ch6信道編碼通過本章學(xué)習(xí)學(xué)生應(yīng)該能夠

1、第六章目標(biāo)通過本章學(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)的用途。2理解為保護(hù)空中接口上語音、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)確的說，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 0.0

2、31ms 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(Fast AssotedControlChannel)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)脈沖序列只有一半訓(xùn)練序列用。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 偷幀標(biāo)志 信息信息保護(hù)帶保護(hù)帶常規(guī)突發(fā)脈沖序列GSM 突發(fā)脈沖序列突發(fā)脈沖序列類型（Burst Types）對(duì)面圖示了 GSM 空中接口用到的五種脈沖序列。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

3、 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。常規(guī)突發(fā)脈沖序列（Normal Burst）能正確接收常規(guī)突發(fā)脈沖序列用于業(yè)務(wù)信道和除以下所說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（Frequency Correction Burst）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（Synchronization Burst）用來用于下行的 SCH，使 MS 同步到 BTS。填充突發(fā)脈沖序列（Dummy Burst）當(dāng) BCCH 載頻中

4、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（Acs Burst）這種突發(fā)脈沖序列比其它類型的脈沖序列短很多。因?yàn)?MS 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，所以來自 MS 的消息的定時(shí)也無法準(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 常 規(guī) 突 發(fā) 脈 沖 序 列 訓(xùn)練序列 頻率校正突發(fā)脈沖序列(FB) 固定比特同步突發(fā)脈沖序列 填充突發(fā)脈沖序列固定比特固定比特 接入突發(fā)脈沖序列加密比特時(shí)間差錯(cuò)保護(hù)與檢測(cè)為保護(hù)邏輯信道，避免邏輯信道在無線通發(fā)送時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)，

5、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：音信道編碼將每 20ms 的話音信息塊分到 8 個(gè) GSM Burst，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)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

6、。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。20ms信息塊0.577ms信息突發(fā)脈沖序列 話音（8 個(gè) Bursts）控制信息（4 個(gè) Bursts）數(shù)據(jù)（22 個(gè) Bursts）話音（260bit）控制信息（184bit）數(shù)據(jù)（240bit）編碼交織差錯(cuò)保護(hù)與檢測(cè)BCCH,PCH,AGCH,SDCCH,FACCH, SACCH,CBCH 184bitsEFR 話音幀F(xiàn)R 話音幀數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)9.6/4.8/2.4k加進(jìn)

7、尾比特循環(huán)編碼+重復(fù)Class 1a 循環(huán)編碼+尾比特Fireode+尾比特卷積編碼卷積編碼卷積編碼+比特截短TCH/2.4重塊新排序及分割+盜用標(biāo)志對(duì)角交織+盜用標(biāo)志矩形交織對(duì)角交織8TCH FR (Bursts)4BCCH,PCH,AGCH1RACH19TCH 9.6kbps (Bursts)8TCH EFR (Bursts)4SDCCH,SACCH卷積編碼循環(huán)編碼+尾比特RACH+SCHP0 bits差錯(cuò)保護(hù)與檢測(cè)話音信道編碼BTS 從 Abis 接口接收來自 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

8、信道編碼。壓縮編碼過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，高。音信息的可理解性越重要的比特，敏感Class la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。Class 1a 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，話音器可以檢測(cè)到 Class la 比特中不可糾正的錯(cuò)誤，如果Class la 比特中出現(xiàn)錯(cuò)誤，一般整個(gè)信息塊都會(huì)被丟棄。Class lb132 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)尾比特是為了將狀態(tài)。Cla

9、ss2的寄存器設(shè)置到這 72 個(gè)比特對(duì)差錯(cuò)最不敏感，根本沒有任何加保護(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)過交織。注：在 A bis 鏈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，Enhanced Full Rate），A bis 鏈每 20ms 內(nèi)將傳送 244 個(gè)比特。EFR 的信息在經(jīng)過和全速率話音信息同樣的信道編碼之前要經(jīng)過預(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

10、碼卷積編碼尾比特校驗(yàn)比特增強(qiáng)型全速率EFR( Enhanced Full Rate)話音的信道編碼增強(qiáng)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出來的 4 個(gè)比特的重復(fù)。另外 8 個(gè)比特是從原 244bit 的幀中選EFR的信道預(yù)編碼EFR 話音幀：50 Class1a+124 Class1

11、b+70 Class2=244 bit預(yù)編碼：從 50 Class1a+15 Class1b 中生成的 8bitCRC 加入到 Class1b 中。8 個(gè)重復(fù)比特加入到 Class2 中。預(yù)編碼后得到：50 Class1a+132 Class1b+78 Class2=260 bit經(jīng)過預(yù)編碼之后得到 260 比特的 EFR 幀，再接下來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244bits260 bitsClass 1a 50 bitsClass 2b 124bitsClass 270 bits8bit 的 CRC 加到Class 1b 中8 個(gè)重復(fù) bits加到 Class

12、 2 中Class 1a 50bitsClass 1b 132bitsClass 2 78bits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)過稱為 Fire Code 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狀態(tài)。每 184bit 的信令數(shù)據(jù)信息塊經(jīng)過編碼處理后得到 456b

13、it，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)過交織?？刂菩诺赖木幋a卷積編碼尾比特校驗(yàn)比特差錯(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/

14、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-232 DTR（Daerminal Ready）。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)過交織。注：PCM 鏈240bit 的信息在 20ms 內(nèi)傳送，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)信道的編碼數(shù)據(jù)信道9.6 kbit/s截短卷積編碼尾比特邏輯信道交

15、織到TDMA 幀結(jié)構(gòu)中邏輯信道經(jīng)過編碼或差錯(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)隙織深度分別為：話音控制信息數(shù)據(jù)8 塊4 塊22 塊交織處理對(duì)于保護(hù)空中接口無線信道環(huán)境中的數(shù)據(jù)是很重要的。由于無線通的干擾、噪音或物理中斷，MS 和 BTS 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

16、。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。交織注:TRAU = Transcoder Rate Adaption Unit壓縮編碼適配單元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邏輯信道到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

17、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。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。來自一路通話編碼后的全速率編碼話音塊話音塊5 和 6 話音

18、塊共用話音塊 6 偶比特4 和 5 話音塊共用話音塊 5 偶比特對(duì)角交織 話音邏輯信道發(fā)射話音到TDMA 幀中交織深度為 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，廣播信道組，信道組或組合信道組。注：因?yàn)?FACCH 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

19、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。 來自一路通話編碼后的全速率話音塊話音塊 如圖中所示，Burst 1 到 3 與其他 7 個(gè)邏輯信道在一個(gè) RF 載頻上組成TDMA 幀。TDMA 幀對(duì)角交織 話音將邏輯信道到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