第三章 移动通信中的信源编码和调制技术 [兼容模式]

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1、2012-03-31 1 第三章 移动通信中的信源编码和 调制技术 第三章 移动通信中的信源编码和 调制技术 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章 王亚峰王亚峰 wangyf 目录目录 3.13.1概述概述 3.23.2信源编码信源编码 3.3 3.3 最小移频键控最小移频键控MSK 3 43 4高斯最小移频键控高斯最小移频键控GMSK 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章 3 3. .4 4 高斯最小移频键控高斯最小移频键控GMSK 3.5 3.5 QPSK调制调制 3.6 3.6 高阶调制高阶调制 3.7 3.7 正交频分复用正交频分复用 3.1 概述3.1 概述

2、调制调制就是对消息源信息进行编码的过程就是对消息源信息进行编码的过程，其目的就是使携其目的就是使携 信源编码信源编码将信源中的冗余信息进行压缩，减少传递信息所 需的带宽资源，这对于频谱有限的移动通信系统而言是至 关重要的。 将信源中的冗余信息进行压缩，减少传递信息所 需的带宽资源，这对于频谱有限的移动通信系统而言是至 关重要的。 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章 调制调制就是对消息源信息进行编码的过程就是对消息源信息进行编码的过程，其目的就是使携其目的就是使携 带信息的信号与信道特性相匹配以及有效的利用信道。 多径衰落、多普勒频率扩展；日益增加的用户数目，无线 信道频谱的拥挤这

3、些因素对调制方式的选择都有重大的 带信息的信号与信道特性相匹配以及有效的利用信道。 多径衰落、多普勒频率扩展；日益增加的用户数目，无线 信道频谱的拥挤这些因素对调制方式的选择都有重大的影响影响。 影响调制方式的选择的主要因素影响调制方式的选择的主要因素 1. 频带利用率：1. 频带利用率：在数字调制中，常用带宽效率在数字调制中，常用带宽效率b b来表示它对频谱 资源的利用效率，它定义为 来表示它对频谱 资源的利用效率，它定义为b bR Rb b/ /B B,其中,其中R Rb b为比特速率，为比特速率，B B为无线 信号的带宽。 为无线 信号的带宽。 2. 功率效率:2. 功率效率:指保持信息

4、精确度的情况下所需的最小信号功率（或者 说最小信噪比） 指保持信息精确度的情况下所需的最小信号功率（或者 说最小信噪比） 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章 3. 已调信号恒包络 4. 易于解调 5. 带外辐射： 3. 已调信号恒包络 4. 易于解调 5. 带外辐射：一般要求达到一般要求达到-60到到-70dB 在移动通信系统中，采用何种调制方式，要综合考虑上述 各种因素。 在移动通信系统中，采用何种调制方式，要综合考虑上述 各种因素。 要求要求 信源编码的原理和应用； 在蜂窝移动通信中对调制解调技术的要求； 频移键控信号的相位连续性对信号功率谱的影 信源编码的原理和应用； 在蜂

5、窝移动通信中对调制解调技术的要求； 频移键控信号的相位连续性对信号功率谱的影 响响； 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章 响响； MSK和GMSK信号特点和功率谱特性； QPSK、OQPSK和-QPSK信号特点和功率谱特 性； 传输系统的非线性对各种QPSK信号的影响。 MSK和GMSK信号特点和功率谱特性； QPSK、OQPSK和-QPSK信号特点和功率谱特 性； 传输系统的非线性对各种QPSK信号的影响。 4 3.2 信源编码3.2 信源编码 3.2.1 信源编码的基本概念3.2.1 信源编码的基本概念 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章 3.2.2 移动通信中

6、的信源编码 3.2.3 移动通信中的信源编码举例 3.2.2 移动通信中的信源编码 3.2.3 移动通信中的信源编码举例 2012-03-31 2 3.2.1 信源编码的基本概念3.2.1 信源编码的基本概念 在数字系统中，在数字系统中，信源编码信源编码的基本目的就是通过压缩信源 产生的冗余信息来提高整个传输链路的有效性。 的基本目的就是通过压缩信源 产生的冗余信息来提高整个传输链路的有效性。 信息的冗余来自两个主要的方面：信息的冗余来自两个主要的方面： 首先是信源的相关性和记忆性首先是信源的相关性和记忆性。这类降低信源相关性和这类降低信源相关性和 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第

