卫星通信第五章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章,信号传输与处理技术,信号传输与处理技术,信源编码技术,信道编码技术,调制技术,信号传输与处理技术,第一节 信源编码技术,语音信号及编码,静止图像信号,电视信号,语音信号及编码,语音编码质量的评定,客观评定方法：,信噪比,加权信噪比,平均分段信噪比,主观评定方法：,主观评定等级表,质量等级,分数 收听注意力等级,优 5,可完全放松，不需要注意力,良 4 需要注意，但不需明显集中注意力,满意(正常）3 中等程度的注意力,差 2 需要集中注意力,劣 1 即使努力去听，也很难听懂,语音信号及编码,信源编码技术：,波形编码,参量编码,混合编码,语音信号及编码,波形编码：,基本原理：在时间轴上对模拟语音按一定的速率抽样，然后将幅度样本分层量化，并用代码表示,特点：适应能力强、语音质量好；编码速率高，对带宽要求高,例如：脉冲编码调制（,PCM）、,增量调制（,M）,时间,语音信号及编码,ADPCM：,语音信号及编码,参量编码：,参量编码又称为声源编码，是将信源信号在频率域或其它正交变换域提取特征参量，并将其变换成数字代码进行传输。,特点：实现低速率语音编码；语音质量只能达到中等,例：声码器,语音信号及编码,声码器：,语音的生成模型：,人的语音是由发声器官的作用产生的，按语音的生成机构，它分为音源、声道和辐射三部分,大部分语音可分为浊音和清音,浊音由声带振动产生的声带音源通过声道从嘴唇辐射出的声波，其特点是准周期脉冲波形。其频谱是离散的，由基波和谐波组成,清音由摩擦音源、爆破音源产生，而声带是不振动的。清音的音源是一随机噪声，其频谱是连续的,标志音源的参量是浊音的基音周期和浊音与基音的强度等,语音信号及编码,声码器：,浊音的激励音源生成：利用分析语音得出的参量基音周期来控制冲激序列产生器，以产生单位冲激序列，然后通过声门脉冲模型形成所需要的激励音源波形。激励音源的强度由增益系数控制,清音的激励音源只是一个随机噪声源和控制清音强度的增益系数。,声道由喉头、咽头、口腔、鼻腔等组成，其截面不均匀且形状随时间而变化的音响管。在机能上，可以等效为时变谐振和反谐振系统,嘴唇对声波期辐射作用，其辐射特征可粗略地看成是微分特征。因此声道和辐射可用一个时变线性滤波器进行模拟,语音信号及编码,声码器：,语音信号及编码,混合编码,混合编码是将波形编码和参量编码组合起来，力图保持波形编码的高质量和参量编码的低速率；,特点：低速率（4-16,kbps），,高语音合成质量,例如：,规则脉冲激励线性预测编码（,RPE-LTP）,码激励线性预测编码（,CELP),信源编码技术,静止图像信号,RGB,或,YUV,Y=0.299R+0.587G+0.114B,U=k,1,(B-Y)=-0.148R-0.289G+0.437B,V=k,2,(R-Y)=0.615R-0.515G+0.100B,信源编码技术,电视信号：,日本、北美,NTSC,欧、亚、澳,PAL,制,法国、东欧、非洲部分国家,SECOM,帧内压缩,帧间压缩,信号传输与处理技术,第二节 信道编码：,差错控制方式,线性分组码,卷积码,级联码,信道编码,差错控制方式,检错重发,（,ARQ,）,前向纠错,（,FEC,）,混合纠错,(,HEC),信道编码,ARQ：,主要用于卫星信道的数据传输，因为卫星信道的传播时延太长,ARQ,信道利用率低，但是为了保证传输的可靠性,，,除了采用,FEC,编码技术外，有些系统仍需要采用,ARQ,技术；有的系统差错不大时采用,FEC,，,差错较大时采用,ARQ,技术,三种方式：,停止和等待,ARQ,连续,ARQ,（,返回重发、选择重发,ARQ,）,信道编码,线性分组码：,CRC,BCH,码,R-S,码,信道编码,循环冗余校验码（,CRC）,特点：,严密的数学理论基础,编码和解码设备都中等复杂,检(纠,),错能力较强,信道编码,循环冗余校验码（,CRC）,数据信息编码,数据信息,:,M(x)=1101011011,生成式,:,G(x)=10011,R=4,M(x)/G(x)=1101011011,0000,/10011,余数,1110,待发送的编码,T(x)=1101011011,1110