5.1 Giới thiệu
Hai quá trình mã hóa được sử dụng trong hệ thống GSM. Quá trình đầu tiên được
dùng để chuyển tín hiệu tương tự thành tín hiệu số. Và quá trình mã hóa thứ hai là nén và bảo vệ thông tin dữ liệu truyền trên giao diện vô tuyến.
5.2 Kỷ thuật mã hoá thoại
Qui trình mã hóa thoại và kênh trong GSM
Thoại chứa nhiều thông tin hơn văn bản phiên dịch lại từ việc nói. Chúng ta có thể nhận ra người nói, và nhận biết nhiều thông tin không được nói thành âm thoại… Mỗi khối trong qui trình liên quan các phương pháp xử lý thông tin thọai khác nhau để đảm bảo chất lượng tín hiệu tạo lại tốt nhất trong băng tần nhỏ nhất.
5.2.1 Mã hoá thoại
Đường truyền GSM sử dụng kiểu điều chế số - thoại phải được chuyển thành các số nhị phân.
Lưu đồ mã hóa đơn giản nhất là điều chế xung mã (PCM)
Chu kỳ lấy mẫu 125µs.
Lấy mẫu với tần số 8KHz và dùng 8 bit để mã hóa tín hiệu nên tốc độ dữ liệu yêu
cầu 64Kbps.
Sơ đồ mã hóa thoại
Giai đoạn đầu của mã hóa thoại là chuyển tiếng nói được phát bởi micro xem như tín hiệu tương tự thành tín hiệu số tương đương.
GSM thực hiện chuyển đổi A/D bằng việc lấy mẫu tín hiệu thoại tương tự mỗi 125ms hay 8000 mẫu/s. Mỗi mẫu được lượng tử thành một trong 8192 mức điện áp. Mỗi mức này được biểu diễn bởi mã nhị phân 13bit (213). Vì vậy, mỗi giây có 8000x13bit mẫu tín hiệu tương tự được tạo ra, do đó, tốc độ dữ liệu thô là 104Kbps. Luồng bit thô này được chia thành các block 20ms đưa vào bộ Vocoder RPE- LTP (vocoder regular pulse excitation-Long time prediction). Sau đó, mỗi block được xử lý riêng lẻ.
Bộ Vocoder chia mỗi block dữ liệu 20ms thành 3 phần:
Dữ liệu mã hóa dự đoán tuyến tính thời gian ngắn (LPC)
Dữ liệu dự đoán tuyến tính thời gian dài (LTP).
Dữ liệu kích thích xung đều (RPE)
Dạng sóng của LTP và LPC được mã hóa như thông tin tần số và biên độ của các block 36 bit, trong khi đó RPE được mã hóa block 188 bit để đảm bảo đặc tính âm thoại được tạo lại đúng.
Tốc độ dữ liệu 13Kbps phù hợp cho băng thông đường truyền trên giao diện vô tuyến. Vì vậy, mỗi 20ms block dữ liệu 2080 bit đưa vào đầu vào của bộ vocoder tạo ra đoạn dữ liệu 260 bit mỗi 20ms ở đầu ra. Vì vậy, một tỉ lệ nén xấp xỉ 10:1 đạt được mà không giảm chất lượng thoại có ích.
Sơ đồ mã hóa thoại RPE-LTP đơn giản
5.3 Kỷ thuật mã hoá kênh
Mã sửa lỗi
Để tạo lại thông tin thoại, bộ giải mã cần tỉ lệ bit lỗi không quá 0.1%. Các kênh vô tuyến có tỉ lệ lỗi 1% hay nhiều hơn thì cần sửa lỗi. Mã hóa kênh giúp sửa lỗi
Hai phương pháp sửa lỗi:
Backward error correction (BEC)
Forward error correction (FEC)
5.3.1 Backward error correction
Trong BEC, giả sử rằng nếu các bit kiểm tra được truyền một cách chính xác thì các bit dữ liệu cũng chính xác. Nếu các bit kiểm tra không đến như mong muốn, hệ thống yêu cầu truyền lại.
Yêu cầu truyền lại tự động (ARQ) không thích hợp cho thoại vì thọai yêu cầu thời gian thực.
Các block được kiểm tra tại đầu cuối bằng việc so sánh FCS/BCS, nếu phát hiện lỗi yêu cầu bộ phát truyền lại khối dữ liệu.
BEC dùng mã hóa khối.
BEC thích hợp cho truyền dữ liệu – không thích hợp cho truyền thọai.
5.3.2 Forward error correction
FEC thường được sử dụng trong mã hóa chập
5.3.3 Mã hóa khối (block channel coding)
Block dữ liệu hiện hành (được truyền) được dùng để tạo một mã. Mã này được
gởi đi cùng với các bit dữ liệu gốc.
5.3.4 Mã hóa chập (convolutional channel coding)
Bộ mã chập được mô tả bởi tỉ lệ của các bit thông tin ngỏvào trên các bít đã mã hóa ở ngõ ra mà
được tạo bởi các bộ cộng trễ qua quá trình kết hợp dữ liệu từ các thanh ghi dịch. Tỷ lệ mã mô tả sốbit dư trong dữ liệu được mã hóa
Tỷ lệ mã ½ truyền gấp hai lần số bit dữ liệu thật
Tốc độ dữ liệu được chia đôi
Ví dụ, một bộ mã hóa tạo 2 bit ngõ ra cho mỗi bit thông tin đầu vào sử dụng một thanh ghi 5 bit
được xem như một bộ mã hóa tỷ lệ mã ½ với một độ trễ là 5. Nếu tỉ lệ lỗi cao, mã chập có thểlàm tăng các lỗi
Mã chập hiệu quảhơn mã khối, mã chập giảm tỉ lệ lỗi bằng việc tăng các bit truyền.
Bộ mã hóa trên gồm 4 bit thông tin trên luồng bit vào các thanh ghi và đưa ra 2 đa thức:
Cộng modulo 2 của d4+d3+1 cho ra bit G0
Cộng modulo 2 của d4+d3+d1+1 cho ra bit G