ch6信道編碼通過本章學習學生應該能夠

1、第六章目標通過本章學習，學生應該能夠：1畫出 GSM 突發(fā)脈沖序列的結構圖并理解每個的用途。2理解為保護空中接口上語音、數(shù)據(jù)和控制信道不出錯采用的不同措施。GSM 突發(fā)脈沖序列（Burst）對面圖示的是一個 GSM 突發(fā)脈沖序列（Burst），它包括以下幾個部分：信息即話音，數(shù)據(jù)或控制信息。保護帶BTS 和 MS 接收信息時都必須在分配給它的時隙這一短暫的時間段內接收和突發(fā)脈沖序列，所以對于定時精確性的要求極高。采用保護帶之后，允許有一小段空白的時間誤差，一定程度上降低了定時精確性的要求。準確的說，時隙的長度是 0.577ms，脈沖序列的長度是 0.546ms，允許時隙中突發(fā)脈沖序列有 0.0

2、31ms 時間上的誤差。偷幀標志當話務信道突發(fā)脈沖序列被 FACCH(Fast AssotedControlChannel)盜用時,這兩個比特將被設置.只設置了一個比特表示突發(fā)脈沖序列只有一半訓練序列用。供接收均衡器評估 BTS 和 MS 之間物理通路的傳輸質量,訓練比特長26 比特.尾比特用于指示突發(fā)脈沖序列的開始和結束。GSM 突發(fā)脈沖序列和 TDMA 幀 偷幀標志 信息信息保護帶保護帶常規(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，必須在時間上準確定時到給定的時隙。突發(fā)脈沖序列

3、 Burst 是 BTS 或 MS 發(fā)送的比特序列，時隙則是一個固定的時間段，脈沖序列必須順序準確的到達這一時間段，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 BCCH 載頻中

4、沒有用到的時隙中沒有信息可發(fā)送時，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。因為 MS 試圖接入到系統(tǒng)時還不知道發(fā)射定時，所以要增加保護帶。MS 發(fā)送該突發(fā)脈沖序列時， BTS 并不知道MS 的位置，所以來自 MS 的消息的定時也無法準確計算（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間差錯保護與檢測為保護邏輯信道，避免邏輯信道在無線通發(fā)送時出現(xiàn)差錯，

5、系統(tǒng)采用了多種編碼方案。對面圖示了話音，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信息保護的要求不同，所以編碼速率也會不同。有三種編碼保護方案：音信道編碼將每 20ms 的話音信息塊分到 8 個 GSM Burst，這樣當空中接口上的干擾導致 Burst 丟失時，仍然可以準確的恢復出話音信息。對通用控制信道編碼20ms 的控制信息塊被分到了 4 個 Burst，比如 BCCH，這使得這些突發(fā)脈沖序列可以插到一個 TDMA 復幀中。對數(shù)據(jù)信道編碼數(shù)據(jù)信息被展開到了 22 個 Burst

6、。因為數(shù)據(jù)每一個比特的信息都是很重要的，把數(shù)據(jù)信息分到 22 個 Burst 使得在接收端恢復數(shù)據(jù)信息時，如果有一個脈沖序列丟失，20ms 的數(shù)據(jù)信息塊中只有很小的一部分丟失，通過差錯編碼機制可以將這一部分丟失的信息恢復出來。20ms信息塊0.577ms信息突發(fā)脈沖序列 話音（8 個 Bursts）控制信息（4 個 Bursts）數(shù)據(jù)（22 個 Bursts）話音（260bit）控制信息（184bit）數(shù)據(jù)（240bit）編碼交織差錯保護與檢測BCCH,PCH,AGCH,SDCCH,FACCH, SACCH,CBCH 184bitsEFR 話音幀F(xiàn)R 話音幀數(shù)據(jù)業(yè)務9.6/4.8/2.4k加進

7、尾比特循環(huán)編碼+重復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+盜用標志對角交織+盜用標志矩形交織對角交織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差錯保護與檢測話音信道編碼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 bit，這 260 個 bit 根據(jù)對差錯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這一級對差錯最敏感。從 la 級的 50 個比特中生成 3 個校驗比特。Class 1a 的比特對于話音信息的可理解性是關鍵的，不容出錯。有了校驗比特后，話音器可以檢測到 Class la 比特中不可糾正的錯誤，如果Class la 比特中出現(xiàn)錯誤，一般整個信息塊都會被丟棄。Class lb132 個比特的 lb 級比特沒有差錯校驗位，但和 la 級比特和校驗比特卷積到了一起。加上了 4 個尾比特是為了將狀態(tài)。Cla

