www.diagram.com.ua
www.diagram.com.ua

Русский: Русская версия English: English version

Translate it!

+ Поиск по всему сайту
+ Поиск по журналам
+ Поиск по статьям сайта
+ Поиск по каталогу схем
+ Поиск по схемам СССР
+ Поиск по Библиотеке

ВСЕ СТАТЬИ А-Я

БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
СПРАВОЧНИК
АРХИВ СТАТЕЙ

НОВОСТИ НАУКИ И ТЕХНИКИ, НОВИНКИ ЭЛЕКТРОНИКИ

ФОРУМЫ
ВАШИ ИСТОРИИ ИЗ ЖИЗНИ
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
ОТЗЫВЫ О САЙТЕ

КАРТА САЙТА

Бесплатная техническая библиотека РАЗДЕЛЫ БЕСПЛАТНОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ БИБЛИОТЕКИ:
Архив и лента новостей
Книги и сборники
Технические журналы
Архив статей и поиск
Схемы и сервис-мануалы
Электронные справочники
Русские инструкции
Радиоэлектронные и электротехнические устройства

СКАЧАЙТЕ БЕСПЛАТНО:

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ БЕСПЛАТНО:
Автомобиль
Автомобильные электронные устройства
Аккумуляторы, зарядные устройства
Акустические системы
Альтернативные источники энергии
Антенны
Антенны КВ
Антенны телевизионные
Антенны УКВ
Антенные усилители
Аудио и видеонаблюдение
Аудиотехника
Блоки питания
Бытовая электроника
Бытовые электроприборы
Видеотехника
ВЧ усилители мощности
Галогенные лампы
Генераторы, гетеродины
Гирлянды
Гражданская радиосвязь
Детекторы напряженности поля
Дозиметры
Дом, приусадебное хозяйство, хобби
Зажигание автомобиля
Заземление и зануление
Зарядные устройства, аккумуляторы, батарейки
Защита электроаппаратуры
Звонки и аудио-имитаторы
Измерения, настройка, согласование антенн
Измерительная техника
Индикаторы, датчики, детекторы
Инструмент электрика
Инфракрасная техника
Кварцевые фильтры
Компьютерные интерфейсы
Компьютерные устройства
Компьютерный модинг
Компьютеры
Личная безопасность
Люминесцентные лампы
Медицина
Металлоискатели
Микроконтроллеры
Микрофоны, радиомикрофоны
Мобильная связь
Модернизация радиостанций
Модуляторы
Молниезащита
Музыканту
Начинающему радиолюбителю
Ограничители сигнала, компрессоры
Освещение
Освещение. Схемы управления
Охрана и безопасность
Охрана и сигнализация автомобиля
Охрана и сигнализация через мобильную связь
Охранные устройства и сигнализация объектов
Переговорные устройства
Передатчики
Передача данных
Предварительные усилители
Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы
Применение микросхем
Пускорегулирующие аппараты люминесцентных ламп
Работа с CAD-программами
Радиолюбительские расчеты
Радиолюбителю-конструктору
Радиоприем
Радиостанции портативные
Радиостанции, трансиверы
Радиоуправление
Разная бытовая электроника
Разные компьютерные устройства
Разные узлы радиолюбительской техники
Разные устройства гражданской радиосвязи
Разные электронные устройства
Разные электроустройства
Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы
Регуляторы тембра, громкости
Регуляторы тока, напряжения, мощности
Сварочное оборудование
Светодиоды
Синтезаторы частоты
Смесители, преобразователи частоты
Спидометры и тахометры
Справочник электрика
Справочные материалы
Стабилизаторы напряжения
Студенту на заметку
Телевидение
Телефония
Теория антенн
Техника QRP
Технологии радиолюбителя
Технология антенн
Трансвертеры
Узлы радиолюбительской техники
Усилители мощности
Усилители мощности автомобильные
Усилители мощности ламповые
Усилители мощности транзисторные
Усилители низкой частоты
Устройства защитного отключения
Фильтры и согласующие устройства
Цветомузыкальные установки
Цифровая техника
Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки
Электрику
Электрику. ПТЭ
Электрику. ПУЭ
Электрические схемы автомобилей
Электрические счетчики
Электричество для начинающих
Электробезопасность, пожаробезопасность
Электродвигатели
Электромонтажные работы
Электронный впрыск топлива
Электропитание
Электроснабжение
Электротехнические материалы