7、八章 首先是信源的相关性和记忆性首先是信源的相关性和记忆性。这类降低信源相关性和这类降低信源相关性和 记忆性编码的典型例子有预测编码、变换编码等。 其次是信宿对信源失真有一定的容忍程度。这类编码的 直接应用有很大一部分是在对模拟信源的量化上，或连 续信源的限失真编码。 记忆性编码的典型例子有预测编码、变换编码等。 其次是信宿对信源失真有一定的容忍程度。这类编码的 直接应用有很大一部分是在对模拟信源的量化上，或连 续信源的限失真编码。 可以把信源编码看成是在有效性和传递的信息完整性 （质量）之间的一种折中手段。 可以把信源编码看成是在有效性和传递的信息完整性 （质量）之间的一种折中手段。 3.2

8、.2 移动通信中的信源编码3.2.2 移动通信中的信源编码 移动通信中的信源编码与有线通信不同，它不进需 要对信息传输有效性进行保障，还应该与其他一些系统 指标密切相关，例如容量、覆盖和质量。以GSM为例说 明。 以GSM系统中普通的全速率和半速率话音编码来说， 移动通信中的信源编码与有线通信不同，它不进需 要对信息传输有效性进行保障，还应该与其他一些系统 指标密切相关，例如容量、覆盖和质量。以GSM为例说 明。 以GSM系统中普通的全速率和半速率话音编码来说， 其速率分别为其速率分别为9 9. .6 6kbpskbps和和4 4. .8 8kbpskbps，前者的话音质量好于前者的话音质量好

9、于 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章 其速率分别为其速率分别为9 9. .6 6kbpskbps和和4 4. .8 8kbpskbps，前者的话音质量好于前者的话音质量好于 后者，但占用的系统资源是后者的两倍左右。当系统的 覆盖不是限制因素时，使用半速率编码可以牺牲质量换 取倍增的容量，即提高系统的有效性。而当系统的容量 相对固定时，可以通过使用半速率编码牺牲质量换取覆 盖的增加，因为半速率编码对于接收信号质量的要求降 低了。 后者，但占用的系统资源是后者的两倍左右。当系统的 覆盖不是限制因素时，使用半速率编码可以牺牲质量换 取倍增的容量，即提高系统的有效性。而当系统的容量 相

10、对固定时，可以通过使用半速率编码牺牲质量换取覆 盖的增加，因为半速率编码对于接收信号质量的要求降 低了。 3.2.2 移动通信中的信源编码3.2.2 移动通信中的信源编码 除此之外移动通信中的信源编码的设计和实现还要考虑其 他一些因素。 除此之外移动通信中的信源编码的设计和实现还要考虑其 他一些因素。 由于移动终端是由电池供电，其运算处理能力悠闲，因此 信源编译码就要在保证质量的前提下尽可能地降低复杂度。 由于移动终端是由电池供电，其运算处理能力悠闲，因此 信源编译码就要在保证质量的前提下尽可能地降低复杂度。 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章 另外考虑到信宿处理能力的差异，编码

11、后的数据流应该包 含不同质量等级的信息，以适应不同终端的需求。 考虑到移动信道的差错特性和一些话音、多媒体业务的实 时性，这类业务通常要求移动通信中的信源编码能够容忍一 定的差错而无需复杂的重传。 另外考虑到信宿处理能力的差异，编码后的数据流应该包 含不同质量等级的信息，以适应不同终端的需求。 考虑到移动信道的差错特性和一些话音、多媒体业务的实 时性，这类业务通常要求移动通信中的信源编码能够容忍一 定的差错而无需复杂的重传。 3.2.3 移动通信中的信源编码举例3.2.3 移动通信中的信源编码举例 2G/3G中的话音信源编码中的话音信源编码 2G/3G中的话音信源编码的基本原理是相同的，都采用

