【資料名稱】：編碼和調(diào)制

【資料作者】：編碼和調(diào)制

【資料日期】：編碼和調(diào)制

【資料語(yǔ)言】：中文

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編碼和調(diào)制
數(shù)字編碼分為：信源編碼和信道編碼
信源編碼是信號(hào)在準(zhǔn)備傳送之前提供的一種編碼方式，主要目的是為了有效（保證信息的有效性）的傳送信號(hào)。
信道編碼是發(fā)送方和接收方通過(guò)一定的信道收發(fā)信息時(shí)采用的雙方協(xié)議的編碼方式，以便保證傳輸信息的完整性、可靠性和安全性。
原始信息：包括語(yǔ)音業(yè)務(wù)、短信業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)稱為原始信息。
信源：有效性，A/D轉(zhuǎn)換、壓縮（提高數(shù)據(jù)的壓縮率）--保證話音質(zhì)量。
信道：保證可靠性、安全性、完整性、--在信道承載能力下，盡量提高沉余比。
原始信息（采樣分段）-信源編碼-信道編碼-信道數(shù)字信號(hào)-調(diào)制發(fā)射-物理信道
語(yǔ)音編碼是移動(dòng)通信中常用的一種信源編碼：
移動(dòng)通信對(duì)語(yǔ)音編碼的要求如下
速率較低，純編碼速率應(yīng)低于16Kbps
在一定編碼速率下，音質(zhì)應(yīng)盡可能高
編碼時(shí)延應(yīng)較短，控制在幾十毫秒以內(nèi)
算法復(fù)雜程度適中，易與大規(guī)模集成
在強(qiáng)噪聲環(huán)境中，算法應(yīng)具有較好的抗誤碼性能，以保持較好的話音質(zhì)量
語(yǔ)音編碼質(zhì)量評(píng)定：
客觀評(píng)定方法
信噪比
加權(quán)信噪比
平均分段信噪比
主觀評(píng)定方法：MOS：采用5級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)
信源編碼技術(shù)：
波形編碼
參量編碼
混合編碼
波形編碼：
基本原理在時(shí)間軸上對(duì)模擬語(yǔ)音按一定的速率抽樣，然后將幅度樣本分層量化，并用代碼表示
特點(diǎn)：適應(yīng)能力強(qiáng)、語(yǔ)音質(zhì)量好：編碼速率高，對(duì)帶寬要求高
例如：脈沖編碼調(diào)制（PCM）增量調(diào)制（帶寬M）
典型的波形編碼—脈沖編碼調(diào)制（PCM）：
采樣：8000次/秒有采樣頻率
量化：每個(gè)采樣用8比特表示
編碼：64Kbps速率
PSTN、GSM和CDMA網(wǎng)絡(luò)中都用到了PCM
參量編碼：又稱聲源編碼
特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)低速率語(yǔ)音編碼，語(yǔ)音質(zhì)量只能達(dá)到中等，速率在2K-4.8K
例如：線性預(yù)測(cè)編碼（LPC）
混合編碼：是將波形編碼和參量編碼的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，力圖保持波形編碼的高質(zhì)量和參量編碼的低速率
特點(diǎn)：低速率（0.8kbps—16kbps）,高語(yǔ)音合成質(zhì)量
例如：規(guī)則脈沖激勵(lì)長(zhǎng)期預(yù)測(cè)編碼（RPE-LPE）
碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（CELP）
典型混合編碼—規(guī)則脈沖激勵(lì)長(zhǎng)期預(yù)測(cè)編碼（RPE-LTP）
GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就采用了RPE-LTP語(yǔ)音編碼技術(shù)
在20ms字組內(nèi)，和成260個(gè)比特，速率13kbps.
典型混合編碼—碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)（CELP）編碼：
CDMA采用了CELP語(yǔ)音編碼技術(shù)
CELP編碼速率低于16kbps.速率在1.2-9.6kbps.
差錯(cuò)控制的要求：
1.通信線路上總有噪聲和損耗存在
2.噪聲和有用信息混合，加上損耗就會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)
差錯(cuò)的控制方式：
1.反饋糾錯(cuò) 2.前向糾錯(cuò) 3.混合糾錯(cuò)
移動(dòng)通信中常用的信道編碼：
奇偶校驗(yàn)碼
重復(fù)碼
循環(huán)冗余校驗(yàn)碼
卷積碼
交織
奇偶校驗(yàn)碼：
特點(diǎn)
1編碼速率較高 2只能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤 （無(wú)糾錯(cuò)功能）
編碼過(guò)程
1.把信源編碼后的信息數(shù)據(jù)分成等長(zhǎng)的碼組
2.在每一個(gè)信息碼組之后加入一位校驗(yàn)碼元
校驗(yàn)碼元：平衡奇偶性，碼重為奇 碼重為偶
碼重：總碼長(zhǎng)非“0“值的個(gè)數(shù)
重復(fù)碼：
特點(diǎn)
1.編碼和解碼速率較高
2.信道有效利用率低
編碼過(guò)程：將信息重復(fù)傳幾次 作用：速率匹配
CDMA系統(tǒng)中使用了重復(fù)碼
采用少數(shù)服從多數(shù)的原則排除差錯(cuò)。