СТАТЬИ БЕСПЛАТНО:
Батарейки и аккумуляторы
Большая энциклопедия для детей и взрослых
Биографии великих ученых
Важнейшие научные открытия
Детская научная лаборатория
Должностные инструкции
Домашняя мастерская
Жизнь замечательных физиков
Заводские технологии на дому - простые рецепты
Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
Искусство аудио
Искусство видео
История техники, технологии, предметов вокруг нас
И тут появился изобретатель
Конспекты лекций, шпаргалки
Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
Любителям путешествовать - советы туристу
Мобильные телефоны
Моделирование
Опыты по физике
Опыты по химии
Нормативная документация по охране труда
Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
Охрана труда
Параметры, аналоги, маркировка радиодеталей
Радио - начинающим
Секреты ремонта
Советы радиолюбителям
Строителю, домашнему мастеру
Справочная информация
Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
Функциональный состав импортных ТВ
Функциональный состав, пульты, шасси, эквиваленты импортных телевизоров
Чудеса природы. Увлекательное путешествие вокруг земного шара
Шпионские штучки
Электрик в доме
Эффектные фокусы и их разгадки

ЖУРНАЛЫ БЕСПЛАТНО:
Блокнот Радиоаматора
Домашний компьютер
Домашний ПК
КВ журнал
КВ и УКВ
Квант
Компьютерра
Конструктор
Левша
Моделист-конструктор
М-Хобби
Наука и жизнь
Новости электроники
Новый Радиоежегодник
Популярная механика
Радио
Радио Телевизия Електроника
Радиоаматор
Радиодело
Радиодизайн
Радиокомпоненты
Радиоконструктор
Радиолюбитель
Радиомир
Радиосхема
Радиохобби
Ремонт и сервис
Ремонт электронной техники
Сам
Сервисный центр
Силовые машины
Схемотехника
Техника - молодежи
Химия и жизнь
ЭКиС
Электрик
Электроника
Юный техник
Юный техник для умелых рук
Я - электрик
A Radio. Prakticka Elektronika
Amaterske Radio
Chip
Circuit Cellar
Electronique et Loisirs
Electronique Pratique
Elektor Electronics
Elektronika dla Wszystkich
Elektronika Praktyczna
Everyday Practical Electronics
Evil Genius
Funkamateur
Nuts And Volts
QEX
QST
Radiotechnika Evkonyve
Servo
Stereophile

КНИГИ СЕРИЙНЫЕ БЕСПЛАТНО:
Библиотека по автоматике
Библиотека электромонтера
Библиотечка Квант
Библиотечка электротехника
Знай и умей
Массовая радиобиблиотека

КНИГИ ПО РАДИОТЕХНИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ БЕСПЛАТНО:
Автомобиль
Аппаратура СВЧ
Запись и воспроизведение звука
Ламповая аппаратура
Начинающему радиолюбителю
Охрана и безопасность
Радиолокация, навигация
Радиотехнические технологии
Радиоуправление, моделизм
Робототехника
Схемотехника
Теоретическая электроника, радиотехника
Усилители
Цифровая обработка сигналов
Электроника в быту
Электроника в медицине
Электроника в науке
Электроника для музыканта

КНИГИ ПО РЕМОНТУ БЕСПЛАТНО:
Ремонт аудиотехники
Ремонт бытовая техники
Ремонт видеотехники
Ремонт телевизоров ламповых
Ремонт телевизоров полупроводниковых
Ремонт мониторов
Ремонт оргтехники
Ремонт радиоприемников
Ремонт телефонов и факсов
Спутниковое телевидение
Теория телевидения
Теория ремонта электроники

КНИГИ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ БЕСПЛАТНО:
Измерения и метрология
Измерительная аппаратура
Измерительная техника. Схемы и описания

КНИГИ ПО СВЯЗИ БЕСПЛАТНО:
Антенны
Аппаратура любительской радиосвязи
Линии связи, передача данных
Мобильные телефоны
Теория и практика радиосвязи

КНИГИ ПО ЭЛЕКТРИКЕ БЕСПЛАТНО:
Автоматика, автоматизация, управление
Аккумуляторы, элементы питания, зарядные устройства
Альтернативные источники энергии
Источники питания, стабилизаторы, преобразователи
Молниезащита
Осветительная аппаратура
Охрана труда, электробезопасность, пожаробезопасность
Релейная защита
Сварка, сварочное оборудование
Теория электротехники
Устройства телемеханики
Электрику, электромонтажнику, электромеханику
Электрические сети, воздушные и кабельные линии
Электродвигатели
Электрооборудование
Электропривод
Электростанции, подстанции
Электротехнические справочники
Энергетика, электроснабжение

