塊交織及解交織實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)五、塊交織及解交織實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)本實(shí)驗(yàn)掌握塊交織的特性、產(chǎn)生原理及方法，掌握塊交織對(duì)譯碼性能的影響。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察經(jīng)交織后的卷積編碼信號(hào)。2、觀察隨機(jī)差錯(cuò)經(jīng)解交織后的差錯(cuò)分布，觀察突發(fā)差錯(cuò)經(jīng)解交織后的差錯(cuò)分布。3、觀察交織對(duì)卷積編碼突發(fā)差錯(cuò)信號(hào)糾錯(cuò)的性能改善。三、 基本原理當(dāng)移動(dòng)通信信道出現(xiàn)深衰落時(shí)，數(shù)字信號(hào)的傳輸可能出現(xiàn)成串的突發(fā)差錯(cuò)。一般的差錯(cuò)編碼（如卷積碼）只能糾正有限個(gè)錯(cuò)誤，對(duì)于大量的突發(fā)誤碼無(wú)能為力。通信系統(tǒng)采用交織編碼和卷積碼結(jié)合的方式來(lái)糾正突發(fā)差錯(cuò)。交織的目的是把一個(gè)較長(zhǎng)的突發(fā)差錯(cuò)離散成隨機(jī)差錯(cuò)，使得糾錯(cuò)編碼技術(shù)更容易糾正。常用的交織技術(shù)主要有兩類：塊交織和卷

2、積交織。塊交織通常在數(shù)據(jù)分塊分幀的情況下使用，卷積交織對(duì)連續(xù)的數(shù)據(jù)流來(lái)說(shuō)比較使用。在碼分多址系統(tǒng)中，基于數(shù)據(jù)分幀的情況采用了塊交織的形式，所以這里我們僅介紹塊交織的有關(guān)內(nèi)容。描述交織器性能的幾個(gè)參數(shù)如下： 突發(fā)長(zhǎng)度：突發(fā)錯(cuò)誤的長(zhǎng)度，用B表示。 最小間隔：突發(fā)連續(xù)錯(cuò)誤分布的最小距離，用S表示。 交織時(shí)延：由于交織和解交織引起的編碼時(shí)延，用D表示。 存儲(chǔ)要求：交織或解交織過(guò)程需要的存儲(chǔ)單元的大小，用M表示交織器的性能通常用S/D以及S/M來(lái)描述，最小間隔S越大越好，交織時(shí)延D和存儲(chǔ)要求M越小越好交織器的實(shí)現(xiàn)框圖如圖18-1所示圖18-1 分組（塊）交織器實(shí)現(xiàn)框圖由圖18-1可見(jiàn)，交織、解交織由如下

3、幾步構(gòu)成：若發(fā)送數(shù)據(jù)（塊）經(jīng)信道編碼后為：；讀出順序?qū)懭腠樞虬l(fā)送端交織存儲(chǔ)器為一個(gè)行列交織矩陣存儲(chǔ)器，它按列寫(xiě)入，按行讀出，即交織器輸出后并送入突發(fā)信道的信號(hào)為假設(shè)在突發(fā)信道中受到兩個(gè)突發(fā)干擾：第一個(gè)突發(fā)干擾影響5位，即產(chǎn)生于至；第二個(gè)突發(fā)干擾影響4位，即產(chǎn)生于至。則突發(fā)信道的輸出端信號(hào)可以表示為在接收端，將受突發(fā)干擾的信號(hào)送入解交織器，解交織器也是一個(gè)行列交織矩陣的存儲(chǔ)器，它是按行寫(xiě)入，按列讀出（正好與交織矩陣規(guī)律相反），即經(jīng)解交織存儲(chǔ)器解交織以后的輸出信號(hào)，則為可見(jiàn)，由上述分析，經(jīng)過(guò)交織矩陣和解交織矩陣變換后，原來(lái)信道中的突發(fā)性連錯(cuò)，即兩個(gè)突發(fā)一個(gè)連錯(cuò)5位、另一個(gè)連錯(cuò)4位卻變成了輸出中的隨

4、機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)。從交織器實(shí)現(xiàn)原理來(lái)看，一個(gè)實(shí)際上的突發(fā)信道，經(jīng)過(guò)發(fā)送端交織器和接收端解交織器的信息處理后，就完全等效成一個(gè)隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)信道，正如圖中虛線方框所示。所以從原理上看，信道交織編碼實(shí)際上就是一類信道改造技術(shù)，它將一個(gè)突發(fā)信道改造成一個(gè)隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)信道。它本身并不具備信道編碼檢、糾錯(cuò)功能，僅起到信號(hào)預(yù)處理的作用。我們可以將上述一個(gè)簡(jiǎn)單的55矩陣存儲(chǔ)交織器的例子推廣到一般情況。若分組（塊）長(zhǎng)度為：，即由列行的矩陣構(gòu)成。其中交織矩陣存儲(chǔ)器是按列寫(xiě)入、行讀出，而解交織矩陣存儲(chǔ)器是按相反的順序按行寫(xiě)入、列讀出，正是利用這種行、列順序的倒換，可以將實(shí)際的突發(fā)信道變換成等效的隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)信道。矩陣中行

