信道编码与调制技术概要课件.ppt

1、14.1 数字音频信号的处理流程2纠错编码提高传输的可靠性附加字码曲目号、时间码调制使码型变换成适合信道传输的形式附加同步信号掌握各帧信号的起始和终止的位置，便于对误码进行纠错。34.2 差错控制的基本概念差错控制的基本方法 检错重发、前向纠错和混合纠错检错重发（ARQ）在发送端加入少量的监督码元，接收端根据编码规则对接收信号进行检查，一旦检测出误码，立即向发送端发出请求信号，要求重发，直至接收端接收正确为止。特点：译码设备简单 只能检查出码元有错误，而不一定知道差错的位置 对突发干扰和信道干扰较严重时有效 实时性差 主要应用于计算机数据通信中44.2 差错控制的基本概念差错控制的基本方法前向

2、纠错方式（FEC）发信端采用某种在译码时能纠正一定程度传输差错的较复杂的编码方法，使接收端在收到码组后不仅能发现误码，还能纠正误码。特点：译码设备相对复杂 接收端不仅能发现误码还能纠正误码 不需反馈也无需重发 实时性好 54.2 差错控制的基本概念差错控制的基本方法混合纠错方式（HEC）发送端发送具有自动纠错同时又具有检错能力的码。接收端收到码组后，检查差错情况，如果差错在纠错能力范围内，自动纠错；如果差错较严重，超出纠错能力，但能检测出来，则通过反馈信号向发信端发出请求，要求重发。特点：是前向纠错和检错重发的结合 64.2 差错控制的基本概念信道的分类随机信道 误码出现是随机的，且误码之间统

3、计独立 如：高斯白噪声信道突发信道 误码是成串成群出现的，即在短时间内出现大量误码 如:脉冲干扰信道混合信道 随机误码和成串误码都占有相当比例 如：短波信道、对流层散射信道 74.2 差错控制的基本概念差错控制的基本原理 为了能判断传送的信息是否有误，可以在传送时增加必要的判断数据；为了能纠正错误，需要增加更多的附加判断数据。差错控制编码：为了使信息代码具有检错和纠错能力，信源按照一定的规则在信息码元后面增加一些冗余码元，使冗余码元与信息码元之间以某种规则相互关联。检错/纠错：在接收端，按照既定的规则校验信息码元与监督码元间的特定关系，来实现检错或纠错。84.2 差错控制的基本概念差错控制编码

4、的分类按功能分类：检错码 纠错码 纠删码：具有识别误码、纠正误码的功能，当误码超出纠正范围时，可把无法纠正的误码删除，或再配合差错掩盖技术。按产生原因不同：用于纠正随机误码的码：高斯信道 用于纠正突发误差的码：瞬时脉冲干扰或瞬时信号丢失94.2 差错控制的基本概念差错控制编码的分类按信息码元与附加的监督码元之间的检验关系分类：线性码 非线形码按信息码元与附加的监督码元之间的约束关系：分组码：每组监督码元只与本组的信息码元之间有确定的检验关系 卷积码：每组监督码元不但与本组信息码有关，还与前面若干个码组的信息码元之间有约束关系按照信息码元在编码后是否保持原来的形式不变分类：系统码：信息码元序列保

5、持不变 非系统码：信息码元信号序列改变104.2 差错控制的基本概念常用术语信息码元与监督码元：由k个信息码元组成的信息码组为 信息码元又称信息位，由k个信息码元组成的信息码组数 为2k个 监督码元又称为监督位或校验位，长度用r表示 k个信息码元后附r个监督码元，构成信道编码后的码字，其长度为n，即n=k+r 经过分组编码后的码又称为（n，k）码。通常称其为长为n的码字。1210,kkMmmm m114.2 差错控制的基本概念常用术语许用码组与禁用码组 信道编码后总码长为 n 总码数为2n 其中由2k个信息码组构成的编码码组称为许用码组 其余的（2n-2k）个码组称为禁用码组，不传送。发送端发

