1、第六章 空中接口上的信道编码1 of 26 第六章空中接口上的信道编码第六章 空中接口上的信道编码of 262GSM 突发脉冲序列（Burst ）对面图示的是一个 GSM 突发脉冲序列（Burst），它包括以下几个部分： 信息即话音，数据或控制信息。 保护带BTS 和 MS 接收信息时都必须在分配给它的时隙这一短暂的时间段内接收和解码突发脉冲序列，所以对于定时精确性的要求极高。采用保护带之后，允许有一小段空白的时间误差，一定程度上降低了定时精确性的要求。准确的说，时隙的长度是0.577ms，脉冲序列的长度是 0.546ms，允许时隙中突发脉冲序列有 0.031ms 时间上的误差。 偷帧标志当话
2、务信道突发脉冲序列被 FACCH(Fast Associated Control Channel)盗用时,这两个比特将被 设置.只设置了一个比特表示突发脉冲序列只有一半被盗用。 训练序列供接收均衡器评估 BTS 和 MS 之间物理通路的传输质量,训练比特长 26 比特. 尾比特用于指示突发脉冲序列的开始和结束。第六章 空中接口上的信道编码3 of 26 GSM 突发脉冲序列和 TDMA 帧保护带 保护带信息 训练序列 信息尾比特 偷帧标志 尾比特常规突发脉冲序列第六章 空中接口上的信道编码of 264GSM 突发脉冲序列突发脉冲序列类型（Burst Types）对面图示了 GSM 空中接口用到
3、的五种脉冲序列。所有的脉冲序列，不管是什么类型的，必须在时间上准确定时到给定的时隙。突发脉冲序列 Burst 是 BTS 或 MS 发送的比特序列，时隙则是一个固定的时间段，脉冲序列必须顺序准确的到达这一时间段，以便接收器能正确接收解码。 常规突发脉冲序列（Normal Burst）常规突发脉冲序列传送业务信道和除以下所说的各种控制信道以外的控制信道。 （双向的） 频率校正突发脉冲序列（Frequency Correction Burst）该突发脉冲序列传送下行的 FCCH，使 MS 能校正自己振荡器的频率并锁定到 BTS 的频率。 同步突发脉冲序列（Synchronization Burst
4、）用来传送下行的 SCH，使 MS 同步到 BTS。 填充突发脉冲序列（Dummy Burst）当 BCCH 载频中没有用到的时隙中没有信息可发送时，发送填充突发脉冲序列（仅在下行方向） 接入突发脉冲序列（Access Burst）这种突发脉冲序列比其它类型的脉冲序列短很多。因为 MS 试图接入到系统时还不知道发射定时，所以要增加保护带。MS 发送该突发脉冲序列时，BTS 并不知道 MS 的位置，所以来自 MS 的消息的定时也无法准确计算（接入突发脉冲序列仅为上行）第六章 空中接口上的信道编码5 of 26 GSM 突发脉冲序列 类型信息 训练序列 信息固定比特编码过的比特 同步序列 编码过的
5、比特固定比特 训练序列 固定比特同步序列 加密比特时间接入突发脉冲序列填充突发脉冲序列同步突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列(FB)常规突发脉冲序列(NB)第六章 空中接口上的信道编码of 266差错保护与检测为保护逻辑信道，避免逻辑信道在无线通路上发送时出现差错，系统采用了多种编码方案。对面图示了话音，控制和数据信道的编码处理，外理的顺序非常复杂。采用何种编码和交织方案取决于被编码的信道，所有的逻辑信道都需要经过某种形式的卷积编码，但由于不同的逻辑信道对信息保护的要求不同，所以编码速率也会不同。有三种编码保护方案：对话音信道编码将每 20ms 的话音信息 块分到 8 个 GSM Burst，这
6、样当空中接口上的干扰导致 Burst 丢失时，仍然可以准确的恢复出话音信息。对通用控制信道编码20ms 的控制信息块被分到了 4 个 Burst，比如 BCCH，这使得这些突发脉冲序列可以插到一个 TDMA 复帧中。对数据信道编码数据信息被展开到了 22 个 Burst。因为数据每一个比特的信息都是很重要的，把数据信息分到 22 个 Burst 使得在接收端恢复数据信息时，如果有一个脉冲序列丢失，20ms 的数据信息块中只有很小的一部分丢失，通过差错编码机制可以将这一部分丢失的信息恢复出来。20ms信息块 0.577ms信息 突发 脉冲序列话音（260bit ） 话音 （8 个 Bursts）
