教案模塊一：移動(dòng)通信基本技術(shù)1.5移動(dòng)通信的編碼技術(shù)制定人員：閆海煜制定時(shí)間：2014.8.15授課老師：閆海煜所需學(xué)時(shí)：2教學(xué)條件要求配備有投影儀、多媒體教教室、老師演示終端、黑板等。教學(xué)目標(biāo)駕馭各種信源編碼的特點(diǎn)及在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用；駕馭每信道編碼基本原理；熟識(shí)無線信號(hào)的處理流程；針對(duì)詳細(xì)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，能夠熟記該系統(tǒng)運(yùn)用的信源編碼方式。重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn):各種信源編碼的特點(diǎn)及在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用；難點(diǎn):無主要授課內(nèi)容一、無線信號(hào)處理流程圖1無線信號(hào)處理流程1、信源編碼：把經(jīng)過采樣和量化后的模擬信號(hào)變換成為數(shù)字脈沖信號(hào)的過程，稱為信源編碼。(以語音編碼為主)2、信道編碼:收發(fā)雙方通過肯定的信道收發(fā)信息時(shí)采納雙方協(xié)議的編碼方式，以便保證傳輸信息的完整性、牢靠性和平安性。3、調(diào)制和解調(diào):基帶信號(hào)往往不能干脆作為傳輸信號(hào)，必需將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，并在接收端進(jìn)行反變換，這種變換和反變換稱為調(diào)制和解調(diào)。二、信源編碼1、概念在發(fā)送端，把采樣和量化后的模擬信號(hào)變換成數(shù)字脈沖信號(hào)的過程。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，主要是語音編碼，即把模擬語音轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)以便在信道中傳輸。2、編碼要求語音編碼技術(shù)是數(shù)字移動(dòng)通信的基礎(chǔ)，是第一代與其次代移動(dòng)通信的主要區(qū)分。提高通話質(zhì)量（數(shù)字化＋信道編碼糾錯(cuò)）；提高頻譜利用率（低碼率編碼）；提高系統(tǒng)容量（低碼率，語音激活技術(shù)）。移動(dòng)通信對(duì)數(shù)字語音編碼的要求：速率較低，純編碼速率應(yīng)低于16kbit／s；語音質(zhì)量好；編碼時(shí)延小，限制在幾十毫秒以內(nèi)；抗噪聲、干擾和抗誤碼實(shí)力強(qiáng)；算法困難程度適中，便于大規(guī)模集成；功耗小，以便應(yīng)用于手持機(jī)。3、分類信源編碼技術(shù)通常分為三類：波形編碼、參量編碼、混合編碼。波形編碼干脆對(duì)模擬語音取樣、量化，并用代碼表示。包括脈沖編碼調(diào)制（PCM）和增量調(diào)制（DM或ΔM），自適應(yīng)增量調(diào)制（ADM），差值脈沖編碼調(diào)制（DPCM），自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）等。特點(diǎn)：具有很寬范圍的語音特性；抗干擾實(shí)力強(qiáng)；困難度低。但，編碼速率要求高，占用帶寬較寬，適用有線通信系統(tǒng)。PCM編碼：編碼原理采納A律波形編碼參量編碼即聲源編碼，以發(fā)音機(jī)制的模型為基礎(chǔ)，用一套模擬聲帶頻譜特性的濾波器系數(shù)和若干聲源參數(shù)來描述這個(gè)模型，在發(fā)送端從模擬語音信號(hào)中提取各個(gè)特征參量并進(jìn)行量化編碼。特點(diǎn)：語音編碼速率可以很低，但有明顯的失真，并且對(duì)噪聲較為敏感?；旌暇幋a采納聲碼器和波形編碼器的混合物——混合編碼器，稱為“規(guī)則脈沖激勵(lì)編碼長(zhǎng)期預(yù)料編碼（RPE-LTP編碼器）”。混合編碼=波形編碼＋參量編碼，力圖保持波形編碼話音的高質(zhì)量與參量編碼的低速率?；旌暇幋a數(shù)字語音信號(hào)中既包括若干語音特征參量又包括部分波形編碼信息。4、信源編碼應(yīng)用2G/3G中的話音信源編碼的基本原理是相同的，都采納了矢量量化和參數(shù)編碼的方式。

IS-95中的變速率碼激勵(lì)線性預(yù)料編碼（CELP）

IS-95中的CELP技術(shù)通過四個(gè)等級(jí)的變速率編碼實(shí)現(xiàn)話音激活，即運(yùn)用戶發(fā)聲時(shí)進(jìn)行全速率（9.6kbps）編碼，而不發(fā)聲時(shí)僅僅傳遞八分之一（1.2kbps）的背景噪聲，以降低功耗和對(duì)其他用戶的干擾。

