【资料名称】：免威望的报告，方便大家学习

【资料作者】：爱立信

【资料日期】：2012-09-18

【资料语言】：中文

【资料格式】：DOC

【资料目录和简介】：

3.半速率的原理
3.1全速率和半速率的信源编码

图2－1GSM语音处理原理图
由于GSM系统是一种全数字系统，话音或其它信号都要进行数字化处理，因而第一步要把话音模拟信号转换成数字信号（即1和0的组合）。
我们对PCM编码比较熟悉，它是采用A律波形编码，分为3步：
采样。在某瞬间测量模拟信号的值。采样速率8kHz/s。
量化。对每个样值用8个比特的量化值来表示对应的模拟信号瞬间 值，即为样值指配256（28）个不同电平值中的一个。
编码。每个量化值用8个比特的二进制代码表示，组成一串具有离散特性的数字信号流。
用这种编码方式，数字链路上的数字信号比特速率为64kbit／s(8kbit／s *8）。如果GSM系统也采用此种方式进行话音编码，那么每个话音信道是64kbit／s，8个话音信道就是512kbit／s。考虑实际可使用的带宽，GSM规范中规定载频间隔是200kHz。因此要把它们保持在规定的频带内，必需大大地降低每个话音信道的编码的比特率，这就要靠改变话音编码的方式来实现。
声码器编码可以是很低的速率（可以低于5kbit／s，虽然不影响话音的可懂性，但话音的失真性很大，很难分辨是谁在讲话。波形编码器话音质量较高，但要求的比特速率相应的较高。因此GSM系统话音编码器2是采用声码器和波形编码器的混合物--- 混合编码器，全称为线性预测编码-长期预测编码-规则脉冲激励编码器（LPC-LTP-RPE编码器），见图2－2所示。LPC+LTP为声码器，RPE为波形编码器，再通过复用器混合完成模拟话音信号的数字编码，每话音信道的编码速率为13kbit／s。
图2－2GSM话音编码器方式
声码器的原理是模仿人类发音器官喉、嘴、舌的组合，将该组合看作一个滤波器，人发出的声音使声带振动就成为激励脉冲。当然“滤波器” 脉冲 m频率是在不断地变换，但在很短的时间（10ms～30ms）内观察它，则发音器官是没有变换的，因此声码器要做的事是将话音信号分成20ms的段，然后分析这一时间段内所相应的滤波器的参数，并提取此时的脉冲串频率，输出其激励脉冲序列。相继的话音段是十分相似的，LTP将当前段与前一段进行比较，相应的差值被低通滤波后进行一种波形编码。
LPC十LTP参数：3.6 kbit/s。
RPE参数：9.4kbit/s。
因此，话音编码器的输出比特速率是13kbit。
以上就是我们通常所说的FR的编码方式。对于HR来说，为了传送更有效率，必须使用另外一种编码方式：Vector Sum Excited Linear Prediction (VSELP) coding。对于这种编码方式，把8000样点/秒的语音信息编码为112 bits的信息，速率为5.6kbits/s，而对于FR来讲,用RPE LTP的编码方式,把8000样点/秒的语音信息编码为260bits的信息，速率为13kbits/s。正是这种区别，决定了HR的语音质量比FR的要差，对应为SQI的不同，FR为20dBQ，HR为17dBQ。
3.2信道编码
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)概念。BER表明总比特率中有多少比特被检测出错误，差错比特数目或所占的比特要尽可能小。然而，要把它减小到0，那是不可能的，因为路径是在不断变化的。这就是说必须允许存在一定数量的差错，但还必须能恢复出原信息，或至少能检测出差错，这对于数据传输来说特别重要，对话音来说只是质量降低。
为了有所补益，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，但有效地减少差错。
为了便于理解，我们举一简单例子加以说明。
假定要传输的信息是一个“0”或是一个“l”，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
O 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l111)。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，必须发送是必要比特4倍的比特。保护作用如何?
接收编码组可能为：00000010011001111111
判决结果：00 X11
如果4个比特中有1个是错的，就可以校正它。例如发送的是0000，而收到的却是0010，则判决所发送的是0。如果编码组中有两个比特是错的，则能检出它，如0ll0表明它是错的，但不能校正。最后如果其中有3个或4个比特是错的，则既不能校正它，也不能检出它来。所以说这一编码能校正1个差错和检出2个差错。
图2－3表示了数字信号传输的这一过程，其中信源可以是话音、数据或图像的电信号“s”，经信源编码构成一个具有确定长度的数字信号序列“m”，人为地在按一定规则加进非信息数字序列，以构成一个一个码子“c(信道编码)，然后再经调制器变换为适合信道传输的信号。经信道传输后，在接收端经解调器判决输出的数字序列称为接收序列“R”，再经信道译码器译码后输出信息序列“m”，而信源译码器则将“m”变换成客户需要的信息形式“s”。

