CDMA信道编码及结构解析剖析
第07讲-CDMA通信-信道编码
编码原理（续）
状态转移图和trellis图表示
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无线通信工程
姚彦教授 清华大学微波与数字通信国家重点实验室 2001年12月1日
第七讲
无线通信的信道编码
引言
基本概念
仙侬定理指出带宽和功率的互换性。当带宽为 无限大时，Eb/N0趋于-1.6dB，这就是仙侬极限。 如何实现带宽和功率的互换，仙侬定理本身没 有指明。 能否用扩频技术实现带宽与功率的互换？不能！ 在高斯白噪声信道上，扩频技术没有任何功率 增益。 要实现带宽和功率的互换，可以采用纠错技术。 纠错属于一种信道编码。
BCH码
（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem码）
是线性分组码中循环码的一种重要子类，有严 密的代数结构，是目前研究较多、应用较广的 一种线性分组码。 具有纠正多个随机错误的能力。 根据对纠错能力的要求，选择参数，并根据代 数结构构造编译码算法。 如：n = 7, k = 4, t = 1; n = 15, k = 7, t = 2; n = 31, k = 16, t = 3; n = 127, k = 50, t = 13。
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浅谈CDMA移动通信系统中的信道编码技术
浅谈CDMA移动通信系统中的信道编码技术CDMA移动通信系统是一种常见的无线通信技术，它通过调制和分离不同的码来实现多用户同时访问同一频率带的功能。
信道编码技术在CDMA移动通信中起着非常重要的作用，它可以有效提高通信系统的容量和可靠性。
下面将对CDMA移动通信系统中的信道编码技术进行浅谈。
1. 信道编码技术的作用在CDMA移动通信中，信道编码技术可以将信息编码为一组码字，在信道传输过程中可以通过冗余码提高数据的可靠性和抗干扰能力。
同时，信道编码技术还可以降低误码率，提高系统的频谱效率和容量。
2. CDMA移动通信中的信道编码技术差分编码：差分编码是CDMA移动通信系统中常用的一种编码技术。
它使用当前符号和上一个符号之间的差值来构建编码后的码字，这种编码方式可以减少传输数据时的冗余度。
同时，差分编码还可以在有限的带宽内提供较高的错误保护能力，提高系统的容量和可靠性。
卷积编码：卷积编码是一种线性的编码技术，其原理是采用存储器和移位寄存器搭配，以使每一位输入码都能影响多个输出码。
在CDMA移动通信系统中，使用卷积编码技术可以在保证信息传输可靠性的基础上，提高系统的容量和频谱效率。
Turbo编码：Turbo编码是一种迭代反馈编码技术，其可靠性比卷积编码更强。
在CDMA移动通信中，Turbo编码技术可以有效降低误码率和提高频谱效率。
此外，Turbo编码技术还具有良好的性能和可扩展性，可以满足不同应用场景的需求。
3. 总结信道编码技术是CDMA移动通信系统中非常重要的一部分，它可以提高数据传输的可靠性和抗干扰能力，降低误码率，提高系统的容量和频谱效率。
目前，差分编码、卷积编码和Turbo编码是CDMA移动通信系统常用的信道编码技术。
通过合理地使用信道编码技术，可以更好地提高无线通信系统的传输效率和可靠性，满足用户不断增长的通信需求。
通信系统中的信道编码及解码技术探究
通信系统中的信道编码及解码技术探究在现代的通信系统中，信道编码及解码技术是至关重要的一环。
信道编码是通过对信息进行编码，增加冗余性，从而提高信息传输的可靠性和抗干扰能力。
解码则是将接收到的编码信息进行恢复，使其能够被正确地解读和利用。
1. 信道编码的基本原理信道编码的基本原理是通过对信息进行冗余编码来提高抗干扰能力。
在传输信息的过程中，由于信道噪声和干扰等因素，会导致信息传输错误。
冗余编码在发送端对信息进行编码，增加冗余性，从而使接收端能够更容易地检测和纠正错误。
常用的信道编码技术有奇偶校验码、循环冗余检验码（CRC）、海明码等。
其中，奇偶校验码通过在数据中增加一位校验位，使得数据位的值总数保持为奇数或偶数，从而可以检测出单个错误位。
循环冗余检验码则是通过在数据末尾增加一定的冗余位，使接收端能够根据冗余位的计算结果来判断是否存在错误位。