9、ss2的寄存器設置到這 72 個比特對差錯最不敏感，根本沒有任何加保護措施。最后得到的 456 個比特在發(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 個比特在 20ms內發(fā)送，數(shù)據(jù)速率是 13Kbit/s。如果采用的是增強型全速率編碼（EFR，Enhanced Full Rate），A bis 鏈每 20ms 內將傳送 244 個比特。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比特增強型全速率EFR( Enhanced Full Rate)話音的信道編碼增強型全速率話音編碼將話音壓縮編碼生成每幀 244bit，時長 20ms 的話音信息。將 244bit 的信息經(jīng)過預編碼后加上了 16 個比特，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行信道編碼。另外加上的 16 個比特中有 8 個比特是從 1a 級的 50 個比特和 1b 級中最重要的 15 個比特生成的 CRC出來的 4 個比特的重復。另外 8 個比特是從原 244bit 的幀中選EFR的信道預編碼EFR 話音幀：50 Class1a+124 Class1

11、b+70 Class2=244 bit預編碼：從 50 Class1a+15 Class1b 中生成的 8bitCRC 加入到 Class1b 中。8 個重復比特加入到 Class2 中。預編碼后得到：50 Class1a+132 Class1b+78 Class2=260 bit經(jīng)過預編碼之后得到 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。對增強型全速率話音的預編碼244bits260 bitsClass 1a 50 bitsClass 2b 124bitsClass 270 bits8bit 的 CRC 加到Class 1b 中8 個重復 bits加到 Class

12、 2 中Class 1a 50bitsClass 1b 132bitsClass 2 78bits差錯保護與檢測控制信道編碼對面圖示的是控制信道的差錯保護方法。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 的校驗比特，對于突發(fā)脈沖序列差錯的檢測與校正非常有利。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數(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比特差錯保護與檢測數(shù)據(jù)信道編碼對面圖示的是 9.6kbit/s 數(shù)據(jù)信道的差錯保護方法。 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，使其比特數(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)務信道要求有比實際發(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)務將需要 12kbit/

14、s 的傳輸速率，因為同時還要傳送一些狀態(tài)信號（比如 RS-232 DTR（Daerminal Ready）。每 240bit 的數(shù)據(jù)業(yè)務信息塊編碼后得到 456bit 的信息塊，與話音和控制信息編碼后得到的比特數(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 內傳送，其傳輸速率相當于是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 幀結構中邏輯信道經(jīng)過編碼或差錯保護之后，應將比特流放入突發(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行的。交織處理是將一個業(yè)務塊分成多塊，放到多個 TDMA 時隙織深度分別為：話音控制信息數(shù)據(jù)8 塊4 塊22 塊交織處理對于保護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突發(fā)脈沖序列只包含業(yè)務塊的一小部分數(shù)據(jù),這樣當某個突發(fā)脈沖序列沒有正常接收時,不會影響到整體的傳輸質量,因為差錯校正技術可以將丟失的數(shù)據(jù)恢復出來

16、。如果系統(tǒng)簡單的讓一個突發(fā)脈沖序列對應一個業(yè)務塊的話,難以用差錯校正技術恢復出丟失的數(shù)據(jù),傳輸質量將受影響。因為采用了交織,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質量。交織注:TRAU = Transcoder Rate Adaption Unit壓縮編碼適配單元TRAU 幀類型所擴展到的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 幀中對角交織話音對面圖示的是全速率話音信道交織原理的簡化示意圖。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 個小塊被放到前 4 個突發(fā)脈沖序列中的偶比特位置，后 4 個小塊被放到后 4 個突發(fā)脈沖序列中的奇比特位置。因為一個突發(fā)脈沖序列有 114 個業(yè)務比特，所以一個突發(fā)脈沖序列將被兩個話音塊共用。每一個話音塊與前一個話音塊共用前 4 個突發(fā)脈沖序列，與后一個話音塊共用后 4 個突發(fā)脈沖序列。圖中話音塊 5，即 BLOCK5，它與 BLOCK4 共用前 4 個突發(fā)脈沖序列，與 BLOCK6 共用后 4 個突發(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，每個脈沖序列將在 8 個連續(xù) TDMA 幀中指定的時隙發(fā)射。對面圖中示意了某個用戶的通話信息發(fā)射的例子。系統(tǒng)為該用戶分配的是 TDMA 幀中的時隙 4，該用戶最多可以和 7 個其它用戶共用這個 TDMA 幀。應該注意的是該載頻上的每個時隙都可能被不同的信道組占用，如：業(yè)務信道組，廣播信道組，信道組或組合信道組。注：因為 FACCH 是從用戶信道中“偷幀”的，所以會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 456 比特

19、的比特塊，并與其他話音信息一起交織。每個含有 FACCH 塊的突發(fā)脈沖序列中都會設置對應的偷幀標志。 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 個邏輯信道在一個 RF 載頻上組成TDMA 幀。TDMA 幀對角交織 話音將邏輯信道到TDMA 幀中矩形交織控制信息對面圖示的是簡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，每個突發(fā)脈沖序列將在