3.3 Канальное кодирование
Кодер канала – второй (и последний) элемент собственно цифрового участка передающего тракта (рис 3). Он следует после кодера речи и предшествует модулятору, осуществляющему перенос информационного сигнала на несущую частоту. Основная задача кодера канала – помехоустойчивое кодирование сигнала речи, т.е. такое его кодирование, которое позволяет обнаруживать и в значительной мере исправлять ошибки, возникающие при распространении сигнала по радиоканалу от передатчика к приемнику [6].
Помехоустойчивое кодирование осуществляется за счет введения в состав передаваемого сигнала достаточно большого обьема избыточной информации, при этом может реализоваться кодирование с упреждающей коррекцией ошибок — FEC coding (Forward Error Correcting coding).
В сотовых системах связи помехоустойчивое кодирование выполняется в виде трех процедур [3]:
- блочного кодирования (block coding),
- сверточного кодирования (convolutional coding);
- перемежения (interleaving).
Кроме того, кодер канала выполняет еще ряд функций:
- добавляет управляющую информацию, которая, в свою очередь, подвергается помехоустойчивому кодированию;
- упаковывает подготовленную к передаче информацию и сжимает ее во времени;
- осуществляет шифрование передаваемой информации.
Последовательность этих функций показана на рис. 8.
Рисунок 8 – Последовательность функций, выполняемых в кодере канала
Прежде, чем будут рассмотрены кодер и декодер канала стандарта GSM, познакомимся с основными принципами блочного и сверточного кодирования, перемежения, а также шифрования информации.
3.3.1 Блочное кодирование
Входная
информация при блочном кодировании
разделяется на блоки, содержащие по
символов
каждый, которые по определенному закону
преобразуются кодером в
-символьные
блоки, причем выбирается
[3].
Отношение
кодирующих символов
носит
название скорости кодирования –
coding
rate. Величина
является мерой избыточности, вносимой
кодером.
При рационально построенном кодере меньшая скорость кодирования, то есть большая избыточность, соответствует более высокой помехоустойчивости.
Повышению
помехоустойчивости способствует также
увеличение длины блока на выходе кодера.
Обычно блочный кодер с параметрами
обозначается
,
где первым символом
–
обозначают число символов в выходном
блоке кодера, а
–
число символов во входном блоке.
В системах сотовой связи используются двоичные символы входной и выходной последовательностей.
Кодеры,
«работающие» с такими последовательностями,
называют двоичными блочными кодерами.
В качестве примера на рис. 9 представлена
схема двоичного блочного кодера
.
Рисунок 9 – Двоичный блочный кодер (5, 4)
Каждый
бит блока выходной информации (на выходе
сумматоров по
модулю 2)
получается как сумма по модулю 2 нескольких
бит (от одного до
)
входного блока, для чего используется
сумматоров по модулю 2, алгоритм работы
которых показан в табл. 2.
Таблица 2 – Алгоритм работы блочного кодера (5, 4)
|
Первое слагаемое |
Второе слагаемое |
Сумма |
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
Следует отметить, что один из сумматоров (второй справа) является вырожденным, так как на его вход поступает лишь одно слагаемое.
На рис. 10 показана схема систематического блочного кодера.
Как видно из сравнения рис. 9 и 10, отличительной особенностью систематического кодера является то, что в состав блока выходной информации включается блок входной информации. Тривиальные сумматоры, соответствующие формированию этой части выходного блока, не показаны. Простейший систематический двоичный блочный кодер (рис. 4.8) – реализует операцию кодирования, состоящую в том, что на выход, кроме копии входного, поступает лишь один избыточный бит, который является суммой по модулю 2 всех бит входного блока.
Рисунок 10 – Систематический блочный кодер
Рисунок 11 – Побайтовый контроль четности
Этот
избыточный бит называется кодом контроля
четности,
так как число символов в выходном блоке,
с учетом контрольного бита, четное
.
Для 8-битового блока двоичной информации
схема рис. 10 может быть названа
схемой побайтного контроля четности.
Используя схему рис. 10, рассмотрим
возможность обнаружения ошибок при
помощи блочного кода, а затем –
возможность коррекции ошибок.