Презентация на тему Канальное кодирование в стандарте GSM. Принцип кодирования канала трафика. Турбокоды

(и последний) элемент цифрового участка передающего тракта. 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.

Помехоустойчивое кодирование осуществляется за счет введения в состав передаваемого сигнала довольно большого объема избыточной (контрольной) информации. В английской терминологии такое кодирование носит наименование Forward Error Correcting coding (FEC coding), т.е. кодирование с упреждающей коррекцией ошибок, или кодирование с коррекцией ошибок на проходе.

кодирование реализуется в виде трех процедур:

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, также подвергается помехоустойчивому кодированию;
упаковывает подготовленную к передаче информацию и сжимает ее во времени;
осуществляет шифрование передаваемой информации, если таковое предусмотрено режимом работы аппаратуры.

метода – это блочное кодирование и сверточное.

При блочном кодировании

информация делится на блоки определенной длины, и каждый блок кодируется отдельно.

Простейшим примером блочного кодирования является дополнение до четности. В этом случае каждый блок делится на группы, которые дополняются одним битом со значением единица или ноль, в зависимости от того четное или нечетное количество единиц в исходной группе.

это есть избыточность

виде матрицы 4 на 4, где матрица 3 на

3 - исходные данные, которые надо было передать, остальные элементы матрицы – коды дополнения до четности. Проведя суммирование бит в строках и столбцах, видим, что в первом столбце и второй строке количество единиц - нечетное, а, следовательно, в них содержатся ошибки.

и получило широкое распространение. Существует большое разнообразие блочных кодов,

обладающих различными возможностями по обнаружению и исправлению ошибок, среди которых наиболее известны коды Хемминга.

не деля его на части. В простейшем случае, в

исходные данные добавляются проверочные символы, представляющие собой сумму двух символов исходных данных.

Рассмотрим для примера работу сверточного кода, в котором проверочные символы вставляются между всеми символами исходного кода и представляют собой сумму двух смежных символов исходного кода.

Закодируем с помощью этого метода следующую бинарную последовательность данных:

100 100 110 101

последовательность данных:

100 100 110 101

Для получения первого проверочного символа

сложим первый и второй информационные символы исходной последовательности и запишем результат между ними: 110. Красным цветом выделен проверочный символ.

Аналогичные действия проводим со всеми остальными информационными битами последовательности. В результате получим следующую закодированную последовательность:

110 001 110 001 101 101 110 11

избыточность

суммируются соседние биты исходных данных и сравниваются с их

проверочным битом.

Если для двух соседних проверочных битов была зафиксирована ошибка, то общий информационный бит для этих двух проверочных битов - неверен. Для исправления ошибки необходимо заменить его на противоположный.

Если для одного проверочного символа была зафиксирована ошибка, а два соседних проверочных символа ошибку не показали, это означает, что сбой произошел в проверочном символе, а информационные биты корректны.

110 001 110 001 101 101 110 11

Для уточнения, где именно произошла ошибка, проверяются соседние пары информационных бит.

промышленные шумы, атмосферные помехи (например, грозы) и т.п.

При

этом многие ошибки не одиночны по времени, а возникают пачками. Это означает, что длительности воздействующего мешающего сигнала достаточно для возникновения ошибок в нескольких подряд идущих битах.

Главная опасность такого вида помех заключается в том, что применяемые способы защиты от помех обычно могут распознать и исправить не более одной ошибки. Пачечные ошибки эти виды защиты не определяют, что соответственно может привести к ухудшению качества связи.

применяется так называемый Interleaving или перемежение.

Суть его заключается

в том, что перед передачей в эфир биты переставляются местами.

Например, вместо последовательности «1, 2, 3, 4, 5, 6 …» создается последовательность: «5, 3, 6, 1, 4, 2 …».

Причем одна и та же схема перемежения, обычно, накладывается как маска и применяется циклически к цифровому потоку.

После приема сигнала последовательность подвергается обратной перестановке, чтобы получить исходный сигнал. В случае, если на сигнал будет воздействовать пачечная помеха, например, на подряд идущие биты 3, 6 и 1, то после восстановления исходного потока эти биты окажутся не рядом стоящими и к ним уже можно будет применить стандартные алгоритмы защиты от ошибок.

короче кадр по времени будет подвержен перемежению, тем более

коротким пачечным ошибкам он может противостоять.

Однако чем более длительный отрезок сигнала будет вовлечен в перемежение, тем больше это потребует производственных возможностей и может потребовать дополнительных временных затрат и привести к задержкам сигнала.

Поэтому на практике выбирают золотую середину: берут достаточно длительный кадр для перемежения, что бы можно было противостоять пачечным ошибкам достаточно часто встречающимся в радиоэфире.

собой последовательность 4-разрядных двоичных слов, передаваемых бит за битом.

Перемежение выполняется в пределах каждых 4 слов, т.е. в пределах отрезка цифрового сигнала, содержащего 16 бит.
Числа показывают номера битов в этом отрезке. В результате перемежения биты переставляются.

Биты, искаженные действием пакетной ошибки, отмечены звездочками. В результате деперемежения восстанавливается исходный порядок битов и искаженные биты рассредотачиваются.

передаче цифровой информации по каналу связи с шумами. Синонимом турбо-кода является известный в теории

кодирования термин — каскадный код.

Турбо-код состоит из каскада параллельно соединённых систематических кодов. Эти составляющие называются компонентными кодами. В качестве компонентных кодов могут использоваться свёрточные коды, коды Хемминга, Рида — Соломона, Боуза — Чоудхури — Хоквингема и другие.

В зависимости от выбора компонентного кода турбо-коды делятся на свёрточные турбо-коды и блоковые коды-произведения.

Турбо-коды были разработаны в 1993 году и являются классом высокоэффективных помехоустойчивых кодов с коррекцией ошибок, используются в электротехнике и цифровой связи, а также нашли своё применение в спутниковой связи и в других областях, в которых необходимо достижение максимальной скорости передачи данных по каналу связи с шумами в ограниченной полосе частот.

К бит. В формирователе пакетов к данным прибавляется ещё

(N-K) дополнительных бит служебной информации, соответствующих используемому стандарту формирования пакета и включающих в себя символы его начала и окончания. То есть получается пакет состоящий из N бит.

Далее эта последовательность бит поступает параллельно на M ветвей содержащих последовательно соединённые перемежитель и компонентный кодер. Таким образом пакет данных используется в качестве входных данных сразу всеми компонентными кодерами.