数据的编码与调制
数据的编码与调制
如前所述，网络中的通信信道可以分为模拟信道和数字信道，分别用于传输模拟信号和数字信号，而依赖于信道传输的数据也分为模拟数据与数字数据两类。为了正确地传输数据，必须对原始数据进行相应的编码或调制，将原始数据变成与信道传输特性相匹配的数字信号或模拟信号后，才能送入信道传输。如图6-20所示，数字数据经过数字编码后可以变成数字信号，经过数字调制（ASK、FSK、PSK）后可以成为模拟信号；而模拟数据经过脉冲编码调制（PCM）后可以变成数字信号，经过模拟调制（AM、FM、PM）后可以成为与模拟信道传输特性相匹配的模拟信号。
图6-20 数据的编码与调制示意图
6.3.1 数字数据的数字信号编码
利用数字通信信道直接传输数字信号的方法，称作数字信号的基带传输。而基带传输需要解决的两个问题是数字数据的数字信号编码方式及收发双方之间的信号同步。
在数字基带传输中，最常见的数据信号编码方式有不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码3种。以数字数据011101001为例，采用这3种编码方式后，它的编码波形如图6-21所示。
1.不归零码（NRZ，Non－Return to Zero）
NRZ码可以用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻辑“1”。并且在发送NRZ码的同时，必须传送一个同步信号，以保持收发双方的时钟同步。
2.曼彻斯特编码（Manchester）
曼彻斯特编码的特点是每一位二进制信号的中间都有跳变，若从低电平跳变到高电平，就表示数字信号“1”；若从高电平跳变到低电平，就表示数字信号“0”。曼彻斯特编码的原则是：将每个比特的周期T分为前T/2和后T/2，前T/2取反码，后T/2取原码。
曼彻斯特编码的优点是每一个比特中间的跳变可以作为接收端的时钟信号，以保持接收端和
发送端之间的同步。
3.差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）
差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进，其特点是每比特的值要根据其开始边界是否发生电平跳变来决定，若一个比特开始处出现跳变则表示“0”，不出现跳变则表示“1”，每一位二进制信号中间的跳变仅用做同步信号。
差分曼彻斯特编码和曼彻斯特编码都属于“自带时钟编码”，发送它们时不需要另外发送同步信号。
图6-21 数字数据的编码方式
6.3.2 数字数据的模拟信号调制
传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频300～3400Hz的模拟信号，不能直接传输数字数据。为了利用廉价的公共电话交换网实现计算机之间的远程数据传输，就必须首先利用调制解调器将发送端的数字数据调制成能够在公共电话网上传输的模拟信号，经传输后在接收端再利用调制解调器将模拟信号解调成对应的数字数据。
在调制过程中，首先要选择一个频率为f的正（余）弦信号作为载波，该正（余）弦信号可以用Asin（2πft＋φ）表示，其中A代表波形的幅度，f代表波形的频率，φ代表波形的初始相位。通过改变载波的这三个参数，就可以表示数字数据“0”或“1”，实现调制的过程。在图6-22中，显示了对数字数据“010110”使用不同调制方法后的波形。
1.幅移键控（ASK，Amplitude Shift Keying）
ASK是通过改变载波信号的幅度值来表示数字数据“1”和“0”的，用载波幅度A1表示数据“1”，用载波幅度A2表示数据“0”（通常A1取1，A2取0），而载波信号的参数f和φ恒定。
2.频移键控（FSK，Frequency Shift Keying）
FSK是通过改变载波信号频率的方法来表示数字数据“1”和“0”的，用频率f1表示数据“1”，用频率f2表示数据“0”，而载波信号的参数A和φ不变。
3.相移键控（PSK，Phase Shift Keying）
PSK是通过改变载波信号的初始相位值φ来表示数字数据“1”和“0”的，而载波信号的参数A和f不变。PSK包括绝对调相和相对调相两种类型：
（1）绝对调相
绝对调相使用相位的绝对值，φ为0表示数据“1”，φ为π表示数据“0”。
（2）相对调相
相对调相使用相位的偏移值，当数字数据为“0”时，相位不变化，而数字数据为“1”时，相位要偏移π。
图6-22 数字数据的调制方法
6.3.3 模拟数据的数字信号编码
由于数字信号具有传输失真小、误码率低、传输速率高等优点，因此常常需要将语音、图像等模拟数据变成数字信号后经计算机进行处理。脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）是将模拟数据数字化的主要方法，它在发送端把连续输入的模拟数据变换为在时域和振幅上都离散的量，然后将其转化为代码形式传输。
脉冲编码调制一般通过抽样、量化和编码3个步骤将连续的模拟数据转换为数字信号，如图6-23所示。
1.抽样
模拟信号是电平连续变化的信号。每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值作为样本，这一系列连续的样本可以表示模拟数据在某一区间随时间变化的值。抽样频率以奈奎斯特抽
