第5章__语音编码、信道编码和交织

第第5章章 语音编码、信道编码和语音编码、信道编码和交织技术交织技术本章提示本章提示 l 蜂窝移动通信系统由于频率资源受限，蜂窝移动通信系统由于频率资源受限，一般数字语音编码技术如一般数字语音编码技术如PCM、ADPCM、M等，因为编码速率高而未被采用。蜂窝等，因为编码速率高而未被采用。蜂窝移动通信均采用移动通信均采用13kbit/s以下低速率语音编以下低速率语音编码。码。l 信道编码是以增加传输码元冗余度，降信道编码是以增加传输码元冗余度，降低有效码元传输速率为代价，以牺牲通信低有效码元传输速率为代价，以牺牲通信的有效性换取通信的可靠性。的有效性换取通信的可靠性。本章提示本章提示 l 突发性干扰是快衰落在衰落深度和持续突发性干扰是快衰落在衰落深度和持续时间较长的情况下，对信号造成成串的错时间较长的情况下，对信号造成成串的错误，用一般信道编码方法很难纠错；只能误，用一般信道编码方法很难纠错；只能用交织技术将成串的错误转换成随机差错用交织技术将成串的错误转换成随机差错后，再用信道编码方法纠错。后，再用信道编码方法纠错。本章提示本章提示 l 所有纠错编码的设计思路是如何适应信所有纠错编码的设计思路是如何适应信道，即什么类型信道就采用什么类型对应道，即什么类型信道就采用什么类型对应的纠错编码。如果是随机独立差错，可采的纠错编码。如果是随机独立差错，可采用用BCH码、卷积码等。然而交织编码的设码、卷积码等。然而交织编码的设计思路不是为了适应信道，而是为了改造计思路不是为了适应信道，而是为了改造信道。它是通过交织与去交织将一个有记信道。它是通过交织与去交织将一个有记忆的突发差错信道改造为基本上是无记忆忆的突发差错信道改造为基本上是无记忆的随机独立差错的信道，然后用纠随机独的随机独立差错的信道，然后用纠随机独立差错的纠错码来纠错。立差错的纠错码来纠错。本章提示本章提示 l Turbo码是近年来倍受瞩目的一项新技术。码是近年来倍受瞩目的一项新技术。虽然它的复杂性、译码时延对有些应用带虽然它的复杂性、译码时延对有些应用带来困难（例如对实时语音），但它是目前来困难（例如对实时语音），但它是目前已知的可实现的好的编码技术之一。已知的可实现的好的编码技术之一。第第5章章 语音编码、信道编码和交织技术语音编码、信道编码和交织技术l5.1 语语 音音 编编 码码l5.2 信信 道道 编编 码码l5.3 交交 织织 编编 码码5.1 语语 音音 编编 码码l5.1.1 概述概述l5.1.2 语音信号特征语音信号特征l5.1.3 声码器声码器l5.1.4 线性预测编码器线性预测编码器l5.1.5 移动通信中语音编码器的选择移动通信中语音编码器的选择l5.1.6 GSM系统语音编码器系统语音编码器l5.1.7 IS-95系统语音编码器系统语音编码器5.1.1 概述概述 u语音编码：语音编码：移动通信数字化的基础移动通信数字化的基础 第第1/2代蜂窝系统的根本区别代蜂窝系统的根本区别u语音编码的意义：语音编码的意义：提高通话质量提高通话质量(数字化数字化+信道编码纠错信道编码纠错)提高频谱利用率提高频谱利用率(低码率编码低码率编码)提高系统容量提高系统容量(低码率、语音激活技术低码率、语音激活技术)u移动通信对语音编码的要求：移动通信对语音编码的要求：编码速率低，语音质量好编码速率低，语音质量好有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能编译码延时小、总延时在编译码延时小、总延时在65ms以内以内编译码器复杂度低，便于大规模集成化编译码器复杂度低，便于大规模集成化功耗小，便于应用于手持机功耗小，便于应用于手持机语音编码技术的分类语音编码技术的分类语音编码技术的分类语音编码技术的分类1.波形编码波形编码：将时域模拟话音的波形信号经过采样、：将时域模拟话音的波形信号经过采样、量化和编码形成数字语音信号，目的在于尽可能量化和编码形成数字语音信号，目的在于尽可能精确地再现原来的语音波形。