ch6 信道編碼知識(shí)講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。ch6 信道編碼-第六章目標(biāo)通過(guò)本章學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該能夠：1畫出GSM突發(fā)脈沖序列的結(jié)構(gòu)圖并理解每個(gè)構(gòu)成的用途。2理解為保護(hù)空中接口上語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和控制信道不出錯(cuò)采用的不同措施。GSM突發(fā)脈沖序列（Burst）對(duì)面圖示的是一個(gè)GSM突發(fā)脈沖序列（Burst），它包括以下幾個(gè)部分：信息即話音，數(shù)據(jù)或控制信息。保護(hù)帶BTS和MS接收信息時(shí)都必須在分配給它的時(shí)隙這一短暫的時(shí)間段內(nèi)接收和解碼突發(fā)脈沖序列，所以對(duì)于定時(shí)精確性的要求極高。采用保護(hù)帶之后，允許有一小段空白的時(shí)間誤差，一定程度上降低了定時(shí)精確性的要求。準(zhǔn)確

2、的說(shuō)，時(shí)隙的長(zhǎng)度是0.577ms，脈沖序列的長(zhǎng)度是0.546ms，允許時(shí)隙中突發(fā)脈沖序列有0.031ms時(shí)間上的誤差。偷幀標(biāo)志當(dāng)話務(wù)信道突發(fā)脈沖序列被FACCH(FastAssociatedControlChannel)盜用時(shí),這兩個(gè)比特將被設(shè)置.只設(shè)置了一個(gè)比特表示突發(fā)脈沖序列只有一半被盜用。訓(xùn)練序列供接收均衡器評(píng)估BTS和MS之間物理通路的傳輸質(zhì)量,訓(xùn)練比特長(zhǎng)26比特.尾比特用于指示突發(fā)脈沖序列的開始和結(jié)束。GSM突發(fā)脈沖序列和TDMA幀常規(guī)突發(fā)脈沖序列尾比特偷幀標(biāo)志尾比特信息訓(xùn)練序列信息保護(hù)帶保護(hù)帶GSM突發(fā)脈沖序列突發(fā)脈沖序列類型（BurstTypes）對(duì)面圖示了GSM空中接口用到的五

3、種脈沖序列。所有的脈沖序列，不管是什么類型的，必須在時(shí)間上準(zhǔn)確定時(shí)到給定的時(shí)隙。突發(fā)脈沖序列Burst是BTS或MS發(fā)送的比特序列，時(shí)隙則是一個(gè)固定的時(shí)間段，脈沖序列必須順序準(zhǔn)確的到達(dá)這一時(shí)間段，以便接收器能正確接收解碼。常規(guī)突發(fā)脈沖序列（NormalBurst）常規(guī)突發(fā)脈沖序列用于業(yè)務(wù)信道和除以下所說(shuō)的各種控制信道以外的控制信道。（雙向的）頻率校正突發(fā)脈沖序列（FrequencyCorrectionBurst）該突發(fā)脈沖序列用于下行的FCCH，使MS能校正自己振蕩器的頻率并鎖定到BTS的頻率。同步突發(fā)脈沖序列（SynchronizationBurst）用來(lái)用于下行的SCH，使MS同步到BTS

4、。填充突發(fā)脈沖序列（DummyBurst）當(dāng)BCCH載頻中沒有用到的時(shí)隙中沒有信息可發(fā)送時(shí)，發(fā)送填充突發(fā)脈沖序列（僅在下行方向）接入突發(fā)脈沖序列（AccessBurst）這種突發(fā)脈沖序列比其它類型的脈沖序列短很多。因?yàn)镸S試圖接入到系統(tǒng)時(shí)還不知道發(fā)射定時(shí)，所以要增加保護(hù)帶。MS發(fā)送該突發(fā)脈沖序列時(shí)，BTS并不知道MS的位置，所以來(lái)自MS的消息的定時(shí)也無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算（接入突發(fā)脈沖序列僅為上行）。GSM突發(fā)脈沖序列類型頻率校正突發(fā)脈沖序列(FB)常規(guī)突發(fā)脈沖序列(NB)同步突發(fā)脈沖序列填充突發(fā)脈沖序列接入突發(fā)脈沖序列時(shí)間加密比特同步序列固定比特訓(xùn)練序列固定比特編碼過(guò)的比特同步序列編碼過(guò)的比特固定比特