海明码则可以检测和纠正多个错误位，提高了信道编码的可靠性。
2. 信道解码的基本原理信道解码是将接收到的编码信息恢复成原始信息的过程。
解码过程是编码过程的逆过程，需要根据编码时所采用的编码规则和算法进行解码操作。
在解码过程中，最常用的方法是采用硬判决和软判决两种策略。
硬判决是将接收到的信号直接判定为发送端发送的最近的编码值，适用于信噪比较高的情况。
而软判决则是根据接收到的信号的强度等特征，通过一定的算法来判定发送端可能发送的编码值，适用于信噪比较低的情况。
此外，还有一些先进的信道解码技术，如迭代解码技术、Turbo码和LDPC码等。
迭代解码技术是通过多次迭代计算来不断优化解码过程，提高解码的准确性和性能。
Turbo码和LDPC码是近年来发展起来的一种高效的信道编码和解码技术，能够在较低的信噪比下实现接近香农极限的性能。
3. 信道编码和解码技术在通信系统中的应用信道编码和解码技术在现代通信系统中得到了广泛的应用。
在无线通信领域，信道编码和解码技术可以有效提高信号的抗噪声和抗干扰能力，提高传输的可靠性和覆盖范围。
CDMA语音编码和信道编码讲解
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CDMA系统如同其它数字式移动电话系统，它也采用语音编码技术来降低语音的编码速率。
CDMA系统的语音编码主要有从线性预测编码技术发展而来的激励线性预测编码QCELP和增强型可变速率编码EVRC。
CDMA移动通信基础
CDMA移动通信基础CDMA移动通信基础CDMA（ Division Multiple Access）是一种移动通信技术，是利用信道编码技术实现多用户使用同一频段的一种通信方式。
CDMA移动通信基础是了解CDMA技术的基本原理和核心技术的基础知识。
1. CDMA技术的原理CDMA技术的基本原理是将不同的用户数据按照一定的编码方式进行编码，然后通过扩频技术将编码后的数据发送到整个频段。
接收端通过解码和去除其他用户干扰的方式，将特定用户的数据还原出来。
CDMA技术主要包括信道编码、信道容量和干扰抑制三个方面。
1.1 信道编码CDMA技术通过采用码片作为信号的传输方式，将用户数据进行编码与解码过程。
码片是一种特殊的伪随机序列，能够使信息在传输过程中增加冗余度，提高信号的鲁棒性和抗干扰能力。
1.2 信道容量CDMA技术具有高信道容量的特点。
由于CDMA技术采用扩频技术，可以在同一频段内传输多个用户的数据，从而提高了频段的利用率。
CDMA技术的信道容量远高于传统的时分多路复用和频分多路复用技术。
1.3 干扰抑制CDMA技术可以通过编码和解码的过程对其他用户的信号进行抑制。
由于CDMA技术是将所有用户的信号混合传输，所以没有固定的时间、频率和位序来分离不同用户的信号。
其他用户的信号会被视为干扰信号，需要通过解码过程进行抑制。
2. CDMA系统的结构CDMA系统由基站、移动台和交换网三部分组成。
基站负责与移动台进行无线通信，传输和接收数据，以及与交换网连接进行调度管理。
移动台是用户使用的移动终端设备，在与基站建立通信连接后可以进行语音通话或数据传输。
交换网则负责处理和转发数据，实现移动通信的集中管理。
3. CDMA系统的优点和应用CDMA技术具有以下优点：抗干扰能力强，能有效抵抗同频干扰和多径干扰。
高带宽利用率，实现多用户使用同一频段。
通信质量稳定，支持高速数据传输和语音通话。
系统容量大，能够容纳大量用户通信。
通信技术中的信道编码与解码理论解析
通信技术中的信道编码与解码理论解析在现代通信系统中，可靠且高效的数据传输是至关重要的。
为了保证数据传输的可靠性，通信技术采用了信道编码与解码的方法。
信道编码和解码是通信系统中的核心部分，它们通过引入冗余信息来增强数据传输的鲁棒性，从而有效地提高信道的传输质量。
信道编码的主要目的是通过添加冗余数据来提高数据传输的可靠性。
冗余数据是通过一定的算法和编码方式添加到原始数据中的，当接收端收到编码后的数据时，可以通过解码过程还原出原始数据。
通常，信道编码技术是在传输过程中引入的，它能够检测和纠正异常和错误，从而有效地提高信道传输的可靠性。
常用的信道编码技术包括奇偶校验编码、海明编码和卷积编码等。
奇偶校验编码是一种最简单的编码方式，它通过对数据位进行奇偶校验，来检测并纠正传输中的错误。
