第 2 章移動通信的主要技術(shù)

第2章移動通信的主要技術(shù)

數(shù)字調(diào)制技術(shù)2.1

編碼技術(shù)2.2基帶傳輸2.3

多址技術(shù)2.4

跳頻擴頻技術(shù)2.5

分集接收技術(shù)2.6【本章內(nèi)容簡介】

本章主要介紹了移動通信的基本原理及其應(yīng)用方面的基本概念，對移動通信的特點、分類、工作方式和網(wǎng)絡(luò)的頻率配置等進行了詳盡的說明，概述了移動通信的發(fā)展歷程，同時展望了未來的發(fā)展趨勢。【學(xué)習(xí)重點與要求】

重點掌握移動通信的定義、特點、分類和工作方式，了解無線頻譜的規(guī)劃及移動通信的工作頻段。2.1數(shù)字調(diào)制技術(shù)第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)采用的是模擬調(diào)頻（FM）技術(shù)，傳輸模擬語音，但其信令系統(tǒng)卻是數(shù)字的，采用2FSK數(shù)字調(diào)制技術(shù)。第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，傳送的語音都是經(jīng)過數(shù)字語音編碼和信道編碼后的數(shù)字信號。GSM系統(tǒng)采用GMSK調(diào)制，IS-54系統(tǒng)和PDC系統(tǒng)采用/4-DQPSK調(diào)制，CDMA系統(tǒng)（IS-95）的下行信道采用QPSK調(diào)制、上行信道采用OQPSK調(diào)制。第三代數(shù)字蜂窩系統(tǒng)將采用MQAM調(diào)制、平衡四相（BQM）擴頻調(diào)制、復(fù)四相擴頻調(diào)制（CQM）和雙四相擴頻調(diào)制（DQM）技術(shù)。所謂調(diào)制，是對信號源的編碼信息（信源）進行處理，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸形式的過程?；鶐盘枺凶鲆颜{(diào)信號，調(diào)制是通過改變高頻載波的幅度、相位或頻率，使其隨著基帶信號的變化而變化；而解調(diào)則是將基帶信號從載波中提取出來的逆變換過程?，F(xiàn)代移動通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制。圖2-1頻帶傳輸系統(tǒng)圖2.1.1數(shù)字調(diào)制技術(shù)的分類一般而言，數(shù)字調(diào)制技術(shù)可分為兩種類型：一是利用模擬方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，也就是把數(shù)字基帶信號當(dāng)做模擬信號的特殊情況來處理；二是利用數(shù)字信號的離散取值特點鍵控載波，從而實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。第二種技術(shù)通常稱為鍵控法，例如用基帶數(shù)字信號對載波的振幅、頻率及相位進行鍵控，便可獲得振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）及相移鍵控（PSK）調(diào)制方式。也有同時改變載波振幅和相位的調(diào)制技術(shù)，如正交調(diào)幅（QAM）。鍵控法一般由數(shù)字電路來實現(xiàn)，它具有調(diào)制變換速率快，調(diào)整測試方便，體積小，設(shè)備可靠性高等特點。在數(shù)字調(diào)制中，所選擇信號參量的可能變化狀態(tài)數(shù)應(yīng)與信息元數(shù)相對應(yīng)。在實際應(yīng)用中，根據(jù)已調(diào)信號的結(jié)構(gòu)形式又可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制兩種。在非線性調(diào)制中，其射頻已調(diào)信號具有恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）的特性，即恒定包絡(luò)調(diào)制。在調(diào)制技術(shù)中，還要注意相位路徑或相位軌跡。通常把相位路徑分為兩大類，即連續(xù)相位路徑和非連續(xù)相位路徑。圖2-2數(shù)字調(diào)制的分類2.1.2線性調(diào)制技術(shù)線性調(diào)制主要有相移鍵控（PSK）調(diào)制、正交相移鍵控（QPSK）和/4-DQPSK調(diào)制。1．相移鍵控（PSK）調(diào)制以基帶數(shù)據(jù)控制載波的相位稱為數(shù)字相位調(diào)制，數(shù)字相位調(diào)制又叫相移鍵控（PhaseShiftKeying，PSK）。二進制相移鍵控記作2PSK或BPSK，多進制相移鍵控記作MPSK，它們是利用載波相位的變化來傳送數(shù)字信息的。通常，把它們分為絕對相移（PSK）和相對相移（DPSK）兩種。絕對碼和相對碼是相移鍵控的基礎(chǔ)。圖2-3二相調(diào)相波形設(shè)輸入比特率為{an},an=±1，n=?∞～+∞，則PSK的信號形式為