循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）
特點(diǎn)：
1.嚴(yán)密的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)
2.編碼和解碼設(shè)備中等復(fù)雜
3.檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力較強(qiáng)
GSM和CDMA系統(tǒng)使用了循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）來(lái)檢錯(cuò)
數(shù)據(jù)信息編碼：
數(shù)據(jù)信息：M（x）=原始信息生成式：G（x）---首位不能為0
R（冗余位）=數(shù)值形成G（x）位數(shù)-1
作用：在原始信息后補(bǔ)“0”
M(x)/G(x)得出余數(shù) 算法采用半加運(yùn)算：相同為0，不同為1
待發(fā)送的編碼T(x)=
數(shù)據(jù)信息解碼：
接收的編碼信息R(x)
生成式：G(x)=R=
得出R(x)/G(x)余數(shù)為0 則接收信息正確。
數(shù)據(jù)信息為：M(x)=
卷積碼：
特點(diǎn)：
1.編碼簡(jiǎn)單 2.編碼設(shè)備簡(jiǎn)單 3.性能高 4.解碼遠(yuǎn)比編碼復(fù)雜限制了編碼的相關(guān)長(zhǎng)度 5.適合解離散的差錯(cuò)對(duì)于連續(xù)的差錯(cuò)效果不理想
GSM、GPRS、UMTS、CDMA2000、cdmaOne系統(tǒng)中都使用了卷積碼
卷積器
X=移位寄存器 C=出的值 g=半加器 黑心點(diǎn)=抽頭
K=約束長(zhǎng)度（X各數(shù)+1 輸入的值）
K含義：每一次輸出的結(jié)果，都與卷積器內(nèi)移位寄存器各數(shù)、狀態(tài)和輸入的值有關(guān)。
R=編碼效率（一個(gè)輸入、兩個(gè)輸出）
交織
特點(diǎn)：1.不增加冗余信息 2.配合卷積碼一起完成對(duì)連續(xù)錯(cuò)誤的糾錯(cuò)
3.編碼和解碼簡(jiǎn)單
GSM、GPRS、UMTS、cdmaOne和CDMA2000系統(tǒng)中都使用了卷積碼
本身不具備檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的能力，只是把數(shù)字信息離散，便于卷積碼檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。
在發(fā)送端，傳輸之前先通過(guò)一個(gè)“交織矩陣（矩陣越大時(shí)延越大）
橫向輸入存滿后 再縱向輸出 傳輸信息
調(diào)制（又分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制）方式分為：
基帶傳輸頻帶傳輸
調(diào)制的目的：
便于信息的傳輸
改變信號(hào)占據(jù)的帶寬，改善系統(tǒng)性能
便于多路多址傳輸
調(diào)制的要求：
容易提取信號(hào)的位同步信息，以便從接收或重發(fā)信號(hào)中提取出時(shí)鐘信號(hào)
不易受直流截止特性的影響，即希望調(diào)制信號(hào)中不含有直流成分
需占用的傳輸頻雜窄
抗雜音和抗抖動(dòng)性好
模擬信號(hào)的調(diào)制方式：
調(diào)幅方式（AM） 調(diào)頻方式（FM） 調(diào)相方式（PM）
基本的數(shù)字調(diào)制方式：
移幅鍵控（ASK）---不能波的連續(xù)傳輸 數(shù)字信號(hào)0.1表示
移頻鍵控（FSK）數(shù)字信號(hào)0.1表示于載波的不同頻率
移相鍵控（PSK）可產(chǎn)生不同方位的正弦波帶特性和誤碼性最好，所以移動(dòng)通信已經(jīng)被廣泛使用
移相鍵控調(diào)制（PSK）分為：
1.二相移相鍵控（BPSK） 2.四相移相鍵控（QPSK）
3交錯(cuò)四相移相鍵控（OQPSK）
二相移相鍵控（BPSK）原理：用不同初始的值
CDMA/CDMA2000系統(tǒng)中使用了BPSK
誤碼性=相位差大頻帶利用率 1bit/HZ(每一個(gè)波形表示bit)
特點(diǎn)：1.簡(jiǎn)單。易于解碼 2.頻帶利用率低
四相移相鍵控（QPSK）工作原理：通過(guò)減小傳輸信號(hào)頻帶來(lái)提高信道頻帶利用率，可以將二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換為多進(jìn)制（即N進(jìn)制）數(shù)據(jù)來(lái)傳輸。
CDMA/CDMA2000系統(tǒng)中使用了QPSK頻帶利用率 2bit/HZ
特點(diǎn)：1.壓縮信號(hào)的頻帶 2.提高了信道的利用率
2.與BSPK比，傳輸效率增加一倍 4.傳輸?shù)目煽啃詫㈦S之降低
線性功率放大器：解決極拐點(diǎn)缺點(diǎn)：體積大、功耗大
交錯(cuò)四相移相鍵控（OQPSK）
交錯(cuò)四相移相鍵控（OQPSK）是四相移相鍵控（QPSK）的改進(jìn)型
特點(diǎn)：
1.OQPSK最大相位跳變?yōu)?-∏/2
2.OQPSK具有較高的抗相位抖動(dòng)性能
3.不需要線性功率放大器
移頻鍵控（FSK）
1.最小移頻鍵控（MSK）-----正弦濾波器
2.高斯濾波最小移頻鍵控（GMSK）---高斯數(shù)字濾波器
GSM和GPRS系統(tǒng)中使用了GMSK
優(yōu)點(diǎn)：圓滑沒(méi)有拐點(diǎn)