样定理为依据，即当以等于或高于有效信号频率两倍的速率定时对信号进行抽样，就可以恢复原模拟信号的所有信息。
2.量化
量化是将抽样样本幅度按量化级决定取值的过程，就是把抽样所得的样本幅值和量化之前规定好的量化级相比较，取整定级。显然，经过量化后的样本幅度为离散值，而不是连续值。
量化级可以分为8级、16级或者更多级，这取决于系统的精确度要求。为便于用数字电路实现，其量化级数一般取2的整数次幂。
图6-23 脉冲编码调制的3个步骤
3.编码
编码是用相应位数的二进制代码表示已经量化的抽样样本的级别。比如，如果有256个量化级，就需要使用8个比特进行编码。经过编码后，每个样本都由相应的编码脉冲表示。
6.3.4 模拟数据的模拟信号调制
在模拟数据通信系统中，信源产生的电信号具有比较低的频率，不宜直接在信道中传输，需要对信号进行调制，将信号搬移到适合信道传输的频率范围内，接收端将接收的已调信号再搬回到原来信号的频率范围内，恢复成原来的消息，比如无线电广播。
模拟数据的模拟调制技术主要包括调幅AM、调频FM和调相PM三类。
数据的编码与调制
数据的编码与调制 如前所述，网络中的通信信道可以分为模拟信道和数字信道，分别用于传输模拟信号和数字信号，而依赖于信道传输的数据也分为模拟数据与数字数据两类。为了正确地传输数据，必须对原始数据进行相应的编码或调制，将原始数据变成与信道传输特性相匹配的数字信号或模拟信号后，才能送入信道传输。如图6-20所示，数字数据经过数字编码后可以变成数字信号，经过数字调制（ASK、FSK、PSK）后可以成为模拟信号；而模拟数据经过脉冲编码调制（PCM）后可以变成数字信号，经过模拟调制（AM、FM、PM）后可以成为与模拟信道传输特性相匹配的模拟信号。 图6-20 数据的编码与调制示意图 6.3.1 数字数据的数字信号编码 利用数字通信信道直接传输数字信号的方法，称作数字信号的基带传输。而基带传输需要解决的两个问题是数字数据的数字信号编码方式及收发双方之间的信号同步。 在数字基带传输中，最常见的数据信号编码方式有不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码3种。以数字数据011101001为例，采用这3种编码方式后，它的编码波形如图6-21所示。 1.不归零码（NRZ，Non－Return to Zero） NRZ码可以用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻辑“1”。并且在发送NRZ码的同时，必须传送一个同步信号，以保持收发双方的时钟同步。 2.曼彻斯特编码（Manchester） 曼彻斯特编码的特点是每一位二进制信号的中间都有跳变，若从低电平跳变到高电平，就表示数字信号“1”；若从高电平跳变到低电平，就表示数字信号“0”。曼彻斯特编码的原则是：将每个比特的周期T分为前T/2和后T/2，前T/2取反码，后T/2取原码。 曼彻斯特编码的优点是每一个比特中间的跳变可以作为接收端的时钟信号，以保持接收端和
信息论与编码课程总结
信息论与编码 《信息论与编码》这门课程给我带了很深刻的感受。信息论是人类在通信工程实践之中总结发展而来的，它主要由通信技术、概率论、随机过程、数理统计等相结合而形成。它主要研究如何提高信息系统的可靠性、有效性、保密性和认证性，以使信息系统最优化。学习这门课程之后，我学到了很多知识，总结之后，主要有以下几个方面： 首先是基本概念。信息是指各个事物运动的状态及状态变化的方式。消息是指包括信息的语言、文字和图像等。信号是消息的物理体现，为了在信道上传输消息，就必须把消息加载到具有某种物理特性的信号上去。信号是信息的载荷子或载体。信息的基本概念在于它的不确定性，任何已确定的事物都不含有信息。信息的特征：（1）接收者在收到信息之前，对其内容是未知的。（2）信息是能使认识主体对某一事物的未知性或不确定性减少的有用知识。（3）信息可以产生，也可以消失，同时信息可以被携带、存储及处理。（4）信息是可以量度的，信息量有多少的差别。编码问题可分解为3类：信源编码、信道编 码、加密编码。= 理论上传输的最少信息量 编码效率实际需要的信息量。 接下来，学习信源，重点研究信源的统计特性和数学模型，以及各类离散信源的信息测度 —熵及其性质，从而引入信息理论的一些基本概念和重要结论。本章内容是香农信息论的基础。重点要掌握离散信源的自信息，信息熵（平均自信息量），条件熵，联合熵的的概念和求法及其它们之间的关系，离散无记忆的扩展信源的信息熵。另外要记住信源的数学模型。通过学习信源与信息熵的基本概念，了解了什么是无记忆信源。信源发出的序列的统计性质与时间的推移无关，是平稳的随机序列。当信源的记忆长度为m+1时，该时刻发出的符号与前m 个符号有关联性，而与更前面的符号无关，这种有记忆信源叫做m 阶马尔可夫信源。若上述条件概率与时间起点无关，则信源输出的符号序列可看成齐次马尔可夫链，这样的信源叫做齐次马尔可夫信源。之后学习了信息熵有关的计算，定义具有概率为 () i p x 的符号i x 的自信息量为：()log ()i i I x p x =-。自信息量具有下列特性：（1） ()1,()0i i p x I x ==（2）()0,()i i p x I x ==∞（3）非负性（4）单调递减性（5）可加 性。信源熵是在平均意义上来表征信源的总体特征，它是信源X 的 函数，一般写成H （X ）。