependability and accuracy of communication contents, a digital communications system for each output code error probability of bit error rate that has certain requirements. To reduce the error rate, there are commonly two ways: one is to reduce the number of channel bit error caused by its own, the following methods: Select high-quality transmission lines, to improve the transmission characteristics of the channel ,to increase signal transmission power, Select a strong anti-interference ability of modulation and demodulation programs; the other method is to use error-control measures , to use channel coding. In many cases, the improvement of the channel is not possible or not economical, then we can only use channel coding. Therefore, implementing channel coding method is significant. Keywords：channel，code errorrate，channel coding，
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:
软件无线电的历史和发展趋势 姓名 （单位xxxx） 摘要：自20世纪90年代初以来，移动通信领域一场新的技术革命悄然兴起，这就是以软件无线电为特征的新一代通信系统研究与开发。软件无线电（SWR）技术是第三代移动通信系统和军用电台的发展趋势。文章主要介绍了软件无线电的概念、软件无线电的研究历史、软件无线电的应用和软件无线电在国际和国内的发展趋势。 关键词：软件无线电(SDR)，无线通信，移动通信 一、引言 软件无线电（SDR）这一概念一经提出，就得到了全世界无线电领域的广泛关注。由于软件无线电所具有的灵活性、开放性等特点，使其在无线通信中获得了广泛应用。随着研究的深入，软件无线电的民用潜力日益受到重视，民用研究已经成为软件无线电研究的主战场，尤其是在移动通信方面更具有广阔的发展空间，被比喻为第三代、第四代全球通信的基石。东芝、诺基亚、摩托罗拉等各大通信公司总裁都宣布要从数字无线电向软件无线电转变，并正在为此不懈努力。无论是GSM还是CDMA技术，解决不同公司、不同标准之间互通的最佳办法就是采用软件无线电解决方案。 二、软件无线电简介 软件无线电的产生原因与海湾战争有关，当时以美国为首的多国部队中使用了多种不同制式的通讯设备，因而造成了互相通讯的困难。在1992年5月在美国通信系统会议上，JesephMitola（约瑟夫·米托拉）首次提出了“软件无线电”（SoftwareRadio，SDR）的概念。1995年IEEE通信杂志（CommunicationMagazine）出版了软件无线电专集。当时，涉及软件无线电的计划有军用的SPEAKEASY（易通话），以及为第三代移动通信（3G）开发基于软件的空中接口计划，即灵活可互操作无线电系统与技术（FIRST）。1996年3月发起“模块化多功能信息变换系统”（MMITS）论坛，1999年6月改名为“软件定义的无线电”（SDR）
一、填空题 1、移动通信系统中可能用到两类分集方式,即: 宏分集，微分集。P134 3、在移动通信空中接口的分层结构中，原语分为四类，即：请求，指示，响应，证实。 4、已知GSM系统的下行频段是：935～960 MHz，上行频段是890～915 MHz 载频间隔是 0.2 MHz，则第22频道的上行载波频率为 894.4MHz ，下行载波频率为 939.4MHz 。P238 (890+0.2n//935+0.2n) 5、在GSM系统中，三种主要的接口分别是 A接口， Abis接口，Um接口。P231 6、GSM系统采用的接入方式是 TDMA/FDMA(时分多址/频分多址) , 其中每帧包含 8 个时隙, 收发频率间隔为 45MHz MHz. P238 7、某TDMA/FDAM跳频移动通信系统，每帧长度为4ms, 采用每帧改变频率的方法，则系统的跳频速率为 250跳/秒。p248 8、美国Motorola公司提出的“铱星”系统，实际只使用了 66 颗卫星，它的卫星轨道高度是 780 Km, “铱星”系统采用 TDMA 多址方式。 10、指出无线电波至少三种传播方式直射波，地面反射波，地表面波。p94 11.