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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,學(xué)習(xí)情景,8,差錯(cuò)控制編碼,學(xué)習(xí)情景,8,模塊一：差錯(cuò)控制編碼的基本概念,一、差錯(cuò)控制概述,差錯(cuò)控制編碼的基本方法：,在發(fā)送端被傳輸?shù)男畔⑿蛄猩细郊右恍┍O(jiān)督碼元，這些多余碼元與信息碼元之間以某種確定的規(guī)則相互關(guān)聯(lián)（約束），接收端按照既定的規(guī)則檢驗(yàn)信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系。,l,前向多錯(cuò)（,FEC,）,FEC,方式是在信息碼序列中，以特定結(jié)構(gòu)加入足夠的冗余位，稱為監(jiān)督元（或校驗(yàn)元）,接收端解碼器可以按照雙方約定的這種特

2、定的監(jiān)督規(guī)則，自動(dòng)識(shí)別出少量差錯(cuò)，并能予以糾正。,FEC,最適于高速數(shù)據(jù)傳輸而且需實(shí)時(shí)傳輸?shù)那闆r。,2,反饋重發(fā)（,ARQ,）,解碼器對(duì)接收碼組逐一按編碼規(guī)則檢測(cè)其錯(cuò)誤。如果無誤，向發(fā)送端反饋“確認(rèn)”,ACK,信息；如果有錯(cuò)，則反饋回,ANK,信息，以表示請(qǐng)求發(fā)送端重復(fù)發(fā)送剛剛發(fā)送過的這一信息。,ARQ,優(yōu)點(diǎn)在于編碼冗余位較少，可以有較強(qiáng)的檢錯(cuò)能力，同時(shí)編解碼簡單。由于檢錯(cuò)與信道特征關(guān)系不大，在非實(shí)時(shí)通信中具有普遍應(yīng)用價(jià)值。,3,混合糾錯(cuò)方式（,HEC,）,此種方式是上述兩種方式的有機(jī)結(jié)合，即在糾錯(cuò)能力內(nèi)，實(shí)行自動(dòng)糾錯(cuò)，而當(dāng)超出糾錯(cuò)能力的錯(cuò)誤位數(shù)時(shí)，可以通過檢測(cè)而發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼，不論錯(cuò)碼多少，利用,

3、ARQ,方式進(jìn)行糾錯(cuò)。,HEC,也適于實(shí)時(shí)傳輸。,4,信息反饋 （,IRQ,）,這是一種全回執(zhí)式最簡單差錯(cuò)控制方式，接收端將收到的信碼原樣轉(zhuǎn)發(fā)回發(fā)送端，并與原發(fā)送信碼相比較，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則發(fā)送端再進(jìn)行重發(fā)。只適于低速非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，是一種較原始的做法。,二、糾錯(cuò)編碼分類,按信息碼元和監(jiān)督碼元之間的約束方式,分,按,信息碼元和附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗(yàn)關(guān)系,分,線性碼,非線性碼,分組碼,卷積碼,三、,差錯(cuò)編碼的基本原理,分組碼,：,將信息碼分組，為每組信碼附加若干監(jiān)督碼的編碼,。,在分組碼中，監(jiān)督碼元僅監(jiān)督本碼組中的信息碼元。,分組碼用（,n,，,k,）表示，,n,為碼組長度，,k,為信息位數(shù)，,

4、n-k=r,為監(jiān)督位數(shù)。,碼組的重量,：,1,的數(shù)目稱為,。,碼組距離（漢明距離）,：,個(gè)碼組對(duì)應(yīng)位上數(shù)字不同的位數(shù)。,最小碼距,d,0,：,各碼組間距離的最小值。,d,0,的大小直接關(guān)系著編碼的檢、糾錯(cuò)能力。,（,1,）,為檢測(cè),e,個(gè)錯(cuò)碼，要求,d,0,。,（,2,）,為糾正,t,個(gè)錯(cuò)碼，要求,d,0,。,（,3,）,為糾正,t,個(gè)錯(cuò)碼，同時(shí)檢測(cè),e,個(gè)錯(cuò)碼，要求,d,0,。,重慶電專林明宇,四,、,常用的簡單編碼,1,、,奇偶監(jiān)督碼,當(dāng)信碼組的碼重等于奇數(shù)時(shí)加入,1,位監(jiān)督元,C,0,=1,或者當(dāng)信碼組的碼重等于偶數(shù)時(shí)加入,1,位監(jiān)督元,C,0,0,，則構(gòu)成偶校檢碼；反之稱為奇校檢碼。,

