摘? 要：21世紀(jì)以來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在相關(guān)政策的推動(dòng)下迅速發(fā)展。在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用之下，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蠹ぴ?，極大地促進(jìn)了通信技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)的發(fā)展，在3G時(shí)代還沒(méi)有冷卻時(shí)就已經(jīng)誕生了4G移動(dòng)通信技術(shù)，4G移動(dòng)通信技術(shù)擁有更加安全的特點(diǎn)，同時(shí)由于建立在3G通信技術(shù)基礎(chǔ)之上，其適應(yīng)性能更加強(qiáng)大，傳輸數(shù)據(jù)的速度與效率都有了顯著的提升。通信技術(shù)的運(yùn)用依賴于底層的信道編碼技術(shù)，文章主要是針對(duì)4G移動(dòng)通信信道編碼技術(shù)展開(kāi)相關(guān)的論述，對(duì)于信道編碼的執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行了論述，并對(duì)比較熟悉的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論述，主要是上行鏈路與下行鏈路的傳輸設(shè)計(jì)，進(jìn)而提出更好的解決方案，對(duì)于通信技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展做出應(yīng)有的研究與努力。

關(guān)鍵詞：3G通信;4G通信;信道編碼技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）02-0085-03

Abstract：The 21st century，the internet technology in the related policy driven by rapid development of internet applications，surge to the requirement of data transmission，and greatly promote the development of communication technology，communication technology development in the era of 3G has not been cooling was born 4G mobile communication technology，the characteristics of the 4G mobile communication technology has more security，at the same time as based on 3G communication technology，the adaptation performance even more powerful，the speed and efficiency of data transmission has a significant improvement. The use of communication technology relies on the underlying channel coding technology，this article is mainly aimed at 4G mobile communication channel coding technology related，for this paper discusses the implementation process of channel coding，and the data transmission of the familiar with coding design scheme is discussed in this paper，mainly is the uplink and downlink link transmission design，put forward a better solution，for further communication techniques to the research and development efforts.

Keywords：3G communication;4G communication;channel coding technology

0? 引? 言

通信技術(shù)自出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)有將近一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間了。目前通信技術(shù)發(fā)展較為成熟，且應(yīng)用廣泛。從技術(shù)角度來(lái)看，4G移動(dòng)通信涉及到的技術(shù)層較為廣泛，且都是WiMAX所采取的相關(guān)技術(shù)，在早期的IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)下有Turbo碼等糾錯(cuò)能力較強(qiáng)，但是存在著較大延遲的信道碼，也有簡(jiǎn)單、延遲低的LDPC碼。本文的下行鏈路將結(jié)合LPDC的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低延遲的特點(diǎn)進(jìn)行編碼，上行鏈路中為了保障通信的質(zhì)量可靠，采用了糾錯(cuò)能力較強(qiáng)的Turbo碼進(jìn)行編碼，最后對(duì)上下行鏈路的編碼方法、原理進(jìn)行介紹。本文的研究目的是對(duì)4G移動(dòng)通信信道中上、下行鏈路的編碼及方法進(jìn)行探究，并結(jié)合各個(gè)理論點(diǎn)，從而達(dá)到以Turbo碼與LDPC碼相結(jié)合的方式完成對(duì)4G移動(dòng)通信信道的編碼。研究的意義是采用了合理的上下行鏈路編碼的方法，從而達(dá)到通信信道編碼及通信方式的最優(yōu)化。

1? 4G 移動(dòng)通信介紹

在移動(dòng)通信的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展之下，催生了許多移動(dòng)通信的業(yè)務(wù)，之前移動(dòng)通信的業(yè)務(wù)形式比較單一化，主要是通信設(shè)備的生產(chǎn)者與移動(dòng)設(shè)備通信的運(yùn)營(yíng)者之間進(jìn)行的業(yè)務(wù)交流，現(xiàn)代化、多元化的業(yè)務(wù)形式包含了眾多新興的元素的加入，比如騰訊微信，新浪微博等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用背景下的軟件運(yùn)營(yíng)與服務(wù)，而這些軟件的應(yīng)用與人們的精神生活以及物質(zhì)生活息息相關(guān)，大量的需求要求更快更好的通信能力。

4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本特點(diǎn)包含以下幾個(gè)主要方面：

（1）4G移動(dòng)通信系統(tǒng)擁有極高的數(shù)據(jù)傳輸速度，能夠即時(shí)接發(fā)數(shù)據(jù)并完成相應(yīng)的處理;

