GSM系統(tǒng)信道編碼技術(shù)探討

1、GSM系統(tǒng)信道編碼技術(shù)探討在GSM中的信道可分為物理信道和邏輯信道。一個(gè)物理信道就是一個(gè)時(shí)隙，通常被定義為給定 TDMA幀上的固定位置上的時(shí)隙（TS）。而邏輯信道是根據(jù)BTS與MS之間傳遞的消息種類不同而 定義的不同邏輯信道。這些邏輯信道是通過BTS來影射到不同的物理信道上來傳送。邏輯信道又可分為業(yè)務(wù)信道和控制信道.（一）業(yè)務(wù)信道：業(yè)務(wù)信道用于攜載語音或用戶數(shù)據(jù)，可分為話音業(yè)務(wù)信道和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道。話音業(yè)務(wù)信道TCH/FS :全速率語音信道 13Kbit/sTCH/HS:半速率語音信道 5.6Kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道TCH/F9.6: 9.6kbit/s全速率數(shù)據(jù)信道TCH/F4.8: 4.8k

2、bit/s全速率數(shù)據(jù)信道TCH/H4.8: 4.8kbit/s半速率數(shù)據(jù)信道TCH/H2.4: =2.4kbit/s半速率數(shù)據(jù)信道TCH/F2.4: =2.4kbit/s全速率數(shù)據(jù)信道（二）控制信道：控制信道用于攜載信令或同步數(shù)據(jù)，可分為廣播信道、公共控制信道和專用控 制信道。廣播信道（BCH）:包括BCCH、FCCH和SCH信道，它們攜帶的信息目標(biāo)是小區(qū)內(nèi)所有 的手機(jī)，所以它們是單向的下行信道。公共控制信道（CCCH）:包括RACH、PCH、AGCH和CBCH，前一個(gè)是單向上行信道， 后者是單向下行信道。專用控制信道（DCCH）:包括SDCCH、SACCH、FACCH1、廣播信道：廣播信道僅

3、用在下行鏈路上，由BTS至MS。它們用在每個(gè)小區(qū)的TS0上作為標(biāo)頻，在一些 特殊的情況下，也可用在TS2，4或6上，這些信道包括BCCH、FCCH和SCH。為了通信，MS需 要于BTS保持同步，而同步的完成就要依賴FCCH和SCH邏輯信道，它們?nèi)繛橄滦行诺?，為點(diǎn)對 多點(diǎn)的傳播方式。頻率校正信道（FCCH）： FCCH信道攜帶用于校正MS頻率的消息，它的作用是使MS可 以定位并解調(diào)出同一小區(qū)的其它信息。同步信道（SCH）:在FCCH解碼后，MS接著要解出SCH信道消息，它給出了 MS需要同 步的所有消息及該小區(qū)的的標(biāo)示信息如TDMA幀號(hào)（需22比特）和基站識(shí)別碼BSIC號(hào)（需6比特）。廣播控制

4、信道（BCCH）： MS在空閑模式下為了有效的工作需要大量的網(wǎng)絡(luò)信息。而這些 信息都將在BCCH信道上來廣播。信息基本上包括小區(qū)的所有頻點(diǎn)、鄰小區(qū)的BCCH頻點(diǎn)、LAI （LAC+MNC+MCC）、CCCH和CBCH信道的管理、控制和選擇參數(shù)及小區(qū)的一些選項(xiàng)。所有這些 消息被稱為系統(tǒng)消息（SI）在BCCH信道上廣播，在BCCH上系統(tǒng)消息有八種類型TYPE 1、2、 2bis、2ter、3、4、7 和 8。2、公共控制信道：公共控制信道包括AGCH、PCH、CBCH和RACH，這些信道不是供一個(gè)MS專用的，而是 面向這個(gè)小區(qū)內(nèi)所有的移動(dòng)臺(tái)的。在下行方向上，由PCH、AGCH和CBCH來廣播尋呼請

5、求、專用 信道的指派和短消息。在上行方向上由RACH信道來傳送專用信道的請求消息。尋呼信道（PCH）：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)想與某一 MS建立通信時(shí)，它就會(huì)在PCH信道上根據(jù)MS所登記 的LAC號(hào)向所有具有該LAC號(hào)的小區(qū)進(jìn)行尋呼，尋呼MS的標(biāo)示為TMSI或IMSI，屬下行信道，點(diǎn) 對多點(diǎn)傳播。接入許可信道（AGCH）:當(dāng)網(wǎng)絡(luò)收到處于空閑模式下MS的信道請求后，就將給之分配一 專用信道，AGCH通過根據(jù)該指派的描述（所分信道的描述，和接入的參數(shù)），向所有的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行 廣播，看屬于誰的，下行信道，點(diǎn)對點(diǎn)傳播。小區(qū)廣播控制信道（CBCH）:它用于廣播短消息和該小區(qū)一些公共的消息（如天氣和交通 情況），它通常占用S

6、DCCH/8的第二個(gè)子信道，下行信道，點(diǎn)對多點(diǎn)傳播。隨機(jī)接入信道（RACH）:當(dāng)MS想與網(wǎng)絡(luò)建立連接時(shí)，它會(huì)通過RACH信道來廣播它所需 的服務(wù)信道，請求消息包括3個(gè)比特的建立的原因（如呼叫請求、響應(yīng)尋呼、位置更新請求、及短消 息請求等等）和5個(gè)比特的用來區(qū)別不同MS請求的參考隨機(jī)數(shù)，屬上行信道，點(diǎn)對點(diǎn)傳播方式。3、專用控制信道包括SDCCH、SACCH、FACCH、TCH，這些信道被用于某一個(gè)具體的MS上.獨(dú)立專用控制信道（SDCCH）： SDCCH是一種雙向的專用信道，它主要用于傳送建立連接 的信令消息、位置更新消息、短消息、用戶鑒權(quán)消息、加密命令及應(yīng)答及各種附加業(yè)務(wù)。慢速隨路控制信道（S

