淺談CDMA信道編碼技術(shù)

1、淺談CDMA信道編碼技術(shù)前言 :信道編碼技術(shù)是移動(dòng)通信中提高系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)可靠性的有效方法， 在第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用卷積碼和交織， 對(duì)保證話音和低速數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)質(zhì)量有很好的效果。 第三代系統(tǒng)在第二代系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， 所需提供的業(yè)務(wù)種類大大增加， 這就對(duì)信道編碼提出了更高的業(yè)務(wù)求。 第三代系統(tǒng)中信道編碼在話音業(yè)務(wù)上繼承了第二代系統(tǒng)的前向糾錯(cuò)卷積編碼技術(shù)， 同時(shí)為了支持高速數(shù)據(jù)、 多媒體等多種業(yè)務(wù)傳輸，信道編碼方案要與業(yè)務(wù)復(fù)用、速率適配等其他技術(shù)綜合考慮。因此，設(shè)計(jì)信道編碼方案，不僅要從用戶業(yè)務(wù)的要求考慮，如信息的準(zhǔn)確度、允許的時(shí)延等，也要從提高系統(tǒng)增益的全局優(yōu)化的角度，與分集接受、改進(jìn)調(diào)制解

2、調(diào)方法、系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)等其他因素綜合考慮。CDMA的信道編碼方案CDMA勺信道編碼方案包括以下幾個(gè)方面：糾錯(cuò)編碼/譯碼（包括速率適配 ） ，交織 / 解交織，傳輸信道映射至/ 分離出物理信道。另外， 信道編碼方案還涉及與高層消息的通信， 從高層獲得業(yè)務(wù)質(zhì)量指示、業(yè)務(wù)復(fù)用等消息，以實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的不同編碼和復(fù)用案，從而以最高的效率提供多種業(yè)務(wù)的組合。 為了適應(yīng)多種速率的傳輸， 信道編碼方案中還增加了速率適配功能。CDMA 的差錯(cuò)控制技術(shù) 決定信道編碼性能的最基本的問題還是它的差錯(cuò)控制方案。 CDMA輸 信道提供了兩類糾錯(cuò)方式：前向糾錯(cuò)（FEC）和自動(dòng)重發(fā)（ARQ）。幾C是作為無線業(yè)務(wù)最基本的糾錯(cuò)方式，

3、而 ARQ是作為一種補(bǔ)充方式。 FEC 的通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是: 只有一個(gè)信道，而且系統(tǒng)的傳輸效率高， 即碼速率與信道的差錯(cuò)率無關(guān)， 由此可保證業(yè)務(wù)的時(shí)延要求;FEC的缺點(diǎn)是 : 第一，當(dāng)錯(cuò)誤譯碼時(shí)，錯(cuò)誤的信息也會(huì)送給用戶，影響可靠性 ; 第二，為了獲得高的系統(tǒng)可靠性，必須使用長碼和糾錯(cuò)能力強(qiáng)的碼組，這使得譯碼電路復(fù)雜化，造價(jià)提高。與FEC系統(tǒng)相比，ARQ通信系統(tǒng)設(shè)備簡單，可靠性高。但它必須使用一個(gè)反向信道，并且當(dāng)信道變壞 （ 差錯(cuò)率太大時(shí)） ，系統(tǒng)由于經(jīng)常處于請(qǐng)求狀態(tài)而使傳輸效率非常低。鑒于FEC和ARQ系統(tǒng)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，適當(dāng)?shù)陌阉鼈兘Y(jié)合起來， 就構(gòu)成了混合ARQ通信系統(tǒng)，即在ARQ系統(tǒng)中引人一

4、個(gè)FEC子系統(tǒng)?；旌螦RQ系統(tǒng)已被廣泛用于分組數(shù)據(jù)交換網(wǎng)和計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)中，對(duì)迫切需要與因特網(wǎng)建立通信的移動(dòng)通信系統(tǒng)具有重要的參考價(jià)值。 CDMA中還沒有提及用于ARQ；的具體差錯(cuò)控制編碼式。按照差錯(cuò)控制原理，這兩種系統(tǒng)用的碼型并沒有明顯的區(qū)分， 任何一類碼， 按照譯碼方法的不同，均可作為糾錯(cuò)碼用于FEC系統(tǒng)，或作為檢錯(cuò)碼用于ARQ碼。下面就CDMA的FEC的糾錯(cuò)碼分別做介紹在早期的CDMA勺提議中， 它建議了四種前向信道糾錯(cuò)碼，它們分別是：卷積碼、RS碼與卷積碼 的串行級(jí)聯(lián)、TuRbo碼以及業(yè)務(wù)專用碼。卷積碼用于 BER 為10- 3 級(jí)別的業(yè)務(wù)，典型的有傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)。所用的卷積碼的碼行和編