海明编码则是一种具有纠错能力的编码方式，它通过添加冗余位来实现错误的检测和纠正，能够有效地提高数据传输的可靠性。
卷积编码是一种更为复杂的编码方式，它使用滑动窗口和有限状态机来对数据进行编码，具有更高的纠错能力和传输效率。
在信道解码方面，解码器根据事先设定的规则和编码方式，将接收到的经过编码后的数据进行恢复，从而还原出原始数据。
不同的编码方式需要对应的解码算法和解码器，并且解码过程需要考虑信道传输中可能出现的噪声、干扰和错误等问题。
解码器通常使用的是纠错码和纠错算法，以提高数据的恢复能力。
纠错码是常用的解码算法之一，它能够检测和纠正数据传输中的错误。
纠错码通常采用的是重复编码、奇偶校验码、海明码等技术，结合一定的算法和规则来实现对错误数据的修正。
纠错码方案通常会在传输过程中引入额外的冗余数据，从而能够在接收端通过检测和比较冗余位与数据位的差异，来判断错误并进行错误的修正。
除了纠错码，还有一种常用的解码算法是迭代解码算法。
迭代解码算法是一种基于概率图模型的复杂解码方式，它通过使用反馈机制和迭代计算的方法来逐步提高解码的准确性，从而达到更好的纠错效果。
CDMA信道编码及结构解析剖析
CDMA信道编码及结构解析随着亚太地区等新兴市场的潜力被大力开发，CDMA进入了高速发展期，在2002年一年中，全球共增用户数3400多万。
截至2004年2月，中国联通在CDMA用户已达2000万用户，成为全球第二大cdma移动通信运营商。
cdma技术体制上的优势使其成为移动数据通信的首选，即将到来的第三代移动通信（3G）技术都是基于cdma技术体制的。
cdma，即码分多址包含两个基本技术：一个是码分技术，其基础是扩频通信；另一个是多址技术。
将这两个基本技术结合在一起，并吸收其他一些关键技术，形成了今天码分多址移动通信系统的技术支撑。
本文将从这两个主要技术入手介绍cdma信道编码及前反向信道结构。
1扩频增益扩频调制是一种无线通信技术。
他所用的传送频带比任何用户的信息频带和数据速率都大许多倍。
用W表示传送带宽（单位为Hz），用R表示数据速率（单位为bit/s），W/R被称为扩展系数或处理增益。
W/R的值一般可以在一百到一百万的范围（20db—60db）。
1.1仙农容量公式（Shan non’scapacityequation）C=Blog2[1 + S/N]其中：B为传送带宽（单位为Hz）；C为信道容量（单位为bit/s）；S/N为信号噪声功率比。
1.2CDMA扩频增益传统通信系统通常压缩信号速率至尽可能小的带宽信道进行传送，cdma系统则采用宽带信道传送信号，以获得处理增益，提高信道容量，如图1所示。
根据仙农公式，增加信道带宽可以换取更高的信道容量或者是更低的信噪比，以提高收发双方通信的可靠性。
cdma扩频增益:当一个用户以9600bps速率进行语音通信时，cdma的信道带宽是1,228,800hz，处理增益为1,228,800hz/9600= 128 = 21 db。
以此推算，每当用户数增加一倍，信道处理增益下降3db，当用户数达到32个时，信噪比接近底线，达到单扇区容量极限。
实际上，cdma系统对单载波单扇区通话的用户数进行了限制，以确保系统处理增益可以保持在理想的水平。
码分多址(CDMA)移动通信系统(二) 详解
UTRAN的结构如图9-2中的虚线框所示。
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）
9
图9-2 UTRAN的结构
c2 (2k) c2 (2k 1) c2(2k)
k=0， 1， 2， …
(9-2) (9-3)
(9-4)
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）
9
图9-8 产生正交可变扩频因子码的码树
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）
9
图9-9 上行链路短扰码生成器
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）
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图9-10 下行DPCH的帧结构