nTb≤t＜(n+1)Tb圖2-4PSK波形圖2-5PSK調(diào)制框圖圖2-6直接調(diào)相法產(chǎn)生2PSK信號DPSK是相移鍵控的非相干形式，它不需要以參考載波的相位為基準(zhǔn)，所以稱為差分相移鍵控，或相對相移鍵控。非相干接收機比較容易實現(xiàn)且價格低廉，因此，在無線通信中已被廣泛使用。DPSK調(diào)制器框圖如圖2-7所示。圖2-7DPSK調(diào)制器框圖圖2-8PSK解調(diào)框圖2．正交相移鍵控（QPSK）調(diào)制和交錯正交相移鍵控（OQPSK）調(diào)制（QPSK）原理框圖。圖2-9(a)所示為正交相移鍵控（QPSK）調(diào)制原理框圖，圖2-9(b)所示為交錯正交相移鍵控（OQPSK）調(diào)制原理框圖。圖2-9所示為典型正交相移鍵控調(diào)制QPSK又稱四相鍵控，可記為4PSK，它有4種相位狀態(tài)，各自對應(yīng)于四進制的4種數(shù)據(jù)（碼元），即00、01、10、11。圖2-10QPSK和OQPSK相位星座圖OQPSK是OffsetQPSK的縮寫，稱為交錯QPSK，也稱偏移四相相移鍵控。QPSK和OQPSK信號的解調(diào)與PSK解調(diào)相同，都可以采用相干解調(diào)。圖2-11QPSK相干解調(diào)框圖3．/4-DQPSK調(diào)制/4-DQPSK調(diào)制是一種正交相移鍵控調(diào)制技術(shù)，是對QPSK信號的特性進行改進的一種調(diào)制方式。圖2-12/4-DQPSK調(diào)制器結(jié)構(gòu)框圖圖2-13/4-DQPSK的相位關(guān)系圖2-14中頻差分檢測框圖2.1.3恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)移動通信系統(tǒng)在許多實際應(yīng)用時都采用非線性調(diào)制方法，所謂的恒包絡(luò)調(diào)制（ConstEnvelopeModulation）就是不管調(diào)制信號如何改變，都保持載波的幅度恒定。恒包絡(luò)調(diào)制具有可以滿足多種應(yīng)用環(huán)境的優(yōu)點：（1）可使用功率高的C類放大器，不致引起發(fā)射信號占用頻譜增大；（2）帶外輻射低，可達?60～?70

dB；（3）可使用限幅器-鑒頻器檢測，從而簡化接收機的設(shè)計。1．頻移鍵控（FSK）調(diào)制頻移鍵控（FrequencyShiftKeying，F(xiàn)SK）調(diào)制是用載波的頻率來傳送基帶數(shù)據(jù)信號，也就是用所傳送的基帶數(shù)據(jù)信號控制載波的頻率。在頻移鍵控調(diào)制中，載波的幅度恒定不變，其載波信號的頻率隨著兩種可能的狀態(tài)（高頻率和低頻率即二進制的“1”和“0”）而切換。FSK信號有可能呈現(xiàn)連續(xù)相位（恒定包絡(luò)）的波形，也可能呈現(xiàn)不連續(xù)相位的波形，將它們分別記為CPFSK（ContinuousPhaseFSK）及DPFSK（DiscretePhaseFSK）。FSK信號的帶寬大約為