精确地再现原来的语音波形。编码速率较高：编码速率较高：16k64k包括：包括：PCM、ADPCM、M、CVSDM、APC等等占用较高带宽，适合有线占用较高带宽，适合有线2.参量编码（声源编码）参量编码（声源编码）：基于人类语音的产生机：基于人类语音的产生机理建立数学模型，根据输入语音得出模型参数并理建立数学模型，根据输入语音得出模型参数并传输，在收端恢复。传输，在收端恢复。编码速率较低：编码速率较低：1.2k4.8kbps包括各种线性预测编码（包括各种线性预测编码（LPC）方法和余弦声码器等）方法和余弦声码器等语音质量中等，不满足商用要求语音质量中等，不满足商用要求语音编码技术的分类语音编码技术的分类3.混合编码混合编码把波形编码的高质量和声码器的把波形编码的高质量和声码器的高效压缩性融为一体，尤其在高效压缩性融为一体，尤其在16bit/s8kbit/s范围内达到了良好的语音质量。范围内达到了良好的语音质量。l l包括包括包括包括GSMGSM的的的的RPE-LPCRPE-LPC编码和编码和编码和编码和VSELPVSELP编码编码编码编码 用于移动通信的语音编码用于移动通信的语音编码语音编码标准语音编码标准uG.711 PCM(64kbps)uG.721 ADPCM(32kbps)uG.722 7kHz带宽带宽64kbps速率内的音频编码速率内的音频编码uG.723 6.3k/5.6k双速率多媒体语音编码双速率多媒体语音编码uG.728 16kbps语音编码语音编码LD-CELPuG.729 8kbps多媒体语音编码多媒体语音编码 语音编码的发展语音编码的发展u极低速率语音编码，极低速率语音编码，600bpsu高保真语音编码高保真语音编码u自适应多速率语音编码自适应多速率语音编码u新的编码分析技术：新的编码分析技术：非线性预测非线性预测 多精度时频分析技术（子波分析技术）多精度时频分析技术（子波分析技术）高阶统计分析技术高阶统计分析技术 5.1.2 语音信号特征语音信号特征u语音信号的产生模型语音信号的产生模型:n语音的产生语音的产生,声带和声道声带和声道n不同语音产生的原因不同语音产生的原因:声音激励源和声道不同声音激励源和声道不同n声音分类声音分类:浊音和清音浊音和清音u发声过程发声过程n口腔和鼻腔形成时变滤波器口腔和鼻腔形成时变滤波器 浊音和清音浊音和清音5.1.2 语音信号特征语音信号特征 图图5-1 语音信号的产生模型语音信号的产生模型 语音模型的建立语音模型的建立语音模型的建立语音模型的建立：1 1、产生激励，、产生激励，、产生激励，、产生激励，2 2、响应、响应、响应、响应模型参数模型参数模型参数模型参数：基音，共振峰频率及强度，清浊音判决：基音，共振峰频率及强度，清浊音判决：基音，共振峰频率及强度，清浊音判决：基音，共振峰频率及强度，清浊音判决低码率编码低码率编码低码率编码低码率编码 码率降低有限码率降低有限码率降低有限码率降低有限 合成的语音波形失去了自然度和音质合成的语音波形失去了自然度和音质合成的语音波形失去了自然度和音质合成的语音波形失去了自然度和音质5.1.3 声码器声码器 l声码器原理：声码器原理：以人类语音的产生模型为基以人类语音的产生模型为基础，分析表征语音激励源和声道等的特征础，分析表征语音激励源和声道等的特征参数，再运用这些特征参数重新合成语音参数，再运用这些特征参数重新合成语音信号的设备。信号的设备。l声码器又称为声码器又称为“参量编码器参量编码器”。声码器的。声码器的数码率可以压缩到数码率可以压缩到2.4kbit/s以下，但其语以下，但其语音质量，特别是自然度，大大下降。音质量，特别是自然度，大大下降。