7、控制信息（184bit ） 编码 交织 控制信息（4 个 Bursts）数据（240bit ） 数据 （22 个 Bursts）第六章 空中接口上的信道编码7 of 26 RACH+SCHP0bits循环编码+尾比特 进：P0bits出：P1bits卷积编码 进:P1bits出:2P1bits数据业务 9.6/4.8/2.4kN0bits加进尾比特 进：N0bits出：N1bits卷积编码+比特截短 进:N1bits出:456bitsBCCH,PCH,AGCH,SDCCH,FACCH,SACCH,CBCH184bitsFireode+尾比特进：184bits出：228bits卷积编码 进:22
8、8bits出:456bitsFR话音帧260bitsEFR话音帧244bitsClass1a循环编码+尾比特进：260bits出：267bits卷积编码 进:267bits出:456bits循环编码+重复 进:244bits出:460bits重新排序及分割成子块+盗用标志 进：456bits出：8子块直角交织 进：8子块出成对的子块斜交织 进：8子块出：成对的块斜交织+盗用标志 进：456bits的block出：22个子块8TCHFR(Bursts)8TCHEFR(Bursts)8FACCH/TCH(Bursts)8TCH2-4kbps(Bursts)4BCCH,PCH,AGCH4SDCCH,
9、SACCH4CBCH(Bursts)19TCH9.6kbps(Bursts)1RACH1SCH(Bursts)差错保护与检测TCH/2.4第六章 空中接口上的信道编码of 268差错保护与检测话音信道编码BTS 从 Abis 接口接收来自 BSC 的压缩编码后的话音信息，在这里这些话音信息被 BTS 放到了各自的逻辑信道。这些逻辑信道的信息在发送到空中接口前先要经过信道编码。压缩编码过的信息也是成帧接收的，每帧有 260 个 bit，这 260个 bit 根据对 差错的敏感度被分成了三 组，对话 音信息的可理解性越重要的比特，敏感度越高。 Class la这一级对差错最敏感。从 la 级的 5
10、0 个比特中生成 3 个校验比特。Class 1a 的比特 对于话音信息的可理解性是关 键的，不容出错。有了校验比特后，话音解码器可以检测到 Class la 比特中不可 纠正的错误，如果 Class la 比特中出现错误，一般整个信息块都会被丢弃。 Class lb132 个比特的 lb 级比特没有差错校验位，但和 la 级比特和校验比特卷积到了一起。加上了 4 个尾比特是为了将接收器的寄存器设置到解码状态。 Class2这 72 个比特对差错最不敏感，根本没有任何加保护措施。最后得到的 456 个比特在发送到空中接口前还要经过交织。注：在 A bis 链路上如果采用的是全速率话音编码，那么
11、 260 个比特在 20ms 内发送，数据速率是 13Kbit/s。如果采用的是增强型全速率编码（EFR， Enhanced Full Rate），A bis 链路上每 20ms 内将传送244 个比特。EFR 的信息在经过和全速率话音信息同样的信道编码之前要经过预编码，使之从 244 比特变成 260 比特。编码后的话音占 456 比特，但仍在 20ms 内发送，所以数据速率提高到了 22.8kbit/s。第六章 空中接口上的信道编码9 of 26 话音信道编码校验比特 尾比特卷积编码第六章 空中接口上的信道编码of 2610增强型全速率 EFR( Enhanced Full Rate)话音
12、的信道编码增强型全速率话音编码将话音压缩编码生成每帧 244bit，时长20ms 的话音信息。将 244bit 的信息经过预编码后加上了 16 个比特，变成 260 比特，然后将 EFR 话音信息按照全速率话音信息相同的编码方式进行信道编码。另外加上的 16 个比特中有 8 个比特是从 1a 级的 50 个比特和1b 级 中最重要的 15 个比特生成的 CRC 校验码。另外 8 个比特是从原 244bit 的 帧中选出来的 4 个比特的重复。EFR 的信道预编码EFR 话音帧：50 Class1a+124 Class1b+70 Class2=244 bit预编码：从 50 Class1a+15