B=|f2?f1|+2fsFSK的調(diào)制方法有模擬調(diào)制法和數(shù)字鍵控法，它們分別對應(yīng)著相位連續(xù)的FSK和相位不連續(xù)的FSK。（1）直接調(diào)頻法（相位連續(xù)FSK信號的產(chǎn)生）（2）頻率鍵控法（相位不連續(xù)FSK信號的產(chǎn)生）數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，可以分為線性鑒頻法和分離濾波法兩大類。線性鑒頻法有模擬鑒頻法、過零檢測法、差分檢測法等；分離濾波法又包括相干檢測法、非相干檢測法、動態(tài)濾波法等。非相干檢測的具體解調(diào)電路是包絡(luò)檢測法，相干檢測的具體解調(diào)電路是同步檢波法。下面對過零檢測法、包絡(luò)檢測法及同步檢波法加以介紹。圖2-15相位不連續(xù)FSK信號的產(chǎn)生和各點波形（1）過零檢測法（2）非相干（包絡(luò)）解調(diào)法圖2-16過零檢測法框圖及各點波形圖圖2-17FSK信號包絡(luò)檢波框圖及波形圖（3）相干解調(diào)法圖2-18FSK信號相干檢測框圖通過將相干解調(diào)與包絡(luò)（非相干）解調(diào)系統(tǒng)進行比較，可以得出以下幾點。（1）兩種解調(diào)方法均可工作在最佳門限電平。（2）在輸入信號信噪比r一定時，相干解調(diào)的誤碼率小于非相干解調(diào)的誤碼率；當(dāng)系統(tǒng)的誤碼率一定時，相干解調(diào)比非相干解調(diào)對輸入信號的信噪比要求低。但當(dāng)輸入信號的信噪比r很大時，兩者的相對差別不明顯。（3）相干解調(diào)時，需要插入兩個相干載波，因此電路較為復(fù)雜，但包絡(luò)檢測就無需相干載波，因而電路較為簡單。2．最小頻移鍵控（MSK）調(diào)制最小頻移鍵控（MSK）又稱快速頻移鍵控（FFSK），是一種特殊的連續(xù)相位的頻移鍵控（FSK）調(diào)制。所謂“快速”二字，是指這種調(diào)制方式對于給定的頻帶，它能比2PSK傳輸更高速的數(shù)據(jù)；而“最小”二字指的是這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù)（h=0.5）獲得正交的調(diào)制信號。圖2-19MSK調(diào)制器方框圖產(chǎn)生MSK信號的步驟如下：（1）對輸入數(shù)據(jù)序列進行差分編碼；（2）把差分編碼器的輸出數(shù)據(jù)用串/并變換器分成兩路，并相互交錯一個比特寬度Tb；（3）用加權(quán)函數(shù)cos(t/2Tb)和sin(t/2Tb)分別對兩路數(shù)據(jù)進行加權(quán)；（4）用兩路加權(quán)后的數(shù)據(jù)分別對正交載波cosct和sinct進行調(diào)制；（5）把兩路輸出信號進行疊加。綜合以上分析可知，MSK信號必須具有以下特性：（1）已調(diào)信號的振幅是恒定的；（2）信號的頻率偏移嚴格地等于±1/(4Tb)，相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)h=fTb=(f2?f1)Tb=1/2；（3）以載波相位為基準(zhǔn)的信號相位在一個碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確地線性變化±/2；（4）在一個碼元期間內(nèi)，信號應(yīng)包括1/4載波周期的整數(shù)倍；（5）在碼元轉(zhuǎn)換時刻，信號的相位是連續(xù)的，或者說信號的波形沒有突跳。圖2-20MSK相干解調(diào)框圖MSK與FSK性能相比，由于各支路的實際碼元寬度為2Tb，其對應(yīng)的低通濾波器帶寬減少為原帶寬的1/2，從而使MSK的輸出信噪比為原來的兩倍。3．高斯型最小頻移鍵控（GMSK）調(diào)制GMSK調(diào)制方式能滿足移動通信環(huán)境下對鄰道干擾的嚴格要求，通常將輸入端接有高斯低通濾波器的MSK調(diào)制器稱為高斯最小頻移鍵控（GMSK）。GMSK是由MSK演變來的一種簡單的二進制調(diào)制方法，是連續(xù)相位的恒包絡(luò)調(diào)制。圖2-21GMSK信號產(chǎn)生的原理圖圖2-22GMSK信號的相位軌跡GMSK信號的解調(diào)可以用同MSK一樣的正交相干解調(diào)。在相干解調(diào)中最為重要的是相干載波的提取，這在移動通信的環(huán)境中是比較困難的，因而移動通信系統(tǒng)通常采用差分解調(diào)和鑒頻器解調(diào)等非相干解調(diào)的方法。圖2-23所示為1

bit延遲差分檢測解調(diào)器的原理框圖。圖2-231

bit延遲差分檢測器的框圖4．高斯濾波的頻移鍵控（GFSK）

高斯濾波的頻移鍵控（GFSK）的原理框圖如圖2-24所示。圖2-24GFSK調(diào)制的原理框圖2.1.4正交振幅調(diào)制技術(shù)一般的復(fù)合調(diào)制稱為幅相鍵控（APK），兩個正交載波幅相鍵控稱為正交振幅調(diào)制（QAM）。正交振幅調(diào)制是二進制的PSK、四進制的QPSK調(diào)制的進一步推廣，是通過相位和振幅的聯(lián)合控制得到更高頻譜效率的調(diào)制方式，從而可在限定的頻帶內(nèi)傳輸更高速率的數(shù)據(jù)。正交振幅調(diào)制的一般表達式為