信源熵：()()log ()i i i H X p x p x =-∑，条件熵：(|)(,)log (|) i j i j ij H X Y p x y p x y =-∑联合 熵(|)(,)log (,)i j i j ij H X Y p x y p x y =-∑，联合熵 H(X,Y)与熵H(X)及条件熵H(Y|X)的关系： (,)()(|)()(|)H X Y H X H Y X H X H X Y =+=+。互信息: ,(|)(|)(;)(,)log ()(|)log () () j i j i i j i j i ij i j j j p y x p y x I X Y p x y p x p y x p y p y = = ∑ ∑ 。熵的性质：非负性，对称性，确定 性，极值性。 接下来接触到信道，知道了信道的分类，根据用户数可以分为，单用户和多用户；根
COFDM信道编码与同步技术的研究
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
信息论与编码课程报告
Turbo码编码与译码方法 一、前言： Turbo码自1993年被提出以来，就以其优异的纠错性能而备受关注，并被主要通信标准所采纳。Turbo码是用短码构造等效意义的长码，以达到长码 的纠错性能而减少解码复杂度。在强噪声低洗澡比的条件下，如E b/N0=0.7dB， 采用编码效率R=1/2的Turbo码，经过18次迭代解码后，仍然具有极低的误 码率。Turbo码得这一特性对于强噪声环境下数字通信与数字信号传输具有重 要的应用价值。Turbo码的发现，标志着信道编码理论与技术的研究进入了一 个崭新的阶段，对现代编码理论的发展起着重要的作用。 二、Turbo码的编码原理： Turbo码编码器由两个递归系统卷积吗编码器(RSC1和RSC2)通过一个交织器并行级联而成，编码后经过删除或复用，产生不同码率的码字，进入传输 信道。Turbo码编码器结构框图如图1所示，信息序列d={d1,d2,…d N}经过N 位交织器，形成一个新序列 d‘={d1’,d2’,…,d N’}(长度与内容没变，但比特位置经过重新排列)。d和d‘分 别传送到两个分量码编码器（RSC1和RSC2）。一般情况下，这两个分量码编 码器结构相同，生成序列X1p和X2p。为了提高误码率，序列X1p和X2p需要经过 删除器，采用删除技术从这两个校验序列中周期地删除一些校验位，形成校验 位序列X P与编码序列u（为方便表述，也用X S表示）经过复用，生成Turbo 码序列。例如，假如图中两个分量编码器的码率均是1/2,为了得到1/2码率 的Turbo码，可以采用这样的删除矩阵：P=[10,01]，即删除来自RSC1的校验 序列X1p的偶数位置比特，与来自RSC2的校验序列X2p的奇数位置比特。 S X 图1 交织器在Turbo码中起关键作用。表面上看，它仅仅是将信息序列中的N个比特的位置进行随机置换，实际上，它很大程度上影响了Turbo码的性能。通过随机交织，使得编码序列在长为2N和3N(不使用删除)比特的范围内具有记忆性，从而有简单的短码得到近似长码。当交织器充分大时，Turbo码就具有近似于随机长码的特性。 三、Turbo码的译码原理：
TCM网格编码调制技术的研究报告
摘要 快速发展的通信业务要求系统保证良好通信质量的同时能实现高的数据率，然而对于带宽有限并且存在干扰的信道来说，这是一个很有挑战性的课题。本文对能够解决这一问题的两种编码调制方案进行了研究，重点讨论了网格编码调制（TCM）的原理与应用。 本文介绍了TCM的概念，TCM的子集分割原理和编码增益计算，并对软判决Viterbi译码算法作了简单的介绍，对TCM的误码率性能进行了计算机仿真。 关键词：网格编码调制、软判决Viterb Abstract Modern communication services require communication systems can provide highdate rate with favorable communication quality.Butthis is a challenge for limitedbandwidth channel with inter-symbol interference.In order to solve this problem，thisthesis studied on two kinds of channel coded modulation schemes.The principles andapplications of Trellis Coded Modulation(TCM)are investigated. This thesis introduced the concept of TCM，the principle of set partition and themethod of computing coding gains.Soft decision Viterbi decoding is emphaticallydiscussed and the performance of TCM is analyzed by computer simulation. Keyword:TCM、Soft decision Viterbi decoder 目录