13、 Class1b 中生成的 8bitCRC 加入到 Class1b中。8 个重复比特加入到 Class2 中。预编码后得到：50 Class1a+132 Class1b+78 Class2=260 bit经过预编码之后得到 260 比特的 EFR 帧，再接下来的信道编码处理与全速率话音相同。第六章 空中接口上的信道编码11 of 26 对增强型全速率话音的预编码244bitsClass 1a Class 2b Class 250 bits 124bits 70 bits8bit 的 CRC 加到 8 个重复 bitsClass 1b 中 加到 Class 2 中Class 1a Class 1
14、b Class 250bits 132bits 78bits260 bits 第六章 空中接口上的信道编码of 2612差错保护与检测控制信道编码对面图示的是控制信道的差错保护方法。这种方法用在所有的逻辑信令信道、同步信道 SCH 和随机接入信道 RACH，只是在某些数字上有些不同。送到 BTS 待发送的控制信息是 184bit 的信息块， 这 184bit 信息块首先经过称为 Fire Code 的循环块编码 ,并加上了 40bit 的校验比特，对于突 发脉冲序列差错的检测与校正非常有利。卷积前另外还加上了 4 比特的尾比特，用于将接收仪器的寄存器置为解码状态。每 184bit 的信令数据信
15、息块经过编码处理后得到 456bit，与话音编码后得到的比特数相同。456bit 的信息 块在空中接口发送前还要经过交织。第六章 空中接口上的信道编码13 of 26 控制信道的编码卷积编码尾比特校验比特第六章 空中接口上的信道编码of 2614差错保护与检测数据信道编码对面图示的是 9.6kbit/s 数据信道的差错保护方法。 4.8kbit/s 和2.4kbit/s 数据信道的编码略有不同，但基本编码的方法是相同。数据信道编码只采用了卷积编码。9.6kbit/s 的数据在编码后有一些比特在交织前被去掉了，使其比特数同编码后的话音和控制信道一样，每 20ms 有 456bit。数据业务信道要
16、求有比实际发送速率更高的净速率（净速率 是指加入编码比特前的比特率），例如 9.6kbit/s 的业务将需要 12kbit/s的传输速率，因为同时还要传送一些状态信号（比如 RS-232 DTR（Data Terminal Ready）。每 240bit 的数据 业务 信息块编码后得到 456bit 的信息块，与话音和控制信息编码后得到的比特数相同。456bit 的信息块在发送到空中接口前要经过交织。注：PCM 链路上 240bit 的信息在 20ms 内传送，其传输速率相当于是 12kbit/s，其中 9.6kbit/s 是数据，另外 2.4kbit/s 是信令信息。编码后的信息有 456b
17、it，但仍在 20ms 内发送，所以传输速率升至 22.8kbit/s。第六章 空中接口上的信道编码15 of 26 数据信道的编码数据信道 9.6 kbit/s尾比特卷积编码截短第六章 空中接口上的信道编码of 2616逻辑信道映射到 TDMA 帧结构中交织逻辑信道经过编码或差错保护之后，应将比特流放入突发脉冲序列中，在 TDMA 帧中发送，交织处理正是在 这一阶段进行的。交织处理是将一个业务块分成多块，放到多个 TDMA 时隙中，交织深度分别为：（语音数字化和语音编码信道编码交织突发脉冲加密调制）话音 8 块控制信息 4 块数据 22 块交织处理对于保护空中接口无线信道环境中的数据是很重要
18、的。由于无线通路上的干扰、噪音或物理中断，MS 和 BTS 之间发送的突发脉冲序列可能会受到破坏，大约只有 10-20%的突发脉冲序列完全正常.交织的目的是为了使每个突发脉冲序列只包含业务块的一小部分数据,这样当某个突发脉冲序列没有正常接收时, 不会影响到整体的传输质量,因为差错校正技术可以将丢失的数据恢复出来。如果系统简单的让一个突发脉冲序列对应一个业务块的话,难以用差错校正技术恢复出丢失的数据,传输质量将受影响 .因为采用了交织,所以也使得 GSM 空中接口的抗噪声性能大大提高, 保证了提供给用户的服务质量。第六章 空中接口上的信道编码17 of 26 交织TRAU 帧类型 所 扩 展到的
19、 GSM 突发脉冲序列数话音 8控制 4数据 22注:TRAU = Transcoder Rate Adaption Unit 压缩编码适配单元第六章 空中接口上的信道编码of 2618逻辑信道映射到 TDMA 帧中交叉交织-话音对面图示的是全速率话音信道交织原理的简化示意图。如图中所示，同一用户的通话信息经过编码处理后得到一系列的话音 块 ，每块有 456 比特，这 456 比特又被分成 8 小块，每小块 57比特，且每小块中要么全是奇数位置的比特，要么全是偶数位置的比特。系统将用这些小块的话音比特生成 GSM 突发脉冲序列（Burst）。前 4 个小块 被放到前 4 个突发脉冲序列中的偶比