6、送的都是许用码组，所以接收端只需判断收到的码组是否是许用码组，若不是，就意味着发生了误码124.2 差错控制的基本概念常用术语码重与码距 每个码组中码元为“1”的数目称为码的重量，简称码重 000码重 0 011码重 2 两个码组中对应码元位置上取值不同的位数，称为码距 000 与 111 码距 d=3 000 与 011 码距 d=2 对于（n，k）码，许用码组2k个，其中任意两个码字之间的距离可能会不相等。长度均为n的两个不同码字，码距为 将其中码字之间距离最小的值称为最小码距，用dmin表示。10,nijipjppd c ccc134.2 差错控制的基本概念常用术语最小码距与纠检错能力的

7、关系 信息A，B 用 0表示A 1表示B 码距d=1 直接发送信息码，接收端无法判断正误，更不能纠正 采用信道编码，增加1bit监督码元（2,1）码组 总码组22 许用码组21 禁用码组2 许用码组有两种选择方式：00与11 或 01与10 dmin=2 此时可以发现1位错误e=1，但无法纠正错误t=0144.2 差错控制的基本概念常用术语最小码距与纠检错能力的关系采用信道编码，增加2bit监督码元 （3,1）码组 总码组23 许用码组21 禁用码组6 许用码组有4种选择方式 000与111 001与110 010与101 011与100误码少的概率大于误码多的概率 此时可以发现2位错误，纠正

8、1位错误154.2 差错控制的基本概念常用术语最小码距与纠检错能力的关系当码组用于检测差错时，若要检测e位差错，则要求最小码距应满足 dmin=e+1当码组用于纠错时，若要纠正t位差错，则要求最小码距应满足 dmin=2t+1当码组同时用于检错和纠错时，若要检测e位差错，纠正t位差错（et）,则要求最小码距应满足 dmin=e+t+1 dmin越大，检纠错能力越强164.2 差错控制的基本概念常用术语编码效率 信息码元数目k与编码后的总码元数目n之比称为信道编码的编码效率 R=k/n=k/(k+r)编码增益 无编码时的信噪比与纠错编码后的信噪比之差174.3 信道编码技术奇偶校验码 在每一个信

9、息码组之后加入1位监督码元作为奇偶校验位，使得总码长n（包括k位信息码元和1位监督码元）中的码重为偶数或奇数。偶校验：补充监督码后，所有的比特1的个数应为偶数 12210012210nnnnaaaaccaaaa184.3 信道编码技术奇偶校验码奇校验：补充监督码后，所有的比特1的个数应为奇数奇偶校验码只能检出单个或奇数个误码，而无法检测偶数个误码。检错能力有限，不能纠错。122100122111nnnnaaaaccaaaa194.3 信道编码技术线性分组码 信息码元与监督码元之间具有线性关系（n，k）分组码，由k个码元按一定规则产生r个监督码元，并附加在信息码元之后，组成长度为n=k+r的码组

10、。校验子s：s=0,认为无误码；s=1，认为有误码 由r个监督码元构造出r个监督关系式来指示1位误码的n种可能位置，要求 12210nnsaaaac204.3 信道编码技术线性分组码例（7，4）分组码a6,a5,a4,a3为信息码元，a2,a1,a0为监督码元校验子的结果应该为0例：0 0 0 0 0 1 1 a6,a5,a4,a3，a2,a1,a016542saaaa26531saaaa36430saaaa65420aaaa6531=0aaaa6430=0aaaa1 2 3011s s s 214.3 信道编码技术线性分组码224.3 信道编码技术线性分组码 线性分组码的性质：1、封闭性。任

11、意两个码组的和还是许用的码组。线性分组码一定包含全0的码组。2、码的最小距离等于非零码的最小码重234.3 信道编码技术循环码 线性分组码的一种；循环码中任意一组许用码循环左移1位后，仍为该循环码中的另一个码组。码多项式码多项式110iixx-1=1iixx43324211xxxxxxxx43324211xxxxxxxx244.3 信道编码技术循环码的生成多项式为G(x)n kxM xR xQ xG xG x n kxM xQ x G xR x n kxM xR xQ x G x254.3 信道编码技术循环码编码步骤：循环码编码步骤：1、用xn-k乘以信息代码的多项式M（x）2、用生成多项式G

