2016年_4_1LX移动通信_第三章_移动通信中信源编码和调制解调技术学生版
移动通信_第三章_移动通信中的信源编码和调制解调技术
第三章
移动通信中的信源编码和调制 解调技术
胡苏 通信抗干扰技术国家级重点实验室
主要内容
3.1概述
3.2信源编码
3.3最小频移键控
3.4高斯最小频移键控 3.5QPSK调制/3.6高阶调制
3.7正交频分复用
2
胡苏@通信抗干扰
3.1 概述
信 源
信 源 编 码 信 道 编 码 调 制 解 信道 调 信 道 解 码 信 源 解 码 信 宿
4
二者比例 趋于平衡
胡苏@通信抗干扰
3.1 概述
语音编码概念：把模拟语音信号变成数
字语音信号，以便在信道中传输 意义
提高通话质量(数字化＋纠错码) 提高频谱利用率(低码率编码) 提高系统容量(低码率＋话音激活技术)
移动通信对语音编码要求？
低功耗、低复杂度、低延时 低码率、高质量
29
k ( k ) ak k
2
k
k 0 +(a0 a1 )
2
(a1 a2 )
2 k (ak 1 ak ) 2 2
举例输入：-1,1,1,1，初相为0，h=0.5，求满足相位连 续条件的相位转移图 1 ，k 0, 0 0 (T ) a =-
ak h
Tb
kTb k
ak 1h
Tb
kTb k 1
k k 1 ak 1 ak kh
令h=0.5时，满足相位连续的条件如下
k ak 1 ak k / 2 k 1
k 1 , ak 1 ak k k k 1 , ak 1 ak
可选模式语音声码器：基于输入语音的特征（浊音、
移动通信中的调制解调
移动通信中的调制解调引言移动通信是一种无线通信技术，可以实现移动设备之间的语音、数据和图像传输。
在移动通信中，调制解调起着重要的作用。
调制解调是将数字信号转换为模拟信号，或将模拟信号转换为数字信号的过程。
调制的目的调制是为了适应信道传输的要求和提高信号的抗干扰能力。
由于信道通常是模拟的，而数字信号是离散的，在信道传输时需要将数字信号转换为模拟信号。
调制的目的是将数字信号转换为模拟信号，以便在信道输。
调制的分类调制可以分为模拟调制和数字调制两种类型。
模拟调制是将模拟信号调制为模拟载波进行传输，常见的模拟调制方式有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。
数字调制是将数字信号调制为数字载波进行传输，常见的数字调制方式有二进制振幅移键（ASK）、二进制频移键（FSK）和二进制相移键（PSK）。
解调的目的解调是将调制过的信号恢复为原始的数字信号。
在信道传输中，信号会受到噪声和干扰的影响，解调的目的是将接收到的调制信号恢复为原始的数字信号，以便进行后续的处理和分析。
解调的分类解调可以分为模拟解调和数字解调两种类型。
模拟解调是将模拟调制信号恢复为模拟载波，常见的模拟解调方式有包络检波、相干解调和同步解调。
数字解调是将数字调制信号恢复为数字信号，常见的数字解调方式有ASK解调、FSK解调和PSK解调。
调制解调技术在移动通信中的应用调制解调技术在移动通信中扮演着重要的角色。
在移动通信中，调制解调技术被广泛应用于无线传输系统中，如GSM、CDMA和LTE 等。
调制解调技术可以通过提高信号的抗干扰能力和提高传输效率，实现可靠和高效的无线通信。
移动通信中的调制解调是实现无线通信的关键技术之一。
调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，解调是将调制信号恢复为原始的数字信号的过程。
调制解调技术在移动通信中有着广泛的应用，能够提高通信系统的效率和可靠性。
不断的技术创新和发展将进一步推动移动通信技术的进步和应用。
移动通信中的调制解调
移动通信中的调制解调移动通信中的调制解调1、简介1.1 调制解调的概念1.2 调制解调在移动通信中的作用2、调制技术2.1 模拟调制2.1.1 AM调制2.1.2 FM调制2.1.3 PM调制2.2 数字调制2.2.1 ASK调制2.2.2 FSK调制2.2.3 PSK调制2.2.4 QAM调制3、调制解调器3.1 调制解调器的基本原理 3.2 调制解调器的分类3.2.1 数字调制解调器 3.2.2 模拟调制解调器3.2.3 混合调制解调器4、调制解调过程4.1 发送端调制过程4.1.1 信号处理4.1.2 调制方法选择4.2 接收端解调过程4.2.1 信号接收4.2.2 解调方法选择5、调制解调的性能评估5.1 误码率性能5.2 谱效率5.3 传输延迟6、调制解调在移动通信中的应用6.1 调制解调在无线局域网中的应用6.2 调制解调在蜂窝网络中的应用7、附件本文档附带有以下附件：- 模拟调制示例代码- 数字调制解调器原理图8、法律名词及注释- 调制：将原始信号转换为适合传输的信号形式。