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）
9
在不同的下行时隙格式中， 下行链路DPCH中Npilot的比 特数为2到16， NTPC为2到8比特， NTFCI为0到8比特，
Ndata1和Ndata2的确切比特数取决于传输速率和所用的时隙格式。 下行链路使用哪种时隙格式由高层设定。
对线空中接口指用户设备(UE)和网络之间的U接口， 它分为 控制平面和用户平面。 控制平面由物理层、 媒体接入控制
层（MAC）、 无线链路控制层（RLC）和无线资源控制 （RRC）等子层组成。 在用户平面的RLC子层之上有分组 数据汇聚协议（PDCP）和广播/组播控制（BMC）。 整个 无线接口的协议结构如图9-1所示。
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）
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物理层将通过信道化码（码道）、频率、正交调制的同 相（I）和正交（Q）分支等基本的物理资源来实现物理信道， 并完成与上述传输信道的映射。 与传输信道相对应， 物理信 道也分为专用物理信道和公共物理信道。 一般的物理信道包 括3层结构： 超帧、 帧和时隙。 超帧长度为720 ms， 包括72 个帧； 每帧长为10 ms， 对应的码片数为38 400 chip； 每帧 由15个时隙组成， 一个时隙的长度为2560 chip； 每时隙的比 特数取决于物理信道的信息传输速率。
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CDMA信道编码及结构解析
随着亚太地区等新兴市场的潜力被大力开发，CDMA进入了高速发展期，在2002年一年中，全球共增用户数3400多万。
截至2004年2月，中国联通在CDMA用户已达2000万用户，成为全球第二大cdma移动通信运营商。
cdma技术体制上的优势使其成为移动数据通信的首选，即将到来的第三代移动通信（3G）技术都是基于cdma技术体制的。
cdma，即码分多址包含两个基本技术：一个是码分技术，其基础是扩频通信；另一个是多址技术。
将这两个基本技术结合在一起，并吸收其他一些关键技术，形成了今天码分多址移动通信系统的技术支撑。
本文将从这两个主要技术入手介绍cdma信道编码及前反向信道结构。
1扩频增益
扩频调制是一种无线通信技术。
他所用的传送频带比任何用户的信息频带和数据速率都大许多倍。
用W表示传送带宽（单位为Hz），用R表示数据速率（单位为bit/s），W/R被称为扩展系数或处理增益。
W/R的值一般可以在一百到一百万的范围（20db—60db）。
1.1仙农容量公式（Shan non’scapacityequation）
C=Blog2[1 + S/N]
其中：B为传送带宽（单位为Hz）；
C为信道容量（单位为bit/s）；
S/N为信号噪声功率比。
1.2CDMA扩频增益
传统通信系统通常压缩信号速率至尽可能小的带宽信道进行传送，cdma系统则采用宽带信道传送信号，以获得处理增益，提高信道容量，如图1所示。
根据仙农公式，增加信道带宽可以换取更高的信道容量或者是更低的信噪比，以提高收发双方通信的可靠性。
cdma扩频增益:
当一个用户以9600bps速率进行语音通信时，cdma的信道带宽是1,228,800hz，处理增益为1,228,800hz/9600= 128 = 21 db。
以此推算，每当用户数增加一倍，信道处理增益下降3db，当用户数达到32个时，信噪比接近底线，达到单扇区容量极限。
实际上，cdma系统对单载波单扇区通话的用户数进行了限制，以确保系统处理增益可以保持在理想的水平。
发信者把需传送的低速数据与一组快速扩频序列合成后通过发射机发射出去，接收者从空中借口截取信息流后，用同一快速扩频序列进行解扩频，从而得到原始信息。
2cdma信道编码
cdma系统通过码片（chip）来传输信号（signal），通常每一比特信息要占用几个码片。
所有用户共用cdma信道资源，每个用户拥有自己唯一的码型以区别于其他用户，用户使用自己的码型（codepattern）与一长组码片进行合成处理，从中恢复出传给自己的信息，而其他用户信息则被丢弃，保证了多用户通信的安全性。
2.1cdma扩频序列
