卷積碼在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、卷積碼在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用一、基本概念卷積碼是一種性能優(yōu)越的信道編碼。(n, k, N)表示把k個(gè)信息比特編程n 個(gè)比特，N為編碼約束長(zhǎng)度，說(shuō)明編碼過(guò)程中互相約束的碼段個(gè)數(shù)。卷積碼編碼 后的n個(gè)碼元不僅與當(dāng)前組的k個(gè)信息比特有關(guān)，而且與前N-1個(gè)輸入組的信息 比特有關(guān)。編碼過(guò)程中相互關(guān)聯(lián)的碼元有N乘以n個(gè)。R/n是卷積碼的碼率，碼 率和約束長(zhǎng)度是衡量卷積碼的兩個(gè)重要參數(shù)。二、應(yīng)用卷積碼因其編碼器 he 譯碼器都比較容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力， 卷積碼在通信系統(tǒng)中被廣泛采用。2.1、卷積碼在無(wú)線通信中的應(yīng)用在無(wú)線信道中，由于環(huán)境的影響及外來(lái)無(wú)線信號(hào)的干擾，通信質(zhì)量較有線信 道差許多。接收機(jī)收

2、到的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)噪聲引起的隨機(jī)錯(cuò)誤和衰弱引起的突發(fā) 錯(cuò)誤，為了提高系統(tǒng)的抗噪聲和抗衰弱性能，必須設(shè)計(jì)合理的信道編譯碼部分， 增加碼字的冗余度和碼字間的碼距，而且要求不僅可以糾正隨機(jī)錯(cuò)誤，更重要的 是還可以糾正突發(fā)錯(cuò)誤。因此，在無(wú)線通信中，信道編碼得到了廣泛的應(yīng)用。這 里將以 NRF401 芯片為通信收發(fā)電路來(lái)介紹卷積碼在無(wú)線通信中的應(yīng)用。NRF401 收發(fā)電路芯片，采用藍(lán)牙核心技術(shù)，芯片內(nèi)部包含了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制、FSK解調(diào)、多頻道切換等功能。如上圖所示，這里介紹了一個(gè)采用(2,1,7)的卷積碼編碼，圖為無(wú)線通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。無(wú)線通信系統(tǒng)的通信距離與傳輸損耗和接收機(jī)靈

3、敏度相關(guān)。傳輸損耗包括自 由空間損耗和其他傳輸損耗，自由空間傳播系指天線周圍為無(wú)限大真空時(shí)的電波 傳播，它是理想傳播條件，自由空間傳播損耗與距離和工作頻率有關(guān)。下面的公 式說(shuō)明在自由空間下電波傳播的損耗：Los 是傳播損耗，單位為 dB；d 是距離，單位是 km；f 是工作頻率，單位是 MHz。由上式可見(jiàn)，自由空間中的電波傳播損耗只與工作頻率f和傳播距離d有關(guān), 當(dāng)f或d增大1倍時(shí)，Los講分別增加6dB。下面舉例 nRF401 采用環(huán)形低增益天線時(shí)的通信距離 R 的計(jì)算：f0=434MHz（）發(fā)射功率發(fā)射天線增益接收天線增益接收機(jī)靈敏度 S=-105dBm這是理想狀況下的傳輸距離，實(shí)際應(yīng)用中

4、低于該值，這是因?yàn)闊o(wú)線通信受到 各種外界因素的影響，如大氣、阻擋物、多徑等造成的損耗，將上述損耗的參考 值計(jì)入上式中，即可計(jì)算出近似通信距離。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，在 50m 傳輸距離內(nèi)有 效。無(wú)編碼時(shí)b/ jVo/dB誤碼率JL = l/3凡二 1/2R -2/3JC = 7K*K = 5K = 6K-7K =6= 86.81014.24. 43. 33. 5王82,93, 19.6105.75.94. 34. 65. 1 N 時(shí)，可將長(zhǎng)突發(fā)錯(cuò)誤有效地盡量分散到不關(guān)聯(lián)的 碼元中，避免了譯碼過(guò)程中的錯(cuò)誤傳遞。將256 x 256的8 bit灰度級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)Lenna圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，通 過(guò)典型的移動(dòng)衰落

5、信道：8 PSK(4 800 b/s)調(diào)制方式，車速分別為40 km/ h(移動(dòng) 信道4)、100 km/h(移動(dòng)信道8)。采用(2,1,3)卷積碼結(jié)合交織方案及Viterbi譯 碼算法作為抗干擾措施，進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。結(jié)果如下圖 3、圖 4 所示：小有壓縮,有糾錯(cuò)有壓編無(wú)鋼錯(cuò)“無(wú)用編.無(wú)糾錯(cuò)“右壓縮，右糾借位交織/= 150卷積碼在移動(dòng)信道4中的性能小有壓縮,有糾錯(cuò)有壓編無(wú)鋼錯(cuò)“無(wú)用編.無(wú)糾錯(cuò)周期交織I = 10圖3.(*有壓縮、有糾錨)周期交織I = 10圖3.(*有壓縮、有糾錨)冇壓箱無(wú)糾措無(wú)壓堀匸無(wú)糾錯(cuò)圖3 和圖4 中，我們可以看出隨著移動(dòng)通信環(huán)境的惡劣，圖像失真的程度加大，出現(xiàn)“劃痕”或“方塊”干擾，嚴(yán)重影響了可視性，這對(duì)信道編碼的抗干