2.3让信号传输得更快、更准确 （课件）-高二《通信技术》同步教学（劳动版）

课题三 让信号传输得更快、更准确 学习目标 1.掌握信源编码的概念。 2.掌握信道编码的概念。 3.了解信道编码在长期演进（LTE）中的应用。 一、信源编码 在数字通信系统中，为了提高数字信号传输的有效性而采取的编码称为信源编码。信源编码有两个作用：一是模/数转换；二是尽可能减少信号中的冗余度，使在单位时间内单位系统带宽上所传输的信息量最大。 信源包括话音、图像、字符等，本书主要以话音信源来讲解编码技术。话音编码技术通常分为波形编码、声源编码和混合编码三类。按编码后传输所需的数据速率可分为高速率(32 kbps以上)、中高速率(16～32 kbps)、中速率(4.8～16kbps)、低速率(1.2～4.8 kbps)和极低速率（1.2 kbps以下）五大类。 1．波形编码 波形编码是将时间域信号波形直接转换为数字代码，其目的是尽可能精确地再现原来的话音波形。波形编码的基本原理是在时间轴上对模拟话音信号按照一定的速率来抽样，然后将幅度样本分层量化，再用代码来表示。最典型的波形编码是PCM（脉冲编码调制）。波形编码具有低复杂度、低时延的特点。 2．声源编码 声源编码又称参量编码，它是指对信源信号在频域或其他正交变换域提取特征参量，并将特征参量转换为数字代码进行传输。其反过程为解码，即将收到的数字序列转换后恢复成特征参量，再依据此特征参量产生发送端语音信号。这种编码技术可实现低速率语音编码，比特率可压缩至2～4.8 kbps，线性预测编码(LPC)及其各种改进型都属于参量编码技术。声源编码技术的缺点是话音质量较差，对噪声较为敏感，不适合在公用移动通信网等对话音质量要求较高的场合使用。 3．混合编码 混合编码由波形编码和声源编码结合而成，以达到波形编码的高质量和声源编码的低速率等优点。混合编码数字语音信号中包括若干语音特征参量，又包括部分波形编码信息，它可将比特率压缩到4～16 kbps，其中在8～16 kbps内能够达到良好的话音质量和自然度，因此，这种编码技术最适合于数字移动通信环境。 目前研制的符合发展目标的信源编码技术均为混合编码。 二、信道编码 为了提高数字通信的可靠性而采取的编码称为信道编码，信道编码又称差错控制编码或纠错编码。 提高系统传输的可靠性，降低误码率的常用方法有以下两类。 1. 降低数字信道本身引起的误码 2．采用差错控制编码（即信道编码） 从差错控制角度来看，按加性干扰引起的错码分布规律不同，可将信道分为三类，即随机信道、突发信道和混合信道。对于不同的信道应采用不同的差错控制技术。常用的差错控制方式有以下几种。 (1)检错重发(ARQ) (2)前向纠错(FEC) (3)混合差错控制(HEC) 三种差错控制方式示意图 a)检错重发(ARQ) b）前向纠错(FEC) c）混合差错控制(HEC) 三、信道编码在长期演进中的应用 长期演进（Long Term Evolution，LTE）是由3GPP组织制定的通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）技术标准的长期演进。在LTE中有三种基本的信道编码，即CRC纠错编码、咬尾卷积编码和Turbo码。 1.CRC纠错编码 CRC称为循环冗余码，它是在信息码右边加上几位校验码，以增加整个编码系统的码距和查错、纠错能力。 2.咬尾卷积编码 通常卷积码编码器开始工作时都要进行初始化，常常将编码器的所有寄存器单元都进行清零处理。而在编码结束时，还要使用尾比特进行归零的结尾操作（Tailed Termination）。相对于编码比特而言，尾比特增加了编码开销。 码率为1/3的咬尾卷积编码器 3.Turbo码 来自MAC层的传输块，经过CRC校验后，被分割成LTE Turbo码能够编码的码块，并进行Turbo编码和速率匹配，然后进行比特加扰，最后进行调制和天线映射发射出去。 Turbo编码器原理图 $$