5、2,二維奇偶監(jiān)督碼,圖,8-1-1,二維奇偶監(jiān)督碼的構(gòu)成,優(yōu)點(diǎn)：,可以將突發(fā)錯(cuò)誤的幾個(gè)連續(xù)錯(cuò)位分散到相鄰碼字中各含,1,位錯(cuò)，于是就可糾正。對(duì)于不設(shè)反饋信道的單向系統(tǒng)傳輸是有利的。,3.,恒重碼（或等比碼）,這是從,2,n,個(gè)碼組中，只選出一些特定結(jié)構(gòu)的碼組作為許用碼字，如“五中取三”碼，就是從,2,5,=32,個(gè)碼組中，只選用碼重為,3,的,10,個(gè)碼組作為傳輸碼字，可代表,10,個(gè)信息符號(hào)（如,10,字阿拉伯?dāng)?shù)字），而其余,22,個(gè)是禁用碼組。,4.,重復(fù)碼,重復(fù)碼,：,在每位信息碼元之后，用簡單重復(fù)多次的方法編碼。,例：,重復(fù)兩次時(shí)，用,111,傳輸,1,碼，用,000,傳輸,0,碼。接

6、收端譯碼時(shí)采用多數(shù)表決法，當(dāng)出現(xiàn),2,個(gè)或,3,個(gè),1,時(shí)判為,1,，當(dāng)出現(xiàn),2,個(gè)或,3,個(gè),0,時(shí)判為,0,。這樣的碼可以糾正,1,個(gè)差錯(cuò)或者檢出,2,個(gè)差錯(cuò)。,學(xué)習(xí)情景,8,線性分組碼,一、奇偶監(jiān)督碼,重慶電專林明宇,兩個(gè)特點(diǎn)：,任意兩許用碼組之和（模,2,和）仍為一許用碼組，稱之為封閉性；碼的最小距離等于非零碼的最小重量。,二、光纖信道,重慶電專林明宇,光纖信道,是以光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）為傳輸媒質(zhì)、以光波為載波的信道。,優(yōu)點(diǎn)：,損耗低、頻帶寬、線徑細(xì)、重量輕、可彎曲半徑小、不怕腐蝕以及不受電磁干擾等。,作用：,實(shí)現(xiàn)大容量的傳輸。,三、無線電視距中繼,無線電視距中繼,是指工作頻率在超短波

7、和微波波段時(shí)，電磁波基本上是沿視線傳播，通信距離依靠中繼方式延伸的無線電電路。相鄰中繼站之間的距離一般在,40,50km,。它由終端站、中繼站及各站間的電波傳播路徑構(gòu)成。,優(yōu)點(diǎn)：,具有傳輸容量大、發(fā)射功率小、通信穩(wěn)定可靠等。,用途：,長途干線、移動(dòng)通信網(wǎng)以及某些數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。,重慶電專林明宇,圖,2-2-2,無線電中繼信道,圖,2-2-3,衛(wèi)星中繼信道,四、衛(wèi)星中繼信道,衛(wèi)星中繼信道,是無線電中繼信道的一種特殊形式，是航天技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。衛(wèi)星中繼信道主通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下行線路構(gòu)成。其中，上行線路與下線線路是地球站至衛(wèi)星及衛(wèi)星至地球站的電波傳播路徑，而信道設(shè)備集中于地球站

8、與衛(wèi)星中繼站中。,優(yōu)點(diǎn)：,傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋地域廣、傳播穩(wěn)定可靠、傳輸容量大等。,用途：,傳輸多路電話、電報(bào)、數(shù)據(jù)和電視。,五、恒參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?恒參信道,對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯窍鄬?duì)確定的或者變化是極其緩慢的，可以認(rèn)為恒參信道是一個(gè)線性非時(shí)變網(wǎng)絡(luò)。傳輸特性通常用幅度一頻率特性及相位一頻率特性來表征。,1,幅度,頻率畸變,幅度,頻率畸變,是由有線電話信道的幅度,頻率特性的不理想所引起的。在通常的電話信道中可能存在各種濾波器，還可能有混合線圈、串聯(lián)電容和分路電感等。因此，電話信道的幅度,頻率特性總是不理想的，通常在,300,1100Hz,范圍內(nèi)衰耗比較平坦。,不均勻衰耗使得傳輸信號(hào)的幅度