信道编码技术研究开题报告
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。
信息论与编码总结
信息论与编码 1. 通信系统模型 信源—信源编码—加密—信道编码—信道—信道解码—解密—信源解码—信宿 | | | （加密密钥） 干扰源、窃听者 （解密秘钥） 信源：向通信系统提供消息的人或机器 信宿：接受消息的人或机器 信道：传递消息的通道，也是传送物理信号的设施 干扰源：整个系统中各个干扰的集中反映，表示消息在信道中传输受干扰情况 信源编码： 编码器：把信源发出的消息变换成代码组，同时压缩信源的冗余度，提高通信的有效性 （代码组 = 基带信号；无失真用于离散信源，限失真用于连续信源） 译码器：把信道译码器输出的代码组变换成信宿所需要的消息形式 基本途径：一是使各个符号尽可能互相独立，即解除相关性；二是使各个符号出现的概率尽可能相等，即概率均匀化 信道编码： 编码器：在信源编码器输出的代码组上增加监督码元，使之具有纠错或检错的能力，提高通信的可靠性 译码器：将落在纠检错范围内的错传码元检出或纠正 基本途径：增大码率或频带，即增大所需的信道容量 2. 自信息：()log ()X i i I x P x =-，或()log ()I x P x =- 表示随机事件的不确定度，或随机事件发生后给予观察者的信息量。 条件自信息：//(/)log (/)X Y i j X Y i j I x y P x y =- 联合自信息：(,)log ()XY i j XY i j I x y P x y =- 3. 互信息：;(/) () (;)log log ()()()i j i j X Y i j i i j P x y P x y I x y P x P x P y == 信源的先验概率与信宿收到符号消息后计算信源各消息的后验概率的比值，表示由事件y 发生所得到的关于事件x 的信息量。 4. 信息熵：()()log ()i i i H X p x p x =-∑ 表示信源的平均不确定度，或信源输出的每个信源符号提供的平均信息量，或解除信源不确定度所需的信息量。 条件熵：,(/)()log (/)i j i j i j H X Y P x y P x y =- ∑ 联合熵：,()()log ()i j i j i j H XY P x y P x y =-∑ 5. 平均互信息：,()(;)()log ()() i j i j i j i j p x y I X Y p x y p x p y =∑
水声通信系统中的信道编码技术研究
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:
(完整版)信息论与编码概念总结
第一章 1.通信系统的基本模型: 2.信息论研究内容：信源熵，信道容量，信息率失真函数，信源编码，信道编码，密码体制的安全性测度等等 第二章 １.自信息量：一个随机事件发生某一结果所带的信息量。 ２.平均互信息量：两个离散随机事件集合X 和Y ，若其任意两件的互信息量为 I （Xi;Yj ），则其联合概率加权的统计平均值，称为两集合的平均互信息量，用I （X;Y ）表示 ３.熵功率：与一个连续信源具有相同熵的高斯信源的平均功率定义为熵功率。如果熵功率等于信源平均功率，表示信源没有剩余；熵功率和信源的平均功率相差越大，说明信源的剩余越大。所以信源平均功率和熵功率之差称为连续信源的剩余度。信源熵的相对率(信源效率)：实际熵与最大熵的比值 信源冗余度： 0H H ∞=ηη ζ-=1
意义：针对最大熵而言，无用信息在其中所占的比例。 ３.极限熵： 平均符号熵的N 取极限值，即原始信源不断发符号，符号间的统计关系延伸到无穷。 ４. ５.离散信源和连续信源的最大熵定理。 离散无记忆信源，等概率分布时熵最大。 连续信源，峰值功率受限时，均匀分布的熵最大。 平均功率受限时，高斯分布的熵最大。 均值受限时，指数分布的熵最大 ６.限平均功率的连续信源的最大熵功率： 称为平均符号熵。 定义：即无记忆有记忆N X H H X H N X H X NH X H X H X H N N N N N N )() ()()()()()(=≤∴≤≤
若一个连续信源输出信号的平均功率被限定为p ，则其输出信号幅度的概率密度分布是高斯分布时，信源有最大的熵，其值为 1log 22 ep π.对于N 维连续平稳信源来说，若其输出的N 维随机序列的协方差矩阵C 被限定，则N 维随机矢量为正态分布时信源 的熵最大，也就是N 维高斯信源的熵最大，其值为1log ||log 222N C e π+ 7.离散信源的无失真定长编码定理： 离散信源无失真编码的基本原理 原理图 说明： （1） 信源发出的消息：是多符号离散信源消息，长度为L,可以用L 次扩展信 源表示为： X L =(X 1X 2……X L ) 其中，每一位X i 都取自同一个原始信源符号集合（n 种符号）： X={x 1，x 2，…x n } 则最多可以对应n L 条消息。 （2）信源编码后，编成的码序列长度为k,可以用k 次扩展信宿符号表示为： Y k =(Y 1Y 2……Y k ) 称为码字/码组 其中，每一位Y i 都取自同一个原始信宿符号集合： Y={y 1，y 2，…y m } 又叫信道基本符号集合（称为码元，且是m 进制的） 则最多可编成m k 个码序列，对应m k 条消息 定长编码：信源消息编成的码字长度k 是固定的。对应的编码定理称为定长信源编码定理。 变长编码：信源消息编成的码字长度k 是可变的。 8.离散信源的最佳变长编码定理 最佳变长编码定理：若信源有n 条消息，第i 条消息出现的概率为p i ，且 p 1>=p 2>=…>=p n ，且第i 条消息对应的码长为k i ，并有k 1<=k 2<=…<=k n