y(t)=Amcosct+Bmsinct0≤t＜Tb式中，Tb為碼元寬度；Am和Bm為離散的振幅值；m=1,2,…,M；M為Am和Bm的個數(shù)。QAM中的振幅Am和Bm可以表示為 式中，A是固定的振幅，(dm,em)由輸入數(shù)據(jù)確定。(dm,em)決定了已調(diào)QAM信號在信號空間中的坐標(biāo)點。圖2-25所示為QAM的調(diào)制和相干解調(diào)的原理框圖。圖2-25QAM調(diào)制解調(diào)原理圖為便于分析，圖2-26所示為四電平QAM的調(diào)制解調(diào)原理框圖中各點的基本波形。圖2-264QAM調(diào)制解調(diào)過程中各點的基本波形通常，把信號矢量端點的分布圖稱為星座圖，如圖2-27所示。圖2-27M進制星形QAM的星座圖2.2編碼技術(shù)2.2.1信源編碼信源輸出的信號都是模擬信號，信源編碼主要完成兩大任務(wù)：第一是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（也就是實現(xiàn)模擬信號數(shù)字化），第二是實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮（已超出本書討論范圍）。模擬信號數(shù)字化的方法有多種，目前采用最多的是信號波形的A/D變換方法（波形編碼）。實用的波形編碼方法主要有兩種基本形式：一種是脈沖編碼調(diào)制（PCM），另一種是增量調(diào)制（M）。1．信源信號的數(shù)字化“數(shù)字化”最基本的技術(shù)叫做脈沖編碼調(diào)制（PulseCodeModulation，PCM），簡稱脈碼調(diào)制。圖2-28模擬信號數(shù)字傳輸框圖2．語音編碼技術(shù)在數(shù)字移動通信中，采用的語音編碼技術(shù)有波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼3種。波形編碼技術(shù)通過對語音波形進行采樣、量化，然后用二進制碼表現(xiàn)出來，并在解碼端盡可能準(zhǔn)確地恢復(fù)語音信號的原始波形。參數(shù)編碼技術(shù)以語音信號產(chǎn)生的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)輸入語音信號分析出表征聲門振動的激勵參數(shù)和表征聲道特性的聲道參數(shù)，然后在解碼端根據(jù)這些模型參數(shù)來恢復(fù)語音?；旌暇幋a是基于參量編碼和波形編碼發(fā)展而成的一類新的編碼技術(shù)，廣泛用在數(shù)字蜂窩移動系統(tǒng)中。多脈沖線性預(yù)測編碼（MP-LPC）、規(guī)則脈沖線性預(yù)測編碼（RPE-LPC）和碼激勵線性預(yù)測編碼（CELP）都屬于混合編碼技術(shù)。GSM系統(tǒng)采用的是規(guī)則脈沖線性預(yù)測編碼（RPE-LPC）方案，IS-95（CDMA）系統(tǒng)采用的是9.6

kbit/s碼激勵線性預(yù)測編碼（CELP）方案。（1）線性預(yù)測編碼的基本原理線性預(yù)測分析簡稱為LPC分析，是進行語音信號分析最有效的分析方法之一。線性預(yù)測方法的特點在于分析和模擬人的發(fā)音器官，不是利用人發(fā)出聲音的波形合成，而是從人的語音信號中提取與語音模型有關(guān)的特征參數(shù)。（2）GSM系統(tǒng)中語音編碼方式在GSM系統(tǒng)中語音編碼采用“規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測編碼（RPE-LTP）”方式，其中，語音比特為13

kbit/s，差錯保護比特為9.8

kbit/s，二者總共為22.8

kbit/s。圖2-29GSM通信系統(tǒng)的語音編碼示意圖（3）CDMA系統(tǒng)中的語音編碼技術(shù)高效語音編碼方式為了抑制由于低速率引起語音質(zhì)量的惡化，需要進行龐大的運算處理，這種運算處理甚至超過目前數(shù)字信號處理器（DSP）的能力，為此，就需要高性能數(shù)字信號處理器。高效語音編碼是一種注重研究聲音自身的特性，減少其冗余度而進行的低速率的編碼技術(shù)。作為抑制冗余度的典型技術(shù)有：①注重聲音波形時間相關(guān)性（線性預(yù)測）；②注重聲音功率譜的編碼方法（子帶/多帶編碼）；③將多個采樣值一起量化的方法（矢量量化法）；④用合成語音分析原聲音波形的頻譜包絡(luò)和聲源模型（包括有聲和無聲等），提取其信息再進行編碼的方法，即分析合成法。CDMA系統(tǒng)采用的CELP基本框圖如圖2-30所示。圖2-30CELP的基本構(gòu)成框圖為實現(xiàn)低速率編碼，采用DSP技術(shù)就解決了高速處理信號的矛盾，于是在語音編碼中廣泛使用DSP。對DSP有如下要求：①應(yīng)具有乘法、加法功能和簡化邏輯式的體系；流水線式控制等適合于進行數(shù)字信號處理的結(jié)構(gòu)；②為了能用軟件實現(xiàn)語音編碼的計算，應(yīng)具有開發(fā)周期短、修改容易等特點。適合數(shù)字移動通信中用于語音編譯碼器的（幾種DSP性能見表2-1）特征如下：①指令周期為50

ns以下，運算速度快；②具有16

bit數(shù)據(jù)/40

bit累加運算的精度；③片內(nèi)有存儲器與A/D及D/A轉(zhuǎn)換器；④功耗低，體積小。表2-1 用于語音編譯碼器的幾種DSP性能型號ADSP-21MSP50DSP16C-11DSP56156TMS320C51指令周期（最長）/ns5025——乘法器16×16→40

