Глава 2

денная схема диагонального перемежения вносит малую задержку, но расставляет соседние символы лишь через один, т.е. рассредоточение ошибочных символов группы получается сравнительно небольшим.

При блочном перемежении входная информация также делится на блоки, по п субблоков (или символов), в каждом, и в выходной последовательности чередуются субблоки к последовательных блоков. Работу этой схемы можно представить себе в виде записи блоков входной последовательности в качестве строк матрицы размерности к х п (рис. 2.46), считывание информации из которой производится по столбцам. Следовательно, если входная последовательность в этом примере имела вид а,, Эг, ... а, £»,, bg. ... bn, ... ки кг, ... кп, то выходная будет такой: а,, Ь,, ... /с,, ag, Ьг, ... кг, ... Эп, Ьп, ... кп- Субблоки, или символы, в частном случае здесь также могут состоять лишь из одного бита. Схема блочного перемежения вносит большую задержку, чем диагонального, но значительно сильнее рассредоточивает символы группы ошибок.

Общим недостатком обеих рассмотренных схем является жесткая, периодичность следования переставленных символов в пределах интервала перемежения. Этот недостаток также может быть устранен,, но за счет применения более сложной схемы перемежения.

Перейдем к конкретным канальным кодерам стандартов D-AMPS и GSM, придерживаясь блок-схемы рис. 2.40.

В стандарте D-AMPS 159 бит информации, кодирующих параметры 20-миллисекундного сегмента речи (разд. 2.4.4.3, табл. 2.6), разделяются на два класса: информация класса 1, к которой относятся 77 бит из 159, подвергается помехоустойчивому кодированию; информация класса 2, i;; которой относятся оставшиеся 82 бита, передается без блочного или сверточного кодирования.

К классу 1 относятся:

- 4 бита из 5 амплитудного,множителя р;

- 4 бита из 6 первого коэффициента частной корреляции ki;

- по 3 бита из 5 для коэффициентов кг и к,

- 2 бита из 4 для коэффициента к4,

- 1 бит из 4 для коэффициента ks,

- все 7 бит для каждой из четырех задержек d фильтра долговременного предсказания;

- все 8 бит для каждой из четырех комбинаций, кодирующих коэффициенты усиления д, у,, уг-

Кроме того, из 77 бит класса 1 выделяются 12 бит, субъективно наиболее значимых для передачи речи: - 3 бита из амплитудного множителя р;

- 3 бита из коэффициента /<,;

- по 2 бита из коэффициентов кг и кз,

- по 1 биту из коэффициентов к4 и kg.

Принципы построеиия и технические проблемы

Вход

Выход

Рис. 2.46. Схема блочного перемежения

Для этих 12 бит вычисляется 7-битовый код циклического контроля избыточности (CRC - Сус с Redundancy Check), или просто код четности {parity code), который дополняется пятью нулями, и полученные 12 бит присоединяются к 77 битам класса 1.

Полученные 89 бит информации подвергаются двоичному сверточному кодированию со скоростью R = 1/2 и длиной ограничения К = 5, давая на выходе кодера свертки 178 бит. Вместе с 82 битами класса 2 это составляет 260 бит, что по объему соответствует одному слоту канала трафика (рис. 2.9). Таким образом, поток информации речи на выходе кодера канала составляет 260 бит/20 мс, или 13 кбит/с.

При декодировании информации речи прежде всего производится сверточное декодирование 89 бит информации класса 1 и кода четности с коррекцией ошибок в пределах возможностей кода свертки. Затем производится контроль правильности 12 наиболее значимых бит, для чего по этим 12 битам из состава принятой информации вновь вычисляется 7-битовый код четности, который сравнивается с принятым кодом четности.

При совпадении обоих кодов информация речи подвергается последующей обработке.

При несовпадении логика обработки зависит от числа несовпадений подряд.

При первом Или втором (подряд) несовпадении параметры р и к/ принятого сообщения заменяются соответствующими параметрами из последнего сообщения, в котором не было ошибки кода четности, и дальнейшая обработка производится обычным порядком.

При третьем, четвертом и пятом подряд несовпадениях в дополнение к этому множитель р уменьшается соответственно на 4.

8 или 12 дБ. При шести и более несовпадениях подряд множитель р устанавливается равным нулю, т.е. принятый сигнал речи заглушается, и для возврата к нормальной обработке требуется двукратное выполнение контроля четности.

