Феер К. Беспроводная цифровая связь (2000) (1151861), страница 9
Текст из файла (страница 9)
СА 98618). Патентованные квадраГфе й)т) з й з а з и Я с ь й в с с О с ь з с х о ю 1 О. о Ф з 1г, Кодирование речи в беспроводных системах связи 2.1. Введение в технику цифровой обработки сигналов (ЦОС) в беспроводных телефонных и вещательных системах Применение в различных системах радиосвязи изощренных влго. ритмов кодирования относительно узкополосных 1от 300 Гц до 3,4 кГц) 10 Г сигналов речи и факсимиле, широкополосных звуковых сигналов 1от 0 Гц до 20 кГц) и сигналов иэображения 1от постоянного тока до 15 ц) т новится все более эффективным с точки зрения затрат и экономичным.
Появление маломощных СБИС привело к использованию этих алгоритмов кодирования в портативных телефонных аппаратах и прокладывает путь к цифровому радиовещанию. Назначение большинства иэ этих алгоритмов — аналогоцифровое преобразование 1АЦП) аналогового сигнала источника в цифровои сигнал с возможно меньшим количеством битов и его обработка, чтобы передать в форме данных или запомнить, или же синтезировать и восстановить пораженный шумом и помехами ограниченныи гю полосе или искаженный сигнал.
Сжатие данных 1компрессия данных) достигается эа счет ус~ранения избыточности сигнала, преобразованного иэ аналоговой формы в цифровую Сжатый двоичный сигнал в полосе модулирующих частот модулирует несущую, переносится на более высокую частоту и передается В приемнике радиосигнал переносится на ПЧ и демодулируется в цифровой сигнал в полосе модулирующих частот. Этот цифровой сигнал может содержать в себе ошибки, которые вводятся передающей системой радиосвязи. Алгоритм декодирования сигнала, объединенный с подсистемой цифро-аналогового преобразования 1ЦАП), восстанавливает аналоговый сигнал не~очипка Типичное размещение АЦП и ЦАП подсистем ЦОС, а также подсистемы контроля зха иллюстрируется на рис 2.1.1. В этой главе описываются часто используемые, относительно простые методы преобразования 1кодирования источника и декодирования). Это — импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ) и дельта-модуляция 1ДМ) » х Ох Также проводится обзор основных концепции новейших вокодеров и ко.
деков с линейным предсказанием [Цпеаг Ргед«сб«уе Содес, ЕРС) Дается краткое сравнение характеристик, скорости передачи и сложности ре ализации различных методов ЦОС для обработки речи. Обсуждается также важность контроля задержки и объединенного контроля эха задержки в проводных и радио~истемах.
Для углубленного изучение новеиших методов ЦОС рекомендуются несколько известных справоч. ников. [Дополнительные источники см. в разделе Е«иблиография.) 8 качестве иллюстративных примеров особо освещаются применения об работки речи в системах радиосвязи США и Европы. у.2. Методы кодирования звука и речи В разделе рассматриваются принципы часто используемых мето дав цифровой обработки сигналов и аналого-цифрового преобразова ния [11Ц.
В цисло основных методов аналого-цифрового [АЦП) и цифроаналогового [ЦАП) преобразовании входят. ° дельта-модуляция [ДМ), ° дифференциальная импульсно-кодовая модуляция [ДИКМ); ° импульсно-кодовая модуляция [ИКМ). Аналогово-цифровой преобразователь, располозкенный в передат чике, также называют кодером [епсодег, содег). Цифра-аналоговый преобразователь, расположенный в приемнике, называют декодером [десодег) Слово кодек образовано из сочетания слов «кодер/декодер» В добавление к вышеперечисленным основным методам преобразо. вания были разработаны более сложные кодеки Часто используются следующие методы и сокращения для их обозначения: АОМ Адерцзе ОМ Араптизназ ДМ Ао СМ МарС ОРСМ Адаптивная ДИКМ (АДИКМ) АРСМ Адзрцье РСМ Адаптизназ ИКМ СОМ Сопцпцощ ВМ Непрерывная ДМ ОСОМ О«ййзйу сопцойед С«М упрзелзеызз цифровым сна»обоз«дЛ! СОМ Ь!пзз! (попздаргже) ВМ Линейная (нездзп«изчез) ДМ ЬРС б«пеаг ргедкцзе седее(з) Кодек (кодеки) с линейнь«м предсказанием СЕЬР Соде езсаед бпеаг ргедкзье Возбуждаемое кодом кодирование с линейсофай ныы предсказанием ЙЕ1Р П ецдцз! ехскед зосодег* Вокодеры, возбуждаемые остаточным сигна.
лоы УД У ее!о! циапшецоп, зцЬЬапд Вокодер (еокодеры) с векторным кззнтозани сад!пб, зесоде»(з) зм и субполосныы кодирование«з Углубленное исследование теоретических основ„детальные принци пы работы в системах радио- и сотовои связи этих перспективных методов описываются в таких источниках, как [83, 302 и ЗЗЦ В следующем разделе основное внимание уделяется принципам действия кодеков, реализующих отмеченные выше основные методы В телефонии: Л вЂ” З 4 ""ц д — 8000 отсчетов!с Т, = 125 ыкс .;.я т, Время )Ряс. 2.2.!. Мгнозеннзз дискретизация сигнала ю(!), ограниченно!о по по;::частот 2.2.1. Импульсно-кодовая модуляция Я)~дойные функции, выполняемые ИКМ кодерами, иллюстрируются к'::„:.2.2,1-2.2 3.
