分組交織

1. 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。

基本介紹

• 中文名：分組交織
• 外文名：Packet interleaving

定義

分組交織又稱矩陣交織或塊交織，編碼後的碼字序列被按行填入一個大小為m× n 的矩陣，矩陣填滿以後，再按列發出。同樣，接收端的解交織器將接收到的信號按列填入m× n 的矩陣，填滿後再按行讀出，然後送往解碼器進行正常解碼。這樣，信道中的連續突發錯誤被解交織器以m 個比特為周期進行分隔再送往解碼器，如果這m 個錯誤比特處於信道編碼的糾錯能力範圍內，則達到了消除錯誤突發的目的。

由於矩陣交織可能將某些周期性干擾變成突發錯誤，所以在有些通信系統中採用了矩陣交織的變體，稱為隨機交織。在隨機交織中，編碼序列填入矩陣的順序由某種偽隨機序列的值決定或直接由計算機搜尋產生。這種交織技術對突發參數的易變性具有相當的適應性，但是其複雜度和設備費用也較高。

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。

交織1

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。

交織2

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。

交織3

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。

交織4

圖4 第一次交織後的各數據塊

交織5

圖5 二次交織(每一行為一個突發脈衝序列)