数字调制技术
数字调制技术 一般情况下，信道不能直接传输由信息源产生的原始信号，信息源产生的信号需要变换成适合信号，才能在信道中传输。将信息源产生的信号变换成适合于信道传输的信号的过程称为调制。在调制电路中，调制信号是数字信号，因此这种调制称为数字调制。数字调制是现代通信的重要方法，它与模拟调制相比有许多优点：数字调制具有更好的抗干扰性能、更强的抗信道损耗及更高的安全性。在数字调制中，调制信号可以表示为符号或脉冲的时间序列，其中每个符号可以有m种有限状态，而每个符号又可采用n比特来表示。主要的数字调制方式包括幅移键控（amplitude shift keying，ASK）、频移键控（frequency shift keying，FSK）、相移键控（phase shift keying，PSK）、多电平正交调幅（multi level quadrature amplitude modulation，mQAM）、多相相移键控（multiphase shift keying，mPSK），也包括近期发展起来的网格编码调制（trellis coded modulation，TCM）、残留边带（vestigial sideband，VSB）调制、正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）调制等。 1.幅移键控 幅移键控就是用数字信号控制高频振荡的幅度，可以通过乘法器和开关电路来实现。幅移键控载波在数字信号1或0的控制下通或断。在信号为1的状态下，载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么，在接收端就可以根据载波的有无还原出数字信号1和0。移动通信要求调制方式抗干扰能力强、误码性能好、频谱利用率高。二进制幅移键控的抗干扰能力和抗衰落能力差，误码率高于其他调制方式，因此一般不在移动通信中使用。 2. 频移键控 频移键控或称数字频率控制，是数字通信中较早使用的一种调制方式。频移键控广泛应用于低速数据传输设备中。它的调制方法简单、易于实现，解调不需要回复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落能力强。因此，频移键控成为在模拟电话网上传输数据的低速、低成本异步调制解调器的一种主要调制方式。频移键控是用载波的频率来传送数字消息的，即用所传送的数字消息控制载波的
面向5G通信系统的信道编码技术研究
摘要 摘要 随着第四代移动通信系统的成熟和大规模商用，面向未来的第五代移动通信系统(5G)已经成为全球的研发热点，在全球工业界和学术界的共同努力下，5G愿景与需求已经基本明确，国际标准的制定工作也已经正式开始。信道编码技术是5G的关键无线技术之一，为了实现5G在关键性能参数方面的显著提升，用于5G 的信道编码技术应具有编码增益大、编译码复杂度低、编译码时延低、高数据吞吐、码参数覆盖范围广且灵活可变等特征。一种信道编码方案很难完全满足5G的所有需求，未来的5G将针对不同场景和业务，选择不同的信道编码方案，进而达到相应的技术指标要求。本文对面向5G通信系统的信道编码技术进行了研究，针对5G中不同的场景和业务，具体研究了速率兼容LDPC(rate-compatible LDPC, RC-LDPC)码、码率可变的多元LDPC(non-binary LDPC,NB-LDPC)码、乘性重复叠加传输(multiplicative repetition based superposition transmission,MRST)码和跨层编码的构造、译码和应用等关键问题，主要的研究成果概括如下： 针对5G增强移动宽带(Enhanced mobile broadband,eMBB)场景的数据信道，首先提出了一种RC-LDPC码的构造方法，该方法是通过结合LDPC码的代数构造理论和图构造理论实现的，基于该方法构造的RC-LDPC码具有易于硬件实现的校验矩阵结构，并且在较大的码率范围内都能获得较好的瀑布区性能。然后，基于代数辅助的方法构造了一类信息位长度和码率都兼容的LDPC(information length-and rate-compatible LDPC,IC-RC-LDPC)码，所构造的IC-RC-LDPC码具有较低的构造复杂度和存储复杂度，适用于5G eMBB场景中的数据传输。 针对5G高可靠低时延通信(Ultra-reliable and low latency communications,uRLLC)场景的突发短数据包业务，构造了两种码率可变的NB-LDPC码：基于删除方法构造的多速率NB-LDPC(multi-rate NB-LDPC,MR-NB-LDPC)码和基于递增冗余方法构造的速率兼容NB-LDPC(rate-compatible NB-LDPC,RC-NB-LDPC)码，所构造的这两种码率可变的NB-LDPC码具有易于编译码的校验矩阵结构，并且在较大的码率范围内都能获得较好的瀑布区和平层区性能，适用于5G uRLLC场景中突发短数据的传输。 针对5G uRLLC场景的连续大数据包业务，基于乘性重复叠加的方法构造了一类名为MRST码的大卷积码，此外，还通过打孔的方式设计了一类打孔MRST (Puncture-MRST,P-MRST)码，以满足系统对码率灵活可变的要求。所构造的MRST 和P-MRST码具有较低的译码复杂度和译码时延，并且能够在较短基本码和较少记忆阶数的条件下实现较好的性能，适用于5G uRLLC场景中连续大数据的传输。 I 万方数据
