信道编码作业Word下载.docx

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随着广播业务的发展，对于一个采用多播方式的通信系统，衡量系统性能的无线自适应多播系统跨层设计的研究主要参数有：

1.吞吐量和频谱利用率:

吞吐量可以认为是在单位时间内，单位频谱上正确传输的信息比特数，公式描述为

Rc=正确译码的信息位比特/发送的所有比特。

吞吐量Rc是无量纲参数，主要在未调制的通信系统中考虑，反映的是数据在传输中的有效性，同时也是系统传送数据时，信道编码的等效码率。

当等效码率越高时，比特流中的信息长度占码字总长度的比重就越大，信息传送的速率就越高。

当存在高阶调制时，通常使用频谱利用率来分析系统性能。

频谱利用率定义为单位时间，单位带宽内可以传输的数据速率，单位为bit/s/Hz。

如果通过数据传输时的等效码率，也即吞吐量为Rc，当使用调制级数为

的M-QAM映射方式时，频谱利用率公式即为:

当采用BPSK调制时，Mn=2采用4-QAM调制时，Mn=4，当采用64-QAM调制时，Mn=64。

的量纲是比特/符号。

在自适应调制系统中，调制阶数越高，在相同的频带宽度上可以提供更高的传输速率。

一般来说，频谱利用率与吞吐量的本质上是一致的，都反映了数据业务传输的有效性。

2．误比特率与误包率:

误比特率定义为错误接收的比特在传送总比特中所占的比例，也可以认为是单个比特发生错误的概率。

在同等信噪比条件下，使用高阶调制的平均误比特率比低阶调制更高。

误包率是接收端错误接收到的信息包的个输在所有传送的信息包的中的比例。

接收端对接收的信息包进行CRC校验，当CRC校验出错时，发送自动重传请求。

由于系统的重传次数有限，当达到最大重传次数时接收包的CRC校验仍然错误时，则认为该信息包错误，统计入误包数目。

其中，重传的信息数据包的个数并不统计入所有传送信息包的总个数当中。

在自动重传请求系统中，通常还会涉及到首次误包率与残余误包率。

首次误包率是指具有重传功能的系统中，在第一次传输时错误包比例，也可以称为物理层的瞬时误包率。

残余误包率是从链路层角度观察到的，指经过重传系统有限次重传后，数据包仍然错误的比例。

误比特率与误包率都是反映了数据业务传输的可靠性。

3.平均传输次数:

平均传输次数指系统中一个信息包被正确接收时平均所要传输的次数，可以表示为：

平均传输次数二实际传输包数目之和/原始的信息数据包个数。

实际传输包数目之和包括原始信息数据包数目与重传信息数据包数目之和。

通常平均传输次数用来反映系统的延时性能。

自动重传请求

自动重传请求是一种用来在数据链路层保证端。

到端之间正确传输的通信网络协议，其组成原理如图所示。

ARQ系统需要双向信道，一般通过循环冗余校验（CyclieRedundaneyCheek，CRC）来判断正误。

在发送端，信源产生信息码元在编码器中加入CRC校验码，暂存于缓冲存储器后发送。

接收端接收到码字后，首先进行CRC校验，若校验失败，则由ARQ生成器产生一重发指令NAcK，经过反向信道送回至原发送端，这时，发送端的ARQ控制器将缓冲存储器中的数据重新发一次，接收端清除输出缓冲存储器，丢弃该数据帧。

若接收端CRC校验未发现错误，则经反向信道发出确认的指令ACK，并将数据上传至高层，发送端收到此指令后，删除发送端缓冲中的内容并继续发送下一码组。

ARQ系统组成框

ARQ方式主要优点是:

需要CRC校验码元非常少，一般仅占总码元的5%一10%，但是却能获得良好的输出误码率;

CRC校验过程相比于FEC译码简单，能够减少设备的复杂度;

CRC校验码与信道的差错统计特性无关，因此也可以用于自适应技术领域。

ARQ方式主要缺点是:

信道利用率不高，当信道干扰较大时，系统处于循环重发的状态，造成延时过大;

ARQ方式需要反向信道用以发送反馈包，因此对于广播等单向传输的系统并不适用。

吞吐量（BPS）准则:

吞吐量准则的传输目的是在保证系统能够达到最大的频谱利用率，但是不能保证系统的误比特率性能。

吞吐量准则侧重于传输的有效性。

吞吐量准则的阂值的确定是使用不同调制曲线的相交点。

不同调制方式的吞吐量曲线

作业四

协作自动重传协议

由于无线信道的易错性，差错控制技术一直是无线信道中收到广泛关注的技术。

常用的差错控制方法有两种一种是通过自动重传（AutomaticRepeat-reQuest，ARQ），另外一种是通过前向纠错码（ForwardErrorCorrection,FEC）。

在传统的通信系统中，发送端和接收端之间只有一条单向数据通路，因此，即使数据不能被接收端正确接收，接收端也只能选择丢弃或者将错误数据汇报给上层，所以这种通信方式无法保证通信的可靠性。

自动重传请求是一种双向通信方式，它在发送端和接收端之间引入了反向链路，用来将数据帧是否在接收端正确接收的信息反馈回发送端，从而使得发送端可以根据反馈信息，按照指

定的重传策略选择下一帧要发送的数据帧。

ARQ协议

采用自动重传请求实现差错控制的通信系统框图如图1-1示，对于采用ARQ的通信系统而言，需要在发送端对信息数据进行检错编码，如循环冗余校验码（CRC），而在接收端通过检错码译码检测此次数据传输是否成功，并通过反馈控制器将检测结果反馈回发送端，发送端根据接收端反馈的信息，以指定策略实现重传控制。

