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实验五、块交织及解交织实验
一、实验目的
通过本实验掌握块交织的特性、产生原理及方法，掌握块交织对译码性能的影响。
二、实验容
1、观察经交织后的卷积编码信号。
2、观察随机差错经解交织后的差错分布，观察突发差错经解交织后的差错分布。 3、观察交织对卷积编码突发差错信号纠错的性能改善。
三、基本原理
当移动通信信道出现深衰落时，数字信号的传输可能出现成串的突发差错。一般的差错编码（如卷积码）只能纠正有限个错误，对于大量的突发误码无能为力。通信系统采用交织编码和卷积码结合的方式来纠正突发差错。交织的目的是把一个较长的突发差错离散成随机差错，使得纠错编码技术更容易纠正。
常用的交织技术主要有两类：块交织和卷积交织。块交织通常在数据分块分帧的情况下使用，卷积交织对连续的数据流来说比较使用。在码分多址系统中，基于数据分帧的情况采用了块交织的形式，所以这里我们仅介绍块交织的有关容。
描述交织器性能的几个参数如下：
① 突发长度：突发错误的长度，用B表示。
② 最小间隔：突发连续错误分布的最小距离，用S表示。 ③ 交织时延：由于交织和解交织引起的编码时延，用D表示。 ④ 存储要求：交织或解交织过程需要的存储单元的大小，用M表示
交织器的性能通常用S/D以及S/M来描述，最小间隔S越大越好，交织时延D和存储要求M越小越好
交织器的实现框图如图18-1所示
图18-1 分组（块）交织器实现框图
由图18-1可见，交织、解交织由如下几步构成：
⑴若发送数据（块）U经信道编码后为：X1??x1 x2 x3 L x25?；
⑵发送端交织存储器为一个行列交织矩阵存储器A1，它按列写入，按行读出，即
写 入 顺 序
A1??x1?x?2?x3??x4??x5x6x7x8x9x10x11x12x13x14x15x16x17x18x19x20x21?x22??x23? ?x24?x25??(18-1)
读出顺序
⑶交织器输出后并送入突发信道的信号为
X2??x1x6x11x16x21,x2Lx22,L,x5Lx25?
(18-2)
⑷假设在突发信道中受到两个突发干扰：第一个突发干扰影响5位，即产生于x1至x21；第二个突发干扰影响4位，即产生于x13至x4。则突发信道的输出端信号X3可以表示为
&&&&&&&&&X3??x1x6x11x16x21,x2x7Lx22,x3x8x13x18x23,x4x9Lx25?
(18-3)
⑸在接收端，将受突发干扰的信号送入解交织器，解交织器也是一个行列交织矩阵的存储器A2，它是按行写入，按列读出（正好与交织矩阵规律相反），即
&&x?x16?x?2x7A2??x3x8?&x94?x??x5x10&x11x12&x13x14x15&x16x17&x18x19x20&x21?x22???&x23 ?x24?x25?? (18-4)
⑹经解交织存储器解交织以后的输出信号X4，则X4为
&&&&&&&&&X4??x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x11x12x13x14x15x16x17x18x19x20x21x22x23x24x25?
(18-5)
可见，由上述分析，经过交织矩阵和解交织矩阵变换后，原来信道中的突发性连错，即两个突发一个连错5位、另一个连错4位却变成了X4输出中的随机独立差错。
从交织器实现原理来看，一个实际上的突发信道，经过发送端交织器和接收端解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。所以从原理上看，信道交织编码实际上就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。它本身并不具备信道编码检、纠错功能，仅起到信号预处理的作用。
我们可以将上述一个简单的5×5矩阵存储交织器的例子推广到一般情况。若分组（块）长度为：l?I?J，即由I列J行的矩阵构成。其织矩阵存储器是按列写入、行读出，而解交织矩阵存储器是按相反的顺序按行写入、列读出，正是利用这种行、列顺序的倒换，可以将实际的突发信道变换成等效的随机独立差错信道。
矩阵中行的数目称为交织深度。交织深度越大，符号的离散性就越大，抗突发差错的能力也越强。但是，交织深度越大，交织编码的处理时间即交织时延也越长，所以说，交织编码的抗突发能力是以时间为代价的。
两个突发错误之间的最小间隔满足下式：
?J B?IS??
1 B?I?(18-6)
交织器的最小间隔可以通过改变读出行的顺序来改变，但交织时延和存储要求不随读出的顺序改变而改变，但交织时延和存储要求不随读出的顺序的改变而改变。
因为交织和解交织均有时延，所以交织器的交织时延为：D=2IJ/Rc，其中Rc为符号速率。交织器的存储要求为：M=2IJ。
交织编码的主要缺点是：在交织和解交织过程中，会产生2IJ个符号的附加处理时延，这对实时业务，特别是语音业务将带来很不利的影响。所以对于语音等实时业务应用交织编码时，交织器的容量即尺寸不能取得太大。
交织器的改进主要是处理附加时延大及由于采用某种固定形式的交织方式就有可能产生很特殊的相反效果，即存在能将一些独立随机差错交织为突发差错的可能性。为了克服以上两个主要缺点，人们研究了不少有效措施，如采用卷积交织器和伪随机交织器等。
四、实验原理
1、实验模块简介
本实验需用到基带成形模块、信道编码及交织模块（以下简称编码模块）及信道译码及解交织模块（以下简称译码模块）。 （1）基带成形模块：
本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。本实验只用该模块输出的位同步信号作为编码模块的基带信号驱动源。 （2）信道编码及交织模块：
本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源，并进行（2，1，4）卷积编码，然后可选择有无块交织，再加上帧同步信号组成成帧数据后输出，输出的码可以选择有无差错、随机差错或突发差错。 （3）信道译码及解交织模块：
本模块主要功能：完成帧同步捕获，同步后取出信息元进行（2，1，4）维特比卷积译码及解交织。 2、实验框图及电路说明
基带成形 信道编码及交织 延时BSBS IN基带成形模块2分频NRZ DPN 31PN31发生器BS OUT编码 OUT编码输出ERROR差错设置FS OUT帧映射卷积编码打孔块交织原码 OUT原码 IN编码 INBS IN帧同步捕获FS OUT取出编码数据原码 OUT延时模2加ERROR信道译码及解交织 BS OUT译码输出译码 OUT打孔补位卷积译码解交织 3、编码输出帧格式 A
A：帧同步头，为11位巴克码：。
B：经卷积编码、打孔、交织后的信息数据，共484位。
B
C