（2）通信系統(tǒng)是通過(guò)IP地址進(jìn)行無(wú)線連接的、使用普遍的機(jī)器之間的數(shù)據(jù)傳輸;

（3）基于IP地址通信，因而能夠在更多的系統(tǒng)之間進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)通信。4G通信技術(shù)能夠提供更加便利與實(shí)惠的方式供用戶去選擇，受到廣泛的喜愛(ài)與支持。

4G通信系統(tǒng)對(duì)于寬帶與帶寬的極強(qiáng)的抗干擾能力能夠?qū)崿F(xiàn)多種業(yè)務(wù)互通，并有效、準(zhǔn)確地進(jìn)行信號(hào)的傳遞，具有較大的信道系統(tǒng)容量、較高的信道傳輸速率、較高的信道傳輸質(zhì)量，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，減少等待時(shí)間，同時(shí)能夠保證系統(tǒng)在低能量消耗狀態(tài)下的性能，其所依賴的技術(shù)主要是以下幾種：

（1）正交頻分復(fù)用技術(shù);

（2）無(wú)線電技術(shù);

（3）多輸入、多輸出技術(shù);

（4）基于IP的連接方式;

（5）高性能接收機(jī);

（6）Turbo碼與LDPC碼相結(jié)合。

2? 接發(fā)技術(shù)方案研究

2.1? 接入方式和多址方案

OFDM是在無(wú)線環(huán)境下利用高速傳輸技術(shù)，將在頻率范圍內(nèi)的給定頻道分成多個(gè)直角下頻道，在每個(gè)下頻道使用一個(gè)子回波進(jìn)行調(diào)制，調(diào)整結(jié)束后，整個(gè)頻道不是平的，而是有選擇頻率的。但是各個(gè)子段的頻道比較平坦，子段的信號(hào)由協(xié)帶站傳送，信號(hào)帶寬小于該子段的帶寬。OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是消除或減少信號(hào)波段之間的干擾。對(duì)多路阻塞和多普勒頻率移動(dòng)不敏感，能夠提高光譜利用率，提高低成本單接收器可用性。

2.2? MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)是一種多發(fā)射多接收天線，利用多接收天線來(lái)實(shí)現(xiàn)空間環(huán)路的技術(shù)，縱向多接收天線可將通訊連接分解成多個(gè)并行子路，大大提高其容量。至于信息容量，即使是多接收天線與不同輻射天線之間相互關(guān)聯(lián)而又相互獨(dú)立的情況下，MIMO系統(tǒng)也可以改善系統(tǒng)的噪音性能，以確保相當(dāng)大的容量。例如，接收天線的總天線數(shù)為8個(gè)，平均接收噪音為20分貝，其容量最多為42 bps/Hz，單天線系統(tǒng)容量可超過(guò)20倍。所以MIMO技術(shù)是在有限的電力帶寬的無(wú)線頻道中提高數(shù)據(jù)傳輸速度、系統(tǒng)容量、傳輸質(zhì)量的空間分集技術(shù)。MIMO系統(tǒng)在目前無(wú)線頻譜資源不足的情況下展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)。

3? 4G移動(dòng)通信系統(tǒng)信道編碼技術(shù)研究

3.1? Turbo碼和LDPC碼

3.1.1? Turbo碼

Turbo碼又稱為并行級(jí)聯(lián)卷積碼，它是由兩個(gè)反饋的系統(tǒng)卷積編碼器通過(guò)一個(gè)交織器并行連接而成，編碼后的校驗(yàn)位經(jīng)過(guò)刪余陣，從而產(chǎn)生不同的碼率的碼字。它巧妙地將卷積碼和隨機(jī)交織器結(jié)合在一起，在實(shí)現(xiàn)隨機(jī)編碼思想的同時(shí)，通過(guò)交織器實(shí)現(xiàn)用短碼構(gòu)造長(zhǎng)碼的方法，并采用軟輸出迭代譯碼來(lái)逼近最大似然譯碼。Turbo碼充分利用了Shannon信道編碼定理的基本條件，具有很好的糾錯(cuò)性能，以及很強(qiáng)的抗衰落、抗干擾能力，性能接近Shannon理論極限，而且編譯碼的復(fù)雜度不高，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)中。