12、（x）去除xn-k M（x），得到余式R（x）3、得到系统码多项式xn-k M（x）+R（x）264.3 信道编码技术循环码的译码循环码的译码 编码电路输出的循环码多项式：信道受噪声干扰后，接收端接收的为 检验 e（x）若为0，则认为没有发生错误274.3 信道编码技术缩短循环码（缩短循环码（CRCCRC）在（n，k）循环码的2k个码组中选出前i位均为0的所有码组，组成一个新的缩短循环码（n-i，k-i）因为缩短循环码与循环码相比，码重没有变化，校验位的个数也没有变，所以其检纠错能力和（n，k）循环码一样。注意：缩短循环码的循环未必仍是该码集中的码组缩短循环码的编码、译码可借用循环码的方法。2

13、84.3 信道编码技术RSRS码（理码（理德-索罗门码）RS码是在伽罗华域（GF）上构成的，所有的运算处理都在伽罗华域上进行。伽罗华域（伽罗华域（GFGF）定义：定义：有限个元之间进行的四则运算的结果仍为该域中的元 世界上最小的伽罗华域是GF（2）本原多项式本原多项式定义：定义：是一个不能再进行因式分解的多项式，且应满足e=2n-1，其中e为能被多项式除尽的xe+1中最小的e值，n为多项式的最高次数。73321111xxxxxx 294.3 信道编码技术RSRS码码 伽罗华域举例伽罗华域举例 GF（2）304.3 信道编码技术RSRS码码 伽罗华域举例伽罗华域举例 对于GF（22），设一本原多

14、项式F（x）=x2+x+1 设该多项式的根为a 则 a2+a+1=0 因为是模2运算 所以a2=a+1 由于22=4，即2进制（00,01,10,11）以多项式表示（0,1，x，x+1）模2运算示例：a3=a2a=（a+1）a=a2+a=a+1+a=1314.3 信道编码技术RSRS码码 伽罗华域举例伽罗华域举例 对于GF（23），设一本原多项式F（x）=x3+x+1 3位码多项式对应表：设该多项式的根为x=a 则 a3=a+1 324.3 信道编码技术RSRS码码 伽罗华域举例伽罗华域举例 对于GF（23），设一本原多项式F（x）=x3+x+1 GF（23）加法表 334.3 信道编码技术R

15、SRS码码 RSRS的编码算法的编码算法 在GF（2m）域中，进行（n，k）RS编码时，输入信号被分成k*m比特为一组，每组包括k个码元，每个码元由m个比特组成，而不是前面所述的二进制码元由一个比特组成。校验码的生成多项式344.3 信道编码技术RSRS码码 RSRS的编码算法的编码算法 在CF（23）域中，本原多项式F（x）=x3+x+1 假设RS（6，4）码中的信息元为m3，m2，m1，m0 信息码元多项式 设校验码元为 Q1 Q0 则354.3 信道编码技术RSRS码码 RSRS的编码算法的编码算法 校验码生成多项式中则校验码生成多项式为所以当用x=1，x=a代入，得到方程组：364.3

16、 信道编码技术RSRS码码 RSRS的编码算法的编码算法 假设374.3 信道编码技术RSRS码码 RSRS的译码算法的译码算法1.计算校验子2.计算差错位置3.计算错误值如果只有一个差错，校验子 错误的位置为ax，错误值为mx384.3 信道编码技术CIRC纠错技术 综合交织、延时交织、交织交叉等技术，有效纠正突发差错交织技术定义：定义：对编码后的数码流改变其顺序，恢复时再按原来的顺对编码后的数码流改变其顺序，恢复时再按原来的顺序重排序重排优势：优势：经交织变换后的码流产生的群误差在接收处去交织后经交织变换后的码流产生的群误差在接收处去交织后成为随机误码，使得纠错码的纠错能力能够校正。成为随

