如果你是學(xué)通信的毁兆，當(dāng)有人問(wèn)你什么是交織浙滤，你會(huì)怎么說(shuō)？
最簡(jiǎn)單的一句話便可描述交織技術(shù)气堕，懂的人聽(tīng)到這句話就明白你的意思纺腊，就會(huì)覺(jué)得你不錯(cuò)畔咧。相反，如果你對(duì)這個(gè)名詞有點(diǎn)印象揖膜，但又說(shuō)不出什么來(lái)誓沸，這種情況氣氛就會(huì)比較尷尬。
總結(jié)為一句話就是：交織的實(shí)質(zhì)是將突發(fā)錯(cuò)誤分散開(kāi)來(lái)壹粟，而且交織深度越深拜隧，抗突發(fā)錯(cuò)誤的能力越強(qiáng)。補(bǔ)充：交織前相鄰的符號(hào)在交織后的最小距離稱為交織深度（也叫交織距離趁仙，GSM采用的交織深度為8）. 交織深度應(yīng)不小于信道上可能的突發(fā)錯(cuò)長(zhǎng)度洪添，否則解交織后仍可能存在一定的突發(fā)錯(cuò)誤。
? ? 在陸地移動(dòng)通信這種瑞利信道上雀费，比特差錯(cuò)經(jīng)常是成串發(fā)生的干奢。這是由于持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的信道深衰落谷點(diǎn)會(huì)影響到相繼一串的比特。但是盏袄，信道編碼僅在檢測(cè)和校正單個(gè)差錯(cuò)和不太長(zhǎng)的差錯(cuò)串時(shí)才有效忿峻。為了解決這一問(wèn)題，希望能找到把一條消息中的相繼比特分散開(kāi)的方法貌矿，即一條消息中的相繼比特以非相繼方式被發(fā)送炭菌。這樣，在傳輸過(guò)程中即使發(fā)生成串差錯(cuò)逛漫，在接收端恢復(fù)成相繼比特串的消息時(shí)黑低，也就變成單個(gè)或長(zhǎng)度很短的差錯(cuò)，再用信道編碼所具有的糾錯(cuò)功能糾正差錯(cuò)酌毡，恢復(fù)原消息克握。這種將相繼比特分散開(kāi)的技術(shù)就是交織技術(shù)。因此枷踏，交織編碼的目的是把一個(gè)較長(zhǎng)的突發(fā)差錯(cuò)離散成隨機(jī)差錯(cuò)菩暗，再用糾正隨機(jī)差錯(cuò)的編碼（FEC）等信道編碼技術(shù)消除隨機(jī)差錯(cuò)。信道編碼只能消除隨機(jī)差錯(cuò)（如加性高斯白噪聲引起的）旭蠕，但當(dāng)信道陷入深衰落時(shí)停团，將發(fā)生突發(fā)差錯(cuò)（連續(xù)好多bit都會(huì)出錯(cuò)），信道編碼就沒(méi)辦法糾錯(cuò)了（信道編碼是用信息位和校驗(yàn)位的組合做糾錯(cuò)掏熬，錯(cuò)的bit多了就糾正不了）佑稠，這時(shí)候就要靠交織了（交織可以打散突發(fā)差錯(cuò)為隨機(jī)差錯(cuò)）。所以旗芬，信道編碼和交織通常結(jié)合起來(lái)使用舌胶，以提高通信系統(tǒng)的可靠性。
說(shuō)完了交織的作用和目的疮丛，接下來(lái)再說(shuō)說(shuō)幔嫂，交織是怎么做的辆它。這里只介紹矩陣交織。
? ? ?假定由一些4bit組成的消息分組履恩，把4個(gè)分組中的第一個(gè)比特取出來(lái)锰茉，并讓這4個(gè)第一比特組成一個(gè)新的4bit組，稱作第一幀似袁，4個(gè)消息分組中的比特2～4也作同樣處理洞辣，如圖1所示。然后依次傳送第1bit組成的幀昙衅，第2bit組成的幀，……定鸟。如果在傳輸期間而涉，幀2丟失，在沒(méi)有交織時(shí)联予，就會(huì)丟失某一整個(gè)消息分組啼县，在采用交織技術(shù)后，僅每個(gè)消息分組的第2bit丟失沸久。如果所采用的糾錯(cuò)編碼技術(shù)能將4個(gè)碼中的一個(gè)錯(cuò)碼糾正過(guò)來(lái)季眷，則利用信道編碼，仍能恢復(fù)全部分組中的消息卷胯，這就是交織技術(shù)的基本原理子刮。交織就是把一個(gè)碼塊中的b個(gè)比特分散到n個(gè)幀中，以改變比特間的鄰近關(guān)系窑睁，因此n值越大挺峡，傳輸特性越好，但傳輸時(shí)延也越大担钮。這是用文字描述的橱赠，應(yīng)該也能看懂，大概明白其意思和做法即可箫津。