现在用到的多址方式主要有哪几种：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）。 12．可以用来改进小尺度时间、空间中接收信号的质量和链路性能的三种技术是：均衡、分集、信道编码。 13．在实际情况下，用小区分裂、小区扇形化、覆盖区域逼近等技术来增大蜂窝系统容量。 14．我国信息产业部颁布3G的三大国际标准之一的 TD-SCDMA 为我国通信行业标准。 1. 移动通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间进行的通信方式。 2. 按信号形式可将移动通信系统分为模拟移动通信系统和数字移动通信系统。 3. 中国提出的实现第三代移动通信的技术方案是TD-SCDMA。 5. 我国正在商业运营的第三代数字蜂窝移动通信系统有WCDMA,cdma2000,TD-SCDMA 7. 移动通信中的双向传输可分为单工、半双工和双工三种工作方式。 8. 移动通信中实现双工通信的方式有频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。
1.（√）所谓移动通信，是指通信双方或至少有一方处于运动中进行信息交换的通信方式。 2.（×）邻道干扰是指相邻或邻近的信道（或频道）之间的干扰，是由于一个弱信号串扰强信号而造成的干扰。（强信号串扰弱信号） 3.（√）移动通信的信道是指基站天线、移动用户天线和两幅天线之间的传播路径。 4.（×）电波的自由空间传播损耗是与距离的立方成正比的。（平方） 5.（×）由于多径传播所引起的信号衰落，称为多径衰落，也叫慢衰落。 6.【】（×）移动通信中，多普勒频移的影响会产生附加的调频噪声，出现接收信号的失真。 7.（√）莱斯分布适用于一条路径明显强于其他多径的情况。在接收信号中没有主导分量时，莱斯分布就转变为瑞利分布。 8.（×）在多径衰落信道中，由于时间色散导致发送信号产生的衰落效应是快衰落和慢衰落。（频率色散）P39 9.（√）分集接收的基本思想，就是把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地利用这些信号的能量来改善接收信号的质量。 10.（√）在实际工程中，为达到良好的空间分集效果，基站天线之间的距离一般相当于10多个波长或更多。 11.（×）GSM移动通信系统中,每个载频按时间分为16个时隙,也就是16个物理信道.8 12.（√）GSM中的逻辑信道分为专用信道和公共信道两大类。 13.（×）GSM中的同频干扰保护比要求C/I＞-9dB，工程上一般增加3dB的余量。9 14.（×）GSM中的广播控制信道BCCH和业务信道TCH一样可通过跳频方式提高抗干扰性能。P261 15.（√）跳频就是有规则地改变一个信道的频隙（载频频带）。跳频分为慢跳频和快跳频。在GSM的无线接口上采用的是慢跳频技术。 16.（√）GPRS是指通用分组无线业务，是基于GSM网络所开发的分组数据技术，是按需动态占用频谱资源的。P293
信道编码仿真实践 XX 温州大学物理与电子信息工程学院 摘要：本文通过阐述通信系统的基础理论，着重分析信道理论及信道编码方式，采用蒙特卡罗计算机仿真方法， 利用MATLAB 提供的可视化工具Simulink 建立了信道编码的仿真模型，详细讲述了各编码方式的设计。在给定仿 真条件下，运行了仿真程序，对几种基本信道编码进行了仿真性能测试和讨论,并从实际角度出发，对扩频通信中 的信道编码进行了初步仿真，得出了信道编码就是在发送端的信息码元序列中，以某种确定的编码规则，加入监督 码元，在接受端再利用该规则进行检查识别，从而发现错误、纠正错误。 关键词：通信系统；信道；信噪比；误码率；信道编码 The Simulation Practice of the Channel Coding XX College of physics and electronic information engineering of Wenzhou University Abstract: This article through the elaboration communications system basic theory, analyzes the channel theory and the channel coding way emphatically, uses the Monte Carlo computer simulation method, provided visualization tool Simulink using MATLAB to establish the channel coding simulation model, in detail narrated each encoding method design.In assigns under the simulation condition, moved the simulated program, has carried on the simulation performance test and the discussion to in the binary