5、信息訓(xùn)練序列信息差錯(cuò)保護(hù)與檢測(cè)為保護(hù)邏輯信道，避免邏輯信道在無(wú)線通路上發(fā)送時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)，系統(tǒng)采用了多種編碼方案。對(duì)面圖示了話音，控制和數(shù)據(jù)信道的編碼處理，處理的過(guò)程非常復(fù)雜。采用何種編碼和交織方案取決于被編碼的信道，所有的邏輯信道都需要經(jīng)過(guò)某種形式的卷積編碼，但由于不同的邏輯信道對(duì)信息保護(hù)的要求不同，所以編碼速率也會(huì)不同。有三種編碼保護(hù)方案：對(duì)話音信道編碼將每20ms的話音信息塊分到8個(gè)GSMBurst，這樣當(dāng)空中接口上的干擾導(dǎo)致Burst丟失時(shí)，仍然可以準(zhǔn)確的恢復(fù)出話音信息。對(duì)通用控制信道編碼20ms的控制信息塊被分到了4個(gè)Burst，比如BCCH，這使得這些突發(fā)脈沖序列可以插到一個(gè)TDMA復(fù)

6、幀中。對(duì)數(shù)據(jù)信道編碼數(shù)據(jù)信息被展開到了22個(gè)Burst。因?yàn)閿?shù)據(jù)每一個(gè)比特的信息都是很重要的，把數(shù)據(jù)信息分到22個(gè)Burst使得在接收端恢復(fù)數(shù)據(jù)信息時(shí)，如果有一個(gè)脈沖序列丟失，20ms的數(shù)據(jù)信息塊中只有很小的一部分丟失，通過(guò)差錯(cuò)編碼機(jī)制可以將這一部分丟失的信息恢復(fù)出來(lái)。20ms信息塊0.577ms信息突發(fā)脈沖序列話音（260bit）話音（8個(gè)Bursts）控制信息（184bit）編碼交織控制信息（4個(gè)Bursts）數(shù)據(jù)（240bit）數(shù)據(jù)（22個(gè)Bursts）卷積編碼進(jìn):P1bits出:2P1bits循環(huán)編碼+尾比特進(jìn)：P0bits出：P1bitsRACH+SCHP0bits1RACH1SCH

7、(Bursts)重新排序及分割成子塊+盜用標(biāo)志進(jìn)：456bits出：8子塊TCH/2.48TCHFR(Bursts)8TCHEFR(Bursts)8FACCH/TCH(Bursts)8TCH2-4kbps(Bursts)循環(huán)編碼+重復(fù)進(jìn):244bits出:260bitsEFR話音幀244bitsClass1a循環(huán)編碼+尾比特進(jìn)：260bits出：267bits卷積編碼進(jìn):267bits出:456bits卷積編碼進(jìn):228bits出:456bitsFireode+尾比特進(jìn)：184bits出：228bits卷積編碼+比特截短進(jìn):N1bits出:456bits加進(jìn)尾比特進(jìn)：N0bits出：N1bit

8、sFR話音幀260bitsBCCH,PCH,AGCH,SDCCH,FACCH,SACCH,CBCH184bits數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)9.6/4.8/2.4kN0bits差錯(cuò)保護(hù)與檢測(cè)對(duì)角交織+盜用標(biāo)志進(jìn)：456bits的block出：22個(gè)子塊對(duì)角交織進(jìn)：8子塊出：成對(duì)的塊矩形交織進(jìn)：8子塊出成對(duì)的子塊19TCH9.6kbps(Bursts)4BCCH,PCH,AGCH4SDCCH,SACCH4CBCH(Bursts)差錯(cuò)保護(hù)與檢測(cè)話音信道編碼BTS從Abis接口接收來(lái)自BSC的壓縮編碼后的話音信息，在這里這些話音信息被BTS放到了各自的邏輯信道。這些邏輯信道的信息在發(fā)送到空中接口前先要經(jīng)過(guò)信道編碼。壓縮