交織技術(shù)通過(guò)存儲(chǔ)器完成狭姨，在信道的輸入端將信息按行寫入交織器，再按列讀出發(fā)送苏遥；在信道的輸出端饼拍，按列寫入交織器，再按行讀出暖眼。如圖2所示惕耕。
現(xiàn)在假設(shè)我要發(fā)送信息：
第一句是：今晚吃漢堡
第二句是：大概8點(diǎn)半
第三句是：在學(xué)校門口
如果沒(méi)有交織，直接發(fā)送诫肠，假設(shè)信道陷入深衰落司澎，第一行全錯(cuò)了欺缘，那么接收端就不能正確還原我原來(lái)要發(fā)送的信息，他收到了在學(xué)校門口八點(diǎn)半挤安，卻不知道干什么谚殊。如果他懶得出來(lái)，就沒(méi)法和我一起去吃漢堡了蛤铜，如果他知道是去吃漢堡嫩絮，說(shuō)不定就和我出來(lái)了。
那么使用交織呢围肥？若使用交織技術(shù)剿干，將信息按行寫入交織器，再按列讀出（圖3）：
那么我發(fā)送的就是穆刻，先發(fā)送第一幀 “今大在”置尔，再發(fā)送第二幀“晚概學(xué)”.....（圖4）
如果信道突發(fā)錯(cuò)誤，第一幀（第一行）全錯(cuò)了氢伟，第一幀就是***（圖5）榜轿，第二幀是“晚概學(xué)”...
接收端將收到的每一幀按列寫入交織器（解交織），按行讀出朵锣，得到（圖6）
然后接收端收到信息谬盐，糾正錯(cuò)誤，恢復(fù)出原來(lái)的信息诚些，我和他就一起吃了漢堡飞傀。最終的錯(cuò)誤其實(shí)分散到了每一句話，也就是說(shuō)每一句話只錯(cuò)了一個(gè)字泣刹，我們將很有可能（使用信道編碼）糾正一句話中的這一個(gè)錯(cuò)誤助析。如果沒(méi)有交織，正好在這個(gè)時(shí)間信道陷入深衰落導(dǎo)致一句話全出錯(cuò)椅您，那就糾正不了了外冀。矩陣交織的基本過(guò)程如上，我們看到了它的好處掀泳，但它也有缺點(diǎn)雪隧，在完成交織與去交織的時(shí)候，在交織器中將花費(fèi)一定的時(shí)間（2*M*N個(gè)符號(hào)時(shí)間）员舵，M行N列）脑沿，造成時(shí)延。所以在實(shí)際應(yīng)用中马僻，需要做一個(gè)tradeoff庄拇。
了解了交織的基本過(guò)程后，我們來(lái)看一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例。因?yàn)檫@學(xué)期正在學(xué)移動(dòng)通信系統(tǒng)措近，所以看下GSM系統(tǒng)是如何交織的溶弟。
在GSM系統(tǒng)中，信道編碼后進(jìn)行交織瞭郑，交織分為兩次辜御，第一次為內(nèi)部交織，第二次為塊間交織屈张。
首先看看內(nèi)部交織（圖7）：
每20ms有456bit語(yǔ)音擒权，我們把這456bit分成8個(gè)幀，每幀57bit阁谆，交織的方式是第一個(gè)bit放入第1幀碳抄，第2個(gè)bit放入第2幀....，第8個(gè)bit放入第8幀笛厦，第9個(gè)bit放入第1幀华蜒，第10個(gè)bit放入第2幀左痢，按這個(gè)順序。這樣交織后缤至，如果錯(cuò)了某一幀劝贸，丟失的就不是連續(xù)的bit姨谷，而是第1，9,17,25..449bit錯(cuò)誤（按第1幀錯(cuò)誤舉個(gè)例子）映九。