数字通信系统中信道编码技术的研究
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
编码调制原理
在通信原理中把通信信号按调制方式可分为调频、调相和调幅三种。数字传输的常用调制方式主要分为： 正交振幅调制（QAM）：调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。 键控移相调制（QPSK）：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。 残留边带调制（VSB）：抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。 编码正交频分调制（COFDM）：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。 世广数字卫星广播系统的下行载波的调制技术采用TDM QPSK调制体制。它比编码正交频分多路复用（COFDM）调制技术更适合卫星的大面积覆盖。 摘要：由于数字电视系统采用数字传输，而在传输系统中都使用到了数字调制技术，本文就对ASK、FSK、PSK、QAM等数字调制方法进行详细的介绍。 1934年美国学者李佛西提出脉冲编码调制(PCM)的概念，从此之后通信数字化的时代应该说已经开始了，但是数字通信的高速发展却是20世纪70年代以来的事情。随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像；通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。而这些系统都使用到了数字调制技术，本文就数字信号的调制方法作一些详细的介绍。 一数字调制 数字信号的载波调制是信道编码的一部分，我们之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制，未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的，因此提高传输效率是通信系统所追求的最重要的指标之一。模拟通信很难控制传输效率，我们最常见到的单边带调幅（SSB）或残留边带调幅（VSB）可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有"0"和"1"两种状态，所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关电键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式就显得较为单纯。在对传输信道的各个元素进行最充分的利用时可以组合成各种不同的调制方式，并且可以清晰的描述与表达其数学模型。所以常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM技术，目前数字微波中广泛使用的256QAM的频带利用率可达8bit/s/Hz，八倍于2ASK或BPSK。此外，还有可减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术，为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来，四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展，并已应用于高速MODEM中，为进一步提高传输效率奠定了基础。总之，数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。 1、基带传输 传输信息有两种方式：基带传输和调制传输。由信源直接生成的信号，无论是模拟信号还是数字信号，都是基带信号，其频率比较低。所谓基带传输就是把信源生成的数字信号直接送入线路进行传输，如音频市话、计算机间的数据传输
网络与通讯技术名词解释
一，名词解释 FDM/TDM/CDM/WDM/SDM频分复用/时分复用/码分复用/波分复用/空分复用 AM常规调幅 DSB-SC抑制载波的双边带调制 SSB单边带调制 VSB残留边带调制 2ASK二进制振幅键控 2FSK二进制移频键控 2PSK二进制移相键控 2DPSK二进制差分相位键控 QAM正交振幅调制 TCM网格编码调制 PCM脉冲编码调制 ΔM/DM增量调制 ADPCM自适应差分脉冲编码调制 AQR/FEC/HEC检错重发方式/前向纠错方式/混合纠错方式