- 解调：将接收到的信号恢复为原始信号。
- AM调制：幅度调制，利用信号的幅度变化来表示信息。
- FM调制：频率调制，利用信号的频率变化来表示信息。
- PM调制：相位调制，利用信号的相位变化来表示信息。
- ASK调制：振幅假定键控调制，通过改变振幅来表示数字信号。
- FSK调制：频移键控调制，通过改变频率来表示数字信号。
- PSK调制：相位假定键控调制，通过改变相位来表示数字信号。
- QAM调制：正交幅度调制，利用正交信号的幅度和相位变化来表示数字信号。
移动通信的编码与调制技术
移动通信的编码与调制技术在当今高度互联的时代，移动通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从日常的语音通话、短信交流，到高清视频播放、在线游戏，移动通信技术的不断发展为我们带来了越来越便捷和丰富的体验。
而在这背后，编码与调制技术起着至关重要的作用。
首先，我们来谈谈编码技术。
编码，简单来说，就是将信息转换为特定的代码形式，以便于传输和存储。
在移动通信中，常用的编码技术包括信源编码和信道编码。
信源编码的主要任务是减少信息的冗余度，提高传输效率。
例如，在语音通信中，我们不会传输连续的声音信号，而是对其进行采样和量化，将模拟的声音信号转换为数字形式。
通过合理的编码算法，可以去除那些人耳不太敏感的部分，从而在不影响语音质量的前提下减少数据量。
信道编码则是为了提高通信的可靠性。
由于移动通信环境复杂，信号在传输过程中容易受到各种干扰和衰减。
信道编码通过在原始信息中添加一些冗余信息，使得接收端能够检测和纠正传输过程中产生的错误。
常见的信道编码方式有卷积码、Turbo 码等。
接下来，我们再看看调制技术。
调制就像是给信息穿上不同的“外衣”，以便让它们能够在无线信道中顺利传输。
在移动通信中，常见的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
幅度调制是根据信息的变化改变载波的幅度；频率调制则是改变载波的频率；相位调制则是改变载波的相位。
而现代移动通信系统中，更广泛采用的是数字调制技术，如二进制相移键控（BPSK）、正交相移键控（QPSK）、正交幅度调制（QAM）等。
以 QPSK 为例，它将信息编码为四个不同的相位状态，每个相位状态代表两个比特的信息。
这样，在相同的带宽下，能够传输更多的信息。
QAM 则更进一步，它同时改变载波的幅度和相位，从而可以在一个符号中传输更多的比特。
例如 16QAM 可以在一个符号中传输 4 比特的信息。
编码与调制技术的选择并非是孤立的，而是需要根据具体的通信需求和系统条件来综合考虑。
移动通信中的调制解调
移动通信中的调制解调移动通信中的调制解调⒈引言⑴背景介绍⑵研究目的⑶文档组织结构⒉通信调制解调概述⑴调制的基本概念⑵解调的基本概念⑶调制解调的作用和意义⒊调制技术⑴模拟调制⒊⑴幅度调制（AM）⒊⑵频率调制（FM）⒊⑶相位调制（PM）⑵数字调制⒊⑴脉冲调制（PCM）⒊⑵正交调制（QAM）⒊⑶正交频分复用（OFDM）⒋解调技术⑴模拟解调⒋⑴幅度解调⒋⑵频率解调⒋⑶相位解调⑵数字解调⒋⑴采样与重建⒋⑵数字信号处理⒋⑶解调算法⒌调制解调中的关键技术⑴信道编码⑵交织与反交织⑶误码纠正⑷同步技术⒍移动通信中的调制解调⑴ 2G移动通信标准⒍⑴ GSM调制解调⒍⑵ CDMA调制解调⑵ 3G移动通信标准⒍⑴ WCDMA调制解调⒍⑵ CDMA2000调制解调⑶ 4G移动通信标准⒍⑴ LTE调制解调⑷ 5G移动通信标准⒍⑴ NR调制解调⒎调制解调在移动通信中的应用案例⑴数据传输⑵语音通话⑶视频传输⑷其他应用领域⒏结论⑴主要观点总结⑵研究成果评价⑶进一步研究的建议本文档涉及附件：附件1：调制解调实验数据附件2：调制解调算法代码本文所涉及的法律名词及注释：⒈调制（Modulation）：指通过改变载波的某种特性来携带信号信息的过程。
⒉解调（Demodulation）：指将调制信号还原为原始信号的过程。
⒊幅度调制（AM）：调制信号的幅度与原始信号的幅度成正比。
⒋频率调制（FM）：调制信号的频率与原始信号的频率成正比。
