卷积码在通信系统中的应用

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1、卷积码在通信系统中的应用卷积码是一种性能优越的信道编码。（n，k，N）表示把k个信息比特编程n个比特，N为编码约束长度，说明编码过程中互相约束的码段个数。卷积码编码后的n个码兀不仅与当前组的k个信息比特有关，而且与前N-1个输入组的信息比特有关。编码过程屮相互关联的码元冇N乘以n个。R/n是卷积码的码率，码率和约束长度是衡量卷积码的两个重耍参数。二、应用卷积码因其编码器he译码器都比较容易实现，同时具冇较强的纠错能力，卷积码在通信系统中被广泛采用。2.1、卷积码在无线通信中的应用在无线信道屮，由于环境的影响及外来无线信号

2、的干扰，通信质量较冇线信道差许多。接收机收到的数裾会出现随机噪声引起的随机错误和衰弱引起的突发错误，为了提高系统的抗噪声和抗衰弱性能，必须设计合理的信道编译码部分，增加码字的冗余度和码字间的码跑，而且耍求不仅可以纠正随机错误，更重耍的是还可以纠正突发错误。因此，在无线通信中，信道编码得到了广泛的应用。这里将以NRF401芯片为通信收发电路来介绍卷积码在无线通信屮的应用。NRF401收发电路芯片，采用蓝牙核心技术，芯片闪部包含了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、多频道切换等功能。如上图所示，这里介绍了

3、一个采用（2，1，7）的卷积码编码，图为无线通信系统的结构。无线通信系统的通信距离与传输损耗和接收机灵敏度相关。传输损耗包括自由空间损耗和其他传输损耗，自由空间传播系指天线周围为无限人真空时的电波传播，它是理想传播条件，自巾空间传播损耗与距离和工作频率介关。下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗：[Los]=32.44+201gd+201g/Los是传播损耗，单位为dB;d是距离，单位是km;f是工作频率，单位是MHzo由上式吋见，自由空间中的电波传播损耗只与工作频率f和传播距离d冇关,当f或d增大1倍时，Los讲分别

4、增加6dB。下面举例nRF401釆用环形低增益天线吋的通信距离R的计算：fO=434MHz(入=0.69m)发射功率Pt=10dBm发射天线增益Gtx=-22dB接收天线堉益=-22dB接收机灵敏度S=-105dBmLp=S—Pt一(?tx—Grx=—71dBAR=195⑽4•7T•lOzo这是理想状况下的传输距离，实呩应用中低于该值，这是因为无线通信受到各种外界因素的影响，如大气、阻挡物、多径等造成的损耗，将上述损耗的参考值计入上式中，即可计算山近似通信距离。实际应用时，在50m传输距离内有效，无编码时误碍率及，=1/

5、3尺‘=1/2m£b//Vo/dBA>7AC=8K=5K=6K=7K=6久=86.81(T34.24.43.33.53.82.93.19.6IO'55.75.94.34.65.14.24.611.3IO.76.26.54.95.35.84.75.2由上表可知(7,1,2)卷积码有3.8dB的编码增益，相当于接收机的灵敏度可提高3.8dB,故此S=-108.8dBm,Lp=S-Pt-Gtx-Grx=-74.8dB,可推算出在卷积码沿的通信距离R=300m,较原先的195m冇较人改善，使得通信距离人幅度提高，实际使用距离可达

6、100m。另外(7,1,2)卷积码有3.8dB的编码增益，相当于在接收信噪比相同条件下，卷积码的误码率为非编码信道信噪比増加3.8dB时误码率，例如在非编码信道10-s,使通信性能得到大幅度提高，减轻了由于误码率较高引起的ARQ次数和系统的不稳定，降低了系统延吋，提高了系统可靠性，满足无线数据传输的要求。卷积码的应用，大大延长了NRF401无线通信系统的通信距离，同时冇效降低了数据误码率，而11结构简单，数据延时小，卷积码的信道编码是低功率无线通信系统的理想选择。2.2、卷积码在移动图像通信系统中的应用移动快衰落信道中的

7、图像传输已成为继移动数字话音通信迅速普及发展后的下一代移动通信的更高级形式。然而巾于移动通信中存在的不稳定因素，导致了图像传输的不吋靠性。实现信源编码与信道编码的较佳结合，为在移动通信中提供既冇效又吋靠的图像传输解决方案。移动信道中图像经过处理、采样、线性暈化后进行信源编码，以减少图像信息中的冗余度。压缩图像信号的频带或降低其数码率，达到高效传输的H的。这里采用的压缩方案为“帧内DCT+矢量量化”，兼顾运算速度和通讯速率，既能保证恢复图像的质暈，又能实现高压缩比和高传输速度。M吋，这里是应用Viterbi译码进行卷积码的

8、纠错性能介绍。卷积码网格图中具冇2K(N-1)种状态，每个节点有2K条支路引入，也冇2K条支路引出。把汇集在每个节点上的两条路径的对数似然函数累加值进行比较，然后把具釘较人对数似然函数累加值的路径保存下来，而丢弃另一条路径，经挑选后，第N级只留下2N-1条幸存路径，选出的路径连M它们的对数似然函数累加值一起被存储起來