20、特位置，后 4 个小块被放到后 4 个突发脉冲序列中的奇比特位置。因为一个突发脉冲序列有 114 个业务比特，所以一个突发脉冲序列将被两个话音块共用。每一个话音块与前一个话音块共用前 4个突发脉冲序列，与后一个话音块共用后 4 个突发脉冲序列。图中话音块 5，即 BLOCK5，它与 BLOCK4 共用前 4 个突发脉冲序列，与BLOCK6 共用后 4 个突发脉冲序列。第六章 空中接口上的信道编码19 of 26 对角交织 话音话音块偶 奇 偶 奇 偶 奇 偶 奇4 和 5 话音 块共用话音 块 5 偶比特话音 块 4 奇比特5 和 6 话音 块共用话音 块 6 偶比特话音 块 5 奇比特来自一
21、路通话编码后的全速率编码话音块每个话音块有 456 比特第六章 空中接口上的信道编码of 2620逻辑信道映射到 TDMA 帧中发射- 话音交织深度为 8 时，每个脉冲序列将在 8 个连续 TDMA 帧中指定的时隙发射。对面图中示意了某个用户的通话信息发射的例子。系统为该用户分配的是 TDMA 帧中的时隙 4，该用户最多可以和 7 个其它用户共用这个 TDMA 帧。应该注意的是该载频上的每个时隙都可能被不同的信道组占用，如：业务信道组，广播信道组，专用信道组或组合信道组。注：因为 FACCH 是从用 户信道中“偷帧”的，所以会替代它所占用的话音数据，经过与其它话音数据同样的交织（交织深度=8）
22、。FACCH 偷用一个 456 比特的比特块，并与其他 话音信息一起交织。每个含有 FACCH 块的突 发脉冲序列中都会 设置对应的偷帧标志。第六章 空中接口上的信道编码21 of 26 TDMA帧对角交织 话音来自一路通话编码后的全速率话音块话音块如图中所示，Burst 1 到 3 与其他 7 个逻辑信道在一个 RF 载频上组成 TDMA 帧。本路通话占用的是时隙 4第六章 空中接口上的信道编码of 2622将逻辑信道映射到 TDMA 帧中矩形交织- 控制信息对面图示的是简化的交织原理示意图，这种交织方法用于大多数的控制信道。在图中有一系列经过前面所述编码处理后的控制信息块。每块含有 456
23、 比特，并被分成了 114 比特的小块，每小块中要么全是偶数位置的比特，要么全奇数位置的比特。系统将利用这些控制信息比特块生成突发脉冲序列。发射-控制信息交织深度为 4 时，每个突 发脉冲序列将在 4 个连续 TDMA 帧中的指定时隙发射。控制信息没有象话音和数据那样做交叉交织，因为每个复帧中只有有限的控制信息要发送。如果将控制信息也做斜交织，那么接收方要在至少收到两个复帧之后才能将控制信息解码出来，这样时延将太长。第六章 空中接口上的信道编码23 of 26 对角交织 信令信令块偶 奇 偶 奇第六章 空中接口上的信道编码of 2624逻辑信道映射到 TDMA 帧中交叉交织- 数据对是 9.6
24、kbit/s 数据信道交叉交织的简化原理示意图。图中有一系列经过前面所述的信道编码处理后的数据块，这些数据块都来自同一移动用户。每个数据块有 456 比特，这些数据块每块都被分成了 4 个小块，每小 块有 114 比特，然后 这些小块将被交织在一起。第一小块的前 6 个比特被放到了第一个突 发脉冲序列。第二小块的前 6 个比特被放到了第二个突发脉冲序列。这样每个 114 比特的信息块将被扩展到了 19 个突发脉冲序列中， 总共 456 比特的信息块将被扩展到 22 个突 发脉冲序列中。一般认为数据信道的交织深度是 22，但有时 候也认为它的交织深度是 19。发射-数据数据比特被扩展到了大量的突发脉冲序列中。这样可以较好的保护数据信息，因为当某个脉冲序列丢失时，一个数据块中只有很小一部分的数据丢失，利用差错保护机制，完全可以在接收端将丢失的数据恢复出来。数据发射时较深的交织深度虽然提供了好的差错纠正能力，但时延也相应的大了。对数据传输而言，稍微有些时延不会影响接收质量，但对话音就不同了，稍长的时延用户是都是很容易被用户觉察到的，这就是为什么话音交织深度不太深的原因。第六章 空中接口上的信道编码25 of 26 对角交织 数据数据块前6 比特前6 比特前6 比特前6 比特后6 比特后6 比特后6 比特后6 比特
