理论教育 移动通信编码与解码技术

移动通信编码与解码技术

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:语音编码技术在数字移动通信中具有相当关键的作用。移动通信对语音编码的要求如下。波形编码广泛应用于有线通信中,在频率受限的移动通信中,单纯的波形编码已经不适合。混合编码适合于在数字移动通信中应用。(二)信道编、译码移动通信的信道是无线信道,容易受到外界干扰和噪声的影响,导致信息在传输过程中发生改变,从而在接收端接收不到完全正确的信息。在移动通信中广泛采用频率调制和相位调制。

移动通信编码与解码技术

(一)语音编码技术

在移动通信中,传输最多的信息是语音信号,语音信号是模拟信号。语音的编解码就是在发送端将语音的模拟信号转换为二进制数字信号,到了接收端,再将收到的数字信号还原为模拟语音。语音编码技术在数字移动通信中具有相当关键的作用。

语音编码为信源编码。语音编码技术在其发展的几十年里,研究出多种方案,并且在不断地研究中日趋成熟,目前已经成为通信技术中的一个很重要的学科,在各种通信网中得到广泛的应用。

移动通信对语音编码的要求如下。

(1)编码的速率要适合在移动信道内传输,纯编码速率应低于16kb/s。

(2)在一定编码速率下语音质量应尽可能高,即解码后的复原语音的保真度要高。

(3)编解码时延要短。

(4)要能适应衰落信道的传输,即抗误码性能要好,以保持较好的语音质量。

(5)算法的复杂程度要适中,应易于大规模电路集成。

这些要求之间往往是矛盾的。例如,要求高质量语音,编码速率就应高一些,而这往往又与信道带宽有矛盾。

语音编码主要有3种:波形编码、参量编码和混合编码。波形编码是将时间域信号直接变换为数字代码,目标是尽可能精确地再现原来语音波形。波形编码的基本方法是抽样、量化和编码,编码速率较高时,语音质量好。波形编码技术包括脉冲编码调制(PCM)和增量调制(AM)及它们的各种改进型。波形编码广泛应用于有线通信中,在频率受限的移动通信中,单纯的波形编码已经不适合。参量编码将信源信号在频率域或其他正交变换域中提取特征参量,并将其变换为数字代码进行传输,解码是从接收信号中恢复特征参量,然后根据这些特征参量重建语音信号。参量编码可实现低速率语音编码,可压缩到2~4.8kb/s,甚至更低,但语音质量只能达到中等。线性预测编码(LPC)及其各种改进型都属于参量编码。混合编码力图保持波形编码的高质量及参量编码的低速率的优点。混合编码语音信号中既包括若干语音特征参量又包括部分波形编码信息,可将比特速率压缩到4~16kb/s,并且在8~16kb/s范围内能达到良好的语音质量。规则码激励长期预测编码就是一种混合编码方案。混合编码适合于在数字移动通信中应用。

(二)信道编、译码

移动通信的信道是无线信道,容易受到外界干扰和噪声的影响,导致信息在传输过程中发生改变,从而在接收端接收不到完全正确的信息。信道编码的目的是试图以最少的监督码元为代价,来检查和纠正接收信息流中的错误,从而换取最大限度的可靠性的提高。

信道编码的基本思想是按一定规则给信息码元m增加一些多余的码元(称为监督码元),使不具有规律性的信息序列m变换为具有某种规律性的数字序列R,数字序列中的信息序列码元,n与增加的多余码元之间是相关的,接收端的译码器利用这种预知的编码规则进行译码,检验接收到的数字序列R是否符合既定的规则,从而发现R中是否有错,或者纠正其中的差错。根据相关性来发现和纠正传输过程中产生的差错就是信道编码的基本思想。

人们可以从不同的角度来对信道编码进行分类,其中最常见的是从其功能和结构规律加以分类。

从功能分可以分为仅具有发现差错功能的检错码(如循环冗余校验CRC、自动请求重发ARQ)、具有自动纠正错误功能的纠错码(如BCH码、RS码及卷积码、级联码、Turbo码等)、具有既检错又能纠错功能的信道编码(如混合ARQ)。

从结构上和规律上分为线性码和非线性码。线性码是指其监督关系方程是线性方程的焦道编码;非线性码是指一切监督关系方程不满足线性规律的信道编码。目前大部分实用化鲥信道编码都是线性码,如线性分组码、线性卷积码是经常采用的信道编码。(www.daowen.com)

(三)调制技术

调制是为了使信号特性与信道特性相匹配,显然,不同类型的信道特性,将存在着不同类型的调制方式。

移动通信信道的基本特征是:第一,带宽有限,它取决于可使用的频率资源和信道的传播特性;第二,干扰和噪声影响大,这主要是移动通信工作的电磁环境所决定的;第三,存在着多径衰落。针对移动通信信道的特点,已调信号应具有高的频谱利用率和较强的抗干扰、抗衰落的能力。

在移动通信中广泛采用频率调制和相位调制。主要是由于这些调制方式能够在接收场强变动较大的情况下,获得信噪比的改善,并且在实现技术上也比较成熟。但是频率调制存在接收机门限效应,占有带宽大等问题。为了在频谱有效的前提下传送更优质的信息,将窄带数字调制技术应用于移动通信的前景甚为宽广。目前,已经发展了两类PSK和FSK改进型数字调制解调技术。

(四)分集合并技术

分集技术就是研究如何利用多径信号来改善系统的性能。它利用多条具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径来传输相同信息,并在接收端对这些信号按照一定的规则进行合并以便大大降低多径衰落的影响,从而改善传输的可靠性。它的基本思路是:将接收到的多径信号分离成不相关的(独立的)多路信号,即选取了一个信号的两个或多个独立的采样,这些样本的衰落是互不相关的,然后将这些信号的能量按一定规则合并起来,使接收的有用信号能量最大。对数字系统而言,要求接收端的误码率最小,对模拟系统而言,要求接收端的信噪比较高。

1.分集

分集技术已经有了非常广泛的应用,在窄带CDMA系统等都采用发端分集技术。分集方法有空间分集、时间分集和频率分集、角度分集等。

空间分集就是发送端采用一副发射天线,接收端采用多副天线。接收端天线之间的间隔要足够大,以保证每个接收天线输入信号的衰落特性是互相独立的。

时间分集就是将给定的信号按一定时间间隔重复传送多次(N次),只要时间间隔大于相干时间,就可以得到N条独立的分集支路。

频率分集就是将信息在不同的载频上分别发射出去,要求载频间的频率间隔要大于信道的相关带宽,以保证各频率分集信号在频域上的独立性,在接收端可以得到衰落特性不相干的信号。

2.合并

常用的合并技术有选择式合并、最大比值合并、等增益合并等。

选择式合并就是将M个接收机的输出信号送入选择逻辑,选择逻辑从M个接收信号中选出具有最高信噪比的基带信号作为输出信号。

最大比值合并就是将M个分集支路经过相位调整后,按适当的增益系数同相相加,再送入检测器进行检测。

等增益合并是将各支路的信号等增益相加,它是最大比值合并的一种特殊情况。

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