在無線尋呼系統中,尋呼信號必須具有傳送信息速度快,地址容量大且信息傳送可靠的特點。除了較早期無線尋呼系統采用簡單的模擬音頻信號作為尋呼信號之外,后來無線尋呼系統都采用二進制數字編碼信號,采用數字編碼方式很容易滿足對尋呼信號的要求。無論尋呼接收機是數字顯示或字母顯示,在無線信道上傳輸的都是經過編碼、調制后的二進制數字信號。而在我國,當初數字無線尋呼系統主要采用POCSAG碼和FLEX碼兩種無線尋呼編碼方式。
一、POCSAG編碼格式
POCSAG碼即國際尋呼1號碼。POCSAC碼具有地址容量較大(超過200萬個),能用數字0~9和標點符號或字母和數字等進行混合編碼,并具有較強的檢測、糾錯能力。
POCSAG碼原規定速率為512 b/s,為了提高每頻道用戶數,后來使用的POCSAG碼多為1200 b/s。POCSAG碼采用FSK-NRZ(移頻鍵控不歸零信號)調制信號,以(f0 + 4.5 kHz)代表“0”,(f0 - 4.5 kHz)代表“1”(f0為載波頻率)。糾錯編碼采用BCH(31,21),加1 bit校驗。
POCSAG碼一次完整的發送包括前置碼與緊跟其后的幾批完整碼組(最多可達14批碼組)。每批碼組起始均用同步碼字(SC),也叫幀同步碼字(32 bit)。一批碼組又分為8幀,每幀由兩個碼字組成,每個碼字為32bit。信號的格式見下圖1-0。一批碼組發送完畢時,若無其他呼叫,則停止發送。圖中符號的含義及位長詳見下表1-0。
圖1-0:POCSAG碼格式
表1-0:POCSAG碼格式中符號含義
1、前置碼
每次發送都要先發前置碼,以幫助尋呼接收機達到位(比特)同步,進而獲得字和組的同步。前置碼的格式為來回反轉的10101010···的交替碼,以“1”開始,“0”收尾,至少576 bit(1組碼字+1個碼字的持續時間)。當傳輸速率為512 b/s時,傳輸前置碼約需1.125 s;當傳輸速率為1200 b/s時,只需要0.48 s。
2、碼組結構
一批碼組由一個同步碼字(SC)和隨后的8個幀組成,每幀包括兩個碼字,幀的編號為0~7。尋呼信號必須成批發送。尋呼臺的所有尋呼機用戶也分成8組,與尋呼接收機21 bit識別碼(地址碼)的三個最低位所代表的8個幀號相對應(即000為0幀,111為7幀)。每個尋呼接收機被分配到8幀中的一個幀內,并只識別該幀中的地址碼字。因此,每個尋呼接收機的地址碼字只能在分配的那一幀內發送,也就是說,每部尋呼接收機只在該指定幀中識別其地址碼字;每一接收機信息(消息)碼字可在任一幀中發送,但必須直接跟隨在接收機的地址碼字后。信息可由若干連續發送的碼字組成,可包括一組或幾組,但同步碼字不得由信息碼字取代。消息結束由下一個地址碼字或一個空閑碼字來表示。在某一信息結束和下一個信息開始之間,至少要有一個地址碼字或空閑碼字。
在任何一批碼組里,若無地址碼字和信息碼字要發送,則發送一空閑碼字。
3、碼字
每個碼字有32 bit,首先發送最高位有效位,地址碼字和信息碼字的結構詳見表1-3-0。
表1-3-0:地址碼字和信息碼字的結構
1)同步碼字:同步碼字固定為01111100110100100001010111011000。
2)地址碼字:地址碼字中的第一位即標志位,總是“0”,以便將信息碼字與地址碼字區別開來。第2~19 bit是地址位,對應于組成用戶識別信號的21 bit中的18個最高位有效位。第20~21 bit是功能位,用來表示不同音響或不同顯示類型,其功能位組合的含義詳見下表1-3-2。
表1-3-2:功能比特組合的含義
每批碼組必須包含1個字同步碼字,后跟8幀。8個幀的編號為0~7,分別用“000”表示第0幀,“001”表示第1幀,……,“111”表示第7幀。系統規定每部尋呼接收機的地址碼必須按指定的幀發送。
尋呼接收機的識別碼是7位十進制數,實際上,轉換為二進制后,地址碼字的地址位共21 bit,地址總數為221(2097152個地址碼)。但在實際使用中,尋呼接收機的識別碼只能用0000008到2097151中的有限值。為了區分用戶個人信息與公眾信息,尋呼機一般都設計有第二識別碼,即第二地址碼。第二地址碼也是7位十進制數。第二地址碼必須與第一地址碼保持“同幀”的關系,即兩者除以8后余數應相等。
地址碼字既存儲于尋呼中心,又存儲于尋呼機的電可擦除存儲器(EEPROM)中。因尋呼機已知自己的地址碼,接收時由地址最低3 bit來確定屬于哪一幀,并只在該幀的時刻接收,即只在8幀中的一幀內才可能有自己的信息,其余7幀在節電電路控制下關掉接收部分電路的電源,以節省電池,延長電池使用壽命。