⒌相位调制（PM）：调制信号的相位与原始信号的相位成正比。
⒍脉冲调制（PCM）：将模拟信号转换为离散信号的一种编码方式。
⒎正交调制（QAM）：通过调节信号的幅度和相位来传输多个比特信息。
⒏正交频分复用（OFDM）：将高速数据信号分成多个低速子信号，通过不同的载波频率传输。
信源编码信道编码与调制
信道编码：为了保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰的。它根据一定的（监 督）规律在待发送的信息码元中（人为的）加入一些必要的（监督）码元，在接受端利用这 些监督码元与信息码元之间的监督规律，发现和纠正差错，以提高信息码元传输的可靠性。 信道编码的目的是试图以最少的监督码元为代价，以换取最大程度的可靠性的提高。
搜集的例子： 信源编码信号：例如语音信号（频率范围 300-3400Hz）、图象信号（频率范围 0-6MHz）……
基带信号（基带：信号的频率从零频附近开始）。在发送端把连续消息变换成原始电信号， 这种变换由信源来完成。 信道编码信号：例如二进制信号、2PSK 信号……已调信号（也叫带通信号、频带信号）。 这种信号有两个基本特征：一是携带信息；二是适应在信道中传输，把基带信号变换成适合 在信道中传输的信号，完成这样的变换是调制器。
信源编码很好理解，比如你要发送一个图形，必须把这个图像转成 0101 的编码，这就是信 源编码。这里面有很多的方法来实现，就去查资料吧。
信道编码是针对无线信道的干扰太多，把你要传送的数据加上些信息，来纠正信道的干扰。 比如，发端直接发 000 001 010 011 100 101 110 1这118 种码字，如果其中有 一个段向高频段的搬移。 以 TD-SCDMA 为例，进行数据调制并扩频加扰后数据为 1.28Mcps 的速率，进行射频调制 后数据搬移到工作频段上，比如 2010.8MHz。
1,ISI, 码间干扰是不准确的说法,准确的说是符号间干扰 (inter-symbol-interference),如果是在 CDMA 你还可以认为一个码片(chip)是一 个符号(symbol),而 OFDM 里只有符号的概念. 2,一个 OFDM 符号干扰另外一个符号是因为它的尾巴扫到了别人家的头.拖尾可 以认为是多径时延造成的. 3,如果我的头不是真正的头,而是尾巴的复制,那么你的尾巴就不会干扰到我的头, 这种理解,可以认为 CP 的效果等效于保护时间(guard time). 4,如果没有 CP,只有保护时间,那么 ISI也是可以避免的,所以 CP 的作用不仅仅在 于避免 ISI,还在于它巧妙利用了 FFT 把自己变成了循环卷积的方式,同时也避免 了 ICI. 所以说 CP 的作用 既避免了 isi 也避免了 ICI
第四章 移动通信中的信源编码
第四章移动通信中的信源编码在当今这个信息爆炸的时代，移动通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
无论是与亲朋好友的语音通话，还是观看精彩的视频直播，亦或是随时随地获取各种信息，都离不开移动通信技术的支持。
而在移动通信系统中，信源编码是一个至关重要的环节，它直接影响着通信的质量和效率。
那么，什么是信源编码呢？简单来说，信源编码就是将信源输出的信号转换成适合在信道中传输的形式。
在移动通信中，信源通常是指语音、图像、视频等各种信息。
由于这些原始信息的数据量往往非常庞大，如果直接进行传输，将会占用大量的信道资源，导致传输效率低下，甚至无法实现实时通信。
因此，需要通过信源编码对原始信息进行压缩和处理，减少数据量，提高传输效率。
信源编码的主要目的有两个：一是减少冗余信息，二是提高编码效率。
冗余信息是指那些在传输过程中不必要或者可以通过其他方式恢复的信息。
例如，在语音信号中，相邻的语音样本之间往往存在很强的相关性，这就意味着存在大量的冗余信息。
通过对这些冗余信息进行分析和处理，可以大大减少数据量。
同时，信源编码还需要考虑如何在保证一定质量的前提下，尽可能地提高编码效率，也就是用更少的比特数来表示相同的信息。
在移动通信中，常用的信源编码技术包括语音编码和图像编码。
语音编码是将语音信号转换为数字信号的过程。
目前，广泛应用的语音编码标准有 GSM 语音编码、CDMA 语音编码和 3GPP 语音编码等。
这些编码技术通过采用不同的算法和策略，对语音信号进行分析、建模和编码，在保证语音质量的前提下，实现了较高的压缩比。