5.1.3 声码器声码器 图图5-2 线性预测编码声码器原理框图线性预测编码声码器原理框图5.1.4 线性预测编码器线性预测编码器u规则脉冲激励长期预测规则脉冲激励长期预测LPCuLPC编码器的不足编码器的不足n损失了语音的自然度，即音质损失了语音的自然度，即音质n抗噪声干扰能力差抗噪声干扰能力差n谱包络的估计值可能产生较大失真谱包络的估计值可能产生较大失真u原因：原因：LPC没有将发端模型的误差传送到收端没有将发端模型的误差传送到收端uLPC改善方法：改善方法：n采用更复杂的激励模型采用更复杂的激励模型n利用一部分余数信息利用一部分余数信息l长时延相关滤波器长时延相关滤波器：产生浊音的音调结构，即频谱的精细：产生浊音的音调结构，即频谱的精细结构，而短时延相关滤波器则用来恢复语音的短时频包络。结构，而短时延相关滤波器则用来恢复语音的短时频包络。l在发端引入合成装置，合成在发端引入合成装置，合成/分析法分析法图图5-3 三种不同激励的语言合成模型三种不同激励的语言合成模型1多脉冲激励线性预测编码（多脉冲激励线性预测编码（MPLPC）图图5-4 MPLPC算法基本原理算法基本原理 MPLPC方案方案是在给定的一帧是在给定的一帧N个激励样本中，保留个激励样本中，保留M个，并确个，并确定其幅度与位置，使合成语音和原始输入语音之间的感知加权定其幅度与位置，使合成语音和原始输入语音之间的感知加权误差最小。误差最小。感知加权感知加权就是通过线性滤波使客观误差在不重要的频段上有所就是通过线性滤波使客观误差在不重要的频段上有所衰减，而在一些重要的频段上得以加强。衰减，而在一些重要的频段上得以加强。1多脉冲激励线性预测编码（多脉冲激励线性预测编码（MPLPC）l加上感知加权滤波器后，主观听觉上的语加上感知加权滤波器后，主观听觉上的语音质量有明显的提高。音质量有明显的提高。lMPLPC必须进行量化编码，它传输的内容必须进行量化编码，它传输的内容包括多脉冲激励的包括多脉冲激励的脉冲位置和幅度、长时脉冲位置和幅度、长时和短时预测器系数、音调周期等。和短时预测器系数、音调周期等。lMPLPC产生的语音质量和比特率取决于提产生的语音质量和比特率取决于提供一帧语音激励信号的脉冲数目。供一帧语音激励信号的脉冲数目。l多脉冲激励方式要优化众多脉冲的位置与多脉冲激励方式要优化众多脉冲的位置与幅度参数，幅度参数，计算量大计算量大。规则脉冲激励的规则脉冲激励的LPC编码编码：指激励脉冲序列中脉冲：指激励脉冲序列中脉冲的相对位置不变，只可改变幅度的激励源的相对位置不变，只可改变幅度的激励源图图5-5 RPE编码方式激励可能模式编码方式激励可能模式 2码激励线性预测编码（码激励线性预测编码（CELPC）图图5-6 CELPC的基本工作原理图的基本工作原理图 2码激励线性预测编码（码激励线性预测编码（CELPC）lCELPC应用了矢量量化技术。应用了矢量量化技术。l在数字移动通信中，码激励的一种变型即在数字移动通信中，码激励的一种变型即矢量和激励（矢量和激励（VSELP）已成为美国和日本）已成为美国和日本数字蜂窝移动通信系统中的语音编码标准。数字蜂窝移动通信系统中的语音编码标准。5.1.5 移动通信中语音编码器的选择移动通信中语音编码器的选择 l在低比特率语音编码中，有在低比特率语音编码中，有4个参数是很重个参数是很重要的，即比特率、质量、复杂度和处理时要的，即比特率、质量、复杂度和处理时延。延。l1语音质量评估语音质量评估l当前世界上流行的语音质量评估方法是采当前世界上流行的语音质量评估方法是采用原用原CCITT提议的从提议的从1分到分到5分的主观评定分的主观评定的方法。的方法。l这就是这就是“平均评价得分平均评价得分”（Mean Opinion Score），简称），简称MOS。1语音质量评估语音质量评估图图5-7 语音编码的现状语音编码的现状2语音编码器的复杂度和处理时延语音编码器的复杂度和处理时延 l语音数字编码的算法通常用数字信号处理语音数字编码的算法通常用数字信号处理器（器（DSP）来实现。）来实现。l编码硬件的成本通常随着复杂度的提高而编码硬件的成本通常随着复杂度的提高而增加。增加。