GPRS/WCDMA中的自適應(yīng)多速率編碼（AMR）

AMR的基本原理是依據(jù)環(huán)境或應(yīng)用需求的變更動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼速率，例如在信道條件惡化時(shí)，降低編碼速率，通過犧牲話音品質(zhì)以拿出更多的無線資源用于更牢靠的信道編碼以保證基本的語音可懂，而在信道條件好的時(shí)候則采納較高的編碼速率保證話音品質(zhì)。

CDMA2000演進(jìn)系統(tǒng)中的可選擇模式語聲編碼（SMV）

SMV用于CDMA2000演進(jìn)系統(tǒng)中，其基本原理與前述兩種基本相同，它也是可變速率，從速率等級(jí)上看與IS-95中

CELP一樣

，

有

9.6kbps

、

4.8kbps

、

2.4kbps

、1.2kbps四種，不同的是，SMV允許有四種模式供系統(tǒng)側(cè)選擇，即Mode

0（高品質(zhì)模式）、Mode

1（標(biāo)準(zhǔn)模式）、Mode

2（經(jīng)濟(jì)模式）、Mode

3（容量節(jié)約模式），不同的模式實(shí)現(xiàn)不同程度的話音質(zhì)量和平均速率的折中，通過調(diào)整不同等級(jí)速率所占的比例實(shí)現(xiàn)不同的模式，從而調(diào)整平均數(shù)速率。

三、信道編碼概念：依據(jù)已知的方法把冗余位插入到信源供應(yīng)的比特流中。信道譯碼器知道放射端所用的編碼方法，并檢查在接收端信息是否變更。假如信息發(fā)生變更，它能檢測(cè)出存在的傳輸錯(cuò)誤，在某些狀況下，還可以對(duì)錯(cuò)碼進(jìn)行訂正。有時(shí)也被稱為糾錯(cuò)/檢測(cè)編碼。奇偶校驗(yàn)碼；重復(fù)碼；循環(huán)冗余校驗(yàn)碼；卷積碼；交織。教學(xué)組織過程一、復(fù)習(xí)提問1.多址技術(shù)探討的是什么問題?2.說明什么是FDMA、TDMA、CDMA、SDMA、OFDMA？3.你能結(jié)合某移動(dòng)通信系統(tǒng)闡述多址技術(shù)的詳細(xì)應(yīng)用嗎？（GSM）二、新課引入，明確教學(xué)目標(biāo)由于通信的原始信號(hào)大多是模擬信號(hào)，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字移動(dòng)通信，必需將模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，才能在數(shù)字信道中傳輸。這就須要通過編碼技術(shù)將原始的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理之后才能在數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中傳輸。接下來我們就講解移動(dòng)通信的編碼技術(shù)。明確本次課程的目標(biāo)講解編碼技術(shù)的概念三、講解無線信號(hào)的處理流程、信源編碼、信道編碼技術(shù)及應(yīng)用舉例1.無線信號(hào)的處理流程成請(qǐng)回想，數(shù)字通信系統(tǒng)信號(hào)處理流程是什么？它與移動(dòng)通信無線信號(hào)的處理流程有什么相同點(diǎn)與不同點(diǎn)?在同學(xué)們理解比較之后，老師補(bǔ)充講解無線信號(hào)的處理流程及特點(diǎn)，并引出無線信道的信源編碼及信道編碼。2.信源編碼老師講解信源編碼的特點(diǎn)及要求。之后講解波形編碼、參量編碼、混合編碼的編碼原理及特點(diǎn)。在同學(xué)們大致理解后，通過舉例幾種移動(dòng)通信系統(tǒng)采納的信源編碼，讓學(xué)生理解到常見的幾種移動(dòng)通信系統(tǒng)采納的信源編碼技術(shù)及編碼特點(diǎn)。3.信道編碼老師講解信道編碼的原理及特點(diǎn)。之后講解奇偶校驗(yàn)碼、重復(fù)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼、卷積碼、交織的原理及特點(diǎn)。四、小結(jié)主要講解無線信號(hào)的處理流程，三種信源編碼的原理、各自特點(diǎn)及詳細(xì)應(yīng)用，五種信道編碼的原理及特點(diǎn)。五、作業(yè)布置1.簡(jiǎn)述GSM系統(tǒng)、GPRS系統(tǒng)、IS-95CDMA系統(tǒng)、CDMA2000系統(tǒng)和WCD