,信道编码,循环冗余校验码（,CRC）,数据信息解码,接收的编码信息,R(x)=1101011011,1110,生成式,:,G(x)=10011,R=4,R(x)/G(x)=1101011011,1110,/10011,余数,0,则接收正确,.,数据信息为:,M(x)=1101011011,信道编码,BCH,码：,一种特殊的循环码，具有纠正多个随机错误的能力,码长、监督位和纠错能力之间的关系：对于任意选定的正整数,m,和,t,，,必存在一个码长为,N=2,m,-1,的,BCH,，,它能纠正,t,个随机差错，所需要的监督位数不多于,mt,个。因此，这种码的信息位数,k,2,m,-mt-1,信道编码,R-S,码：,里德,-,索洛蒙码，一类多进制,BCH,码,在,(,n,k)RS,码中，输入信号分成,km,比特一组，每组包括,k,个符号。每个符号由,m,比特组成。,纠,t,个符号的,RS,码参数如下：,码长,N=2,m,-1,符号，或,m(2,m,-1),比特,信息段,k,个符号或,km,比特,监督段,n-k=d-1,（,d,为最小码距）,最小码距,d=2t+1,符号,具有纠正突发错误的能力，常用作级联码的外码，以纠正其他编译码造成的突发错误，目前广泛应用于,CDROM,、,数字电视广播等。,信道编码,卷积码,：,增强的前向查错/纠错能力,产生冗余信息,使本身不相关的比特，产生相关性,在解码时对大量连续误码无能为力,编码简单，解码复杂,信道编码,卷积码：,R=1/2，k=9(2,1,9),X,1,X,2,X,3,X,4,X,5,X,6,X,7,X,8,g,0,g,1,C,0,C,1,信道编码,级联码：,根据香农信道编码定理：对于一个给定的有扰信道，若信道容量为,C，,只要发送端以低于,C,的速率,R,发送信息，则一定存在一种编码方法，使编码错误概率,P,随着码长,n,的增加，按指数下降到任意小的值,级联码的纠错性能优于卷积编码,级联码解码复杂度较高，而且编码时延较大,适用于对时延要求不高，速率较高的高速数据业务,信道编码,并行级联码(,Turbo,码）：,x,k,x,k,z,k,Turbo,交织器,x,k,z,k,D,D,D,D,D,D,信息比特,(输入),输 出,x,k,constituent encoder(,组成编码器1),constituent encoder(,组成编码器2),信道编码,串行级联码：,信号传输与处理技术,第三节 调制技术：,卫星通信信道特性,卫星通信采用的调制方式,OQPSK,调制,调制技术,卫星通信信道特性,带限,非线性,恒参,调制技术,卫星通信采用的调制方式：,由于卫星通信信道的非线性及,AM/PM,效应，要求调制后的波形尽量具有等幅包络的特点。,由于卫星通信距离远，因此调制技术最好具有高的功率有效性（相同的,E,b,/n,0,的条件下，比特差错率低）和频谱效率，即具有较好的抗干扰能力和频带利用率,数字卫星通信的初期使用2,PSK，,那时转发器的主要处于功率受限状态,随着通信容量的增加及转发器输出功率可以做得较大，转发器的矛盾由功率受限转化为频带受限，开始使用,MPSK,技术，如4,PSK、8PSK,等,调制技术,OQPSK,：,是四相移相键控（,QPSK）,的改进型：,图一,1,1,1,0,0,1,0,0,I,支路,Q,支路,图二,Q,支路,I,支路,1,1,1,0,0,1,0,0,调制技术,OQPSK,：,调制技术,/4,QPSK,：,/4,QPSK,是,QPSK,和,OQPSK,的改进型,图二,1,1,1,0,0,1,Q,支路,I,支路,0,0,图一,1,1,1,0,0,1,0,0,I,支路,Q,支路,调制技术,/4,QPSK,：,/4,QPSK,没有相位跳变（180,O,相位改变，也称过零点）,/4,QPSK,限带滤波后有较小的包络起伏,/4,QPSK,具有较高的频谱效率和功率利用性能,传输的可靠性将随之降低,需要线性功率放大器,1,1,1,0,0,1,Q,支路,I,支路,0,0,卫星通信中的调制与编码技术,总结：,波形编码、参量编码（声码器）,信道编码(,ARQ、CRC、BCH,码、卷积码、,RS,码、级联码),卫星通信的信道特点，对调制方式的要求，采用的调制方式,OQPSK,调制和,/4,QPSK,调制,