如果將同一20ms話音里的兩幀插入一個(gè)突發(fā)脈沖序列（TDMA信道上一個(gè)時(shí)隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列）梦湘，如果這個(gè)突發(fā)脈沖序列錯(cuò)了，相當(dāng)于同一20ms話音的兩幀都錯(cuò)了件甥，不利于信道編碼糾錯(cuò)捌议。我們總是希望錯(cuò)誤盡可能的散開(kāi)，這對(duì)我們糾錯(cuò)有好處引有，如果一個(gè)東西全錯(cuò)了那還怎么糾瓣颅？（圖8里的25%是由2幀/8幀得到的，8幀錯(cuò)了2幀譬正，錯(cuò)誤率為25%）
如圖9所示宫补，我們把同一20ms話音的8個(gè)幀定義為一個(gè)塊，上圖中有4個(gè)塊ABCD曾我，即4個(gè)20ms話音粉怕。我們?cè)趺丛诓煌?0ms話音之間進(jìn)行塊交織，將數(shù)據(jù)分散的更開(kāi)抒巢？
圖10為塊間交織的一種方式贫贝，把塊A（是同一20ms話音，有8個(gè)幀）蛉谜，把A的8個(gè)幀分別放入不同的突發(fā)脈沖序列中（如圖10所示）稚晚，塊BCD同樣做這種操作崇堵，最后得到的結(jié)果是每個(gè)20ms話音的8個(gè)幀分別放入了不同的突發(fā)脈沖序列，一個(gè)突發(fā)脈沖序列里包含了兩個(gè)不同塊的幀蜈彼，如圖10所示筑辨。
圖11是總結(jié)，如果錯(cuò)了一個(gè)突發(fā)脈沖序列錯(cuò)了幸逆，里面的兩幀也跟著錯(cuò)了棍辕，現(xiàn)在這兩幀屬于不同的20ms話音（即不同的塊），所以對(duì)于每個(gè)20ms話音而言只錯(cuò)了一幀还绘。錯(cuò)誤率為1/8=12.5%楚昭。
GSM系統(tǒng)采用的交織深度為8，編碼流程如圖12所示拍顷。把2個(gè)20ms的語(yǔ)音比特（共40ms）（2*456bit=912bit）組成8X114的矩陣抚太，按水平寫入、垂直讀出的順序進(jìn)行交織（如圖13所示）昔案。獲得8個(gè)114bit的信息段尿贫，每個(gè)信息段要占用一個(gè)時(shí)隙且逐幀進(jìn)行傳輸√ごВ可見(jiàn)每40ms的語(yǔ)音需要8幀才能傳送完畢庆亡。
圖12就是塊間交織的操作。類比圖10捞稿。在一個(gè)突發(fā)脈沖序列中放入屬于不同塊的兩個(gè)幀又谋，進(jìn)行塊間交織。
圖13所畫(huà)的按行水平寫入娱局，就是內(nèi)部交織的操作彰亥，把456bit分成8個(gè)幀，分法和圖7相同（不清楚的話返回去看圖7衰齐，圖13是圖7的矩陣表達(dá)形式）任斋，按行寫入，第1個(gè)bit放入第1幀（一共有8幀娇斩，即8列）仁卷，第2個(gè)bit放入第2幀....,第8個(gè)bit放入第8幀，第9個(gè)bit放入第1幀...如此循環(huán)（就是我用筆在圖13方格內(nèi)部寫的）犬第。最后再按列垂直讀出锦积，矩陣的一列（1個(gè)突發(fā)脈沖序列，圖13說(shuō)這個(gè)是幀歉嗓，看圖12就知道這個(gè)幀就是突發(fā)脈沖序列）的上半部分和下半部分屬于不同的20ms話音（不同的塊）丰介。
交織就總結(jié)到這里，如果以后做科研需要這部分知識(shí)，有了新的理解再進(jìn)行補(bǔ)充哮幢。
鼓起勁來(lái)學(xué)通信工程吧带膀，雖然這個(gè)專業(yè)是真的很難，搞得最后好多通信喵都轉(zhuǎn)CS做了碼農(nóng)橙垢。但堅(jiān)持下來(lái)好好學(xué)習(xí)通信知識(shí)垛叨，將來(lái)出路肯定很好，因?yàn)槲磥?lái)通信的發(fā)展有無(wú)限的可能柜某。（入了通信的坑就別想走了）