cdma信道合成了三种不同的扩频序列以实现信息传递安全、稳定和独立行。
扩频序列很容易在收发双方间生成和合成，而不会耗费过多的处理资源，如图2。
2.1.1扩频序列A—沃尔什码（Walsh Codes）
沃尔什序列广泛的应用于cdma系统中。
沃尔什函数是相互正交（MutualOrthogonality）的，以保证用户信号也是互相正交的。
因此对于前向链路，cdma系统是一个正交扩频系统，沃尔什序列可以消除或抑制多址干扰（MAI）。
理论上，如果在多址信道中信号是相互正交的，那么多址干扰可以减少至零。
然而实际上由于多径信号和来自其他小区的信号与所需信号是不同步的，共信道干扰不会为零。
异步到达的延迟和衰减的多径信号与同步到达的原始信号不是完全正交的，这些信号就带来了干扰。
来自其他小区的信号也不是同步或正交的，这也会导致干
扰发生。
沃尔什序列在前向链路中用于复用目的，用来区分信道；在反向链路中，沃尔什码仅用作正交调制码。
64阶沃尔什码池如表1：
2.1.2扩频序列B和C—伪随机序列（PN,Pseudorandom Noise）
cdma系统中，伪随机序列（PN）用于数据的加扰和扩谱调制。
在传送数据之前，把数据序列转化成“随机的”，类似于噪声的形式，从而实现数据加扰。
接收机再用PN码把被加扰的序列恢复成原始数据序列。
需要指出的是，如果发送数据序列经过完全随机性的加扰，接收机就无法恢复原始序列。
换句话说，如果接收机知道如何恢复原始数据，发送的数据序列就不可能完全随机化。
因此，在实际cdma系统中使用的是一个足够随机的序列，一方面这个随机序列对非目标接收机是不可识别的，另一方面目标接收机能够识别并且很容易同步的产生这个随机序列。
所以把这种序列成为伪随机序列（PN）。
可以使用线性反馈移位寄存器（LFSR）生成这样的二进制序列，如图3。
1、伪随机序列特性：
1）自身的完全相关
2）移位近似正交
2、长PN码生成方式
PN码的生成方式不同于沃尔什码，需要更复杂的计算，以实现信息传递的安全性。
如下图所示，不同的手机和基站信道单元都有一个长码生成器。
其中长码状态寄存器（LCSR）保持与系统时间的同步，掩码寄存器（MR）存有只有用户可识别的码型。
长码状态寄存器（LCSR）每个脉冲周期转变一次状态。
状态寄存器（LCSR）和掩码寄存器（MR）合并至加和寄存器（SUMMER）,SUMMER寄存器的数字单元在每个时钟周期内进行模2和计算，逐比特生成长码。
生成的移位长码的是由用户唯一的偏制（User’sOffset）码型所决定的，加扰后其他用户将无法解调此用户信息。
如图6。
下面简要介绍一下在业务信道和介入信道中的长PN码是如何生成的。
通常在公共业务信道中，移动台用自己的电子序列号（ESNs）和系统公共长掩码（PublicLongCodeMask）共同生成可识别的长PN码偏置（Offset）。
其中移动台的ESN代码是区别于其他移动用户的有效方式。
典型情况下业务信道使用公共长
掩码（Public Long Code Mask）来生成长PN码偏置（Offset），生成过程如图7。
业务信道以外，移动台还通过接入信道（AccessChannel）向基站发送注册和呼叫建立消息。
和公用业务信道相似，移动台也生成自己的接入信道长掩码（ACLongCode Mask），包括接入信道、基站ID、导频偏置等消息。
基站通过寻呼
信道向周围移动台发送这些参数和消息。
接入信道长码生成如图8。
3、短PN码生成方式
cdma系统中的短PN码由两组PN序列——I序列和Q序列正交生成。
I序列和Q 序列的两组PN码是由15阶移位寄存器产生的M序列，并且每个周期在PN序列的特定位置插入一个码片，从而加长了一个码片。
所以修正后的短PN码周期是普通序列长度215-1=32767再加一个码片，也就是32768个码片。
不同基站用同向（I）和正交（Q）PN码序列的不同偏置θi进行区分。
每个偏置是64码片的整数倍，总共有32768/64=512个可能的偏置。
在1.2288Mcps的速率上，I路和Q 路序列每26.66ms重复一次，即每两秒75次。
IS-95系统短PN码生成过程如图9。
cdma20001x系统短PN码生成过程如图10。
3cdma前反向信道
3.1IS-95及cdma20001x系统前方向信道组成3.1.1IS-95cdma系统前向信道组成。