图2－3数字信息传输方框图
移动通信的传输信道属变参信道，它不仅会引起随机错误，而更主要的是造成突发错误。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见图2－4。分组编码是把信息序列以k个码元分组，通过编码器将每组的k元信息按一定规律产生r个多余码元(称为检验元或监督元)，输出长n＝k十r的一个码组。因此，每个码组的r个检验元仅与本组的信息元有关而与别组无关。分组码用(n，k)表示，n表示码长，k表示信息位数目，R＝k／n称为分组编码的效率，也称编码率或码率。

图2－4分组编码
卷积编码的原理框图见图2-5。卷积编码就是将信息序列以ko个码元分段，通过编码器输出长为no的一段码段。但是该码的no - ko个检验码不仅与本段的信息元有关，而且也与其前m段的信息元有关，故卷积码用(no，ko，m)表示，称No＝(2n十1)no为卷积编码的编码约束长度。与分组编码一样，卷积编码的编码效率也定义为R＝ko／no，对于具有良好纠、检错性能并能合理而又简单实现的大多数卷积码，总是ko＝l或是(no - ko)＝l，也就是说它的编码效率通常只有l／5，1／4，1／3，1／2，2／3，3／4，4／5……。

图2－5卷积编码
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“信息分组十奇偶(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。这两次编码适用于话音和数据二者，但它们的编码方案略有差异。采用“两次”编码的好处是：在有差错时，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系统首先是把话音分成20ms的音段,这20ms的音段通过话音编码器被数字化和话音编码，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
如下图2-6，对上述50个比特添加上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378个比特，另外78个比特不予保护。

图2－6GSM数字话音FR的信道编码
以上是FR的信道编码方式。

图2－7GSM数字话音HR的信道编码
半数率（Half Rate）话音在经过话音编码（Speech Coding）之后的一组话音数据是 112 bits，其中95 bits 是受保护的Class 1 级别的重要bits，另外17 bits 是没保护 Class 2 级别bits。半数率每秒钟的话音数率是5.6kb/s，而经过信道编码之后 的输出数据是228 bits，数据量正好是全数率的一半。对于HR来说，由于信道容量减半，显然不能使用1/2的卷积来进行编码，同样由分组编码进行保护的信息也相应减少。
正是这种区别，不同的Convolution Code 的使用也一定程度上决定了半数率与全数率之间的纠错与在无线上抗干扰等能力的差别。在良好的无线环境下，半数率与全数率信道的性能是没明显的分别的，但在比较差的无线环境如弱C/I 下，半数率信道就有可能出现比全数率信道更高的误码率，出现更差的RXQUAL，也因此更容易出现质量差掉话。

3.3TDMA帧结构
GSM是一个时分多址系统，一个TDMA帧分为8个时隙，即TS0至TS7，一个话务信道TCH由26个TDMA组成的复帧，时长为120ms，如下图所示：
复帧中的第13帧为SACCH（慢随路控制信道），第26帧为空闲帧。当采用半速率信道后，帧结构如下图所示：
图2－8全速率和半速率的帧结构
从上图可知，系统采用半速率后，帧结构并未起变化，不过系统将复帧中的奇数帧分配给一个用户，而将其中的偶数帧分配给另一用户，原先的第26空闲帧就成为第二个用户的SACCH，因此，原先只可承载一人的业务增至可同时承载两个人的业务，系统容量翻了一倍，但要牺牲话音质量（SQI）。全速率（FR）的SQI最高值是20，半速率(HR)的SQI最高值是17，SQI根据用户的感知分为”GOOD”，”Acceptable”，”Unsatisfactory”。


