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§3-4 信道编码一、概念信源编码，它指的是将模拟信源信号转换为二进制数字信号，在接收端再将收到的数字信号还原为模拟信号的方法。
使用信源编码具有以下意义：•提高通话质量(因为：数字化＋纠错码)•提高频谱利用率(低码率编码)•提高系统容量(低码率＋话音激活技术)采用数字传输时，所传信号的质量常常用接收比特中有多少是正确的”来表示，并由此引出比特差错率(BER)概念。
BER表明总比特率中有多少比特被检测出错误，差错比特数目或所占的比特要尽可能小。
然而，要把它减小到0，那是不可能的，因为路径是在不断变化的。
这就是说必须允许存在一定数量的差错。
为了有所补益，可使用信道编码。
信道编码，在所传信息中加入一些冗余比特，这些比特可以有效地减少差错，但是为此付出的代价是必须传送比该信息所需要的更多的比特。
为了便于理解，我们举一简单例子加以说明。
假定要传输的信息是一个“0”或是一个“l”，为了提高保护能力，各添加3个比特：信息添加比特发送比特O 000 00001 111 1111对于每一比特(0或1)，只有一个有效的编码组(0000或l111)。
如果收到的不是0000或1111，就说明传输期间出现了差错。
比例关系是1：4，必须发送是必要比特4倍的比特。
保护作用如何?接收编码组可能为：0000 0010 0110 0111 1111判决结果：0 0 X 1 1如果4个比特中有1个是错的，就可以校正它。
例如发送的是0000，而收到的却是0010，则判决所发送的是0。
如果编码组中有两个比特是错的，则能检出它，如0ll0表明它是错的，但不能校正。
最后如果其中有3个或4个比特是错的，则既不能校正它，也不能检出它来。
所以说这一编码能校正1个差错和检出2个差错。
二、理论基础1、码距一组码元，常称为码字。
两个码字之间相应的码位上有着不相同的码元的位数之和称为码距/汉明距。
码距代表纠错能力。
最小码距：把某种编码中各个码字之间距离的最小值称为最小码距(d0)。
第6章信道编码教学内容：信道编码的概念、信道编码定理、线性分组码、循环码6.1信道编码的概念教学内容：1、信道编码的意义2、信道编码的分类3、信道编码的基本原理4、检错和纠错能力1、信道编码的意义由于实际信道存在噪声和干扰，使发送的码字与信道传输后所接收的码字之间存在差异，称这种差异为差错。
信道编码的目的是为了改善通信系统的传输质量。
基本思路是根据一定的规律在待发送的信息码中加入一些多余的码元，以保证传输过程的可靠性。
信道编码的任务就是构造出以最小冗余度代价换取最大抗干扰性能的“好码”。
2、信道编码的分类纠错编码的目的是引入冗余度，即在传输的信息码元后增加一些多余的码元（称为校验元，也叫监督元），以使受损或出错的信息仍能在接收端恢复。
一般来说，针对随机错误的编码方法与设备比较简单，成本较低，而效果较显著；而纠正突发错误的编码方法和设备较复杂，成本较高，效果不如前者显著。
因此，要根据错误的性质设计编码方案和选择差错控制的方式。
3、信道编码的基本原理可见，用纠（检）错控制差错的方法来提高通信系统的可靠性是以牺牲有效性的代价来换取的。
在通信系统中，差错控制方式一般可以分为检错重发、前向纠错、混合纠错检错和信息反馈等四种类型。
香农理论为通信差错控制奠定了理论基础。
香农的信道编码定理指出：对于一个给定的有干扰信道，如信道容量为C，只要发送端以低于C的速率R发送信息(R为编码器输入的二元码元速率)，则一定存在一种编码方法，使编码错误概率p随着码长n的增加，按指数下降到任意小的值。
这就是说，可以通过编码使通信过程实际上不发生错误，或者使错误控制在允许的数值之下。
4、检错和纠错能力举例：A、B两个消息a、没有检错和纠错能力：0、1b、检出一位错码的能力：00、11c、判决传输有错：000、111（大数法则）一般来说，引入监督码元越多，码的检错、纠错能力越强，但信道的传输效率下降也越多。
人们研究的目标是寻找一种编码方法使所加的监督码元最少，而检错、纠错能力又高且又便于实现。
第六章目标通过本章学习，学生应该能够：1．画出GSM突发脉冲序列的结构图并理解每个构成的用途。
2．理解为保护空中接口上语音、数据和控制信道不出错采用的不同措施。
GSM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,这两个比特将被设臵.只设臵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。
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GSM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）常规突发脉冲序列用于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）该突发脉冲序列用于下行的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）用来用于下行的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的位臵，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）。
GSM突发脉冲序列类型常规突发脉冲序列(NB)信息训练序列信息频率校正突发脉冲序列(FB)固定比特同步突发脉冲序列编码过的比特同步序列编码过的比特填充突发脉冲序列固定比特训练序列固定比特接入突发脉冲序列同步序列加密比特时间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，处理的过程非常复杂。
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）控制信息（184bit）编码交织控制信息（4个Bursts）数据（240bit）数据（22个Bursts）8×TCHFR(Bursts)8×TCHEFR(Bursts)8×FACCH/TCH(Bursts)8×TCH2-4kbps(Bursts)4×BCCH,PCH,AGCH4×SDCCH,SACCH4×CBCH(Bursts)19×TCH9.6kbps(Bursts)1×RACH1×SCH(Bursts)差错保护与检测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50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臵到解码状态。
●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。
话音信道编码校验比特尾比特卷积编码增强型全速率EFR( Enhanced Full Rate)话音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 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。
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 1b Class 250bits 132bits 78bits260 bits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臵为解码状态。
每184bit的信令数据信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。
控制信道的编码卷积编码尾比特校验比特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456bit，但仍在20ms内发送，所以传输速率升至22.8kbit/s。
数据信道的编码数据信道9.6 kbit/s卷积编码截短逻辑信道映射到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：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。
交织注:TRAU = Transcoder Rate Adaption Unit 压缩编码适配单元逻辑信道映射到TDMA帧中对角交织----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。