СБОРНИКИ БЕСПЛАТНО:
В помощь радиолюбителю
Радиоаматор-лучшее
Радиоежегодник

СПРАВОЧНИКИ БЕСПЛАТНО:
Зарубежные микросхемы и транзисторы
Измерительная техника. Схемы и описания
Медицинская аппаратура
Механизмы импортной аудио и видеоаппаратуры
Прошивки зарубежной аппаратуры
Пульты ДУ импортных телевизоров
Радиокомпоненты Atmel
Радиокомпоненты Cirrus Logic
Радиокомпоненты Maxim
Радиокомпоненты Microchip
Радиокомпоненты Mitsubishi
Радиокомпоненты Motorola
Радиокомпоненты National Semiconductor
Радиокомпоненты Panasonic
Радиокомпоненты Philips
Радиокомпоненты Rohm
Радиокомпоненты Samsung
Радиокомпоненты Sharp
Радиокомпоненты Sony
Радиокомпоненты Toshiba
Соответствие моделей и шасси телевизоров
Строчные трансформаторы HR
Строчные трансформаторы Konig

СХЕМЫ И СЕРВИС-МАНУАЛЫ БЕСПЛАТНО:
Бытовая техника Beko
Бытовая техника Braun
Бытовая техника Candy
Бытовая техника Elenberg
Бытовая техника Elica
Бытовая техника Gorenje
Бытовая техника Hansa
Бытовая техника Merloni
Бытовая техника SEB
Бытовая техника Snaige
Бытовая техника Stinol
Бытовая техника Universal
Бытовая техника Whirpool

Зарубежные DVD-плееры
Зарубежные автомагнитолы
Зарубежная аудиоаппаратура
Зарубежные видеокамеры
Зарубежные видеомагнитофоны и видеоплееры
Зарубежные мониторы
Зарубежные моноблоки
Зарубежные телевизоры
Зарубежные телефоны
Зарубежные факсы

Мобильники Benq-Siemens
Мобильники Eastcom
Мобильники Ericsson
Мобильники Fly Bird
Мобильники LG
Мобильники Maxon
Мобильники Mitsubishi
Мобильники Motorola
Мобильники Nokia
Мобильники Panasonic
Мобильники Pantech
Мобильники Samsung
Мобильники Sharp
Мобильники Siemens
Мобильники Sony-Ericsson
Мобильники TCL
Мобильники Voxtel

Отечественные телевизоры
Отечественная аудиоаппаратура

Справочники по вхождению в режим сервиса

Схемы блоков питания импортных телевизоров и видеотехники

Телевизоры Avest
Телевизоры Beko
Телевизоры, аудио, видеотехника Elenberg, Cameron, Cortland
Телевизоры Erisson
Телевизоры Rainford
Телевизоры Roadstar
Телевизоры Rolsen
Телевизоры Vestel
Телевизоры Витязь
Телевизоры Горизонт
Телевизоры Рекорд
Телевизоры Рубин

Станки металлообрабатывающие
Электроинструмент Bocsh
Электроинструмент Makita

БЕСПЛАТНЫЙ АРХИВ СТАТЕЙ
(150000 статей в Архиве)

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ:
Библиотечка Квант указатель
Библиотека по автоматике указатель
Библиотека электромонтера указатель
Библиотечка электротехника указатель
Блокнот Радиоаматора указатель
В помощь радиолюбителю указатель
Знай и умей указатель
Массовая радиобиблиотека указатель
КВ и УКВ указатель
КВ журнал указатель
Квант указатель
Конструктор указатель
Моделист-конструктор указатель
Наука и жизнь указатель
Новости электроники указатель
Новый Радиоежегодник указатель
Популярная механика указатель
Радио указатель
Радиоаматор указатель
Радиоаматор-лучшее указатель
Радиоежегодник указатель
Радиодело указатель
Радиодизайн указатель
Радиокомпоненты указатель
Радиоконструктор указатель
Радиолюбитель указатель
Радиомир указатель
Радиосхема указатель
Радиохобби указатель
Ремонт и сервис указатель
Ремонт электронной техники указатель
Сам указатель
Сервисный центр указатель
Силовая электроника указатель
Схемотехника указатель
Техника - молодежи указатель
Химия и жизнь указатель
ЭКиС (Электронные компоненты и системы) указатель
Электрик указатель
Электроника указатель
Юный техник указатель
Я - электрик указатель