Информация канала FACCH, передаваемая вместо информации речи в поле Data (рис. 2.9), подвергается блочному и сверточ-ному кодированию в полном объеме. Сообщение канала FACCH передается словами по 49 бит, из которых 1 бит - флажок продолжения, и 48 бит - собственно данные сообщения. Число слов в сообщении не ограничивается. Сначала для 49-битового слова вместе с предшествующим ему 8-битовым кодом DVCC вычисляется 16-битовый код циклического контроля избыточности (код четности), который добавляется к 49 битам слова канала FACCH, образуя 65 бит. Далее это 65-битовое слово подвергается двоичному сверточному кодированию со скоростью R = 1/4 и длиной ограничения К" = 6; результирующие 260 бит заполняют два 130-битовых поля Data одного слота (рис. 2.9). При этом в слоте нет никакого флажка, помечающего замену информации речи информацией управления канала FACCH. Поэтому при декодировании сначала предпринимается попытка декодировать содержимое поля Data как информацию речи, а при неудаче - попытка декодировать его как информацию канала FACCH. Если в последнем случае обнаруживается ошибка в коде четности, это означает наличие ошибки в декодированной информации управления, и она не принимается к исполнению.

Информация канала SACCH, передаваемая в соответствующем поле слота канала трафика (рис. 2.9), также подвергается блочному и сверточному кодированию - в значительной мере аналогично информации канала FACCH. Гс,мщения канала SACCH передаются словами по 50 бит, из которых 1 бит - флажок продолжения, 1 бит - резервный (нуль) и 48 бит - данные сообщения. Эти 50 бит дополняются 16-битовым кодом четности, вычисляемым так же, как и для информации канала FACCH, и результирующее 66-битовое слово подвергается двоичному сверточному кодированию со скоростью Д = 1/2 и длиной ограничения К = 5. Результирующие 132 бита распределяются (с учетом перемежения, о чем мы скажем чуть ниже) по 12-битовым полям SACCH 22 последовательных слотов канала трафика. Передаваемая информация речи, а также управляющая информация каналов FACCH и SACCH, подвергается перемежению.

Для информации речи и информации канала FACCH используется общая схема перемежения, которая может быть названа блочно-диагональной. В схеме перемежения участвует информация двух смежных 20-миллисекундных сегментов. Входная информация схемы перемежения записывается побитно по строкам в матрицу типа показанной на рис. 2.46, с числом строк к = 10 и числом столбцов п = 26, причем четные столбцы берутся из текущего сегмента, а нечетные - из предыдущего; выдача информации производится по столбцам. При приеме схема деперемежениЯ

восстанавливает исходный порядок следования информации. Для информации канала SACCH используется схема диагонального перемежения типа показанной на рис. 2.45, но с битовым чередованием информации в пределах не двух, а двенадцати последовательных блоков и со сдвигом последовательных 12-битовых блоков не на половину блока, а на один бит. После объединения информации речи (или заменяющей ее информации канала FACCH) и управляющей информации, включая защитные бланки и т.п. (рис. 2.9), объем информации, передаваемой за 20-миллисекундный сегмент, возрастает до 324 бит, т.е. результирующий поток информации составляет 16,2 кбит/с. Далее эта информация сжимается во времени втрое, с тем чтобы на протяжении 40-миллисе-кундного кадра могла быть передана информация шести слотов (рис. 2.9). В результате частота информационной битовой последовательности на выходе кодера канала составляет 48,6 кбит/с.

В стандарте GSM 260 бит информации, кодирующих параметры 20-миллисекундного сегмента речи (подразд. 2.4.4.3, табл. 2.7), также разделяются на два класса: класс 1-182 бита, защищаемые помехоустойчивым кодированием, и класс 2 - оставшиеся 78 бит, которые передаются без помехоустойчивого кодирования. В свою очередь, из 182 бит класса 1 выделяются 50 наиболее существенных бит, составляющих подкласс 1а, которые подвергаются более мощному кодированию, а остальные 132 бита класса 1 составляют подкласс 1Ь и кодируются слабее. К подклассу 1а относятся параметры фильтра кратковременного предсказания и часть информации о параметрах фильтра долговременного предсказания, к подклассу 1Ь - часть информации о параметрах сигнала возбуждения и оставшаяся информация о параметрах фильтра долговременного предсказания, к классу 2 - оставшаяся информация о параметрах сигнала возбуждения.