例如，GSM 语音编码采用了规则脉冲激励长期预测（RPELTP）编码算法，将语音信号分成若干个帧，对每一帧进行分析和编码。
CDMA 语音编码则采用了可变速率码激励线性预测（QCELP）编码算法，根据语音的特征动态调整编码速率，从而在不同的信道条件下都能提供较好的语音质量。
3GPP 语音编码则引入了自适应多速率（AMR）技术，能够根据网络状况和用户需求自适应地选择不同的编码速率，进一步提高了语音通信的灵活性和效率。
第3章 移动通信中的编码和调制技术(3)
0
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第3章 移动通信中的编码和调制技术
二、信道编码的分类：
移动通信系统中，常用到的信道编码： 奇偶校验码 重复码 循环冗余校验码 分组码 卷积码
33/37
第3章 移动通信中的编码和调制技术
１、奇偶校验码：
特点：编码速率较高； 只能发现奇数个错误，不能纠错。 编码过程： 把信源编码后的信息流分成等长码组； 在每一信息组之后加入一位校验码元。 奇校验：10110010 偶校验：10110010 101100101 101100100
信噪比
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第3章 移动通信中的编码和调制技术
一、 信道编码原理（续）
信道编码是通过增加相关的冗余数据来提 高系统性能，也就是以增加传输带宽为代 价来取得编码增益的。
牺牲有效性 提高可靠性
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第3章 移动通信中的编码和调制技术
信道编码：在发射机的基带部分，信道编 码器按照某种确定的约束规则，把一段数 字信息映射成另一段包含更多数字比特的 码序列，然后把已被编码的码序列进行调 制以便在无线信道中传送。 信道译码：接收机可以用信道编码的约束 规则来检测或纠正由于在无线信道中传输 而引入的一部分或全部的误码。 用于检测错误的信道编码称做检错编码； 可纠错的信道编码被称做纠错编码。
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第3章 移动通信中的编码和调制技术
第3章 移动通信中的编码和调制技术
3.1 3.2 3.3 3.4 概述 编码技术 调制技术 扩频技术
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第3章 移动通信中的编码和调制技术
第3章 移动通信的编码和调制技术
3.1 概述 3.2 编码技术
3.2.1 信源编码 3.2.2 信道编码 3.2.3 交织编码
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▪ 使信号更符合信道传输特征
主要内容
3.1概述 3.2信源编码 3.3最小频移键控 3.4高斯最小频移键控 3.5QPSK调制/3.6高阶调制
3.7正交频分复用
❖语音编码类型(了解)
▪ 波形编码
混合编码是优选方向
将时间域信号直接变 换成数字代码，目的是 尽可能精确再现原始语 音波形
BPSK信号可记A cc oo ss ctct0,,aann 11
St 1 1 A Ac co oss c ctt,,a an n 1 1
S ta nA co sct
❖ QPSK S tA co s ct k
▪ 假设输入二进制序列为{an}， an =±1，
双极性(Qk,Ik) k (格雷编码)
11
Q 11
+1,+1
π/4
-1,1
3π/4
I
-1,-1 +1,-1
-3π/4
1 1
11
-π/4
▪ 经串并转换后两支路信号分别记为Ik , Qk,则
QPSK信号可记为
s(t) Ikc o sc t Q ks inc t
Ikco sk,Q ksin k
s ( t) c o sk c o sc t s in k s in c t
SMV （Selected Mode Vocoder）
H.264
规则脉冲激励长时预测编码 （语音压缩编码）
码激励线性预测编码 （语音压缩编码） 自适应多速率编码 （语音压缩编码） 可选模式语音声码器 （语音压缩编码）
视频信源编码
主要内容
3.1概述 3.2信源编码 3.3最小频移键控 3.4高斯最小频移键控 3.5QPSK调制/3.6高阶调制
话音质 量混合编 码
波形编 码
参量编 码
质量高，效率低
▪ 参量编码