7、ACCH）: SACCH是一種伴隨著TCH和SDCCH的專用信令信道。在上行 鏈路上它主要傳遞無線測量報(bào)告和第一層報(bào)頭消息（包括TA值和功率控制級別）；在下行鏈路上它 主要傳遞系統(tǒng)消息type5、5bis、5ter、6及第一層報(bào)頭消息。這些消息主要包括通信質(zhì)量、LAI號(hào)、 CELLID、鄰小區(qū)的標(biāo)頻信號(hào)強(qiáng)度等信息、NCC的限制、小區(qū)選項(xiàng)、TA值、功率控制級別?？焖匐S路控制信道（FACCH）： FACCH信道與一個(gè)業(yè)務(wù)信道TCH相關(guān)。FACCH在話音傳輸過程中如果突然需要以比慢速隨路控制信道（SACCH）所能處理的高的多的速度傳送信令消息，則需借用20ms的話音突發(fā)脈沖序列來 傳送信令，這種情況

8、被稱為偷幀，如在系統(tǒng)執(zhí)行越局切換時(shí)。由于話音譯碼器 會(huì)重復(fù)最后20ms的話音，所以這種中斷不會(huì)被用戶察覺的。信道編碼用于改善傳輸質(zhì)量，克服各種干擾因素對信號(hào)產(chǎn)生的不良影響，但它是以增加比特降 低信息量為代價(jià)的。編碼的基本原理是在原始數(shù)據(jù)上附加一些冗余比特信息，增加的這些比特是通 過某種約定從原始數(shù)據(jù)中經(jīng)計(jì)算產(chǎn)生的，接收端的解碼過程利用這些冗余的比特來檢測誤碼并盡可 能的糾正誤碼。如果收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過同樣的計(jì)算所得的冗余比特同收到不一樣時(shí)，我們就可以確定 傳輸有誤。根據(jù)傳輸模式不同，在無線傳輸中使用了不同的碼型。GSM使用的編碼方式主要有塊卷積碼、糾錯(cuò)循環(huán)碼（FIRE CODE）、奇偶碼（PARI

9、TY CODE）。 塊卷積碼主要用于糾錯(cuò)，當(dāng)解調(diào)器采用最大似然估計(jì)方法時(shí)，可以產(chǎn)生十分有效的糾錯(cuò)結(jié)果。糾錯(cuò) 循環(huán)碼主要用于檢測和糾正成組出現(xiàn)的誤碼，通常和塊卷積碼混合使用，用于捕捉和糾正遺漏的組 誤差。奇偶碼是一種普遍使用的最簡單的檢測誤碼的方法。無論如何處理，全速率TCH編碼都將在信道編碼后，在每20ms內(nèi)將形成456比特的編碼序列。全速率TCH信道編碼在對全速率語音編碼時(shí)，首先將對語音編碼形成的260個(gè)比特流分成三類，分別為50個(gè)最重要 的比特，132個(gè)重要比特以及78個(gè)不重要的比特。然后對上述50個(gè)比特添加上3個(gè)奇偶校驗(yàn)比特（分 組編碼），這53個(gè)比特連同132個(gè)重要比特與4個(gè)尾比特一起

10、被卷積編碼，速率為1： 2,因而得到 378個(gè)比特，另外78個(gè)比特不予保護(hù)。于是最后將得到456比特。BCCH、PCH、AGCH、SDCCH、FACCH、SACCH 信道的編碼LAPDm是數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議（第二層），在連接模式下被用于傳送信令。它被應(yīng)用在邏輯信道 BCCH、PCH、AGCH、SDCCH、FACCH、SACCH 上，一個(gè) LAPDm 幀共有 23 個(gè)字節(jié)（184 個(gè)比 特）。為了獲得456比特的保護(hù)字段，便可通過對LAPDm幀的編碼來得到。首先給184比特增加40比特的糾錯(cuò)循環(huán)碼，這樣就可以來檢測是否物理層的差錯(cuò)校正碼能正確 的校正傳輸差錯(cuò)。通過這種碼型來監(jiān)測無線鏈路，來確認(rèn)是否

11、SACCH消息塊是否被正確的接收到。為了實(shí)現(xiàn)卷積編碼，還應(yīng)加上4個(gè)比特的尾位。我們將得到的這228個(gè)比特通過1： 2卷積編碼 速率，最后也會(huì)得到456比特的數(shù)據(jù)。3.SCH信道的編碼SCH信令信道不能用LAPDm協(xié)議。在每個(gè)SCH信道有25比特的消息字段，其中19比特是幀 號(hào)，6比特用于BSCI號(hào)。由于每個(gè)單獨(dú)的SCH時(shí)隙都攜帶著一個(gè)完整的同步消息，而且SCH的突 發(fā)脈沖的消息位的字段是78個(gè)比特。因而我們需要將這25比特的數(shù)據(jù)編碼成78個(gè)比特。我們將這25個(gè)比特的數(shù)據(jù)再加上10個(gè)奇偶校驗(yàn)比特和4個(gè)比特的尾位，這就得到了 39個(gè)比特。 再將這39個(gè)比特按照1： 2的卷積編碼速率，便得到了 78個(gè)比特的消息。4.RACH信道的編碼隨機(jī)接入信道RACH的消息是由8個(gè)消息比特組成，包括3個(gè)比特的建立原因和5個(gè)比特的隋機(jī) 鑒別符。由于RAC