經(jīng)典的Turbo碼編碼框圖如圖1所示，S是輸入的信息比特流，P1是S經(jīng)過(guò)第一個(gè)遞歸，圖1為經(jīng)典的Turbo碼編碼框圖，S是輸入的信息比特流，P1是S經(jīng)過(guò)第一個(gè)遞歸系統(tǒng)卷積碼輸出的校驗(yàn)位比特流。Turbo碼編碼示例圖如圖2所示，列舉了一個(gè)具體的Turbo碼的例子。

3.1.2? LDPC碼

LDPC碼，即低密度奇偶校驗(yàn)碼，是一種校驗(yàn)矩陣H中只有很少的元素為“1”，大部分元素都是“0”的一種線性分組碼。它的性能接近Shannon理論極限，可以達(dá)到很高的碼率，而且LDPC碼基于置信傳播的譯碼算法本質(zhì)上是并行算法，有利于硬件的并行實(shí)現(xiàn)，可以達(dá)到很高的譯碼速度。LDPC碼已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光通信、衛(wèi)星通信、深空通信、第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)、高速與甚高速率數(shù)字用戶線等。

3.2? 上行鏈路數(shù)據(jù)編碼方案設(shè)計(jì)

上行鏈路的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)一種叫作Turbo的編碼來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，該編碼是現(xiàn)在主流編碼中最受歡迎的一種編碼方式，該編碼采用了分組編碼的方式，能夠在很大程度上降低外界的噪音干擾，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，對(duì)于信號(hào)的減弱在一定程度上也具有較為良好的控制作用，信號(hào)在信道傳輸過(guò)程中具有較強(qiáng)的保真效果，應(yīng)用效果顯著，被大量投入實(shí)踐和使用。

Turbo碼一般是建立在一種或者兩種編碼方式的結(jié)合之上，最為常見(jiàn)的編碼是奇偶校驗(yàn)碼，一般是在信息分組的后面加上一個(gè)用來(lái)校驗(yàn)的位，并進(jìn)行比對(duì)，還有一種主要的編碼方式是拓展?jié)h明碼，一般是在拓展?jié)h明碼的后面增加一個(gè)校驗(yàn)位，用來(lái)進(jìn)行比對(duì)，這兩種編碼單獨(dú)或者相互結(jié)合使用。

3.3? 下行鏈路數(shù)據(jù)編碼相關(guān)設(shè)計(jì)

下行鏈路的設(shè)計(jì)與上行鏈路的設(shè)計(jì)有很大的不同，下行鏈路設(shè)計(jì)主要是通過(guò)一種叫作循環(huán)矩陣的矩陣，進(jìn)行一定的位移變換形成H矩陣，這樣的方式能夠?qū)ζ胀ǖ木幋a進(jìn)行改造，形成一種叫作QC-LDPC的編碼，這種編碼結(jié)合了快速并行解碼的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間信息隨機(jī)置換，更加快速地實(shí)轉(zhuǎn)換信息。舉個(gè)例子，在信息的傳輸過(guò)程中，將信息檢查的節(jié)點(diǎn)稱作A節(jié)點(diǎn)，信息通過(guò)檢查以后，信息的值便是固定的，之后信息傳遞到節(jié)點(diǎn)B，經(jīng)過(guò)循環(huán)過(guò)程到達(dá)A，反復(fù)之后，在節(jié)點(diǎn)A的最終節(jié)點(diǎn)完成信息循環(huán)過(guò)程，節(jié)點(diǎn)B向節(jié)點(diǎn)A每次發(fā)送信息，都會(huì)以相同的概率進(jìn)行信息傳遞。

4? 結(jié)? 論

本文分析研究了4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的信道編碼技術(shù)，采用了糾錯(cuò)能力很強(qiáng)的分組Turbo碼，同時(shí)考慮使用低復(fù)雜度、低延時(shí)的LDPC碼。在移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，需要不斷發(fā)掘與研究先進(jìn)的信道編碼技術(shù)來(lái)提供更好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并結(jié)合具體的實(shí)際環(huán)境及其糾錯(cuò)能力和譯碼延時(shí)來(lái)選擇更加合理的編碼技術(shù)作為通信信道的編碼技術(shù)支撐，從而在最大程度上實(shí)現(xiàn)通信方式的最優(yōu)化。

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作者簡(jiǎn)介：巴格達(dá)提（1995.04-），男，哈薩克族，哈薩克斯坦人，研究生，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。