9、隨頻率發(fā)生畸變，引起信號(hào)波形的失真。如果傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，還會(huì)引起相鄰碼元波形在時(shí)間上的相互重疊，造成碼間串?dāng)_。在設(shè)計(jì)電話信道時(shí)，一般要求將幅度,頻率畸變控制在一個(gè)允許的范圍，通過改善信道的濾波性能或者增加一個(gè)線性補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)達(dá)到均衡目的。,2,相位,頻率畸變,相位,頻率畸變是指信道的相位一頻率特性偏離線性關(guān)系而引起的畸變。電話信道的相位一頻率畸變主要來源于信道中的各種濾波器和加感線圈。相位,頻率畸變對(duì)模擬話音的通信影響不大，主要表現(xiàn)在對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)挠绊懮希?dāng)傳輸速率高時(shí)，會(huì)引起嚴(yán)重的碼間串?dāng)_。,圖,2-2-4,音頻電話信道的相對(duì)衰耗,六、均衡的概念,這個(gè)對(duì)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)進(jìn)行校正，使其達(dá)到或接近

10、無碼間串?dāng)_要求的特性的過程稱為,均衡,，實(shí)現(xiàn)均衡的濾波器稱為,均衡器。,頻域均衡,是從頻率響應(yīng)考慮，使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)滿足無失真?zhèn)鬏敆l件。用于信道特性不變且傳輸?shù)退俾蕯?shù)據(jù)時(shí)。,時(shí)域均衡,，是直接從時(shí)間響應(yīng)考慮，使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無碼間串?dāng)_條件。用于高速數(shù)據(jù)傳輸中,學(xué)習(xí)情景,2,隨參信道及其特性,一、短波電離層反射信道,短波：指波長為,100,10m,（相應(yīng)的頻率為,3,30MHz,）的無線電波。,短波的傳播,地波傳播：,沿地表面?zhèn)鞑ァ?天波傳播：,由電離層反射傳播。,電離層,：,離地面高,60,600km,的大氣層。,成分：,由分子、原子、離于及自由電

11、子組成的。,短波電離層反射信道是遠(yuǎn)距離傳輸?shù)闹匾诺乐弧?圖,2-3-1,短波電離層反射的傳播路徑,優(yōu)點(diǎn)：,（,1,）要求的功率較小，終端設(shè)備的成本較低；,（,2,）傳播距離遠(yuǎn)；,（,3,）受地形限制較司；,（,4,）有適當(dāng)?shù)膫鬏旑l帶寬度；,（,5,）不易受到人為的破壞。,缺點(diǎn)：,（,1,）傳輸可靠性差，電離層中的異常變化會(huì)引起較長時(shí)間,的通信中斷；,（,2,）干擾電平高；,（,3,）需要經(jīng)常更換工作頻率，因而使用較復(fù)雜；,（,4,）存在快衰落與多徑時(shí)延失真。,二、,對(duì)流層散射信道,重慶電專林明宇,對(duì)流層,：,高地面,10,12km,以下的大氣層。,散射,：,由于大氣對(duì)流層湍流運(yùn)動(dòng)等原因產(chǎn)生

12、了不均勻性,引起。,對(duì)流層散射信道,是一種超視距的傳播信道，可工作在超短波和微波波段。其一跳的傳播距離約為,100,500km,。,應(yīng)用,：,1,、,干線通信，通常每隔,300km,左右建立一個(gè)中繼站；,2,、,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，如海島與陸地、山區(qū)與城市之間的通信。,圖,2-3-2,對(duì)流層散射傳播路徑,特點(diǎn),：,1,衰落,2,傳播損耗,3,信道的允許頻帶,4,天線與媒質(zhì)間的耦合損耗,1.,衰落,慢衰落（長期變化），主要取決于氣象條件。,快衰落（短期變化），主要由多徑傳播引起。,2.,傳播損耗,自由空間的能量擴(kuò)散損耗,散射損耗。,3.,信道的允許頻帶,散射信道屬于典型的多徑信道。多徑傳播不僅會(huì)引起信號(hào)