bit16×16→32

bit16×16→40

bit16×16→32

bit累加器/比特16364032A/D轉(zhuǎn)換器—內(nèi)藏—無D/A轉(zhuǎn)換器—內(nèi)藏—無串行口I/O2通道1通道2通道2通道片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM/kbit16—3232片內(nèi)指令存儲器/kbit6432RAM/192ROM32RAM/192ROM144ROM（4）語音編譯碼器相關(guān)技術(shù)①誤碼保護技術(shù)移動通信中傳輸信息的差錯控制有各種方法，例如，檢測/糾錯、比特交錯、譯碼波形插補、誤碼量化等，其中最重要的是檢測/糾錯。圖2-31采用BS-FET的語音信息傳輸系統(tǒng)②語音控制發(fā)送和回波抵消技術(shù)在移動通信中與語音信息傳送的相關(guān)技術(shù)有語音控制發(fā)送（VoiceOperetedTransmission，VOX）和回波抵消技術(shù)等。圖2-32數(shù)字移動通信中語音信息傳輸系統(tǒng)③語音編譯碼器質(zhì)量評價方法對于移動通信中的語音編碼方式要求標(biāo)準(zhǔn)化、快速性，并進行質(zhì)量評價。圖2-33編解碼器評價系統(tǒng)框圖2.2.2信道編碼信源碼解決了信息表示的效率問題。在傳輸前必須對位流進行處理，將其碼型變換成適合于信道傳輸?shù)男问?，這種變換就是信道編碼。信道碼包括數(shù)字調(diào)制（簡稱調(diào)制）和糾錯碼。信道編碼的方法有很多種，一般可按下列方式分類。（1）按照信息碼元和監(jiān)督碼元之間的約束方式不同，可分為分組碼和卷積碼。（2）按照信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系又可分為線性碼和非線性碼。（3）按照編碼后每個碼字的結(jié)構(gòu)可分為系統(tǒng)碼和非系統(tǒng)碼。（4）按照修正錯誤的類型不同可以分為糾正隨機錯誤和糾正突發(fā)錯誤的碼。（5）按照碼字中每個碼元的取值不同，還可分為二進制碼和多進制碼等。1．線性分組碼線性分組碼是信道編碼中最基本的一類碼。在線性分組碼中，監(jiān)督碼元僅與所在碼組中的信息碼元有關(guān)，且兩者之間是通過預(yù)定的線性規(guī)則聯(lián)系起來的。這種信息位長為k、碼長為n的線性分組碼記為(n,k)，用=k/n表示碼字中信息位所占的比重，稱為編碼效率，簡稱碼率。碼率反映了該碼的信道利用率。通常定義碼組中非零碼元的數(shù)目為碼的重量，簡稱碼重。在(n,k)碼中，對于k個信息元，有2k種不同的信息組，則有2k個碼字分別與之一一對應(yīng)，每個碼字長n。這些碼組的集合構(gòu)成代數(shù)中的群，因此又稱為群碼或塊碼。它具有以下性質(zhì)：（1）任意兩個碼字之和（模2和）仍為一個碼字，即具有封閉性；（2）碼的最小距離等于非零碼的最小重量。2．循環(huán)碼循環(huán)碼是線性分組碼中最重要的一個子類，這類碼可以用簡單的反饋移位寄存器來實現(xiàn)，易于檢錯和糾錯，是一種很有效的編譯碼方法。循環(huán)碼除了具有線性分組碼所具有的特點之外，還具有自己獨特的循環(huán)性，即循環(huán)碼C中任意一個碼字經(jīng)過循環(huán)移位后仍然是C中的碼字。3．卷積碼這里介紹的卷積碼則是另一類編碼，它也是把k個信息比特編成n個比特，但k和n通常很小，特別適宜于以串行形式傳輸信息，延時小。與分組碼不同，卷積碼中編碼后的n個碼元不但與當(dāng)前段的k個信息有關(guān)，而且與前面(n?1)段的信息有關(guān)，編碼過程中相互關(guān)聯(lián)的碼元為nn個。卷積碼的糾錯能力隨著n的增加而增加，而差錯率隨著n的增加而按指數(shù)下降。在編碼器復(fù)雜性相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。另一點不同的是：分組碼有嚴格的代數(shù)結(jié)構(gòu)，但卷積碼至今尚未找到如此嚴密的數(shù)學(xué)手段把糾錯性能與碼的構(gòu)成十分有規(guī)律地聯(lián)系起來，目前大都采用計算機來搜索好碼。4．Turbo編碼技術(shù)C．Berrou等人在1993年首次提出了Turbo碼的概念，Turbo碼使用相對簡單的RSC碼和交織器就能得到接近仙農(nóng)極限的糾錯性能。CDMA2000同時采用了卷積碼和Turbo碼兩種糾錯編碼。2.2.3糾錯編碼的基本原理糾錯編碼也叫差錯控制編碼，屬于信道編碼的范疇。信道編碼技術(shù)主要研究檢錯、糾錯碼概念及其基本實現(xiàn)方法。編碼器是根據(jù)輸入的信息碼元產(chǎn)生相應(yīng)的監(jiān)督碼元來實現(xiàn)對差錯進行控制，譯碼器則主要是進行檢錯和糾錯。通常把在信息碼元序列中加入監(jiān)督碼元的辦法稱為差錯控制編碼，也稱為糾錯編碼。從上面的例子中可以看出，碼的最小距離D0直接關(guān)系著碼的檢錯和糾錯能力。任一(N,K)分組碼若要在碼字內(nèi)：（1）檢測e個隨機錯誤，則要求碼的最小距離d0≥e+1；（2）糾正t個隨機錯誤，則要求碼的最小距離d0≥2t+1；（3）糾正t個同時檢測e(≥t)個隨機錯誤，則要求碼的最小距離d0≥t+e+1。用差錯控制編碼提高通信系統(tǒng)的可靠性，是以降低有效性為代價換來的。定義編碼效率R來衡量有效性，即

