卷積碼在通信系統中的應用論文

　　分組碼是將序列切割成分組后孤立的進(jìn)行編譯碼，分組與分組之間沒(méi)有任何聯(lián)系。從信息論角度看，這樣做喪失了一部分相關(guān)信息，且信息序列切割的越碎，喪失的信息就越多。于是在諸多線(xiàn)性分組碼的缺點(diǎn)下，Elias于1995年提出了卷積碼。本文主要介紹了卷積碼的基本概念、卷積碼與分組碼的區別，并重點(diǎn)介紹了卷積碼在通信系統的應用。

　　一、卷積碼的基本概念

　　卷積碼是一種前向糾錯碼(Forward Correct Code)，通卷積碼是一種性能優(yōu)越的信道編碼。它結構簡(jiǎn)單、具有較強的糾錯能力和比較簡(jiǎn)單的譯碼算法，在通訊、信息傳輸、存儲等方面獲得了十分廣泛的應用。若以(n，k，m)來(lái)描述卷積碼，其中k為每次輸入到卷積編碼器的bit數，n為每個(gè)k元組碼字對應的卷積碼輸出n元組碼字，m為編碼存儲度，也就是卷積編碼器的k元組的級數。卷積碼編碼后的n個(gè)碼元不僅與當前組的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(cháng)度是衡量卷積碼的兩個(gè)重要參數。卷積碼的糾錯性能隨m的增加而增大，而差錯率隨N的增加而指數下降。在編碼器復雜性相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。

　　二、卷積碼與分組碼的區別

　　卷積碼和分組碼的根本區別在于，它不是把信息序列分組后再進(jìn)行單獨編碼，而是由連續輸入的信息序列得到連續輸出的已編碼序列。即進(jìn)行分組編碼時(shí)，其本組中的n-k個(gè)校驗元僅與本組的k個(gè)信息元有關(guān)，而與其它各組信息無(wú)關(guān);但在卷積碼中，其編碼器將k個(gè)信息碼元編為n個(gè)碼元時(shí)， 這n個(gè)碼元不僅與當前段的k個(gè)信息有關(guān)，而且與前面的(m-1)段信息有關(guān)(m為編碼的約束長(cháng)度)。在同樣的碼率和設備的復雜性條件下，無(wú)論理論上還是實(shí)踐上都證明：卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。

　　三、卷積碼的編碼原理

　　以二元碼為例，編碼器如圖。

　　輸入信息序列為u=(u0，u1，…)，其多項式表示為u(x)=u0+u1x+…+ulxl+…。編碼器的連接可用多項式表示為g(1，1)(x)=1+x+x2和g(1，2)(x)=1+x2，稱(chēng)為碼的子生成多項式。它們的系數矢量g(1，1)=(111)和g(1，2)=(101)稱(chēng)作碼的子生成元。以子生成多項式為陣元構成的多項式矩陣G(x)=[g(1，1)(x)，g(1，2)(x)]，稱(chēng)為碼的生成多項式矩陣。由生成元構成的半無(wú)限矩陣：(sp)

　　稱(chēng)為碼的生成矩陣。其中(11，10，11)是由g(1，1)和g(1，2)交叉連接構成。編碼器輸出序列為c=u·G，稱(chēng)為碼序列，其多項式表示為c(x)，它可看作是兩個(gè)子碼序列c(1)(x)和c(2)(x)經(jīng)過(guò)合路開(kāi)關(guān)S合成的，其中c(1)(x)=u(x)g(1，1)(x)和c(2)(x)=u(x)g(1，2)(x)，它們分別是信息序列和相應子生成元的卷積，卷積碼由此得名。

　　在一般情況下，輸入信息序列經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)分開(kāi)關(guān)被分成k0個(gè)子序列，分別以u(x)表示，其中i=1，2，…k0，即u(x)=[u(x)，…，u(x)]。編碼器的結構由k0×n0階生成多項式矩陣給定。輸出碼序列由n0個(gè)子序列組成，即c(x)=[c(x)，c(x)，…，c(x)]，且c(x)=u(x)·G(x)。若m是所有子生成多項式g(x)中最高次式的次數，稱(chēng)這種碼為(n0，k0，m)卷積碼。

