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)圖并理解每個構(gòu)成的用途。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(hù)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(nèi)接收和解碼突發(fā)脈沖序列，所以對于定時精確性的要求極高。采用保護(hù)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(zhǔn)確

2、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0.031ms時間上的誤差。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,這兩個比特將被設(shè)置.只設(shè)置了一個比特表示突發(fā)脈沖序列只有一半被盜用。訓(xùn)練序列供接收均衡器評估BTS和MS之間物理通路的傳輸質(zhì)量,訓(xùn)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(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，必須在時間上準(zhǔn)確定時到給定的時隙。突發(fā)脈沖序列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(zhǔn)確的到達(dá)這一時間段，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（AccessBurst）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(hù)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(zhǔn)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的比特同步序列編碼過的比特固定比特

5、信息訓(xùn)練序列信息差錯保護(hù)與檢測為保護(hù)邏輯信道，避免邏輯信道在無線通路上發(fā)送時出現(xiàn)差錯，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(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信息保護(hù)的要求不同，所以編碼速率也會不同。有三種編碼保護(hù)方案：對話音信道編碼將每20ms的話音信息塊分到8個GSMBurst，這樣當(dāng)空中接口上的干擾導(dǎo)致Burst丟失時，仍然可以準(zhǔn)確的恢復(fù)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(fù)

6、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。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(fù)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(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（260bit）話音（8個Bursts）控制信息（184bit）編碼交織控制信息（4個Bursts）數(shù)據(jù)（240bit）數(shù)據(jù)（22個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差錯保護(hù)與檢測對角交織+盜用標(biāo)志進(jìn)：456bits的block出：22個子塊對角交織進(jìn)：8子塊出：成對的塊矩形交織進(jìn)：8子塊出成對的子塊19TCH9.6kbps(Bursts)4BCCH,PCH,AGCH4SDCCH,SACCH4CBCH(Bursts)差錯保護(hù)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)過信道編碼。壓縮

9、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，對話音信息的可理解性越重要的比特，敏感度越高。Classla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。Class1a的比特對于話音信息的可理解性是關(guān)鍵的，不容出錯。有了校驗比特后，話音解碼器可以檢測到Classla比特中不可糾正的錯誤，如果Classla比特中出現(xiàn)錯誤，一般整個信息塊都會被丟棄。Classlb132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個尾比特是為了將接收器的寄存器設(shè)置到解碼狀態(tài)。Class2這72個比特對差錯最不敏感，根

10、本沒有任何加保護(hù)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Abis鏈路上如果采用的是全速率話音編碼，那么260個比特在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。話音信道編碼卷積編碼尾比特校驗比特增強(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，時長20ms的話音信息。將244bit的信息經(jīng)過預(yù)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(jìn)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校驗碼。另外8個比特是從原244bit的幀中選出來的4個比特的重復(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。對增強(qiáng)型全速率話音的預(yù)編碼244bitsClass1aClass2bClass250bits124bits70bits8bit的CRC加到8個重復(fù)bitsClass1b中加到Class2中Class1aClass1bClass250bits132bits78bits260bits差錯保護(hù)與檢測控制信道編碼對面圖示的是控制信道的差錯保護(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)過稱為FireCode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解碼狀態(tài)。每184bit的信令數(shù)據(jù)信息塊經(jīng)過編碼處理后得到456bit，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。控制信道的編碼校驗比特尾比特卷積編碼差錯保護(hù)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(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(wù)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(wù)將需要12kbit/s的傳輸速率，因為同時還要傳送一些狀態(tài)信號（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數(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)過編碼或差錯保護(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。交織處理是將一個業(yè)務(wù)塊分成多塊，放到多個TDMA時隙中，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(wù)塊的一小部分?jǐn)?shù)據(jù),這樣當(dāng)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(zhì)量,因為差錯校正技術(shù)可以將丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)出來。如果系統(tǒng)簡單的讓一個突發(fā)脈沖序列對應(yīng)一個業(yè)務(wù)塊的話,難以用差錯校正技術(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(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(wù)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。

18、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。對角交織話音來自一路通話編碼后的全速率編碼話音塊每個話音塊有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，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(yīng)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(wù)信道組，廣

19、播信道組，專用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(shè)置對應(yīng)的偷幀標(biāo)志。TDMA幀如圖中所示，Burst1到3與其他7個邏輯信道在一個RF載頻上組成TDMA幀。本路通話占用的是時隙4話音塊來自一路通話編碼后的全速率話音塊對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4個