5、的數(shù)目稱為交織深度。交織深度越大，符號(hào)的離散性就越大，抗突發(fā)差錯(cuò)的能力也越強(qiáng)。但是，交織深度越大，交織編碼的處理時(shí)間即交織時(shí)延也越長(zhǎng)，所以說(shuō)，交織編碼的抗突發(fā)能力是以時(shí)間為代價(jià)的。兩個(gè)突發(fā)錯(cuò)誤之間的最小間隔滿足下式：交織器的最小間隔可以通過(guò)改變讀出行的順序來(lái)改變，但交織時(shí)延和存儲(chǔ)要求不隨讀出的順序改變而改變，但交織時(shí)延和存儲(chǔ)要求不隨讀出的順序的改變而改變。因?yàn)榻豢椇徒饨豢椌袝r(shí)延，所以交織器的交織時(shí)延為：D=2IJ/Rc，其中Rc為符號(hào)速率。交織器的存儲(chǔ)要求為：M=2IJ。交織編碼的主要缺點(diǎn)是：在交織和解交織過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生2IJ個(gè)符號(hào)的附加處理時(shí)延，這對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，特別是語(yǔ)音業(yè)務(wù)將帶來(lái)很不利的影

6、響。所以對(duì)于語(yǔ)音等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)應(yīng)用交織編碼時(shí)，交織器的容量即尺寸不能取得太大。交織器的改進(jìn)主要是處理附加時(shí)延大及由于采用某種固定形式的交織方式就有可能產(chǎn)生很特殊的相反效果，即存在能將一些獨(dú)立隨機(jī)差錯(cuò)交織為突發(fā)差錯(cuò)的可能性。為了克服以上兩個(gè)主要缺點(diǎn)，人們研究了不少有效措施，如采用卷積交織器和偽隨機(jī)交織器等。四、 實(shí)驗(yàn)原理1、實(shí)驗(yàn)?zāi)K簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)需用到基帶成形模塊、信道編碼及交織模塊（以下簡(jiǎn)稱編碼模塊）及信道譯碼及解交織模塊（以下簡(jiǎn)稱譯碼模塊）。（1）基帶成形模塊：本模塊主要功能：產(chǎn)生PN31偽隨機(jī)序列作為信源；將基帶信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換；按調(diào)制要求進(jìn)行基帶成形，形成兩路正交基帶信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)只用該模塊輸出的

7、位同步信號(hào)作為編碼模塊的基帶信號(hào)驅(qū)動(dòng)源。（2）信道編碼及交織模塊：本模塊主要功能：產(chǎn)生PN31偽隨機(jī)序列作為信源，并進(jìn)行（2，1，4）卷積編碼，然后可選擇有無(wú)塊交織，再加上幀同步信號(hào)組成成幀數(shù)據(jù)后輸出，輸出的碼可以選擇有無(wú)差錯(cuò)、隨機(jī)差錯(cuò)或突發(fā)差錯(cuò)。（3）信道譯碼及解交織模塊：本模塊主要功能：完成幀同步捕獲，同步后取出信息元進(jìn)行（2，1，4）維特比卷積譯碼及解交織。2、實(shí)驗(yàn)框圖及電路說(shuō)明基帶成形信道編碼及交織信道譯碼及解交織 3、編碼輸出幀格式ACB A：幀同步頭，為11位巴克碼：。 B：經(jīng)卷積編碼、打孔、交織后的信息數(shù)據(jù)，共484位。 C：幀數(shù)據(jù)補(bǔ)足位，共1位，固定為0。4、卷積編碼生成多項(xiàng)式

8、 本實(shí)驗(yàn)采用（2，1，4）卷積編碼，生成多項(xiàng)式為： G0=x3+x2+1 G1=x3+x2+x+15、實(shí)驗(yàn)原理卷積編碼、譯碼及幀映射部分同實(shí)驗(yàn)十七。塊交織原理如下： 打孔后的484位信息數(shù)據(jù)組成一個(gè)22位22位的數(shù)據(jù)塊，從上至下、從左至右按列放置，取出時(shí)從左至右、從上至下按行取出，完成交織。如下圖所示：從左至右按列存從左至右按行取五、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 在實(shí)驗(yàn)箱上正確安裝基帶成形模塊（以下簡(jiǎn)稱基帶模塊）、信道編碼及交織模塊（以下簡(jiǎn)稱編碼模塊）及信道譯碼及交織模塊（以下簡(jiǎn)稱譯碼模塊）。2、 關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱電源，用臺(tái)階插座線完成如下連接：源端口目的端口連線說(shuō)明基帶模塊：BS編碼模塊：BS IN提供時(shí)鐘信號(hào)

9、編碼模塊：NRZ D編碼模塊：PN31提供PN31信號(hào)編碼模塊：BS OUT譯碼模塊：BS IN提供時(shí)鐘信號(hào)編碼模塊：編碼 OUT譯碼模塊：編碼 IN將已編碼信號(hào)進(jìn)行譯碼編碼模塊：原碼 OUT譯碼模塊：原碼 IN方便譯碼端信號(hào)的對(duì)比* 檢查連線是否正確，檢查無(wú)誤后打開(kāi)電源。3、 用示波器探頭分別接編碼模塊上“BS IN”和“PN31”端信號(hào)，觀察“PN31”端信號(hào)應(yīng)為8K偽隨機(jī)碼。4、 編碼模塊上撥位開(kāi)關(guān)“差錯(cuò)”位撥向上，其它位向下。5、 示波器探頭分別接譯碼模塊上“譯碼 OUT”及“原碼 OUT”測(cè)試點(diǎn)，比較譯碼結(jié)果。6、 在上面撥碼開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，再將編碼模塊和譯碼模塊上撥位開(kāi)關(guān)“交織”位撥向上，觀察譯碼結(jié)果是否正確。7、 在上面撥碼開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，再將編碼模塊上撥位