17、机误码，使得纠错码的纠错能力能够校正。交织与纠错码的结合极大地提高了误码校正能力交织与纠错码的结合极大地提高了误码校正能力394.3 信道编码技术CIRC纠错技术交织技术 交织并不是一种纠错编码交织并不是一种纠错编码 在发送端，交织将信道编码器输出的码元序列按一定规在发送端，交织将信道编码器输出的码元序列按一定规律重新排序后输出律重新排序后输出 在接收端，进行交织的逆过程，称为去交织。在接收端，进行交织的逆过程，称为去交织。111212122212MMNNNMaaaaaaaaa404.3 信道编码技术CIRC纠错技术交叉交织技术 采用双重编码和交织技术的结合，使用两个编码器采用双重编码和交织技

18、术的结合，使用两个编码器C1C1和和C2.C2.1.1.先用（先用（5,35,3）码编码器）码编码器C2C2对原始数据进行编码，对原始数据进行编码，生成生成4 4个码字个码字414.3 信道编码技术CIRC纠错技术交叉交织技术 2.2.进行块交织后，再用（进行块交织后，再用（6,46,4）码编码器）码编码器C1C1生成生成5 5个码字个码字 3.3.再进行块交织，交织块的大小可以是再进行块交织，交织块的大小可以是2,3,42,3,4个码字个码字424.3 信道编码技术CIRC纠错技术延时交叉交织技术 采用延时技术实现交叉交织采用延时技术实现交叉交织434.3 信道编码技术CIRC纠错技术CIR

19、C纠错技术 以延时交叉交织为中介，对RS码进行双重编码。CIRC编码器应用举例：音频信号每次采样值有两个，L声道、R声道l每个样本值16bit，分成2个字节l每个字节用GF（28）域中一个元表示l每次采样共4个码元，6次采样共24个码元构成一帧l经交叉、延时器进入RS（24,28）编码器l经延时进入RS（28,32）编码器444.3 信道编码技术RSPC码 （里德-所罗门乘积码）将两种将两种RSRS码进行纵横组合码进行纵横组合将信息码元组成24*43的矩阵用RS（26,24）码产生p监督码将26*43矩阵按对角线重新排列，得到43*26矩阵用RS（45,43）码产生Q监督码454.3 信道编码

20、技术卷积码 （n,k,m）表示 n个码元不仅与本码组中k个信息码有关，还与前面m个码段的信息码有关11,11,2,jjjCCC464.4 差错掩盖技术 当出现严重差错时，对于检测到而无法纠正的错误，可以使用差错掩盖技术进行纠错。插值插值静音静音474.4 差错掩盖技术插值 建立在交织/去交织技术的基础上零阶插补采用丢失数据区段前面的正常样本值插补在丢失数据区段1阶插补平均值插补，采用前后两个样本值的平均值N阶插补采用前后的N个正常样本值的平均值插补484.4 差错掩盖技术静音（无声法）将丢失或未纠正的错误样值设为零，静音要比解调出错误数据产生不可预知的声音要好得多。持续1-4ms的静音，人耳是

21、听不到的494.5 数字基带信号的码型变换数字音频信号经过一系列的数字化处理后，最终需要记录到DAT、CD、硬盘等各种存储媒介或通过信号进行传输。在对数字音频信号进行记录存储或传输前，需要对之进行调制，以适应不同的存储媒介或传输信道的特性。504.5 数字基带信号的码型变换调制方式要满足的要求：易于提取比特同步信息 为了能从信号中提取所需时钟信号，要求传输或记录的码流不应出现过长的连“0”，“1”不易受直流截止特性的影响 希望调制后的信号不包含直流分量，或直流变化要小所需的传输带宽要窄 一般频率越高衰减越大，希望已调信号的带宽要尽量窄能抗噪声和抖动514.5 数字基带信号的码型变换记录声音信号