СПРАВОЧНИК БЕСПЛАТНО

ПАРАМЕТРЫ РАДИОДЕТАЛЕЙ БЕСПЛАТНО

ДАТАШИТЫ БЕСПЛАТНО

ПРОШИВКИ БЕСПЛАТНО

РУССКИЕ ИНСТРУКЦИИ БЕСПЛАТНО


Стол заказов СТОЛ ЗАКАЗОВ:

СХЕМЫ ПОД ЗАКАЗ:
Импортные DVD
Импортные автоаудио
Импортные аудио
Импортные видеокамеры
Импортные видеомагнитофоны
Импортные кондиционеры
Импортные мониторы
Импортные моноблоки
Импортные проекторы
Импортные СВЧ-печи
Импортная спутниковая аппаратура
Импортные стиральные машины
Импортные телевизоры
Импортные телефоны
Импортные факсы
Импортные фотоаппараты
Импортные холодильники

Отечественные автоаудио
Отечественные видеомагнитофоны
Отечественные магнитофоны
Отечественные мониторы
Отечественные приборы
Отечественные радиолы
Отечественные радиоприемники
Отечественные усилители
Отечественные цветные телевизоры
Отечественные черно-белые телевизоры
Отечественные электрофоны


Бонусы БОНУСЫ:

НА ДОСУГЕ:
Интерактивные флеш-игры
Игры он-лайн
Ваши истории
Знаете ли Вы, что...
Зрительные иллюзии
Веселые задачки
Каталог Вивасан
Палиндромы
Сборка кубика Рубика

ИСТОРИИ ИЗ ЖИЗНИ

ССЫЛКИ

ДОБАВИТЬ В ЗАКЛАДКИ

Оставить отзыв о сайте

ДИАГРАММА
© 2000-2017

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

Контакты

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на http://www.diagram.com.ua

сделано в Украине
сделано в Украине

Диаграмма. Бесплатная техническая библиотека

Бесплатная техническая библиотека Бесплатная техническая библиотека Как скачивать файлы с сайта? Как скачивать файлы с сайта? Добавить в закладки, оставить отзывДобавить в закладки, оставить отзыв

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники. Большая подборка статей со схемами, иллюстрациями, комментариями Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная библиотека / Схемы радиоэлектронных и электротехнических устройств

Кодирование речи в цифровых системах сотовой связи

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Телефония

Комментарии к статье Комментарии к статье

В статье напоминаются общие принципы цифрового кодирования речи в электросвязи. Автор достаточно подробно освещает весьма сложные процессы кодирования, применяемые в цифровых системах сотовой связи. Теоретические исследования и оригинальные инженерные решения позволили создать элегантный малогабаритный абонентский радиотелефон. О происходящих в нем сложных процессах, о которых пользователи и даже немало специалистов электросвязи даже не догадываются, читатель узнает из этой статьи.

Загадки речевых сигналов привлекали внимание исследователей задолго до появления электрической связи. Еще в XVIII веке один из величайших математиков петербургский академик Леонард Эйлер (1707-1783) в письме немецкой принцессе от 16 июня 1761 г. писал: "Сооружение машины, которая бы способна была издавать гласы речей наших со всеми переменами, было бы, без сомнения, наиважнейшее изобретение... Сложение такой машины мне кажется не невозможным".

Идея изобретения говорящей машины волновала умы многих творцов, не только стремившихся создать ее в том виде, как представлял себе Эйлер, но и как средство передачи речи на расстояние. Например, конструированием такой машины занимался изобретатель телефона А. Г. Белл (1847-1922). Однако в конечном счете оказалось, что передачу речи на расстояние можно осуществить и без подобной машины. Это было достигнуто достаточно просто. С помощью микрофона колебания воздуха, переносящие речь, преобразовывались в колебания электрического тока, которые передавались по проводам, а на приемном конце с помощью телефона они вновь преобразовывали в колебания воздуха.