bipolarity communications system several kind of basic channel coding, and embarks from the actual angle, has carried on the preliminary simulation to in the wide frequency correspondence channel coding, obtained has used the cascade code in the binary bipolarity wide frequency communications system, could realize the channel multiplying and the error code performance win-win conclusion. Key words: Communications system; Channel; Signal-to-noise ratio; Error rate; Channel coding 1 背景知识 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。信道编码的本质是增加通信的可靠性。但信道编码会使有用的信息数据传输减少，信道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的。在带宽固定的信道中，总的传送码率也是固定的，由于信道编码增加了数据量，其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价了。利用信道编译码，可以显著改善信息在传输过程中的错误概率指标，有效增强系统抗干扰能力，提高数字通信系统的可靠性。 信道编码一般分为两类：分组编码和卷积编码。 2、基本原理 2.1 分组编码 在分组编码中，二进制信源输入序列被划分为长度k的码字组。每个长度k的码字被映射为
移动通信发展史 调研报告 组员：周小灵 韦娅彬 薛琰 陈亦斌 陈健 夏文伟 时间：2012年4月6号 摘要和关键字是我加上的，标注为红色的是我认为可以删掉的，我觉得一代和二代大概3页不到的样子，3G大概3页多，这样的布局比较好。还有一些标点符号和段落前的空两格我改了。
摘要：移动通信发展至今经历了三代，第一代主要是模拟制式的频分双工；2G 是基于数字传输的，主要采用TDMA和CDMA技术；3G使用高的频带和TDMA技术传输数据来支持多媒体业务。未来的四代和五代是在服务质量、传输速率、带宽等方面的再次提升。 关键字：移动通信技术服务质量数据传输速率移动通信业务 引言 生活于21世纪的我们，每天都在用手机进行通信，似乎它早已成为我们生活中不可或缺的一部分，甚至有时会觉得没了它生活总少了点什么。 作为21世纪的我们，作为通信专业的学生，我们即应该了解时代的尖端技术，也应该了解技术的起源，了解它的成长史。很多技术的发展都是在原来的基础上进行改进的，只有这样我们才能追本溯源，才能对得起自己的所学。 随着社会的进步、经济和科技的发展，特别是计算机、程控交换、数字通信的发展，近些年来，移动通信系统以其显著的特点和优越性能得以迅猛发展，应用在社会的各个方面，到目前为止，全球移动用户超过 1亿，预计到本世纪末用户数将达到2亿。无线通信的发展潜力大于有线通信的发展，它不仅仅提供普通的电话业务功能，并能提供或即将提供丰富的多种业务，满足用户的需求。 本调研基于对移动发展各历程的调查，介绍移动通信各阶段的发展，及其相应的技术，并对其做简要的描述，让大家对于移动的发展史有一定的了解。同时也对未来的移动通信的发展进行展望。 从通信网的角度看，移动网可以看成是有线通信网的延伸，它由无线和有线两部分组成。无线部分提供用户终端的接入，利用有限的频率资源在空中可靠地传送话音和数据；有线部分完成网络功能，包括交换、用户管理、漫游、鉴权等，构成公众陆地移动通信网PLMN。从陆地移动通信的具体实现形式来分主要有模拟移动通信和数字移动通信这两部种。 移动通信系统从40年代发展至今，根据其发展历程和发展方向，可以划分为三个阶段，第四代是目前正在研究的热门，而第五代是对未来的展望。下面我们就来看下各个阶段的发展。
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
一. 移动通信参数表 参数缩写含义解释参数缩写含义解释 1 TCH 业务信道23 BSIC 基站色码 2 BCCH 广播控制信道24 CA 小区置配 3 CCCH 公共控制信道25 HSN 跳频序列 4 RACH 随机接入信道26 MA 移动配置 5 AGCH 接入允许信道27 MAIO 移动培植指数偏移 6 PCH 寻呼控制信道28 FN 帧号码 7 DCCH 专用控制信道29 TSC 训练序列码 8 CBCH 小区广播信道30 TN 时隙号 9 SDCCH 独立专用控制信道31 PD 协议识别语 10 SACCH 慢速随路控制信道32 TI 处理识别语 11 SCH 同步信道33 IMSI 国际移动用户识别 12 CM 连接管理34 TMSI 临时移动用户识别 13 MM 移动管理35 IMEI 国际移动设备识别 14 RR 无线资源管理36 MCC 国际移动码 15 DTX 非连续发送（由话音激活）37 MNC 移动网号 16 OMC 操作维护中心38 LAC 位置区号码 17 MS 手机39 PLMN 公共陆地移动网 18 BS 基站40 TA 时间提前 19 SIM 用户识别模块41 RXLEV 平均的接收电平 20 ARFCN 频道（载频）序号42 RXQUAL 信道接收质量 21 Um 基站子系统与MS间接口43 TXPWR 发信功率电平 22 C2 小区重选信道质量标准参数44 C1 路径损耗原则参数 二. 