速率 (kbit/s)
将信源信号在频域或其它正交变换域提取特征 参量，并转换成数字代码进行传输
质量中，效率高
▪ 混合编码
将波形编码和参量编码结合起来
3.2 信源编码(了解)
❖ 移动通信中的信源编码举例
标准 信源编码技术英文全称 信源编码技术中文名称
❖ OQPSK
▪ OQPSK的调制方法与QPSK类似 ▪ 在一条正交支路上引入了一个比特的延时，以使
得两支路的数据不会同时发生变化
▪ 降低最大相位跳变 ，相位变化被限制到了±90o
二进制 序列
dk 1或-1
比特变 符号
1或-1
基带调 制映射
Tb 1或-1
成形滤 波
I t SI t
cosct
Qt Tb
3.7正交频分复用
3.5 QPSK调制/3.6高阶调制
❖ PSK(Phase Shift Keying)调制
▪ 以基带数据信号来调制载波的相位 S tA co s ct k
❖BPSK(Binary Phase Shift Keying)调制
▪ 若输入信号为经映射的比特流{an}，an =±1， 则
GSM
IS-95
WCDMA CDMA 2000 3G
RPE-LTP (Regular-Pulse Excitation with Long-Term Prediction) CELP(Code-Excited linear
predictive cod )
AMR(Adaptive Multi Rate )
▪ Ik = cosθk ，QkQ=k sinθk ，其中θk = θk-1 + ψ k
ψk π/4 3π/4 -3π/4 -π/4
最大相位 变化3π/4
▪ 例4.1，设θ0=0，输入-1-1,1 -1, 1-1,-11,求相位转移图
1 , a n a n 1 - 1 , 1 ， 则 1 3 / 4 ， 则 1 0 1 3 / 4
3 3 44 4
-1-1
避免了相 位突变π
ψk π/4 3π/4 -3π/4 -π/4
11
1-1
格雷 映射
S tA c o s ct k
双极性(SI, SQ) +1,+1
❖ /4 DQPSK
-1,1
Ik
输S入I 串/并
×
cosct
-π/2
+
-1,-1 +1,-1
输出
变换 SQ
sin t c
×
成形滤
SQ t
波
SOQPSK t
- sin c t
❖OQPSK相位转移图
双极性(Q,I) +1,+1
▪ 输入数据：1,1,-1,-1
-1,1
,-1,1……
▪ 求相位转移图
-1,-1 +1,-1
最大相位
a0 a1
a5
Tb
a2 a3 a4
变化π/2
-11
a0
2Tb
a2
a4
a1
a5
1 12 T b 1 1 a311
移动通信
第三章
移动通信中的信源编码和调制 解调技术
通信抗干扰技术国家级重点实验室
主要内容
3.1概述 3.2信源编码 （了解） 3.3最小频移键控 （略） 3.4高斯最小频移键控（略） 3.5QPSK调制/3.6高阶调制
3.7正交频分复用
3.1 概述(1/3)
模拟源 离散源
信息序列
信源 信源 编码
k
π/4 3π/4 -3π/4 -π/4
Q 11
I
11
QPSK的包络特性
SQPSK t
相位突变会在成型滤波后 引起包络起伏大。
SQPSK t
设法减少相位跳变幅度， 以减少信号包络的波动
相位突变
t
理想的QPSK
t
OQPSK
成形滤波后的QPSK
QPSK在成形滤波前后的 包络变化
3.5 QPSK调制/3.6高阶调制
Q c o s c t + k = c o sc t c o sk - s i n c t s i n k s(t)A c o sct+k
S tA co s ct k
❖ QPSK相位转移图
双极性(Q,I) +1,+1 -1,1 -1,-1 +1,-1
1,anan11,1；S(t)Acos(ct4) 11 2,anan11,1； S(t)Acos(ct4) 3 ,an an 1 1 , 1 ； S(t)Acos(ct34)1 1 4,anan11,1； S(t)Acos(ct+34)
CRC
信源近 信息序 似还原 列重构
信道 编码
交织
数字 调制
数字 基带
输出 信源 译码
解 CRC
信道 译码
解 数字 时频 交织 解调 同步
模拟波形
上变 频
下变 频
无线通信系统的基本组成框图
3.1 概述(2/3)
LTE系统PUSCH物理层处理流程
3.1 概述(3/3)
❖信源编码的目的：
▪ 压缩信源产生的冗余信息 ▪ 降低开销，提高传输链路的有效性