3.13.8. Кодирование и перемежение в стандарте GSM.

         Для защиты от ошибок в радиоканалах подвижной связи GSM используются сверточное и блочное кодирование с перемежением. Перемежение обеспечивает преобразование пакетов ошибок в одиночные. Сверточное кодирование используется для борьбы с одиночными ошибками, а блочное в основном для обнаружения нескорректированных ошибок. Блочный код (n, k, t) преобразует k информационных символов в n символов путем добавления символов четности (n-к), а также может корректировать t ошибок символов.
         Сверточные коды (СК) относятся к классу непрерывных помехоустойчивых кодов. Одной из основных характеристик СК является величина К, которая называется длиной кодового ограничения и показывает, на какое максимальное число выходных символов влияет данный информационный символ. При декодирования СК по алгоритму Витерби, как наиболее оптимальному, сложность реализации возрастает экспоненциально с увеличением длины кодового ограничения, поэтому типовые значения К выбирают небольшими в пределах 3-10. Следующий недостаток СК состоит в том, что они не обнаруживают ошибки. Поэтому в стандарте GSM для обнаружения ошибок используется блочный код на основе сверточного кода (2, 1, 5) со скоростью r =1/2. Наибольший выигрыш СК позволяет получить только при одиночных (случайных) ошибках в канале, а в каналах с замираниями, что как правило имеет место в ССПС, необходимо использовать СК совместно с перемежением.
        В стандарте GSM основные свойства речевых каналов и каналов управления значительно отличаются друг от друга. Для речевых каналов необходима организация связи в реальном масштабе времени при сравнительно низких требованиях к вероятности ошибки, а в канале управления требуется высокая достоверность приема, но допускается более длительное время передачи и задержка.
         В соответствии с общей структурой формирования кадров в стандарте GSM, передача информационных сообщений и сигналов управления осуществляется в нормальном временном интервале| (NB) TDMA кадра. Структура NB (для пакета по 57 информационных бит каждый) требует, количество кодированных бит m, соответствующих n - некодированным битам в общей схеме кодирования и леремежения (рис.3.28), равнялось целому числу, кратном 19. Затем эти биты шифруются и объединяются в I группы. Количество бит в этих группах также должно равняться 19, и I группы переходят в I временных интервалов. Номер I называется степенью перемежения.

Рис. 3.28.

         В различных логических каналах используются различные сверточные коды, поскольку скорости передачи и требования по защите от ошибок также различны. Для упрощения механизмов кодирования и декодирования, при формировании кодов, используются только несколько полиномов с постоянной скоростью r=1/2. Однако, для выполнения требований формирования полноскоростного канала связи, а также для соответствия структуры размещения бит со структурой кадров, необходима скорость г=244/456=0,535. Для выравнивания скорости в речевом канале до г=1/2 применяют прореживание, то есть периодически пропускают некоторые кодированные символы. Такая операция называется перфорированием, а формируемые таким образом коды называются перфорированными. При приеме декодер, зная алгоритм прореживания, интерполирует принимаемые данные.
         Структурная схема радиотракта с блоками канального кодирования и перемежения, соответствующая Рекомендациям стандарта GSM, приведена на рис.3.29, а обобщенная схема кодирования в полноскоростном речевом канале на рис.3.30.

Рис. 3.29.

Рис. 3.30.

         Здесь речевой кодек передает каждые 260 бит информационной последовательности со скоростью 13 кбит/с на схему канального кодирования. Первые 182 бита этой последовательности, называемые в стандарте GSM битами 1 класса, защищаются с помощью слабого блочного кода для обнаружения ошибок при приеме. При кодировании биты 1 класса разделяются дополнительно на 50 бит класса 1а и 132 бита класса 16 (рис. 3.31, а). Биты класса 1а дополняются тремя битами проверки на четкость (рис. 3.31, б). Блочный код представляет собой укороченный систематический циклический код (53, 50) с формирующим полиномом вида g (D) = D3 + D+ 1.

Рис. 3.31.

         Структурная схема кодера показана на рис.3.32 (8.5). При формировании систематического кода, ключ Sw закрыт на время первых пяти-десяти тактовых импульсов, а информационные биты, поступающие на вход кодирующего устройства, одновременно поступают и на блок переупорядочения и формирования бит проверки на четность (рис.3.29). После пятидесяти тактовых импульсов переключатель Sw срабатывает и биты проверки на четность поступают из кодирующего устройства. Сформированный в результате кадр показан на рис.3.31 На этой стадии проводится первый шаг перемежения, показанный на рис. 3.31. Биты с четными индексами собираются в первой части информационного слова, за которыми следуют три бита проверки на четность. Затем биты с нечетными индексами запоминаются в буферной памяти и переставляются так, как показано на рис.3.31, в. Далее следуют четыре нулевых бита необходимые для формирования кода, исправляющего случайные ошибки в канале. После чего 189 бит 1 класса кодируются сверточным кодом (2,1,5) со скоростью г=1/2 (рис.3.29). Структурная схема кодера и его формирующие полиномы приведены на рис.3.33 (8.6). Как показано на рис. 3.31, г, после сверточного кодирования общая длина кадра составляет 2x189+78=456 бит. После этого кадр из 456 бит делится на восемь 57 битовых подблоков (рис.3.31, д), которые подвергаются диагональному и внутрикадровому перемежению (рис.3.30, 3.31). Результаты перемежения показаны на рис. 3.31 ж, з. Здесь подблоки Во и В4 формируются в пакеты по 114 бит, которые являются результатом блочно-диагонального перемежения (Dl/В). На рис.3.31, е биты Во и В4 подблоков попарно перемежаются, образуя процесс внутрикадрового битового перемежения (IBI/B). В результирующий пакет (рис. 3.31, з) включены два опережающих флага h1, h0, которые используются для классификации различных пакетов передачи.

Рис. 3.32.

         Кодирование и перемежение в каналах передачи данных и управления осуществляется аналогичным образом.