AMI码传号交替反转码 HDB3 3阶高密度双极性码 CMI码传号反转码 PDH/SDH准同步数字系列/同步数字系列 FDMA/TDMA/CDMA频分多址/时分多址/码分多址PLC电力线载波通信 BPLC宽带电力线载波通信 OFDM正交频分多路复用 DPLC/APLC数字电力线载波通信/模拟电力载波机ISDN综合业务数字网 DSP数字信号处理技术 MQAM多进制正交调幅 MCM多载波调制 LASVQ低滞后线性预测编码 GL高频电缆 SCC实时监督控制 DSSS直序扩频
AMR电力线载波自动抄表系统 DWDM密集波分复用 OPGW光纤复合架空地线 SIF/GIF/SMF突变型多模光纤/渐变型多模光纤/单模光纤DFF/DSF色散平坦光纤/色散位移光纤 NA数值孔径 OTDR光时域反射仪 IEC国际电工委员会 PMD偏振模式色散 LD激光器 LED发光二极管 PD光电二极管 APD雪崩光电二极管 APC自动功率控制电路 ATC自动温控电路 OEIC光电集成电路 AGC自动增益控制
DR动态范围 SONET同步光纤网 NNI网络节点接口 STM-N同步传送模块 TM终端复用器 ADM分插复用器 DXC数字交叉连接设备 ATM异步转移模式 IP IP分组 SOH/LOH(再生)段开销/复接段开销 AU PTR管理单元指针 VC虚容器 OPGW/GWWOP/ADSS光缆地线复合/地线缠绕式/全介质自承式光缆ESR/SESR/BBER误块秒比/严重误块比/背景误块比 APS自动保护交换 PRC时钟基准源 LPR区域基准时钟源
CDMA语音编码和信道编码总结
CDMA的语音编码与信道编码 摘要：随着3G移动通信技术的逐步实现以及移动通信与互联网的融合，全球正迅速步入移动信息时代。CDMA已被广泛接纳为第三代移动通信的核心技术之一，它具有优越的性能。本文主要介绍CDMA中常用的语音编码技术与信道技术。 关键词：语音编码信道编码受激励线性编码码激励线性预测编码矢量和激励线性预测编码编码器解码器卷积码 1 CDMA中的语音编码技术 语音编码为信源编码，是将模拟信号转变为数字信号，然后在信道中传输。在数字移动通信中，语音编码技术具有相当关键的作用，高质量低速率的话音编码技术与高效率数字调制技术相结合，可以为数字移动网提供高于模拟移动网的系统容量。目前，国际上语音编码技术的研究方向有两个：降低话音编码速率和提高话音质量。 1.1 语音编码技术的分类 语音编码技术有三种类型：波形编码、参量编码和混合编码。 ●波形编码：是在时域上对模拟话音的电压波形按一定的速率抽样，再将 幅度量化，对每个量化点用代码表示。解码是相反过程，将接收的数字 序列经解码和滤波后恢复成模拟信号。波形编码能提供很好的话音质 量，但编码信号的速率较高，一般应用在信号带宽要求不高的通信中。 脉冲编码调制（PCM）和增量调制（ΔM）常见的波形编码，其编码速率 在16～64kbps。 ●参量编码：又称声源编码，是以发音模型作基础，从模拟话音提取各个 特征参量并进行量化编码，可实现低速率语音编码，达到2～4.8kbps。 但话音质量只能达到中等。 ●混合编码：是将波形编码和参量编码结合起来，既有波形编码的高质量 优点又有参量编码的低速率优点。其压缩比达到4～16kbps。泛欧GSM 系统的规则脉冲激励-长期预测编码（RPE-LTP）就是混合编码方案。1.2 CDMA的语音编码
北邮大三通信系统仿真与实现信道编码作业
多径信道模型及其对调制信号的影响 信息与通信工程学院2013211108班2013210218号姓名 曹明辉 1. 目的 a) 掌握多径衰落信道模型 b) 通过信道估计的数值仿真实验，验证信道对系统的影响 2. 内容 a) 3GPP 中典型应用场景的多径信道模型的时延功率谱； b) 多径信道模型的实现，采用MATLAB 中自带的Rayleighchan/Ricianchan 函数产生; c) 分析信号经过信道前后的功率谱（不同信噪比下） d) 通过数值仿真方法获得调制信号经过多径衰落信道后的解调性能曲线 3. 多径衰落信道模型说明 根据ITU-R M.2135信道模型标准，本次实验我采用的是Rural Macro (RMa)信道。 从上图表中可见，其有两种典型信道模型的参数设置。一种为带有直射路径的莱斯分布信道参数，一种为不带有主信号功率的瑞利分布信道参数的设置。下面，分别对两者进行介绍 。 4. 调制信号经过多径衰落信道的实现说明 我们已经知道，多径信道具有频率选择性，在调制信号经过N 条路径的情况下，信道的输出为() t y = ()()[]t t x t a n n n τ-∑=N 1 ，式中，()()t t a n n τ和表示与第N 条多径分量相关的衰减和传播延迟，延 迟和谁见都表现为时间的函数。 前面已经说过，由于大量散射分量导致接收机输入信号的复包络是一个复高斯过程，在该过程均值为零的情况下，幅度满足瑞利分布，如果存在直射路径，幅度则变为莱斯分布。 在调制信号通过多径信道时，由于存在多径扩展和多普勒频移，所以，会在输出端产生多个输出，正如前面公式中所提到的，从而导致接收端的信号之间存在干扰，在此，我们假设，京御景之间是不相关的，每一径的多普勒形状相同，但功率不同。 利用上述参数公式，结合所查阅资料，得到如下的信道两个仿真图表。
星间链路信道编码技术研究