Такой метод передачи называется аналоговым ввиду очевидной аналогии между колебаниями воздуха, переносящими звук, и электрическими колебаниями, передающими этот звук. Исследования аналоговой передачи речи с амплитудной модуляцией показали, что для нормального качества воспроизведения речи достаточна полоса частот от 300 до 3400 Гц. Такая полоса была принята в качестве международного стандарта, и на его основе построена всемирная сеть телефонной связи. Принцип действия этой сети сегодня знаком не только каждому связисту, но и широкой публике.

Цифровая передача речи в сетях проводной связи

Коренные изменения в подходах к организации телефонной связи возникли при переводе средств связи на цифровую технику. Преимущества цифровых методов передачи широко известны. Напомним лишь только важнейшее из них - цифровая техника позволяет обеспечить любое наперед заданное качество связи. Для цифровой передачи речи необходимо произвести аналого-цифровое преобразование речевого сигнала: подвергнуть аналоговый сигнал дискретизации, квантованию и кодированию. Совокупность этих операций называется импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Для точного описания формы речевого сигнала, согласно теореме Котельникова, его дискретизацию приходится проводить с частотой 8 кГц (т. е. брать отсчеты через каждые 125 мкс), а для получения нормального качества воспроизведения речи квантовать каждый отсчет по шкале, разбитой на 8192 уровня (при выборе равномерной шкалы квантования). Чтобы закодировать каждое значение отсчета с помощью двоичного числа, потребуется 13 разрядов.

В результате для передачи телефонного разговора с помощью последовательности двоичных импульсов необходима скорость 8х13=104 кбит/с (что соответствует при оптимальном кодировании полосе частот 52 кГц). Сравнивая это число с полосой частот в 3100 Гц, которая требуется для аналоговой передачи, нельзя не поразиться колоссальному росту необходимой полосы, которым приходится расплачиваться за преимущества цифровой передачи. Естественно попытаться при реализации цифровой системы передачи понизить скорость передачи.

Первый шаг в этом направлении довольно очевиден. Квантование на 213 уровней оказывается необходимым потому, что уровни аналоговых речевых сигналов могут изменяться в диапазоне 60 дБ. При этом сигналы высокого уровня при равномерной шкале квантования квантуются с таким же шагом, что и сигналы низкого уровня. Но так как восприятие сигналов органами слуха человека пропорционально логарифму уровня сигнала, то естественно было бы сигналы высокого уровня квантовать более грубо, а низкого уровня - более точно. Применяя нелинейное квантование с использованием логарифмического закона, можно обойтись восемью разрядами на отсчет, сохранив почти такое же качество передачи. В результате скорость передачи двоичных разрядов окажется равной 64 кбит/с. Именно эта скорость получила самое широкое распространение, она зафиксирована в рекомендации МККТТ С.711, и на ней работает аппаратура ИКМ во многих странах.

Можно ли уменьшать скорость дальше?

Аналоговый сигнал имеет большую избыточность. Это позволяет предсказывать очередной отсчет и передавать только разницу между фактическим и предсказанным значением каждого отсчета. Если применить хорошую схему предсказания, изменение амплитуды приращения сигнала окажется меньше изменения амплитуды самого сигнала, что приведет к уменьшению количества передаваемой информации. На этом принципе строится дифференциальная ИКМ (ДИКМ) и адаптивная дифференциальная ИКМ (АДИКМ), которая позволяет понизить скорость передачи речи до 32 кбит/с и ниже за счет дальнейшего усложнения приемопередающей аппаратуры. Продолжая усложнять аппаратуру, можно довести скорость передачи речи до 100-300 бит/с. Можно представить себе, например, на передающей стороне преобразователь речи в текст, а на приемной стороне - читающую машину.

Известны пути дальнейшего снижения скорости передачи речи, но не будем на этом останавливаться. Дело в том, что аппаратура цифровой передачи речи со скоростью 64 кбит/с всех удовлетворила потому, что она оказалась работоспособной при использовании самых простых симметричных кабелей с парной скруткой. Аппаратура ИКМ-30 начала свое триумфальное шествие с уплотнения соединительных линий между городскими телефонными станциями. Там, где раньше по кабельной паре можно было организовать соединительную линию для передачи лишь одного разговора, аппаратура ИКМ-30 позволила организовать по этой же паре передачу 30 разговоров. О лучшем использовании такой пары с помощью аналоговой аппаратуры многоканальной связи не могло быть и речи.