Информация подкласса 1а кодируется блочным кодом, обнаруживающим ошибки, - укороченным систематическим циклическим кодом (53, 50), дающим 3-битовый код четности. Затем вся информация класса 1 переупаковывается, располагаясь в такой последовательности: биты с четными индексами, код четности подкласса 1а, биты с нечетными индексами в обратной последовательности, четыре добавочных нулевых бита - всего 189 бит. Эти 189 бит подаются на сверточный кодер (2, 1, 5) со скоростью кодирования R = 1/2 и длиной ограничения К - 5. В результате 378 бит с выхода сверточного кодера вместе с 78 битами класса 2 составляют 456 бит, т.е. поток информации речи на выходе кодера речи равен 456 бит/20 мс, или 22,8 кбит/с. При декодировании информации речи также сначала выполняется сверточное декодирование информации класса 1, и при этом исправляются ошибки в пределах возможностей кода свертки. Затем по коду четности проверяется наличие остаточных ошибок в информации подкласса 1а, и, если такие ошибки обнаруживаются, информация данного сегмента не идет в последующую обработку, а заменяется интерполированной информацией смежных сегментов.

Перед выдачей в канал связи закодированная информация речи таюке подвергается перемежению. В стандарте GSM используется достаточно сложная и совершенная схема блочно-диаго-j нального перемежения. 456 бит информации одного 20-миллисе-Г кундного сегмента речи разбиваются на 8 подсегментов, и 57 бит! одного подсегмента распределяются между смежными восемьк подсегментами таким образом, что после перемежения смежнымк с каждым конкретным битом оказываются соответствующие ем\ по положению биты, отстоявшие от него до перестановки на подсегмента, причем на четные и нечетные (после перестановки) битовые позиции подсегмента ставятся биты из смежных сегмен-1 тов. Алгоритм перемежения обладает свойствами квазислучайно-j сти, так что смежные биты исходной последовательности оказыва- j ются разделенными непостоянным числом бит, что является прей-] муществом в борьбе с периодическими битовыми ошибками.

После перемежения 456 бит информации одного сегмента распределяются по одноименным слотам четырех последовательных кадров канала трафика - два поля по 57 бит в слоте (рис. 2.11), и каждое 57-битовое поле снабжается дополнительным скрытым флажком, помечающим информацию речи (в отличие от информации управления канала FACCH, которая кодируется существенно иначе).

Информация каналов управления подвергается блочному и сверточному кодированию в полном объеме. Так, для кодирования информации каналов SACCH, FACCH, FCCH, РСН, AGCH, SDCCH используется блочный кодер (224, 184), сверточный кодер (2, 1, 5), и та же схема перемежения, что и для канала трафика. В каналах RACH, SCH используются другие схемы блочного кодирования, а таюке сверточные кодеры (2, 1, 5), отличающиеся от сверточных кодеров перечисленных ранее каналов управления. При передаче данных используются более сложные схемы сверточного кодирования и перемежения, обеспечивающие соответственно и более высокое качество передачи информации.

Длительность слота канала трафика, с учетом добавления вспомогательной и служебной информации (рис. 2.11), составляет 156,25 бит, и, поскольку информация одного 20-миллисекундного сегмента речи занимает по одному слоту в четырех последовательных кадрах, результирующий поток информации составляет 625 бит/20 мс, или 31,25 кбит/с. Эта информация сжимается во времени в В раз, так что на протяжении одного кадра длительностью 4,615 мс передается информация восьми временных слотов (рис. 2.11), в результате чего частота битовой последовательности возрастает до 250 кбит/с.

Наконец, на каждые 12 кадров канала трафика, несущих информацию речи, добавляется по одному кадру с информацией управления канала SACCH (кадры 13 и 26 мультикадра канала трафика на рис. 2.11). Таким образом, частота информационной битовой последовательности на выходе кодера канала составляет 270,833 кбит/о.

Для наглядности основные характеристики систем кодирования речи стандартов D-AMPS и GSM представлены в виде сводки табл. 2.10. В последней строке таблицы дана эффективность использования полосы частот, характеризуемая частотой битовой последовательности на выходе кодера канала, приходящейся на 1 Гц полосы, занимаемой частотным каналом.

Таблица 2.10. Сводка основных характеристик систем кодирования речи стандартов D-AMPS и GSM