Они включают в себя дискретизацию, квантование [с ))сй и логарифмической компрессиеи) и кодирование Упрощенная '" ' ' дискретизации формулируется следующим образом. $;."=" -''::.: '~~~йузрема дискретизации Если для функции гл[1) спектральнои згтйлямщей нзивысшеи частоты является (ы, то мгновенные отсче',.'агз)!«т»ые с частотой г", > 2!'„«, содержат в себе всю информацию з,,'"=,~, «'""''(ого сообщения !зт)й»рис. 2 2 1 показано типичное применение теоремы дискретизаа«бз()4я телефонии, где речевои или факсимильный сигнал ограничен .'~ч ""'"'' е частотой 3,4 кбц и дискретизируется с частотой /, = 8000 от«:~у' ""'1«с.
Дискретизированный выходнои сигнал гл(1)«[1) имеет беско- в'число амплитудных состояний. Чтобы кодировать этот сигнал, "~~бту«дные уровни необходимо подвергнуть квантованию $! '.:=.~~««я)я упрощения на рис 2.2 2 показаны только восемь уровнеи кван- (уйя'. Непрерывный сигнал гл[!) имеет следующие значения отсче- ',!«1»3; 3,4: 2,3; 0.6,..., — 3,4 В. Квантованный сигнал принимает ''"",',ййе.уровня квантования. ближайшего к данному значению отсче. з =;яь «:",."!4)е)семь уровнеи квантования представляются 3-битовым кодовым '" й' [Примечание: используя 3 бита, можно распознавать 2э = 8 иных 'чисел ) Разность мезкду амплитудным значением отсчета «ь(!)з(!) Дискретизироеанное сообщение Входное сооБщение Идеальный умно«китель ! И« $": и,(!)! ! (!) (!) ! Т,, ! з(!) )4 ди«кретиззции — — — частота дискретизации Т., — — — ьу «зх,-'«'-ь.' у Т > 2Л $п 2,5 вз 15 з 0,5 О в з "-1,5 Значение отсчета 1,3 Ближайший уровень квантования 15 Кадаваз число 5 Двоичное представление 101 3.4 3,5 7 111 2,3 О,б -О,б 2,5 0,5 -05 6 4 3 110 100 011 ч 1 о' И р(1:) =..
—; — — ч г. < —. оо 2 2' 1 Л вЂ” < )2) < 1 1 0<)г) < Л Рис. 2.2.2. Квантования в двоичное кодироввни» для ИКМ систем. Сигнал сообщения равномерно дисврвтизирувтся. Уровни квантования указываются Для каждого отсчета приведено «вантовзнньз знзчзннз и увязана зго двоичное пред ставление, (Из (319) ) и уровнем квантования называется ашибкои квантования. Этз ошибка пропорциональна размеру шага г1, т е разности между последователь ными уровнями квантования.
При большем количестве уровней кван тования (меньшем значении 41) получается меньшая оиунбка квантования Экспериментально была установлена, что для того чтобы достичь приемлемога отношения сигнал/шум для передачи речи е телефонии с екачествам междугородной связия, необходима использовать 2з =. 256 уровней квантования. (Термин качество междугородной связи объяс няется в равд 2 3 2) Этот результат требует 8 бит информации нз квантаванный отсчет Если числа уровней квантования велика (> 100), то можно очи тать, чта ошибка квантования имеет равномерную функцию плотности вероятности, апределяемуяз выражением Это предпалозкение а равномерном расгределении ошибки справедливо, если сигнал злзгг) не пеРегРУжает квантоеатель.
НапРимеР, е квантавателе, показанном на рис. 2.2 2, выходнои сигнал квантователя может достигнуть насыщения при уровне 5 для )тл(Г)) > 5 Ошибка 4. ния ва время такой перегрузки является линейно возрастаюйкциеи тп(1). В линеинай области работы среднеквадратическое ззив (ггвз) ошибки квантования зг2 гегз 1 )2 Е р(а)о'К = / )22 — г)г! =— (2.2.2) р)уи среднеквадратическое значение входного сигнала гп(1) равно -"--''.:тогда отношение сигнал/ошибка квантования определяется сле- '"М.
формулой: '3';-„; г) /12 41 Я/Ф =- — '' = 12 —" — ". Р.2.3) этого выражения заключаем, чта отношение сигнал/ошибка ' ения зависит ат среднеквадратического значения входного сигна- '~,„; т.е. для более сильного входного сигнала получается Большее " " ие 3/тз1 Это нежелательный эффект в телефонных системах, 4)ьку адни абоненты говорят значительно более тихим голосом, чем Слушающий испытывал бы неудобства при восприятии очень "'' "согнала, искаженного относительно большой ошибкой квантова.. „$и низком отношении о/гзг ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