Позднее появились аппаратура ИКМ-120 и другие высокопроизводительные системы, работающие по коаксиальным кабелям и волоконным световодам, и острота вопроса об уменьшении скорости передачи разговорных сигналов ниже 64 кбит/с в сетях проводной связи практически была снята. Даже многочисленные разработки аппаратуры цифровой передачи со скоростью 32 кбит/с, реализованные во многих странах на основе принципа АДИКМ (в том числе разработка, выполненная в нашей стране под руководством М. У. Поляка), не получили достаточно широкого применения. Баланс между увеличением пропускной способности каналообразующей аппаратуры и сложностью оконечного оборудования в проводной связи пока так и не склонился в пользу первого решения.

Кодирование речи в цифровых сотовых системах радиосвязи

Совсем другие перспективы открылись в конце 1980-х - начале 1990-х годов, когда начали развиваться сотовые системы цифровой радиотелефонной связи. В отличие от проводных сетей, где расширение пропускной способности возможно за счет прокладки новых линий, т. е. возобновления ресурсов пропускной способности, в радиосетях действует жесткий закон тесноты в эфире, и приходится иметь дело с невозобновляемым ресурсом радиочастот. Правда, идея сотовой связи как раз и состоит в возобновлении ресурса радиочастот путем повторения частоты передачи на территории, до которой не доходит сигнал той же частоты от мешающей радиостанции. Но возможности такого возобновления ресурса и здесь ограничены, поэтому дальнейшее усложнение аппаратуры ради снижения скорости передачи оказывается оправданным.

Например, в принятой в большинстве стран Европы системе сотовой цифровой связи GSM стандартные скорости передачи речи составляют 13 и 6,5 кбит/с. Для осуществления подобной системы передачи пришлось обратиться к старой идее машины Эйлера и более глубокому проникновению в механизм речеобразования.

Как известно, один из важнейших результатов современной теории передачи информации состоит в рекомендации разделения задач кодирования источника и кодирования канала. В задачу кодирования источника информации входит описание передаваемого сообщения в максимально экономной форме, т. е. удаление избыточности в сообщении. Полученное таким образом сжатое сообщение становится более уязвимым к воздействию помех и может оказаться искаженным при передаче. Поэтому после кодирования источника применяются кодирование канала, в задачу которого входит защита передаваемого сообщения от помех. Кодирование канала требует внести в передаваемое сообщение некоторую избыточность, но не случайную, которая присутствовала в первоначальном сообщении, а строго обоснованную теоретически и которая гарантирует оговоренное качество передачи.

До сих пор мы рассматривали только задачи кодирования источника, к которым теперь подойдем с более общих позиций.

Итак, имеется цифровая версия аналогового речевого сигнала, т. е. функция, описывающая, например, закон изменения тока во времени. Из такого сигнала нужно попытаться удалить избыточность. Эту задачу можно решать несколькими методами. Один из них - попытаться найти избыточность путем чисто математического анализа рассматриваемой функции. Другой путь решения задачи - анализ акустических характеристик этой функции (с точки зрения ее восприятия органами слуха). Наконец, можно искать избыточность моделированием самого процесса речеобразования. Именно последний из перечисленных методов нашел применение в современных системах цифровой радиосвязи.

Механизм образования звуков речи состоит в том, что богатый гармониками звук голосовых связок, изменяющий свою силу и основную частоту, подвергается дальнейшей обработке в полости рта. Последняя работает, во-первых, как резонатор, который, перестраиваясь, выделяет некоторые частоты - форманты, определяющие различия между гласными звуками. Во-вторых, движения языка, зубов и губ модулируют звук, производя различные согласные. В 1930-х годах в Телефонных лабораториях Белла (США) была построена машина по идее Эйлера, принципы действия которой основывались на попытках моделирования работы органов речи человека.

Для того чтобы синтезировать речь на приемном конце системы связи, нужны генератор звуковой частоты с богатым спектром, генератор белого шума, набор формантных фильтров (их число невелико, так как гласных звуков немного, а каждый из них достаточно хорошо определяется двумя формантами) и модулирующие схемы. Располагая таким комплектом аппаратуры на приемном конце, можно передавать по каналу связи не речевой сигнал, а лишь команды, управляющие процессом синтеза речи. Таким образом, практическая задача сводится к тому, чтобы найти способ генерирования нужных команд. Именно эта задача и решается конструкторами сотовых телефонов.