　　三、卷積碼在通信系統中的廣泛應用

　　卷積碼是一種性能優(yōu)越的信道編碼，它的編碼器和譯碼器都比較容易實(shí)現，同時(shí)也具有較強的糾錯能力，隨著(zhù)糾錯編碼理論研究的不斷深入，卷積碼的實(shí)際應用越來(lái)越廣泛。

　　(一)卷積碼在GSM系統中的應用

　　GSM系統話(huà)音卷積編碼器在全速率業(yè)務(wù)信道和控制信道就采用了(2，1，4)卷積編碼。其連接矢量為G1=(10011)→(23)，G2=(11011)→(33)。

　　在GSM系統中，話(huà)音編碼采用規則脈沖激勵-長(cháng)期預測編碼(RPE-LTP)。它以20ms為一幀，共260bit，分為3類(lèi)，其中Ⅰa50bit類(lèi)對誤碼最為敏感，信道編碼首先對它進(jìn)行CRC編碼，得到53bit的碼字。這53比特和Ⅰb的78比特一起共185比特，它們再經(jīng)過(guò)按規定的次序重新排列后，在其后面加上4個(gè)尾比特0000，形成卷積碼編碼器的輸入序列，所以卷積編碼器輸出有2×(185+4)=378bit。

　　卷積編碼是按幀進(jìn)行的，尾比特的作用就是在每幀編碼后使編碼器回到零狀態(tài)，準備下一幀的編碼。卷積編碼器的輸出和Ⅱ類(lèi)的比特串接在一起，形成每幀378+78=456bit話(huà)音編碼塊器，速率為456bit/20ms=22.8kbit/s。

　　(二)卷積碼在CDMA/IS-95系統中的應用

　　在前向和方向信道，CDMA/IS-95系統都使用了約束長(cháng)度K=9的編碼器。其中前向信道編碼率r=1/2，連接矢量為：G1=(111101011)→(753) ;G2=(101110001) →(561)，自由距離為df=12。反向為信道編碼率為r=1/3，編碼器的連接矢量為：G1=(101101111)→(557);G2=(110110011)→(663);G3=(111001001)→(711)。自由距離df=18。由于反向信道編碼的自由距離大于正向信道的自由距離，因此反向信道有更強的抗噪聲干擾能力。事實(shí)上，由于前向信道是一點(diǎn)對多點(diǎn)的傳輸，基站可以向移動(dòng)臺發(fā)射導頻信號，移動(dòng)臺利用導頻信號進(jìn)行相干解調，而反向信道是多點(diǎn)對一點(diǎn)的傳輸，采用導頻是不現實(shí)的，基站只能采用非相干解調。因此，很難保證基站接收各移動(dòng)臺發(fā)來(lái)的信號都是正交的。所以在反向信道采取許多措施提高抗干擾能力，加大編碼碼距就是其中之一。對反向全速率業(yè)務(wù)信道，系統首先對數據幀(172bit/20ms)進(jìn)行CRC編碼，得到184bit/20ms編碼塊，接著(zhù)在其后加上K-1=8位尾比特，再進(jìn)行卷積編碼。信道編碼的結果輸出速率為3×(184+8)/20ms=28.8kbit/s的編碼符號。

【卷積碼在通信系統中的應用論文】相關(guān)文章：

機電工程中通信系統的應用論文10-17

淺議數據通信在通信系統中的應用09-14

智能交通系統中無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的應用論文06-12

串口通信在雙機冗余系統中應用07-12

衛星通信應用系統對水文工作的應用論文07-12

分析同步技術(shù)在通信系統中的應用價(jià)值05-15

衛星通信在應急保障系統中的應用10-22

淺談高新技術(shù)在通信系統中的應用07-17

應急通信系統中無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)研究論文07-10

傳輸技術(shù)在通信工程中應用論文08-15