9、編碼過(guò)的信息也是成幀接收的，每幀有260個(gè)bit，這260個(gè)bit根據(jù)對(duì)差錯(cuò)的敏感度被分成了三組，對(duì)話音信息的可理解性越重要的比特，敏感度越高。Classla這一級(jí)對(duì)差錯(cuò)最敏感。從la級(jí)的50個(gè)比特中生成3個(gè)校驗(yàn)比特。Class1a的比特對(duì)于話音信息的可理解性是關(guān)鍵的，不容出錯(cuò)。有了校驗(yàn)比特后，話音解碼器可以檢測(cè)到Classla比特中不可糾正的錯(cuò)誤，如果Classla比特中出現(xiàn)錯(cuò)誤，一般整個(gè)信息塊都會(huì)被丟棄。Classlb132個(gè)比特的lb級(jí)比特沒有差錯(cuò)校驗(yàn)位，但和la級(jí)比特和校驗(yàn)比特卷積到了一起。加上了4個(gè)尾比特是為了將接收器的寄存器設(shè)置到解碼狀態(tài)。Class2這72個(gè)比特對(duì)差錯(cuò)最不敏感，根

10、本沒有任何加保護(hù)措施。最后得到的456個(gè)比特在發(fā)送到空中接口前還要經(jīng)過(guò)交織。注：在Abis鏈路上如果采用的是全速率話音編碼，那么260個(gè)比特在20ms內(nèi)發(fā)送，數(shù)據(jù)速率是13Kbit/s。如果采用的是增強(qiáng)型全速率編碼（EFR，EnhancedFullRate），Abis鏈路上每20ms內(nèi)將傳送244個(gè)比特。EFR的信息在經(jīng)過(guò)和全速率話音信息同樣的信道編碼之前要經(jīng)過(guò)預(yù)編碼，使之從244比特變成260比特。編碼后的話音占456比特，但仍在20ms內(nèi)發(fā)送，所以數(shù)據(jù)速率提高到了22.8kbit/s。話音信道編碼卷積編碼尾比特校驗(yàn)比特增強(qiáng)型全速率EFR(EnhancedFullRate)話音的信道編碼增強(qiáng)

11、型全速率話音編碼將話音壓縮編碼生成每幀244bit，時(shí)長(zhǎng)20ms的話音信息。將244bit的信息經(jīng)過(guò)預(yù)編碼后加上了16個(gè)比特，變成260比特，然后將EFR話音信息按照全速率話音信息相同的編碼方式進(jìn)行信道編碼。另外加上的16個(gè)比特中有8個(gè)比特是從1a級(jí)的50個(gè)比特和1b級(jí)中最重要的15個(gè)比特生成的CRC校驗(yàn)碼。另外8個(gè)比特是從原244bit的幀中選出來(lái)的4個(gè)比特的重復(fù)。EFR的信道預(yù)編碼EFR話音幀：50Class1a+124Class1b+70Class2=244bit預(yù)編碼：從50Class1a+15Class1b中生成的8bitCRC加入到Class1b中。8個(gè)重復(fù)比特加入到Class2中

12、。預(yù)編碼后得到：50Class1a+132Class1b+78Class2=260bit經(jīng)過(guò)預(yù)編碼之后得到260比特的EFR幀，再接下來(lái)的信道編碼處理與全速率話音相同。對(duì)增強(qiáng)型全速率話音的預(yù)編碼244bitsClass1aClass2bClass250bits124bits70bits8bit的CRC加到8個(gè)重復(fù)bitsClass1b中加到Class2中Class1aClass1bClass250bits132bits78bits260bits差錯(cuò)保護(hù)與檢測(cè)控制信道編碼對(duì)面圖示的是控制信道的差錯(cuò)保護(hù)方法。這種方法用在所有的邏輯信令信道、同步信道SCH和隨機(jī)接入信道RACH，只是在某些數(shù)字上有些