2语音编码器的复杂度和处理时延语音编码器的复杂度和处理时延 5.1.6 GSM系统语音编码器系统语音编码器 l1GSM系统语音编码器性能要求系统语音编码器性能要求lGSM：13kbps，语音质量，语音质量3.8，抗误码性能好，抗误码性能好，编解码延时编解码延时30msl（1）语音质量）语音质量l对语音编码最基本的要求就是用户角度测试，在对语音编码最基本的要求就是用户角度测试，在可工作的范围内，可工作的范围内，平均语音质量平均语音质量应至少不低于应至少不低于900MHz模拟移动系统。模拟移动系统。l语音编码算法语音编码算法应具有很强的适应频谱以及电平变应具有很强的适应频谱以及电平变化的能力。化的能力。l语音编码器能够语音编码器能够不受环境噪声不受环境噪声以及很多语音信号以及很多语音信号混杂的干扰。混杂的干扰。1GSM系统语音编码器性能要求系统语音编码器性能要求l（2）码速率）码速率l仍然使用仍然使用8kHz取样率，以便于和取样率，以便于和PSTN的的接口连接。基于对频率利用率和语音质量接口连接。基于对频率利用率和语音质量相矛盾的协调，将相矛盾的协调，将16kbit/s作为可接受的工作为可接受的工作比特率。作比特率。1GSM系统语音编码器性能要求系统语音编码器性能要求l（3）码变换）码变换lGSM系统所确定的基本语音编码的变码器系统所确定的基本语音编码的变码器可将可将13位线性位线性PCM码流变换成码流变换成16kbit/s的的无线传输比特率。无线传输比特率。l在在GSM语音编码器网络一端将完成语音编码器网络一端将完成A律或律或 律的律的PCM变换。变换。1GSM系统语音编码器性能要求系统语音编码器性能要求l（4）非话信号的传输）非话信号的传输l语音编译码器没有对语音频段的数据做出语音编译码器没有对语音频段的数据做出要求，然而，必须要求语音编译器能够传要求，然而，必须要求语音编译器能够传输由网络提供给用户的各种音频信号音，输由网络提供给用户的各种音频信号音，如拨号音、振铃音、忙音等。如拨号音、振铃音、忙音等。1GSM系统语音编码器性能要求系统语音编码器性能要求l（5）传输时延）传输时延l造成传输时延的主要原因有以下两方面。造成传输时延的主要原因有以下两方面。l 语音编码的时延。语音编码的时延。l 无线分系统中的时延。无线分系统中的时延。l为此对这两种时延的限定各自可不超过为此对这两种时延的限定各自可不超过65ms。1GSM系统语音编码器性能要求系统语音编码器性能要求l考虑到二四线转换阻抗不匹配会导致反考虑到二四线转换阻抗不匹配会导致反射现象发生，上述的时延将给用户带来令射现象发生，上述的时延将给用户带来令人厌烦的回声，因此需要采用回波抑制器人厌烦的回声，因此需要采用回波抑制器来消除时延的影响。来消除时延的影响。1GSM系统语音编码器性能要求系统语音编码器性能要求l（6）硬件实现）硬件实现l对语音编码器的要求主要来自手持机。为对语音编码器的要求主要来自手持机。为了保障手持机的轻小和长期工作，需要硬了保障手持机的轻小和长期工作，需要硬件能够在一块件能够在一块VLSI芯片上实现，并要求功芯片上实现，并要求功率消耗尽可能的低。率消耗尽可能的低。2GSM系统语音处理功能结构系统语音处理功能结构lRPE-LTP编译码器特性如下。编译码器特性如下。l 取样速率为取样速率为8kHz。l 帧长为帧长为20ms，每帧编码成为，每帧编码成为260bit/s。每帧分为每帧分为4个子帧，每个子帧长个子帧，每个子帧长5ms。l 纯比特率为纯比特率为13kbit/s。2GSM系统语音处理功能结构系统语音处理功能结构l 语音比特分为两类。第一类含语音比特分为两类。第一类含182bit/s，它们对误码是敏感的，即这些比特中发生它们对误码是敏感的，即这些比特中发生差错会对语音质量产生严重影响。这些比差错会对语音质量产生严重影响。这些比特受到循环冗余校验（特受到循环冗余校验（CRC）码和一个具）码和一个具有恒定长度为有恒定长度为5的的1/2率卷积码的保护。