4.市区半速率调整
4.1硬件配置
半速率功能的开启对硬件资源有一定的要求, 并不是全部的全速率的资源都可用来支持半速率的功能：
BSC中需存在SRS（子速率交换）硬件设备，并且TRA的方式必须为POOL
BSC中的TRA硬件目前有R3、R4、R5、R6版本，实现半速率功能必须在R4版以上。基站也必须支持半速率功能，RBS200型基站必须使用SPU+/SPE 或 SPU++，RBS2000型基站均支持。
目前，集宁JINBSC8的相关硬件均支持半速率功能，TRA硬件为R6版本：

NEDevice TypeSNT & EQM TypeTranscoder TypeTRA H/W Version
JINBSC8RTTGDRTTGS810TRA R6
而JINBSC8 TRA采用的是POOL连接方式，其TRA具体配置如下表所示：
NE设备类型SNT数量设备数量
EFRFRHREFRFRHREFRFRHR
JINBSC8RTTGDRTTGDRTTGD18*810*86*8345619201152


4.2参数设置
除了硬件要求外，MSC和BSC的特性参数需要设置。
MSC参数
HRATE

该参数表示BSC是否支持半速率，”O”不支持，“1”支持，JINBSC8设置为“1”。

CRT（Channel Rate and Type）
CRT由RCR和SCRT来组成。
根据手机对无线信道的要求（Radio Channel Required-手机内部设置）可以分为3种：
只支持全速率（FR）
支持双速率，首选FR信道（DFR）
支持双速率，首选HR信道（DHR）
在MSC，针对不同RCR定义不同的被选信道速率和类型（Selected Channel Rate and Type），SCRT共有8种：
FR： Full-rate channel
HR ：Half-rate channel
DFRC： Dual-rate, full-rate preferred, change allowed after first channel allocation
DHRC： Dual-rate, half-rate preferred, change allowed after first channel allocation
DFRN： Dual-rate, full-rate preferred, change not allowed after first channel allocation
DHRN： Dual-rate, half-rate preferred, change not allowed after first channel allocation
DRSC: Dual-rate, channel preference indicated by the speech coder preference, changes between full and half rate allowed after first channel allocation
DRSN： Dual-rate, channel preference indicated by the speech coder preference, changes between full and half rate not allowed after first channel allocation
PSCVL（Provided Speech Coder Version List）
指定所有提供或允许的话音编码，PSCVL必须与指定的SCRT定义一致。

FRV1：全速率（Full Rate）
FRV2：增强型全速率（Enhanced Full Rate）
FRV3：AMR全速率（AMR Full Rate）
HRV1：半速率（Half Rate）
HRV3：AMR 半速率（AMR Half Rate）
集宁JNBSC8的CRT设置如下：

这种设置对于只支持全速率的手机，只分配全速率信道，而对于支持双速率的手机，则根据小区的话务具体情况，当空闲FR信道的比例高于DTHNAMR优先分配全速率信道，比例低于DTHNAMR优先分配半速率信道，半速率的话务可以通过DTHNAMR来控制，具体考虑TCH的配置数和话务量。
　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　BSC参数

参数现网设置建议值
DYNHRALLOC11
DYMA01
HALFRATESUPP00
EBANDINCLUDED11
SPEECHVERUSED00

DYNHRALLOC：根据话务情况动态分配HR信道或FR信道的功能开关，”0”是关掉，”1”是打开。
DYMA：全、半速率动态自适应的功能开关，”0”是关掉，”1”是打开。
HALFRATESUPP：BSC是否支持半速率信道，”0”是支持，”1”不支持，此参数被修改时只影响信道重新配置或有新加信道的小区，对这些小区需要”HALT”后再激活。
EBANDINCLUDED：此参数指示使用下列无线功能时，信道只考虑P-GSM900还是考虑GSM900（包含E-GSM900）的所有信道，”0”是只考虑P-GSM900，”1”是P-GSM900和E-GSM900都考虑。
SPEECHVERUSED：是话音编码的优先级，此参数说明在切换的时候，是否允许把使用的话音编码放在话音编码列表的最顶端，”0”是不放在顶端，”1”是放在顶端。

　　　　　　　　　　　CELL参数
DHA
动态分配半速率的开关，”OFF”是不支持，”ON”是支持。
DTHNAMR
对非支持AMR的手机，动态分配半速率的门限，空闲FR信道除以可用的FR信道的百分比高于DTHNAMR优先分配FR信道，若低于DTHNAMR优先分配HR信道。DTHNAMR可根据TCH的话务情况灵活地设置。
DTHAMR
对支持AMR手机，解释与DTHNAMR相同。