信道编码技术：差错控制与卷积编码

1.信道编码的基本原理

语音信号经过语音编码后，紧接着还要进行信道编码。由语音编码过程可以看出，采用LPC-LTP-RPE编码方案，可以降低数字信号的传输速率，实现数字信号压缩。

采用数字传输时，所传信号的质量常常用接收比特中有多少是正确的来表示，并由此引出比特差错率（BER）的概念。BER表明传输的总比特中有多少比特被检测出错误，差错比特数目或所占的比例要尽可能小。

为了进行处理，可使用信道编码。信道编码能够检出和校正接收比特流中的差错。这是因为加入一些冗余比特，把几个比特上携带的信息扩散到更多的比特上。为此付出的代价是必须传送比该信息所需要的更多的比特，但这种方法可以有效地减少数据差错。

为了便于理解，我们举一个简单的例子加以说明。假定要传输的信息是一个“0”或一个“1”，为了提高保护能力，各添加3个比特：

信息 添加比特 发送比特

0 000 0000

1 111 1111

对于每一比特（0或1），只有一个有效的编码组（0000或1111）。如果收到的不是0000或1111，就说明传输期间出现了差错。比例关系是1∶4，必须发送的是该信息所需要的4倍的比特。

接收编码组可能为 0000 0010 0110 0111 1111

判决结果为 0 0 X 1 1

图2-14表示了数字信号传输的过程，其中信源可以是语音、数据或图像的电信号“S”，经信源编码器构成一个具有确定长度的数字信号序列“M”，人为地再按一定规则加进非信息数字序列，以构成码字“C”（信道编码），然后再经调制器变换为适合信道传输的信号。

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图2-14 数字信号传输框图

移动通信的传输信道属变参信道，它不仅会引起随机错误，更主要的是会造成突发错误。随机错误的特点是码元间的错误互相独立，即每个码元的错误概率与它前后码元的错误与否是无关的。突发错误则不然，一个码元的错误往往影响前后码元的错误概率。或者说，一个码元产生错误，则后面几个码元都可能发生错误。因此，在数字通信中，要利用信道编码对整个通信系统进行差错控制。差错控制编码可以分为分组编码和卷积编码两类。分组编码的原理框图如图2-15所示。

图2-15 分组编码的原理框图

图2-16 卷积编码的原理框图

卷积编码的原理框图如图2-16所示。

2.GSM数字语音的信道编码

在GSM系统中，上述两种编码方法均在使用。首先对一些信息比特进行分组编码，构成一个“信息分组+奇偶（检验）比特”的形式，然后对全部比特做卷积编码，从而形成编码比特。这两次编码适用于语音和数据，但它们的编码方案略有差异。采用“两次”编码的好处是：有差错时，能校正的校正（利用卷积编码特性），能检测的检测（利用分组编码特性）。GSM系统首先是把语音分成20ms的音段，这20ms的音段通过语音编码器被数字化和语音编码，产生260个比特流，并被分成50个最重要比特、132个重要比特、78个不重要比特。

图2-17 GSM数字语音的信道编码

如图2-17所示，对上述50个最重要比特添加3个奇偶检验比特（分组编码），这53个比特同132个重要比特与4个尾比特一起卷积编码，比率1∶2，因而得到378个比特，另外78个比特不予保护。