第二率卷积码的保护。第二类含类含78bit，它们抗差错的能力强，不受保，它们抗差错的能力强，不受保护。同时，为了抗突发差错，编码语音块护。同时，为了抗突发差错，编码语音块的交积跨越了的交积跨越了8个个TDMA帧。帧。5.1.7 IS-95系统语音编码器系统语音编码器 lQCELP是是Qualcomm公司公司CDMA系统中的系统中的语音编码标准语音编码标准IS-95。lQCELP主要是使用码表矢量量化差值信号，主要是使用码表矢量量化差值信号，然后基于语音的激活程度产生一个可变的然后基于语音的激活程度产生一个可变的输出数据速率。输出数据速率。5.1.7 IS-95系统语音编码器系统语音编码器 lQCELP方案即码激励线性预测的可变速率混合编码方案即码激励线性预测的可变速率混合编码方案，其特点如下。方案，其特点如下。l 基于线性预测编码。基于线性预测编码。l 使用矢量码表替代简单线性预测中产生的浊音准使用矢量码表替代简单线性预测中产生的浊音准周期脉冲的脉冲位置和幅度，即使用码表矢量量化周期脉冲的脉冲位置和幅度，即使用码表矢量量化差值信号。差值信号。l 可变速率。编码器根据语音信号激活程度，提供可变速率。编码器根据语音信号激活程度，提供了四种速率：了四种速率：9.6kbit/s、4.8kbit/s、2.4kbit/s和和1.2kbit/s，速率的确定是根据音帧（，速率的确定是根据音帧（20ms）能量）能量与三个门限的比较。与三个门限的比较。l 参量编码的主要参量分为三类，且每帧不断更新。参量编码的主要参量分为三类，且每帧不断更新。自适应多速率语音编码（自适应多速率语音编码（AMRAMR）u为什么研究为什么研究AMR编码编码?WCDMA将支持多媒体业务将支持多媒体业务,并支持电路交换、分组并支持电路交换、分组交换方式交换方式移动信道的变化，系统不能工作在最佳的信源和信道移动信道的变化，系统不能工作在最佳的信源和信道编码速率。如编码速率。如GSM，固定速率编码，固定速率编码n信道质量差时，信道编码不足以纠正传输错误，此时应改进信信道质量差时，信道编码不足以纠正传输错误，此时应改进信道编码，减小信源编码，提高语音质量道编码，减小信源编码，提高语音质量n信道质量好时，增加信源编码速率，提高语音质量信道质量好时，增加信源编码速率，提高语音质量uAMR的概念的概念是是:以更智能的方式解决信源编码和信道编以更智能的方式解决信源编码和信道编码的速率匹配问题码的速率匹配问题,实际的语音编码速率将取决于信道实际的语音编码速率将取决于信道条件条件5.2 信道编码信道编码l定义定义(广义广义):信道编码信道编码:从消息到信道波形或矢量的映射从消息到信道波形或矢量的映射信道编码通常定义信道编码通常定义l注意信道译码可以不是离散信道译码注意信道译码可以不是离散信道译码l只有当解调为硬判决输出时才是离散信道和离散只有当解调为硬判决输出时才是离散信道和离散信道译码信道译码 信道编码的实质信道编码的实质l利用冗余降低差错概率利用冗余降低差错概率l将所有可能的输入信息将所有可能的输入信息(消息消息)映射到映射到信道符号信道符号(波形波形)空间的点空间的点,而这个点的而这个点的集合要小于集合要小于(包含于包含于)全信道空间中全信道空间中.回顾回顾:信道编码和译码信道编码和译码l一种编码方案就是从信息空间映射到更大一种编码方案就是从信息空间映射到更大的信道空间的一个映射的信道空间的一个映射l可选的编码方案种类数及其巨大可选的编码方案种类数及其巨大,但其平均但其平均性能在码长趋于无穷时可以达到信道容量性能在码长趋于无穷时可以达到信道容量l译码就是要根据接收的符号以最小的代价译码就是要根据接收的符号以最小的代价判断原发送码字判断原发送码字,常用的有最小信息损失、常用的有最小信息损失、最小差错概率、最大后验概率、最大似然、最小差错概率、最大后验概率、最大似然、最小汉明距离等。最小汉明距离等。