第22~31 bit是校驗位,最末一個bit(第32 bit)是用以提供奇偶校驗用的偶數位。在移動通信中既存在猝發性錯誤,也存在隨機性錯誤。因此在尋呼系統編碼中需要使用兩種糾錯手段,以便既可糾正猝發性錯誤,又可糾正或檢測出隨機性錯誤,使誤碼率減至最低。
重復發送是檢錯和糾錯的有效措施,同一信息一般重發一次,以提高呼叫成功率。
3)信息碼字:信息碼字總是以標志位“1”開始。全部信息緊跟在地址碼之后,編碼格式中的組幀規律不適用于信息,信息碼字是連續發送的,若遇下一地址碼字則延遲到下一批碼組合適的幀再發送。雖然信息碼字可以延續到下一碼組去,但正常的碼組結構仍然不變;也就是說,一組將包括17個碼字,包含一個同步碼字。
任一用戶的信息碼字可以在任一幀發送,但必須緊跟用戶的地址碼。信息可以含1個碼字或多個碼字,信息的結束由下一個地址碼字或空閑碼字來指示。在任何碼組中(除同步碼字外),若沒有地址碼字或信息碼字,則用空閑碼字填滿。信息結束時,任何等待的地址碼,即予以發送,可從第一個空幀或半閑幀開始。
信息碼字具有20個信息位,即第2~21位,隨后的位和地址碼字一樣,即從第22位開始的奇偶校驗位(10 bit)和第32位的偶數奇偶校驗位。
4)空閑碼字:如果沒有地址碼字或信息碼字,就發送一個空閑碼字,它是一個有效的保留地址碼字,不分配給尋呼接收機。其結構為01111010100010011100000110010111。
二、FLEX編碼格式
1、概述
隨著尋呼應用的日益普及,POCSAG碼逐漸暴露出不足,人們總希望在現有的頻率資源下盡可能提高信道容量,尋呼系統能提供更豐富的功能,比如提供更多的用戶特征、增加服務類型、增加電池的使用壽命、減小尋呼機的體積和成本等。POCSAG系統存在的主要問題表現在以下三個方面:地址容量方面、信道容量方面;同步和節電方面;具體釋義詳見下表2-1-1中。
表2-1-1:POCSAG編碼存在的主要問題
FLEX編碼稱做高速尋呼編碼。它是一種全同步、多速率(1 600 b/s,3 200 b/s和6 400 b/s)、分時傳送信息的編碼格式。FLEX高速尋呼碼的調制方式為2FSK或4FSK,頻偏為±4 800 Hz。如果信道與其他協議混合使用,只能用2電平調制,當使用4電平調制時,FLEX必須使用±4 800 Hz的頻偏。詳見下表2-1-2。
表2-1-2:FLEX碼調制頻偏應用
與POCSAG編碼相同,FLEX碼的糾錯編碼采用BCH(31,21),加1位奇偶校驗碼。
FLEX碼每4 min傳輸128幀為一個周期,每小時傳輸15個周期。每個FLEX尋呼接收機被分配在128幀的一個基本幀上,其地址放在每個幀的首部發送。這樣,只要尋呼接收機未發現它的地址就立即進入電池節電狀態,與POCSAG相比,FLEX尋呼接收機可獲得更強的節電功能。
2、FLEX的幀結構
FLEX的幀結構如圖2-2-1所示(注意:圖中的128個幀周期應指到F127)。一個小時分為15個周期,周期號從0~14,每個周期分為128幀,幀號從F0~F127,每幀時間為1.875 s。每幀包含同步頭和11塊數據。同步頭為115 ms,每塊時間為160 ms。
圖2-2-1:FLEX碼的幀結構
每幀的同步1部分用1600 b/s速率發射,用于幀同步、符號同步和該幀其余部分的速率指示。采用此FSK調制方式,共含112位。已定義15種同步碼,分別以A1~A15表示。每種同步碼均提供全系統的同步。尋呼接收機只響應A1~A4同步碼。當尋呼接收機檢測到A5~A15同步碼字時,表示幀中無尋呼信息,則尋呼接收機立即進入節電狀態。
幀信息部分也是以1600 b/s速率發射,調制方式為FSK,共計32 bit(即一個碼字),其中包含7 bit幀號和4 bit周期號。
同步2提供塊同步信息,它包含的比特數隨信號速率而變,詳見下表2-2-1。
表2-2-1:同步1/2碼位長、調制方式與速率的關系
3、FLEX的塊數據
FLEX的塊數據包含塊信息、地址區、向量區、信息區及空閑區。塊數據結構詳見下圖2-3;各塊區的描述詳見下表2-3。
圖2-3:FLEX碼塊數據結構
表2-3:FLEX碼各塊區的描述
三、FLEX編碼與POCSAG編碼比較
FLEX編碼與POCSAG編碼簡單比較詳見下表3。
表3:FLEX編碼與POCSAG編碼簡單比較
隨著數字蜂窩移動通信系統的使用普及,使得數字無線尋呼系統變得幾乎無使用價值,逐步退出了人們的視野,但作為一個無線通信技術,畢竟為人們當時帶來了非常實用的通信業務應用。
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