22、的媒介有DAT、CD、硬盘等物理盘上记录的数据和真正的声音数据之间需要做变换处理，这种处理统称为“码型变换”码型变换的目的：改善信号质量，使读出的信号频带变窄便于提取同步信号把能够直接用于存储媒介上的代码称为通道码。524.5 数字基带信号的码型变换8-10调制 将原将原8 8比特数据转换成比特数据转换成1010比特的通道码，用于比特的通道码，用于DATDAT 从这从这10241024个代码中寻找出符合要求的个代码中寻找出符合要求的256256个代码与之对应个代码与之对应选择要求：选择要求：a)“0”、“1”比特持续时间不能过长b)码流中0，1比特应以相同数目翻转c)记录数字信号的最大波长与最

23、小波长之比要尽量小d)选用短波长信号进行记录，磁化深度浅，趋于表层，有利于将原记录的信号抹去534.5 数字基带信号的码型变换8-10调制544.5 数字基带信号的码型变换EFM调制 8到14比特调制，用于CD激光数字唱盘系统 把一个8比特的音频数据在记录到CD激光唱盘前先变换成14比特的通道码。554.5 数字基带信号的码型变换EFM调制CD激光唱片信号的存储采用光刻在光盘上形成凹凸的信号坑激光照射凹凸信号坑形成强度不同的反射光光电转换成电信号凹坑的边缘代表“1”凹坑和非凹坑的平坦部分代表“0”凹坑和非凹坑的长度代表有多少个“0”564.5 数字基带信号的码型变换EFM调制声音质量取决于照射

24、光点的频率响应频率响应体现在所记录信号坑的长度长度越长频率响应越好，要求波形最小时间间隔越长越好稳定的提取时钟信号，要求波形最长时间间隔越短越好“0”的长度，最短2个，最长10个574.5 数字基带信号的码型变换EFM调制584.5 数字基带信号的码型变换EFM调制当通道码合并时，为了满足“0”长度的要求，在两个通道码之间要再加上3个合并位，来确保读出信号的可靠性594.6 数字调制信道编码后的数据信号除了一般的基带传输外，要作长信道编码后的数据信号除了一般的基带传输外，要作长距离传送时，必须通过调制措施对高频载波进行特定方距离传送时，必须通过调制措施对高频载波进行特定方式的调制，然后对已调波

25、进行发射、传输。式的调制，然后对已调波进行发射、传输。基带：基带：原始电信号所固有的频带，称为基本频带，简称原始电信号所固有的频带，称为基本频带，简称为基带。为基带。基带传输：基带传输：在信道中不经过调制直接以基带信号进行传在信道中不经过调制直接以基带信号进行传送，称为基带传输。在传送距离不太远的情况下往往采送，称为基带传输。在传送距离不太远的情况下往往采用基带传输。用基带传输。载波传输：载波传输：把数据信号经过调制后再传送，即将基带信把数据信号经过调制后再传送，即将基带信号的频谱搬移到适合信道传输的频段在传输，到接收端号的频谱搬移到适合信道传输的频段在传输，到接收端后又经过解调还原成原来信号

26、的传输，称为频带传输，后又经过解调还原成原来信号的传输，称为频带传输，又称载波传输。又称载波传输。60基本数字调制类型基本数字调制类型 用数字信号改变载波的某个参量，可以看成是一种键用数字信号改变载波的某个参量，可以看成是一种键控方法（控方法（Shift Keying）。幅移键控幅移键控 （ASK）频移键控频移键控 （FSK）相移键控相移键控 （PSK）4.6 数字调制61基本数字调制类型基本数字调制类型幅移键控幅移键控 （ASK）4.6 数字调制62基本数字调制类型基本数字调制类型频移键控频移键控 （FSK）4.6 数字调制63基本数字调制类型基本数字调制类型相移键控相移键控 （PSK）4.6 数字调制642ASK和和MASK2ASK 二进制幅度键控，由二进制数据二进制幅度键控，由二进制数据1和和0组成的序列对组成的序列对载波进行幅度调制。载波进行幅度调制。MASK 多电平（多电平（M个电平）的个电平）的ASK4.6 数字调制65QPSK (正交相移键控)也叫四进制相移键控也叫四进制相移键控 利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息双比特码元载波相位akbkA方式B方式00022510903151118045012701354.6 数字调制66QAM(QAM(正交振幅调制）正交振幅调制）幅度、相位联合调制技术 星座图4.6 数字调制67