信道编码的分类信道编码的分类l按功能分为按功能分为:1、检错码、检错码2、纠错码、纠错码l按对信源序列处理方式分为按对信源序列处理方式分为:1、分组码、分组码2、卷积码、卷积码3、级联码、级联码5.2.2分组码分组码l将一个有限将一个有限(k)维输入矢量映射到一个维输入矢量映射到一个(n)维矢量的编码维矢量的编码,记为记为(n,k)分组码分组码l线性分组码线性分组码,循环码循环码,BCH码等等码等等,目前对线目前对线性分组码的研究已非常充分。性分组码的研究已非常充分。5.2.3卷积码卷积码(一一)l输入为一个无限长序列输入为一个无限长序列,每个节拍有每个节拍有k个符号送入个符号送入编码器编码器,同时有同时有n个符号输出至信道个符号输出至信道,但每节拍的但每节拍的输出不仅与本节拍的输入有关输出不仅与本节拍的输入有关,还与之前还与之前L-1个节个节拍的输入有关拍的输入有关,记为记为(n,k,L)卷积码卷积码.5.2.3卷积码卷积码(二二)l卷积码是对信息流进行编码的一种有记忆卷积码是对信息流进行编码的一种有记忆分组的编码方法分组的编码方法l记忆有很多种记忆有很多种,典型的为线性有限记忆和线典型的为线性有限记忆和线性无限记忆性无限记忆l当记忆为线性时当记忆为线性时,等效于输入信息流与冲激等效于输入信息流与冲激响应之间的卷积响应之间的卷积l可分别用可分别用FIR 和和IIR滤波器来描述滤波器来描述l矩阵描述、树形描述和网格图表示矩阵描述、树形描述和网格图表示5.2.3卷积码的卷积码的FIR表示表示卷积码的译码卷积码的译码l代数译码代数译码l概率译码概率译码1、Viterbi译码译码2、序列译码、序列译码2卷积码的解码卷积码的解码 l卷积码的解码思想是：信息序列和码序列卷积码的解码思想是：信息序列和码序列之间有一一对应的关系；而且，任何信息之间有一一对应的关系；而且，任何信息序列和码序列将与网格图中的唯一的一条序列和码序列将与网格图中的唯一的一条路径相联系。因而卷积译码器的工作就是路径相联系。因而卷积译码器的工作就是找到网格图中的这一条路径。找到网格图中的这一条路径。l解卷积码的技术有许多种，常用的是解卷积码的技术有许多种，常用的是Viterbi算法、序贯译码法。算法、序贯译码法。5.2.4 Turbo编码技术编码技术l编码器由三个基本组成部分：直接输入；经过编码器编码器由三个基本组成部分：直接输入；经过编码器1送入开关单元；输入数据经过交织器后再通过编码器送入开关单元；输入数据经过交织器后再通过编码器2送入开关单元；以上三者可以看作并行级联，因此送入开关单元；以上三者可以看作并行级联，因此Turbo码从原理上看作为并行级联码。码从原理上看作为并行级联码。l两个编码器分别称为两个编码器分别称为Turbo码的二维分量码的二维分量(单元组成单元组成)码，码，从原理上看从原理上看,它可以很自然的推广到多维分量码。各个它可以很自然的推广到多维分量码。各个分量码既可以是卷积码也可以是分组码，还可以是串分量码既可以是卷积码也可以是分组码，还可以是串行级联码，两个或多个分量码既可以相同，也可以不行级联码，两个或多个分量码既可以相同，也可以不同。从原理上看，分量码既可以是系统码也可以是非同。从原理上看，分量码既可以是系统码也可以是非系统码，但是为了进行有效的迭代，已证明它必须选系统码，但是为了进行有效的迭代，已证明它必须选用递归的系统码。用递归的系统码。Turbo编码编码lTurbo码创始人码创始人Berrou提出，当分量码采提出，当分量码采用简单递归卷积码、交织器大小为用简单递归卷积码、交织器大小为256256时其计算机仿真结果表明：当时其计算机仿真结果表明：当Eb/N=0.7dB，BER(Pe)105，性能极其优良，这一结，性能极其优良，这一结果比以往所有的纠错码要好的多，与果比以往所有的纠错码要好的多，与Shannon限仅差限仅差1-2dB左右。左右。