R=K/N其中，K是信息元的個數(shù)，N為碼長。

對糾錯碼的基本要求是：檢錯和糾錯能力盡量強，編碼效率盡量高，編碼規(guī)律盡量簡單。實際中要根據(jù)具體指標(biāo)要求保證有一定糾、檢錯能力和編碼效率，并且易于實現(xiàn)。常用的差錯控制方式有3種：檢錯重發(fā)（ARQ）、前向糾錯（FEC）和混合糾錯（HEC），它們的系統(tǒng)構(gòu)成如圖2-34所示。圖2-34差錯控制方式1．檢錯重發(fā)方式2．前向糾錯方式3．混合糾錯方式2.2.4交織技術(shù)交織是用來抗瑞利衰落影響的。交織（Interleaving）技術(shù)在實際應(yīng)用中經(jīng)常與其他糾錯碼結(jié)合使用，交織技術(shù)主要是將突發(fā)錯誤轉(zhuǎn)換為隨機錯誤，以便充分發(fā)揮糾錯碼的作用。將交織技術(shù)和糾錯編碼技術(shù)結(jié)合起來，可以把突發(fā)錯誤分散成隨機的獨立錯誤而得到糾正。這種用交織構(gòu)造出來的編碼方法稱為交織編碼。交織編碼實質(zhì)上是一種時間擴散技術(shù)，它把信道錯誤的相關(guān)性減小。當(dāng)交織度足夠大時，把突發(fā)錯誤離散成隨機錯誤，從而可以被分組碼所糾正。首先把信息編成糾錯能力為t（或糾突發(fā)錯誤的能力為b）的(n,k)分組碼，再將它們排列成如下所示的陣列其中每行是(n,k)碼的一個碼字，設(shè)共有m行，這樣構(gòu)成的碼陣就是(mn，mk)交織碼的一個碼字，每行稱為它的一個行碼，m稱為交織度。輸出時，規(guī)定按列的順序自左至右讀出，這時的序列就變?yōu)?/p>

C11C21…Cm1C12C22…Cm2…C1nC2n…Cmn在接收端，將上述過程逆向重復(fù)，即把收到的序列按列寫入存儲器，再按行讀出，就恢復(fù)成原來的(n,k)分組碼。2.2.5網(wǎng)格編碼調(diào)制1982年，G.Ungerboeok提出格形編碼調(diào)制（TrellisCodeModulation，TCM），其優(yōu)點是不必付出額外的頻帶和功率即可獲得編碼增益。TCM的基本思想是將卷積編碼與調(diào)制作為一個整體進行綜合設(shè)計，使用軟判決進行維特比解碼，在碼字與傳輸?shù)恼{(diào)制符號之間進行最佳映射，使編碼器的以歐幾里德距離度量的自由距離（歐氏自由距離）大于未經(jīng)編碼的調(diào)制器星座圖的最小歐氏距離，使收端更容易對信號進行準(zhǔn)確的判決，從而獲得編碼增益。增加編碼器歐氏距離的辦法是使調(diào)制器的星座數(shù)量加倍，即擴展所傳輸?shù)姆柤?。圖2-35TCM編碼調(diào)制器框圖2.3基帶傳輸利用PCM方式或M方式所得到的信號稱為數(shù)字基帶信號，它的特點是頻譜基本上是從零開始一直擴展到很寬。將這種信號不經(jīng)過頻譜搬移，只經(jīng)過簡單的頻譜變換進行傳輸，稱為數(shù)字信號的基帶傳輸。2.3.1數(shù)字基帶信號的常用碼型數(shù)字基帶信號是數(shù)字信息序列的一種電信號表示形式，它包括代表不同數(shù)字信息的碼元格式（碼型）以及體現(xiàn)單個碼元的電脈沖形狀（波形）。它的主要特點是功率譜集中在零頻率附近。數(shù)字基帶信號的形式很多，較為典型的有：（1）單極性非歸零碼（2）雙極性非歸零碼（3）單極性歸零碼（4）雙極性歸零碼（5）差分碼（6）交替極性碼圖2-36數(shù)字基帶信號碼型2.3.2碼型變換的基本方法碼型變換的目的是要把簡單的二進制代碼變換成所需碼型，接收端的譯碼實施碼型變換反過程。根據(jù)不同的線路碼，在編譯碼時既要考慮碼型本身的變換，同時還必須考慮時鐘頻率的變換，還要加上組（幀）同步。碼型變換有多種編碼方法，譯碼通常采用一種方法。對編/譯碼電路的要求是電路簡單、工作可靠、適應(yīng)碼速高等。下面介紹4種常用編/譯碼方法。1．碼表存儲法