摘要 星间链路的通信信道由于传输距离遥远加上存在来自各个方面的无线电干扰，使信号传输时延大，造成信号能量衰减严重。因此有必要在星间链路通信中采用信道编码。Turbo码与LDPC码以其各自逼近香农限的优越性能被引入到CCSDS标准并在卫星通信领域被广泛应用。 本文首先研究了Turbo码的编码原理及译码算法，在此基础上完成了Turbo码编译码系统的设计并对影响Turbo码性能的参数进行了分析和仿真。然后对LDPC码的编译码进行了系统的分析和研究，并结合星间链路信道的特点，选用QC-LDPC码字，设计了LDPC码编译码方案并对仿真结果进行了分析。 在此基础上，本文还根据Log-BP算法，结合PSO优化算法给出了改进的LDPC码译码算法并对该算法进行了仿真验证，仿真结果表明该算法性能与Log-BP算法相比在一定条件下可获得0.1dB的额外编码增益。 最后，论文根据对LDPC码的分析，运用Verilog语言在Quartus II环境下完成了LDPC码编译码器的FPGA设计，设计选用QC-LDPC码字和最小和算法，译码部分采用部分并行结构。论文对该设计进行了初步的编译码性能测试并对对译码器的码速率及占用资源进行了详细分析。综合结果表明在资源消耗上比以往设计有了很大改进。 关键词：星间链路，Turbo码，LDPC码，译码算法，部分并行译码结构
Abstract The inter-satellite channel of ISL has large signal transmission time and serious signal attenuation because of long transmission distance and wireless interference from many aspects. Therefore it is necessary to using channel coding in inter-satellite channel. Turbo codes and LDPC codes have been introduced to CCSDS standard with their excellent performances of approaching to Shannon Limit and widely used in Satellite Communication. This thesis firstly researches the basic theory of Turbo codes and the method of Turbo codes encoding and decoding, and then analyses the factors which impact the performance of Turbo codes. The analyses are proved by the simulation results. Then this thesis offers a comprehensive study on the performance of LDPC codes. The author then presents a scheme of LDPC codes encoding and decoding with QC-LDPC codes combined with characteristics of ISL channel whereafter the simulation results are given and analysed. Ulteriorly, the author presents a new decoding algorithm based on Log-BP and PSO algorithm followed by simulation results, which shows that performance of proposed decoding algorithm is 0.1dB better than that of standard Log-BP decoding at certain conditions. Finally, this thesis finishes the design FPGA program for LDPC codes encoding and decoding based on Quartus II system with Verilog language. The hardware decoding algorithm is SPA algorithm and is designed by partly parallel structure. Based on it, the author tests the system's primary encoding and decoding performance and analyses the decoder's decoding rate and expended resources, which shows a great improvement on hardware resources consumption compared to previous architectures. Keywords:ISL, Turbo Codes, LDPC Codes, Decoding Algorithm, Partly Parallel Decoding Structure