5.3 交交 织织 编编 码码 l突发错误是指一个错误序列，错误序列的突发错误是指一个错误序列，错误序列的长度称为突发长度。长度称为突发长度。l交织编码设计思路不是为了适应信道，而交织编码设计思路不是为了适应信道，而是为了改造信道；它是通过交织与去交织是为了改造信道；它是通过交织与去交织将一个有记忆的突发信道，改造为基本上将一个有记忆的突发信道，改造为基本上是无记忆的随机独立差错的信道，然后再是无记忆的随机独立差错的信道，然后再用随机独立差错的纠错码来纠错。用随机独立差错的纠错码来纠错。5.3 交交 织织 编编 码码 l5.3.1 交织编码原理交织编码原理l5.3.2 交织编码特点交织编码特点5.3.1 交织编码原理交织编码原理 交织编码的作用交织编码的作用是改造信道，其实现方式很多，有是改造信道，其实现方式很多，有块交织，帧交织，随机交织，混合交织等等。块交织，帧交织，随机交织，混合交织等等。图图5-12 分组交织码的实现框图分组交织码的实现框图 l由图可见，交织，去交织由如下几步构成：由图可见，交织，去交织由如下几步构成：l(1)若输入数据若输入数据(块块)U经信道编码后为：经信道编码后为：(2)发端交织器存储器为一个行列交织矩阵存储器发端交织器存储器为一个行列交织矩阵存储器A1，它，它按列写入、按行读出：按列写入、按行读出：(5-3)(3)交织器输出后并送入突发信道的信号为交织器输出后并送入突发信道的信号为 (5-4)l(4)假设在突发信道中受到两个突发干扰，第一个突发影假设在突发信道中受到两个突发干扰，第一个突发影响响5位即产生于位即产生于x1至至x21；第二个突发影响；第二个突发影响4位，即产生于位，即产生于x13至至x4。则突发信道的输出端的输出信号可表示为：。则突发信道的输出端的输出信号可表示为：l(5)接收端，将受突发干扰的信号送入去交织器，去交织接收端，将受突发干扰的信号送入去交织器，去交织器也是一个行列交织矩阵的存贮器器也是一个行列交织矩阵的存贮器A2，它是按行写入，按，它是按行写入，按列读出列读出(正好与交织矩阵规律相反正好与交织矩阵规律相反)：l(6)经去交织存贮器去交织以后的输出信号为经去交织存贮器去交织以后的输出信号为X4，则，则X4为：为：l由上述分析，经过交织矩阵和去交织矩阵变换后，原来信由上述分析，经过交织矩阵和去交织矩阵变换后，原来信道中的突发性连错，即两个突发一个连错道中的突发性连错，即两个突发一个连错5位，另一个连位，另一个连错错4位却变成了输出中的随机独立差错。位却变成了输出中的随机独立差错。l从交织器实现原理图上看，一个实际上的突发信道，经过从交织器实现原理图上看，一个实际上的突发信道，经过发送端交织器和接收端去交织器的信息处理后，就完全等发送端交织器和接收端去交织器的信息处理后，就完全等效成一个随机独立差错信道，正如图中虚线方框所示。效成一个随机独立差错信道，正如图中虚线方框所示。l从原理上看，信道交织编码实际上是一类信道改造技术，从原理上看，信道交织编码实际上是一类信道改造技术，它将一个突发信道改造成一个随机独立差错信道。它本身它将一个突发信道改造成一个随机独立差错信道。它本身并不具备信道编码检、纠错功能，仅起到信号预处理的作并不具备信道编码检、纠错功能，仅起到信号预处理的作用。用。lcdma2000同时采用了卷积码和同时采用了卷积码和Turbo码两码两种纠错编码。在高速率、对译码时延要求种纠错编码。在高速率、对译码时延要求不高的辅助数据链路中，使用不高的辅助数据链路中，使用Turbo码以利码以利用其优异的纠错性能。考虑到用其优异的纠错性能。考虑到Turbo码的译码的译码复杂度大、译码时延大的原因，在语音码复杂度大、译码时延大的原因，在语音和低速率、对译码时延要求比较苛刻的数和低速率、对译码时延要求比较苛刻的数据链路中使用卷积码，在其他逻辑信道据链路中使用卷积码，在其他逻辑信道（接入、控制、基本数据、辅助码信道）（接入、控制、基本数据、辅助码信道）中也都使用卷积码。中也都使用卷积码。