图1-1ARQ通信系统框图

由于采用了重传机制，ARQ方案的实现要求发送端和接收端提供对于数据分组的缓冲力，发送端的重传缓冲器用于存储已经发送但未被确认的分组，而接收端的接收缓冲器用存储已成功被接收但仍在等待按序输出的分组。

根据反馈和重传策略的不同，ARQ主要为三种标准形式：

停等协议ARQ、连续ARQ和选择重传ARQ，相应的，这三种标准协所对应的发送端和接收端的可用存储空间大小S1和S2也有所不同。

前向纠错（FEC）

前向纠错码是具有纠错功能的信道编码。

在前向纠错码方案中，发送端采用信道编码算法，根据原始信息比特生成冗余的校验比特，与信息比特一同发送，接收端执行对应的译码算法，从接收码字中恢复出原始信息比特。

利用前向纠错方式进行差错控制的数字通信系统框图如图1-2示。

图1-2FEC通信系统框图

采用前向纠错码，接收端收到编码码字后，通过纠错码译码器能够纠正在该纠错码纠错范围内的错误，从而在信道误码率不变的条件下可以获得较低的误比特率。

香农信道容量理论[3]指出：

对于一个通信信道而言，存在着信道容量的理论上限，即香农限，在这个上限之内，信息的无错传输理论上是可以实现的。

信道编码研究的目的就是寻找最逼近于香农限的纠错码，从而最大限度的提高整个通信系统的传输效率。

作业五

LTE信道编码的研究

摘要

LTE是3GPP组织为WCDMA、TD-SCDMA、HSPA等各种3G移动通信标准制定的长期演进，旨在增加系统的频谱利用率、提高数据的传输率和降低系统的传输延迟。

在无线通信系统中，由于信道会引入噪声干扰，所以要实现可靠通信就需要考虑到信道编码的问题。

LTE系统对信息速率和可靠性提出了更高的要求，这很大程度上依赖于信道编码的性能。

所以研究LTE系统中的信道编码对整个LTE系统的实现具有重要意义。

针对LTE系统中的信道编码技术，本文进行了系统的理论分析和研究，对Turbo码进行了深入的分析，并进行了各方面的比对，最后完成LTE信道编码的DSP实现。

文章首先简要介绍了第三代移动通信和LTE系统的主要特点，并分析了信道编码的研究意义，随后介绍了信道编码的基础知识及信道编码现状，重点介绍了Turbo码的研究现状。

其次分别介绍了Turbo码编译码原理，然后重点介绍了Turbo码译码算法并说明了各算法的优劣。

深入分析了Turbo码的吞吐率、复杂度，并完成对比，而后在不同码率和码长下进行了Turbo码性能的仿真对比，并给出了LTE系统中采用的信道编码方案，并完成该

方案Turbo码的性能测试和LTE信道编码方案的链路仿真测试。

最后给出了LTE信道编码方案的硬件实现流程并在多核DSPMSC8156上完

成验证测试，并分析了测试结果及系统资源占用率，结果表明了该方案的工程可

实现性。

关键词：

LTE，信道编码，Turbo码，多核DSP

Turbo码巧妙地将卷积码和随机交织器结合在一起，实现了随机编码的思想，同时采用软输出迭代译码来逼近最大似然译码。

本章将以介绍Turbo码的编码原理和译码原理为主，其次介绍在Turbo码中较为常用的交织器，最后重点介绍了Turbo译码常用的算法。

Turbo码原理

1.1.1Turbo码编码原理

最开始提出的Turbo码是并行级联卷积码结构（PCCC）的，如图1-1。

图1-1PCCC编码器结构

Turbo码编码器主要由分量编码器、交织器、删余及复用功能模块组成。

分量码一般选用递归系统卷积（RSC）码，当然也可以是分组码（BC）、非递归卷积（NRC）码以及非系统卷积（NSC）码，但分量码的最佳选择是RSC码。

通常情况下两个分量码是相同的，当然也可以选用不同的分量码以达到特定的目的。

在Turbo码的编码过程中，信息序列u经过交织器后，形成一个新的序列u1。

然后将这两个序列u与u1分别被传送到两个分量编码器（RSC1,RSC2）中进行编码，令生成的编码序列分别为X1和X2。

将序列X1和X2经过删余器，删除一些校验位，形成校验序列X，这样做的目的是为了提高码率。

最后将校验序列X与未编码的系统信息X经过复用生成Turbo码的编码序X。

多维Turbo码的实现需要增加分量码的个数，将多维Turbo码与删余相结合可以

得到任意码率的Turbo码。

多维Turbo码的一般性结构如图2-2。

图1-2多维Turbo码编码器结构

在AWGN信道上对并行级联卷积码（PCCC）的性能仿真会发现，当误比特随着信噪比的增加下降到一定数值后会出现下降趋缓的状况，这种状况被称作错误平层。

为此，等人提出了串行级联卷积码（SCCC）来解决这个问题。

SCCC综合了Forney串行级联码和Turbo码并行的特点，通过迭代译码在适当的信噪比范围内能达到非常优异的译码性能。

SCCC编码器结构如图1-3。

图1-3SCCC编码器结构

信息序列u经过外码编码器编码后将得到的输出码字oC经过交织器交织后送入内码编码器，从而得到最终的编码输出序列CIk。