В системе GSM первых выпусков исходный цифровой поток речевого сигнала со скоростью передачи 104 кбит/с разбивается на отдельные блоки по 160 отсчетов, которые записываются. Каждый из таких блоков занимает промежуток времени 20 мс (иначе говоря, запоминаются последовательности по 160х13=2080 разрядов). Зарегистрированные последовательности подвергаются анализу, в результате которого для каждой из них находятся восемь коэффициентов фильтрации, определяющие соответствующие резонансы, и возбуждающий сигнал. Именно эта информация передается приемнику, который воспроизводит по ней исходный речевой сигнал наподобие того, как это происходит в органах речи человека (этот орган как бы настраивается с помощью восьми параметров, а затем при его возбуждении получается звук).

Однако упомянутый анализ распространяется на сравнительно короткие отрезки времени и не может выявить долгие гласные звуки, захватывающие соседние блоки. Поэтому для устранения избыточности при произнесении долгих гласных применяется долгосрочное предсказание. С этой целью в передатчике запоминаются переданные последовательности длительностью по 15 мс, с которыми сравниваются текущие последовательности. Из уже переданных выбирается последовательность, имеющая наибольшую корреляцию с текущей (т. е. больше других похожая на текущую), и передается только разность между текущей и выбранной последовательностями. Поскольку записанные в передатчике последовательности приемнику известны, нужно передать лишь указатель о том, с какой из записанных последовательностей проведено сравнение. Таким образом достигается дальнейшее сокращение объема передаваемой информации. В результате описанной обработки получается блок цифрового речевого сигнала продолжительностью 20 мс, содержащий 260 разрядов и имеющий скорость передачи всего 13 кбит/с (т. е. в восемь раз ниже исходной). Описанная процедура получила название регулярного импульсного возбуждения с долгосрочным предсказанием (английское сокращение PRE-LTR, которое расшифровывается в виде Regular Pulse Excitation - Long Term Prediction).

На следующем этапе вступает в действие кодирование канала, задачей которого является защита от помех в канале связи. Современная техника кодирования основана на глубоких идеях алгебры и теории вероятности. На основе этих идей разработаны разнообразные и весьма эффективные методы кодирования, решающие в каждом конкретном случае определенные задачи. Ограничимся здесь кратким рассмотрением некоторых идей, использованных в системе GSM.

Кодовая защита может служить либо только для обнаружения факта появления ошибки, либо для исправления случившихся ошибок. Первую возможность осуществить гораздо проще, но и пользы от нее меньше, поскольку в таком случае нужно запрашивать повторную передачу блока сообщения, в котором обнаружена ошибка, либо как-нибудь иначе учитывать наличие ошибки. Поскольку отдельные разряды в цифровом речевом сигнале, полученном в ходе описанных выше процедур кодирования источника, имеют неодинаковую важность, их делят на три подкласса и при кодировании канала подвергают разным методам защиты. Из 260 разрядов получаемого блока наиболее важными являются разряды, которые несут информацию о параметрах фильтрации, об амплитуде сигнала блока и о параметрах долгосрочного предсказания. Эти разряды относятся к так называемому подклассу Ia (50 разрядов). Затем идет подкласс Ib (132 разряда, содержащие указатели и информацию об импульсах регулярного возбуждения, а также некоторые параметры долгосрочного предсказания). Остальные 78 разрядов относятся к классу II.

Кодирование речи в цифровых системах сотовой связи

Для защиты описанного блока применяются два способа кодирования. Во-первых, используется блоковый код, служащий для обнаружения ошибок, которые остаются неисправленными. Этот код относится к классу циклических, в которых каждая кодовая комбинация получается циклической перестановкой элементов. При кодировании этим кодом к разрядам подкласса Ia добавляется еще три проверочных разряда, по которым декодер может обнаружить, содержит ли этот подкласс неисправленные ошибки. Если декодер обнаруживает в разрядах подкласса Ia ошибки в передаче, весь разговорный кадр из 260 разрядов сбрасывается. В этом случае потерянный кадр воспроизводится с помощью интерполяции на основе информации о предыдущем кадре. Было установлено, что при таком решении качество передачи оказывается лучше, чем в случае воспроизведения ошибочных разрядов подкласса Ia. Во-вторых, применяется сверточный код, исправляющий ошибки. Такое название кода объясняется математической операцией свертки, применяемой к функциям, описывающим обработку кодируемой последовательности разрядов. В отличие от блокового кода сверточный код является непрерывным в том смысле, что при его применении процессы кодирования и декодирования совершаются не над фиксированными блоками, а над непрерывно идущей последовательностью символов.