圖2-37碼表存儲方法2．布線邏輯法圖2-38布線邏輯法原理框圖T1圖2-39CMI編/譯碼器及各點波形3．單片HDB3編解碼器圖2-40CD22103引腳圖圖2-41實用的HDB3編解碼電路4．緩存插入法圖2-42緩存插入法框圖2.3.3數(shù)字基帶系統(tǒng)的組成數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的基本框圖如圖2-43所示，它通常由脈沖形成器、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器、抽樣判決器與碼元再生器組成。圖2-43數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)框圖

圖2-44基帶傳輸系統(tǒng)各點的波形圖2-45碼間串?dāng)_示意圖這種脈沖拖尾的重疊，并在接收端造成判決困難的現(xiàn)象叫做碼間串?dāng)_（或碼間干擾）。2.4多址技術(shù)多址傳輸是指在一個信息傳輸網(wǎng)中不同地址的各用戶之間通過一個共用的信道進行傳輸，其理論基礎(chǔ)是信號分割理論。多址的原理是利用信號參量的正交性來區(qū)分無線電信號地址，依據(jù)頻率參量正交性來區(qū)分無線電信號的稱為頻分多址，依據(jù)時間參量正交性來區(qū)分無線電信號地址的稱為時分多址，依據(jù)碼型函數(shù)正交性來區(qū)分無線電信號地址的稱為碼分多址。圖2-463種多址方式示意圖2.4.1頻分多址頻分多址（FDMA）是將給定的頻譜資源劃分為若干個等間隔的頻道（又稱信道）供不同的用戶使用，按照傳輸信號的載波頻率的不同劃分來建立多址接入的。在FDMA系統(tǒng)中，每一個移動用戶分配有一個地址，即在一個射頻頻帶內(nèi)，每個移動用戶分配有一個頻道，且這些頻道在頻域上互不重疊。為了便于移動用戶實現(xiàn)多信道共用（即動態(tài)分配信道）以提高信道利用率，在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，其信道的頻率劃分與頻道構(gòu)成是采用一個頻道只傳送一路語音信號的方式，即屬于頻分多址中單路單載波的工作方式。FDMA蜂窩通信系統(tǒng)具有以下特點：（1）是以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)的蜂窩結(jié)構(gòu)；（2）是以每一頻道為一個話路的模擬或數(shù)字傳輸；（3）以頻帶或頻道的劃分來構(gòu)成宏小區(qū)、微小區(qū)、微微小區(qū)；（4）由于FDMA蜂窩系統(tǒng)是以頻道來分離用戶地址的，所以它是頻道受限和干擾受限的系統(tǒng)；（5）FDMA系統(tǒng)需要周密的頻率計劃；（6）對發(fā)射信號功率控制的要求不嚴格；（7）基站的硬件設(shè)備取決于頻率計劃和頻道的本置；（8）基站是多部不同載波頻率發(fā)射機同時工作的。2.4.2時分多址TDMA類似于頻分制，利用時間分割原理既可進行時分多路傳輸（TDM），也可進行時分多址傳輸（TDMA）。它們之間的區(qū)別僅在于：TDM是利用時分原理在兩個通信站間利用一個高頻信道傳輸多個信息信號；而TDMA是利用射頻信道的時間分割，實現(xiàn)一個通信網(wǎng)內(nèi)的多個臺站之間的通信，而每個臺站本身往往又包含了多路傳輸?shù)膬?nèi)容。圖2-47TDMA示意圖前向傳輸和反向傳輸可以采用頻分的方法，也可以采用時分的方法。圖2-48頻分前向/反向信道圖2-49時分前向/反向信道利用時隙和移動用戶的一一對應(yīng)關(guān)系，只要知道用戶地址（幀號和時隙號），就可以實現(xiàn)選址通信。TDMA蜂窩通信系統(tǒng)有如下特點：（1）窄帶TDMA系統(tǒng)是以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)的蜂窩結(jié)構(gòu)；（2）小區(qū)內(nèi)以TDMA方式建立信道；（3）以每一時隙為一個話路的數(shù)字信號傳輸；（4）由于TDMA蜂窩系統(tǒng)是以時隙來分離用戶地址的，所以它是時隙受限和干擾受限的系統(tǒng)；（5）TDMA系統(tǒng)需要嚴格的系統(tǒng)定時同步；（6）對發(fā)射信號功率控制的要求不嚴格；（7）基站發(fā)送設(shè)備在單一載波上工作，時隙（信道）的動態(tài)配置只取決于系統(tǒng)軟件；（8）由于移動臺只在指配的時隙接收來自基站的信號，可在其他時隙中接收網(wǎng)絡(luò)信息或接收來自相鄰基站的信號，有利于網(wǎng)絡(luò)管理和越區(qū)切換。2.4.3碼分多址CDMA是以擴頻信號為基礎(chǔ)，利用不同波形或碼型的副載波作為分址信號，以便在同一通信網(wǎng)中使多個臺站同時進行信息傳輸?shù)囊环N技術(shù)。常用的擴頻信號有兩類：跳頻信號與直接序列擴頻信號（簡稱直擴信號）。