13、電平的快衰落，而且還會(huì)導(dǎo)致波形失真，某時(shí)刻的窄脈沖經(jīng)過不同長度的路徑到達(dá)接收點(diǎn)后，因?yàn)榈竭_(dá)接收點(diǎn)的時(shí)刻不同，結(jié)果脈沖被展寬。這種現(xiàn)象稱為信號(hào)的時(shí)間擴(kuò)散，簡稱為多徑時(shí)散。,圖,2-3-3,多徑傳播后脈沖被展寬,4.,天線與媒質(zhì)間的耦合損耗,隨著天線增益的提高，散射體積減小，因而接收電平不能按比例增加。天線在自由空間的理論增益與在對(duì)流層散射線路上測(cè)得的實(shí)際增益之差稱為天線與媒質(zhì)間的耦合損耗。,四、分集接收技術(shù),分集接收是技術(shù)為了抗快衰落，其基本思想是快衰落信道中接收的信號(hào)是到達(dá)接收機(jī)的各徑分量的合成，如果在接收端同時(shí)獲得幾個(gè)不同路徑的信號(hào)，將這些信號(hào)適當(dāng)合并構(gòu)成總的接收信號(hào)，則大大減小衰落的影響。

14、只要被分集的幾個(gè)信號(hào)之間是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，那么經(jīng)適當(dāng)?shù)暮喜⒑缶湍苁瓜到y(tǒng)性能大為改善。,分類：,（,1,）空間分集。,在接收端架設(shè)幾副天線，各天線的位置有足夠的間距，保證各自獲得的信號(hào)基本上互相獨(dú)立。,（,2,）角度分集。,電磁波通過幾個(gè)不同路徑，并以不同角度到達(dá)接收端，接收端利用多個(gè)方向性尖銳的接收天線分離不同方向信號(hào)。,（,3,）頻率分集。,用多個(gè)不同載頻傳送同一個(gè)消息，如果各載頻的頻差相隔較遠(yuǎn)，那么各載頻信號(hào)也基本上互不相關(guān)。,（,4,）極化分集。,分別接收水平極化波和垂直極化波。當(dāng)然，這兩種波相關(guān)性一般極小。,各分散的信號(hào)進(jìn)行合并的方法：,（,1,）最佳選擇方式。,從幾個(gè)分散信號(hào)中選擇其中信

15、噪比最好的一個(gè)作為接收信號(hào)。,（,2,）等增益相加方式。,將幾個(gè)分散信號(hào)以相同的支路增益進(jìn)行直接相加作為接收信號(hào)。,（,3,）最大比值相加方式。,控制各支路增益，使得它們分別和本支路的信噪比成正比，然后再相加作為接收信號(hào)。,各種合并方式改善總接收信噪比的能力不同，一般最大比值相加方式性能最好，其次為等增益相加方式，最佳選擇方式最差。,學(xué)習(xí)情景,2,信道的加性噪聲,一、加性噪聲的來源,人為噪聲,是指由于人類活動(dòng)造成的其他信號(hào)源帶來的干擾，如外臺(tái)信號(hào)、開關(guān)接觸噪聲等。,自然噪聲,是指由于自然界存在的各種電磁波源帶來的干擾，如閃電等各種宇宙噪聲。,內(nèi)部噪聲,是指由于系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲，如電阻內(nèi)自由電子的熱運(yùn)動(dòng)（稱為熱噪聲）、真空管中電子的起伏發(fā)射和半導(dǎo)體中載流于的起伏變化（稱為散彈噪聲）、電源噪聲等。,二、加性噪聲的分類,單頻噪聲,是一種連續(xù)波的干擾伯外臺(tái)信號(hào)人它通常是一個(gè)已調(diào)正弦波，但其幅度、頻率、相位往往是事先無法預(yù)知的。這種噪聲占有極窄的頻帶，它不是在所有通信系統(tǒng)中都存在，而且也比較容易防止。,脈沖噪聲,是在時(shí)間上無規(guī)則地突發(fā)的短促噪聲，如工業(yè)上點(diǎn)火輻射、閃電等。,起伏噪聲,熱噪聲,散彈噪聲,宇宙噪聲,