12、了 矢量量化和参数编码的方式。 2G/3G中的话音信源编码的基本原理是相同的，都采用了 矢量量化和参数编码的方式。 1.IS-95中的变速率码激励线性预测编码（中的变速率码激励线性预测编码（CELP） IS-95中的CELP技术通过四个等级的变速率编码实现话音 激活，即使用者发声时进行全速率（9.6kbps）编码，而不 IS-95中的CELP技术通过四个等级的变速率编码实现话音 激活，即使用者发声时进行全速率（9.6kbps）编码，而不 发声时仅仅传递八分之一发声时仅仅传递八分之一（1 1. .2 2kbpskbps）的背景噪声的背景噪声，以降低以降低 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七

13、章第八章 发声时仅仅传递八分之一发声时仅仅传递八分之一（1 1. .2 2kbpskbps）的背景噪声的背景噪声，以降低以降低 功耗和对其他用户的干扰。功耗和对其他用户的干扰。 2. GPRS/WCDMA中的自适应多速率编码（中的自适应多速率编码（AMR） AMR的基本原理是根据环境或应用需求的变化动态调整编 码速率，例如在信道条件恶化时，降低编码速率，通过牺牲 话音品质以拿出更多的无线资源用于更可靠的信道编码以保 证基本的语音可懂，而在信道条件好的时候则采用较高的编 码速率保证话音品质 AMR的基本原理是根据环境或应用需求的变化动态调整编 码速率，例如在信道条件恶化时，降低编码速率，通过牺牲

14、 话音品质以拿出更多的无线资源用于更可靠的信道编码以保 证基本的语音可懂，而在信道条件好的时候则采用较高的编 码速率保证话音品质。 3.2.3 移动通信中的信源编码举例3.2.3 移动通信中的信源编码举例 3. CDMA2000演进系统中的可选择模式语声编码（演进系统中的可选择模式语声编码（SMV） SMV用于CDMA2000演进系统中，其基本原理与前述两种基 本相同，它也是可变速率的，从速率等级上看与IS-95中的 CELP一样，有9.6kbps、4.8kbps、2.4kbps、1.2kbps四种， 不同的是，SMV允许有四种模式供系统侧选择，即Mode 0 （高品质模式）、Mode 1（标

15、准模式）、Mode 2（经济模 SMV用于CDMA2000演进系统中，其基本原理与前述两种基 本相同，它也是可变速率的，从速率等级上看与IS-95中的 CELP一样，有9.6kbps、4.8kbps、2.4kbps、1.2kbps四种， 不同的是，SMV允许有四种模式供系统侧选择，即Mode 0 （高品质模式）、Mode 1（标准模式）、Mode 2（经济模 式式）、ModeMode 3 3（容量节省模式容量节省模式），不同的模式实现不同程度不同的模式实现不同程度 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章 式式）、ModeMode 3 3（容量节省模式容量节省模式），不同的模式实现不同

16、程度不同的模式实现不同程度 的话音质量和平均速率的折中，通过调整不同等级速率所占 的比例实现不同的模式，从而调整平均数据速率。 的话音质量和平均速率的折中，通过调整不同等级速率所占 的比例实现不同的模式，从而调整平均数据速率。 3G系统中的视频信源编码系统中的视频信源编码H.264 在3GPP的R6、R7以及3GPP2的高演进版本中，视频通信 业务采用了H.264/AVC（高级视频编码）视频压缩标准。 在3GPP的R6、R7以及3GPP2的高演进版本中，视频通信 业务采用了H.264/AVC（高级视频编码）视频压缩标准。 3.2.3 移动通信中的信源编码举例3.2.3 移动通信中的信源编码举例 3G系统中的视频信源编码系统中的视频信源编码H.264 H.264从某种程度上看是MPEG的扩展。在H.264中，一幅 图像可编码成一个或者若干个片（slice，此处与帧的含义 相同），每个slice包含整数个MB（Macro Block），相当 于一个完整图像中的不同区域，编码片（slice）共有5中 不同的类型，包括