5、譯碼方法基本上是對(duì)第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的繼承。如約束長度為 9 的卷積碼，碼率可以是1/2 、 1乃、 2/ 3 或 1/4 等。我國的TD SCDMAT案中還用到3/4的卷積碼，譯碼采用維特比譯碼算法，其中， 1/2 、 1/ 3 是最常用的碼率。卷積編碼一般用于話音業(yè)務(wù)在內(nèi)的速率相對(duì)較低的業(yè)務(wù)。RS 碼與卷積碼的串行級(jí)聯(lián)。這種串行級(jí)聯(lián)碼用于 BER 為10- 1 滬的業(yè)務(wù)中。 RS 碼為 256 進(jìn)制，碼率在4 乃左右，碼長根據(jù)業(yè)務(wù)速率和時(shí)延的要求可在一定范圍內(nèi)變化。RS 碼和卷積碼通過交織相連接，交織的范圍可在20 Ins 和巧om s 之間變化，屬于禎間交織。Turbo 碼Turbo 碼

6、是一種新型級(jí)聯(lián)遞歸系統(tǒng)卷積碼， 如圖 1 所示， 它是由兩個(gè)結(jié)構(gòu)通常相同的遞歸卷積（RSC蹣碼器通過內(nèi)部交織器的級(jí)聯(lián)而成的。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：在AWGN道中，其糾錯(cuò)性能可接近香農(nóng)限，在傳輸同樣長的信息位的數(shù)據(jù)塊時(shí)，Turbo碼的性能要比RS碼級(jí)聯(lián)要好 ldB 以上 ; 缺點(diǎn)是 : 計(jì)算量大，有可能引入較大的時(shí)延。在CDMAK在低速率和低性能要求下仍采用與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中類似的卷積碼編譯碼技術(shù)， 而在高速率和高性能要求的情況下，RS碼與卷積碼的級(jí)聯(lián)的編碼方案已漸漸被 Turbo 碼所代替。業(yè)務(wù)專用碼業(yè)務(wù)專用碼是在上述標(biāo)準(zhǔn)信道編碼之外的一種選擇。 例如， 某些信道 類型的話音編解碼的不等糾錯(cuò)保護(hù)

7、。它允許業(yè)務(wù)自帶特殊的編碼方 式而不經(jīng)上述的任何一種編碼，為物理層提供了更大的靈活性。CDMA2000技術(shù)與通信編碼2000 年5 月，全球無線電大會(huì)(WRC-2000) 正式批準(zhǔn)了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(IMT- 2000)無線接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。方案中，寬帶 CDM邵分多址)技術(shù)是第三代移動(dòng)通信的主要技術(shù)。其中，又以 W- CDM街口CDMA2O0由主流技術(shù)。CDMA2000 的關(guān)鍵技術(shù)高效信道編譯碼技術(shù)：選擇效率高、編碼增益高、時(shí)延性能好、譯碼算法簡單、存儲(chǔ)量較小、溢出概率小、適于衰落信道傳送、易于實(shí)現(xiàn)的編譯碼技術(shù)?；谏鲜鲆?，在CDMA200葉，除采用卷積編碼技術(shù)外，還采用了具有優(yōu)異譯碼性能的

8、 Turbo 編碼技術(shù)。功率控制技術(shù)：在CDMA(統(tǒng)中，由于用戶共用相同頻帶， 且各用戶的擴(kuò)頻碼之間非理想相關(guān)特性， 用戶發(fā)射功率的大小將直接影響系統(tǒng)的總?cè)萘浚?這使得功率控制技術(shù)成為 CDMA系統(tǒng)最重要的核心技術(shù)之一。除上述二者之外，還采用了諸如RAKE多徑分集接收、智能天線以及多用戶檢測(cè)等許多新的關(guān)鍵技術(shù)。信道編碼在實(shí)際信道上傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)， 由于信道傳輸特性的不理想以及干擾噪聲的影響，所收到的數(shù)字信號(hào)不可避免地會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。因此，必須采用信道編碼將誤比特率進(jìn)一步降低以滿足指標(biāo)要求。 信道編碼的基本做法是： 在發(fā)送端被傳輸?shù)男畔⑿蛄猩弦阅撤N確定的規(guī)則附加一監(jiān)督碼元，接收端按照既定的規(guī)則檢驗(yàn)并糾正錯(cuò)誤。 根據(jù)信息碼元與 監(jiān)督碼元之間的相關(guān)性來檢測(cè)和糾正傳輸過程中產(chǎn)生的差錯(cuò)就是信 道編碼的基本思想。結(jié)束語若干年來，隨著通信技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的不斷增加， 人們一直在 努力尋找能夠更加先進(jìn)的CDM陪動(dòng)通信系統(tǒng)的信道編碼技術(shù)，從早 期的分組碼、代數(shù)碼到Turbo碼、LDPc碼，它們的優(yōu)異性能及其在 信息可靠性傳輸中有著良好的應(yīng)用前景，例如：光通信、深空通信、 第代移動(dòng)通信、高速與甚高速數(shù)字用戶線等，這些已成為當(dāng)今信道編 碼領(lǐng)域最矚目的研究熱點(diǎn)。本人借以上的粗淺探討，以期對(duì)信道編碼 技術(shù)的探究具有