13、不同。送到BTS待發(fā)送的控制信息是184bit的信息塊，這184bit信息塊首先經(jīng)過(guò)稱為FireCode的循環(huán)塊編碼,并加上了40bit的校驗(yàn)比特，對(duì)于突發(fā)脈沖序列差錯(cuò)的檢測(cè)與校正非常有利。卷積前另外還加上了4比特的尾比特，用于將接收儀器的寄存器置為解碼狀態(tài)。每184bit的信令數(shù)據(jù)信息塊經(jīng)過(guò)編碼處理后得到456bit，與話音編碼后得到的比特?cái)?shù)相同。456bit的信息塊在空中接口發(fā)送前還要經(jīng)過(guò)交織。控制信道的編碼校驗(yàn)比特尾比特卷積編碼差錯(cuò)保護(hù)與檢測(cè)數(shù)據(jù)信道編碼對(duì)面圖示的是9.6kbit/s數(shù)據(jù)信道的差錯(cuò)保護(hù)方法。4.8kbit/s和2.4kbit/s數(shù)據(jù)信道的編碼略有不同，但基本編碼的方法是相

14、同。數(shù)據(jù)信道編碼只采用了卷積編碼。9.6kbit/s的數(shù)據(jù)在編碼后有一些比特在交織前被去掉了，使其比特?cái)?shù)同編碼后的話音和控制信道一樣，每20ms有456bit。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道要求有比實(shí)際發(fā)送速率更高的凈速率（凈速率是指加入編碼比特前的比特率），例如9.6kbit/s的業(yè)務(wù)將需要12kbit/s的傳輸速率，因?yàn)橥瑫r(shí)還要傳送一些狀態(tài)信號(hào)（比如RS-232DTR（DataTerminalReady）。每240bit的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息塊編碼后得到456bit的信息塊，與話音和控制信息編碼后得到的比特?cái)?shù)相同。456bit的信息塊在發(fā)送到空中接口前要經(jīng)過(guò)交織。注：PCM鏈路上240bit的信息在20ms內(nèi)傳送，

15、其傳輸速率相當(dāng)于是12kbit/s，其中9.6kbit/s是數(shù)據(jù)，另外2.4kbit/s是信令信息。編碼后的信息有456bit，但仍在20ms內(nèi)發(fā)送，所以傳輸速率升至22.8kbit/s。數(shù)據(jù)信道的編碼截短卷積編碼尾比特?cái)?shù)據(jù)信道9.6kbit/s邏輯信道映射到TDMA幀結(jié)構(gòu)中交織邏輯信道經(jīng)過(guò)編碼或差錯(cuò)保護(hù)之后，應(yīng)將比特流放入突發(fā)脈沖序列中，在TDMA幀中發(fā)送，交織處理正是在這一階段進(jìn)行的。交織處理是將一個(gè)業(yè)務(wù)塊分成多塊，放到多個(gè)TDMA時(shí)隙中，交織深度分別為：話音8塊控制信息4塊數(shù)據(jù)22塊交織處理對(duì)于保護(hù)空中接口無(wú)線信道環(huán)境中的數(shù)據(jù)是很重要的。由于無(wú)線通路上的干擾、噪音或物理中斷，MS和BTS

16、之間發(fā)送的突發(fā)脈沖序列可能會(huì)受到破壞，大約只有10-20%的突發(fā)脈沖序列完全正常。交織的目的是為了使每個(gè)突發(fā)脈沖序列只包含業(yè)務(wù)塊的一小部分?jǐn)?shù)據(jù),這樣當(dāng)某個(gè)突發(fā)脈沖序列沒有正常接收時(shí),不會(huì)影響到整體的傳輸質(zhì)量,因?yàn)椴铄e(cuò)校正技術(shù)可以將丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)出來(lái)。如果系統(tǒng)簡(jiǎn)單的讓一個(gè)突發(fā)脈沖序列對(duì)應(yīng)一個(gè)業(yè)務(wù)塊的話,難以用差錯(cuò)校正技術(shù)恢復(fù)出丟失的數(shù)據(jù),傳輸質(zhì)量將受影響。因?yàn)椴捎昧私豢?所以也使得GSM空中接口的抗噪聲性能大大提高,保證了提供給用戶的服務(wù)質(zhì)量。交織TRAU幀類型所擴(kuò)展到的GSM突發(fā)脈沖序列數(shù)話音8控制4數(shù)據(jù)22注:TRAU=TranscoderRateAdaptionUnit壓縮編碼適配單元邏輯

