在陸地移動通信這種瑞利信道上，比特差錯經常是成串發生的。這是由於持續時間較長的深衰落谷點會影響到相繼一串的比特。但是，信道編碼僅在檢測和校正單個差錯和不太長的差錯串時才有效。為了解決這一問題，希望能找到把一條訊息中的相繼比特分散開的方法，即一條訊息中的相繼比特以非相繼方式被傳送。這樣，在傳輸過程中即使發生成串差錯，在接收端恢復成相繼比特串的訊息時，也就變成單個或長度很短的差錯，再用信道編碼所具有的糾錯功能糾正差錯，恢復原訊息。這種將相繼比特分散開的技術就是交織技術。
基本介紹
- 中文名：交織技術
- 外文名：weaving technology
意義,原理,GSM系統中的交織方式,
意義
在陸地移動通信這種變參信道上，持續較長的深衰落谷點會影響到相繼一串的比特，使比特差錯常常成串發生。然而，信道編碼僅能檢測和校正單個差錯和不太長的差錯串。為了解決成串的比特差錯問題，採用了交織技術：把一條訊息中的相繼比特分散開的方法，即一條信息中的相繼比特以非相繼方式傳送，這樣即使在傳輸過程中發生了成串差錯，恢復成一條相繼比特串的訊息時，差錯也就變成單個（或者長度很短）的錯誤比特，這時再用信道糾正隨機差錯的編碼技術（FEC）消除隨機差錯。
例如：在移動通信中，信道的干擾、衰落等產生較長的突發誤碼，採用交織就可以使誤碼離散化，接收端用糾正隨機差錯的編碼技術消除隨機差錯，能夠改善整個數據序列的傳輸質量。
原理
經過（n0，k0，m）卷積碼編碼器輸出的由n0比特組成的碼字，被存儲到一個（n0×i）即n0行i列的塊交織矩陣中，其後按矩陣列的方法讀取並輸出序列。這樣，n0個連續編碼比特在讀出串列序列中被（i-1）個比特相同成為離散編碼比特分布。
假定由一些4bit組成的訊息分組，把4個相繼分組中的第一個比特取出來，並讓這4個第一比特組成一個新的4bit組，稱作第一幀，4個訊息分組中的比特2～4也作同樣處理，如圖1所示。然後依次傳送第1bit組成的幀，第2bit組成的幀，……。如果在傳輸期間，幀2丟失，在沒有交織時，就會丟失某一整個訊息分組，在採用交織技術後，僅每個訊息分組的第2bit丟失。如果所採用的糾錯編碼技術能將4個碼中的一個錯碼糾正過來，則利用信道編碼，仍能恢復全部分組中的訊息，這就是交織技術的基本原理。交織就是把一個碼塊中的b個比特分散到n個幀中，以改變比特間的鄰近關係，因此n值越大，傳輸特性越好，但傳輸時延也越大。
圖1 交織原理GSM系統中的交織方式
在GSM系統中，信道編碼後進行交織，交織分為兩次，第一次交織為數據塊的內部交織，第二次交織為數據塊之間的交織。
語音編碼器和信道編碼器將每一20ms語音數位化並進行信道編碼，成為456bit的一個數據塊。第一次數據塊的內部交織就是將順序為1，2，3…，454，455，456的456bit分成8列，每列57bit，第一列的57bit的順序為1，9，…，441，449；第二列的57bit的順序為2，10，…，442，450；…；第八列的57bit的順序為8，16，…，448，456。如圖2所示。
圖2 GSM 20ms語音編碼交織(第一次)每個常規突發脈衝共156.25位，其中1～3位和146～148位為尾比特；4～60位和89～145位為114位用戶數據比特；61位和88位為標誌比特；62～87位為訓練比特。各比特的作用見21.3.2。
如果將同一20ms語音的兩組57bit插入到同一常規突發脈衝序列中(見圖3)，那么該突發脈衝序列丟失將會導致該20ms的語音損失25%的比特。顯然信道編碼難以恢復這么多丟失的比特。因此必須在兩個語音數據塊之間再進行一次交織，即塊間交織。
圖3 普通突發脈衝串分成8列的每20ms一塊456bit話音數據，數據塊見圖4所示。這些數據塊在相繼的突發脈衝中的交織方法如圖5所示。圖中每一行為一個常規突發脈衝序列。從上往下的第一到第四個常規突發脈衝序列中，兩個57bit組位置分別插入數據塊N－2和數據塊N-1中的各4列57bit(插入時，數據塊N－2的57bit占偶數比特位，數據塊N－1的57bit占奇數比特位)；第五到第八個常規突發脈衝序列中，兩個57bit組位置分別插入數據塊N－1和數據塊N中的各4列57bit；……；依次類推。這樣，每個20ms的話音共8×57bit分別插入8個不同的常規突發脈衝序列中，而每個突發脈衝序列中是相鄰的兩個數據塊的數據。突發脈衝序列按從上往下的順序傳送。所以，即使在傳輸過程中丟失一個突發脈衝序列，只影響每一語音比特塊的12.5%，而這能通過信道編碼加以糾正。二次交織經得住喪失一整個突發脈衝序列的打擊，但增加了系統時延。因此，在GSM系統中，在移動台和中繼電路上增加了回波抵消器，以改善由於時延而引起的通話回音。
圖4 第一次交織後的各數據塊
圖5 二次交織(每一行為一個突發脈衝序列)