圖2-50CDMA示意圖圖2-51CDMA碼分信道2.4.4空分多址空分多址（SDMA）是通過控制用戶的空間輻射能量來提供多址接入能力的。扇形天線可被看成是SDMA的一個基本方式。將來有可能使用自適應(yīng)天線，它迅速地引導(dǎo)能量沿用戶方向發(fā)送，這種天線最適合于TDMA和CDMA系統(tǒng)。在無線通信系統(tǒng)中，SDMA可以提高系統(tǒng)容量。2.5跳頻擴頻技術(shù)目前，最基本的展寬頻譜的方法有兩種：（1）直接序列調(diào)制，簡稱直接擴頻（DS）；（2）頻率跳變調(diào)制，簡稱跳頻（FH）。

跳頻通信是指用一定碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控，其載波頻率受一組快速變化的偽隨機碼控制而隨機地進行跳變。這種載波的變化規(guī)律常被叫做跳頻圖案（序列）。圖2-52GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直接序列擴頻系統(tǒng)是不同的。擴展頻譜通信簡稱擴頻通信。碼分多址是以擴頻技術(shù)為基礎(chǔ)的。適用于碼分多址蜂窩通信系統(tǒng)的擴頻技術(shù)是直接序列擴頻（DS），簡稱直擴。2.5.1偽隨機序列在擴頻通信中，擴頻碼常采用偽隨機序列。偽隨機序列又稱為偽噪聲（PN）碼或偽隨機碼。1．m序列

m序列是由帶線性反饋的多級移位寄存器產(chǎn)生的周期最長的一種二進制序列。圖2-533級m序列發(fā)生器m序列是一種典型的偽隨機序列，具有偽隨機序列的3個特性。（1）對于任何周期的m序列，1個周期內(nèi)所含的1與0位數(shù)的比例是一定的，若采用的移位寄存器為n級，1的位數(shù)為2n?1，0的位數(shù)為(2n?1)?1，1和0位數(shù)僅相差1位，即可粗略地認為1與0的位數(shù)接近相等。（2）把序列中取值（0或1）相同的一段稱為一個游程，各游程中的位數(shù)稱為游程長度。（3）序列的自相關(guān)函數(shù)為二值函數(shù)。m序列的自相關(guān)函數(shù)由下式計算

R()=(A?D)/(A+D)式中，A為0的位數(shù)，D為1的位數(shù)。圖2-54隨機信號自相關(guān)性圖2-55自相關(guān)函數(shù)與互相關(guān)函數(shù)的比較圖2-56m序列的自相關(guān)函數(shù)2．Gold序列m序列，尤其是m序列優(yōu)選對，特性很好，但數(shù)目很少，不便于在CDMA系統(tǒng)中應(yīng)用。為了解決地址碼的數(shù)量問題，R.Gold提出了一種基于m序列優(yōu)選對的碼序列，稱為Gold序列。Gold序列是m序列的復(fù)合碼，它是由兩個碼長相等、碼片時鐘速率相同的m序列優(yōu)選對移位模2加構(gòu)成，當(dāng)改變其中一個m序列的相位時，可得到一個新的Gold序列。Gold序列的生成原理如圖2-57所示。圖2-57Gold序列生成原理示意圖Gold序列具有與m序列優(yōu)選對類似的相關(guān)性，而且構(gòu)造簡單、數(shù)量大，在碼分多址系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，人們關(guān)心的Gold序列的特性主要有以下3點。（1）Gold序列的數(shù)量（2）平衡的Gold序列（3）Gold序列的相關(guān)特性2.5.2直接序列擴頻直接序列擴頻（DS-SS）通信系統(tǒng)是以直接擴頻方式構(gòu)成的擴展頻譜通信系統(tǒng)，通常簡稱直擴（DS）統(tǒng)，又稱偽噪聲擴頻系統(tǒng)。圖2-58直擴通信系統(tǒng)框圖和擴頻信號傳輸圖設(shè)信息速率為Rb(bit/s)，偽隨機序列的速率為Rp(子碼/s)，定義擴頻因子為

L=Rp/Rb2.5.3跳變頻率擴頻跳頻（FH-SS）也是一種擴頻技術(shù)，跳頻系統(tǒng)的載波頻率在很寬頻率范圍內(nèi)按預(yù)定的圖案（序