Сверточный код применяется как к разрядам подкласса Ia вместе с проверочными разрядами, так и к разрядам подкласса Ib. Эти две последовательности объединяются и увеличиваются на четыре разряда (см. ниже на рис. 2), принимающих нулевые значения. Последние служат для возвращения кодера в исходное состояние после выполнения кодирования. Применяемый код характеризуется параметрами r=1/2 и К=5. Коэффициент r=1/2 говорит о том, что на каждый разряд, поступающий на вход кодера, в кодированной последовательности получается ровно по два разряда, а К=5 обозначает длину связи, на которую распространяется операция свертки. Эти характеристики можно уяснить по схеме сверточного кодирования, показанной на рис. 1, где приведена также схема сложения по модулю 2 (логическая операция "исключающее ИЛИ"). Таким образом, в результате кодирования из поступающих 189 разрядов получается 378 разрядов, и к ним добавляются незащищенные разряды II класса, в результате чего общая длина блока оказывается равной 456 разрядам (рис. 2). Это составляет ровно восемь подблоков по 57 разрядов. Из подобных подблоков формируются вспышки радиопередачи с временным разделением.

Кодирование речи в цифровых системах сотовой связи

Настоящая статья посвящена вопросам кодирования речевых сигналов, и, как можно понять из описанного, на долю процессора, размещаемого в малогабаритной телефонной трубке, приходится довольно большой объем их цифровой обработки. Однако этим задачи процессора далеко не исчерпываются. Как известно, вместо передачи речи система сотовой связи позволяет организовать канал передачи данных, который кодируется совсем по другим правилам. Но, кроме логических каналов передачи полезной (оплачиваемой) информации, в сотовом телефоне организуется большое число логических каналов передачи сигналов управления. К каждому из таких логических каналов предъявляются специфические требования кодирования информации, и соответственно каждый такой канал вносит свою долю в нагрузку процессора.

Общее представление о схемах кодирования, а также формирования вспышек для передачи всех логических каналов в системе радиотелефонной связи дает рис. 3.

Кодирование речи в цифровых системах сотовой связи

Здесь на верхнем уровне показаны десять разных логических каналов с указанием размеров блоков сообщений в этих каналах (в виде конкретных цифр или буквенных обозначений - P0 , N0 и др. - там, где эти цифры могут меняться). На следующем уровне показан первый этап кодирования для разных логических каналов с указанием числа разрядов исходной последовательности и последовательности, полученной после кодирования. Если для речевого канала применяется циклический код, обнаруживающий ошибки, то для остальных каналов применяются различные циклические коды, исправляющие ошибки, в том числе циклический код Файра, исправляющий серии ошибок. На втором этапе кодирования применяется уже упомянутый сверточный код. Далее (этап 3) для распределения полученных 456 разрядов по отдельным вспышкам (несущим каждая по два блока из 57 разрядов) применяются операции перемешивания разрядов и перестановки блоков (прямого или диагонального транспонирования).

Общий объем обработки сигналов в сотовом телефоне исчисляется миллионами операций в секунду. Таким образом, в отличие от обычного телефонного аппарата сотовый телефон представляет собой миниатюрную, но очень производительную ЭВМ. С одной стороны, она анализирует "свой" речевой сигнал, вырабатывая управляющие команды для синтеза речи в аппарате собеседника, а с другой - эта ЭВМ реализует идею Эйлера, синтезируя речь собеседника по управляющим командам, поступающим из канала связи.

Автор: В.Нейман, проф., доктор техн. наук, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Телефония.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

сборник Радиоежегодник 1984

журналы Моделист-конструктор 1972 (архив за год)

книга Прокладка силовых кабельных линий. Фридкин И.А., 1976

книга Линии передачи и антенны УКВ (номограммы). Родионов В.М., 1977

статья Люминесцентные лампы. Принцип построения

статья Работа на картонорезальных машинах. Типовая инструкция по охране труда

сборник Архив схем и сервис-мануалов телевизоров Beko

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Имя:

E-mail (не обязательно):

Комментарий:

[lol][;)][roll][oops][cry][up][down][!][?]