参数详述 (一) 频道配置参数 GSM网和TACS网一样都采用等间隔频道配置方法。 1. 工作频段、频段间隔、频道序列及频点 数字公用陆地蜂窝移动通信网采用900Mhz频段。 MS发，BS收：890 –915 Mhz (上行) BS发，MS收：935-960MHz（下行） 载频间隔为200kHz，共124个无线载频，在每端留有200 kHz的保护带。 按照国家规定，邮电部门占用905 –909MHz(上行) / 950 –954 MHz(下行)； 连通公司占用909 –915 MHz（上行）/ 954 –960 MHz(下行)； 10MHz频带共有49个频道（载频），序号（ARFCN）为76 –124 。注：但如果邮电部门将ETACS的模拟网退频将继续扩频。GSM在900MHZ共有16MHZ 频段. 频道标称中心频率与序号的关系由以下公式确定： 基站收：Fl(n)=890.200MHz + (n+1)x 0.200MHz
第一代 第一代移动通信技术（1G）是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于上世纪80年代。Nordic移动电话（NMT）就是这样一种标准，应用于Nordic国家、东欧以及俄罗斯。其它还包括美国的高级移动电话系统（AMPS），英国的总访问通信系统（TACS）以及日本的JTAGS，西德的 C-Netz，法国的Radiocom 2000和意大利的RTMI。 第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。在FDMA系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱，一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道(2对频谱)才能实现双工通信。 频分多址(FDMA)是采用调频的多址技术。业务信道在不同的频段分配给不同的用户。如TACS系统、AMPS系统等。频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道(也称信道)分配给不同的用户使用。这些频道互不交叠，其宽度应能传输一路数字话音信息，而在相邻频道之间无明显的串扰。 第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS。第一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。 由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统，模拟蜂窝服务在许多地方正被逐步淘汰。 第二代 与第一代模拟蜂窝移动通信相比，第二代移动通信系统采用了数字化，具有保密性强、频谱利用率高、能提供丰富的业务、标准化程度高等特点，使得移动通信得到了空前的发展，从过去的补充地位跃居通信的主导地位。我国目前应用的第二代蜂窝系统为欧洲的GSM系统以及北美的窄带CDMA系统。 GSM（Global System for Mobile Communications），即全球移动通讯系统，起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。 1、GSM无线电接口 GSM 是一个蜂窝网络，也就是说移动电话要连接到它能搜索到的最近的蜂窝单元区域。GSM网络运行在多个不同的无线电频率上。 GSM网络一共有4种不同的蜂窝单元尺寸：巨蜂窝，微蜂窝，微微蜂窝和伞蜂窝。覆盖面积因不同的环境而不同。巨蜂窝可以被看作那种基站天线安装在天线杆或者建筑物顶上那种；微蜂窝则是那些天线高度低于平均建筑高度的那些，一般用于市区内；微微蜂窝则是那种很小的蜂窝只覆盖几十米的范围，主要用于室内，伞蜂窝则是用于覆盖更小的蜂窝网的盲区，填补蜂窝之间的信号空白区域。 蜂窝半径范围根据天线高度、增益和传播条件可以从百米以下数十公里。实际使用的最长距离GSM规范支持到35公里。还有个扩展蜂窝的概念，蜂窝半径可以增加一倍甚至更多。 GSM同样支持室内覆盖，通过功率分配器可以把室外天线的功率分配到室内天线分布系统上。这是一种典型的配置方案，用于满足室内高密度通话要求，在购物中心和机场十分常见。然而这并不是必须的，因为室内覆盖也可以通过无线信号穿越建筑物来实现，只是这样可以提高信号质量减少干扰和回声。 2、GSM网络结构 GSM系统后面的网络被人们看作是极其庞大和复杂的，这样就可以提供所有的所需的服