17、信道映射到TDMA幀中對(duì)角交織-話音對(duì)面圖示的是全速率話音信道交織原理的簡(jiǎn)化示意圖。如圖中所示，同一用戶的通話信息經(jīng)過(guò)編碼處理后得到一系列的話音塊，每塊有456比特，這456比特又分被成8小塊，每小塊57比特，且每小塊中要么全是奇數(shù)位置的比特，要么全是偶數(shù)位置的比特。系統(tǒng)將用這些小塊的話音比特生成GSM突發(fā)脈沖序列（Burst）。前4個(gè)小塊被放到前4個(gè)突發(fā)脈沖序列中的偶比特位置，后4個(gè)小塊被放到后4個(gè)突發(fā)脈沖序列中的奇比特位置。因?yàn)橐粋€(gè)突發(fā)脈沖序列有114個(gè)業(yè)務(wù)比特，所以一個(gè)突發(fā)脈沖序列將被兩個(gè)話音塊共用。每一個(gè)話音塊與前一個(gè)話音塊共用前4個(gè)突發(fā)脈沖序列，與后一個(gè)話音塊共用后4個(gè)突發(fā)脈沖序列。

18、圖中話音塊5，即BLOCK5，它與BLOCK4共用前4個(gè)突發(fā)脈沖序列，與BLOCK6共用后4個(gè)突發(fā)脈沖序列。對(duì)角交織話音來(lái)自一路通話編碼后的全速率編碼話音塊每個(gè)話音塊有456比特5和6話音塊共用話音塊6偶比特話音塊5奇比特4和5話音塊共用話音塊5偶比特話音塊4奇比特奇偶奇偶奇偶奇偶話音塊邏輯信道映射到TDMA幀中發(fā)射-話音交織深度為8時(shí)，每個(gè)脈沖序列將在8個(gè)連續(xù)TDMA幀中指定的時(shí)隙發(fā)射。對(duì)面圖中示意了某個(gè)用戶的通話信息發(fā)射的例子。系統(tǒng)為該用戶分配的是TDMA幀中的時(shí)隙4，該用戶最多可以和7個(gè)其它用戶共用這個(gè)TDMA幀。應(yīng)該注意的是該載頻上的每個(gè)時(shí)隙都可能被不同的信道組占用，如：業(yè)務(wù)信道組，廣

19、播信道組，專用信道組或組合信道組。注：因?yàn)镕ACCH是從用戶信道中“偷幀”的，所以會(huì)替代它所占用的話音數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)與其它話音數(shù)據(jù)同樣的交織（交織深度=8）。FACCH偷用一個(gè)456比特的比特塊，并與其他話音信息一起交織。每個(gè)含有FACCH塊的突發(fā)脈沖序列中都會(huì)設(shè)置對(duì)應(yīng)的偷幀標(biāo)志。TDMA幀如圖中所示，Burst1到3與其他7個(gè)邏輯信道在一個(gè)RF載頻上組成TDMA幀。本路通話占用的是時(shí)隙4話音塊來(lái)自一路通話編碼后的全速率話音塊對(duì)角交織話音將邏輯信道映射到TDMA幀中矩形交織-控制信息對(duì)面圖示的是簡(jiǎn)化的交織原理示意圖，這種交織方法用于大多數(shù)的控制信道。在圖中有一系列經(jīng)過(guò)前面所述編碼處理后的控制信息塊。每塊含有456比特，并被分成了114比特的小塊，每小塊中要么全是偶數(shù)位置的比特，要么全是奇數(shù)位置的比特。系統(tǒng)將利用這些控制信息比特塊生成突發(fā)脈沖序列。發(fā)射-控制信息交織深度為4時(shí)，每個(gè)突發(fā)脈沖序列將在4個(gè)