Вопросы самоконтроля
Поясните преимущества цифровых методов передачи информации.
Имеются ли недостатки в цифровых системах?
Тема 2.3. Типовая структурная схема цифровой абонентской станции Требования к знаниям
Студент должен
иметь представление:
о параметрах речевого сигнала;
о необходимости и возможности устранения избыточности речи при цифровой передаче в ограниченной полосе частот.
знать:
типовую структурную схему цифровой абонентской станции;
импульсно-кодовую модуляцию, дифференциальную импульсно-кодовую модуляцию, адаптивную дифференциальную импульсно-кодовую модуляцию;
назначение функциональных узлов цифровой абонентской станции.
Содержание учебного материала
Типовая структурная схема цифровой мобильной станции MS.
Структурная схема цифровой абонентской станции приведена на рис.2
Логический блок-это микрокомпьютер, управляющий работой MS.
Эквалайзер – служит для частичной компенсации искажений сигнала из-за многолучевого распространения (адаптивный фильтр).
Коммутатор приём/передача осуществляет переключение антенны между передатчиком и приёмником. В стандарте GSM они работают не одновременно, и передача осуществляется только в течение 1/8 длительности кадра. Это значительно уменьшает расход ЭЭ. Блок сопряжения приём/передача – это электронный коммутатор.
Блок Приёмо-передающий блок
Антенный блок
управления
Не показаны:
- усилители,
-селектирующие цепи,
-схема контроля мощности на передачу и т.д.
Аналого-цифровой преобразователь является элементом, преобразующим аналоговый сигнал микрофона в цифровую последовательность битов. При стандартном ИКМ преобразовании для обеспечения качества передаваемой информации требуется канал 64 кбит/с, который не может быть предоставлен в выделенной полосе частот. Основной функцией следующего элемента – кодера речи - анализ речевого сигнала и удаление содержащейся в нём избыточности. В системах связи в зависимости от требований, предъявляемых к качеству, от величины полосы частот и ряда других факторов, применяются различные методы и схемы кодирования, позволяющие в 10 и более раз понизить скорость передачи.
В передающих каналах, в том числе цифровых, относительно высокая вероятность ошибок неизбежна. В сжатой речевой информации содержатся особенно критичные биты, потеря которых недопустима. В следующем узле – кодере канала наиболее важные группы бит кодируются с введением битов избыточности, что является достаточным для исправления определённого количества ошибок. Этот метод носит название исправления ошибок с опережением. Используется два метода – блочное и свёрточное кодирование. Блочные кодеры к блокам фиксированной длины добавляют избыточность, необходимую для выявления ошибок. Свёрточные кодеры непрерывно вставляют биты исправления одиночных ошибок. Перемежение обеспечивает преобразование пакетов ошибок в одиночные ошибки.
Сформированная информация в модуляторе наносится на сигнал несущей частоты и антенной передаётся в эфир.
Характеристики речевых сигналов.
Методы цифровой обработки в сотовой связи связаны с характеристиками передаваемых голосовым аппаратом и воспринимаемых слуховым аппаратом речевых сигналов. Основными параметрами, используемыми при описании речевого сигнала, являются:
статистическое распределение звуков, слогов и слов при произношении речи;
временные характеристики звуков;
основной тон речи;
спектр речи;
распределение формантных частот;
амплитудное распределение речи.
Спектр мощности сигналов имеет максимум вблизи частоты 400 Гц и спадает на более высоких частотах со скоростью около 9 дБ на октаву. В соответствии с рекомендациями МККТТ (Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии), при аналого-цифровом преобразовании (АЦП) и цифровой обработке сигнала речи ограничиваются интервалом частот 300 ….3400 Гц . Длительность звуков речевого сигнала составляет от нескольких десятков до нескольких сотен миллисекунд при среднем значении 130 мс, причём среднее значение для гласных звуков 210 мс, а для согласных 95 мс. В телефонном разговоре мгновенный уровень речевого сигнала изменяется в диапазоне 35 … 40 дБ. При этом уровень согласных в среднем на 20дБ ниже уровня гласных.
Переданная речевая информация воспринимается приёмником – слуховым аппаратом, способным различать частоты от 20 Гц до 20 кГц. При этом слуховой аппарат человека позволяет решать следующие задачи: распознавать речь (фонемы, слоги, слова), адаптироваться к шумам и тишине (чувствительность), идентифицировать говорящего, определять направление источника звука.
Основными параметрами слуха являются:
чувствительность к чистым тонам;
область слухового восприятия (между порогом слышимости и болевым порогом. Человеческое ухо способно воспринимать звуки, отличающиеся по звуковому давлению в 10ⁿ раз. Например, на частоте 1 кГц - в 1000 000раз, т.е. около 120 dB);
громкость звука;
маскировка звуков (частичное или полное заглушение передаваемого звука шумами);
временные характеристики слуха (задержки при передаче речи на сети до 150 мс считаются нормальными, более 400 мс - недопустимыми). Данный параметр необходимо учитывать в случае передачи речи по IP-сетям в сотовой связи при роуминге и в системах спутниковой связи, где задержки определяются большими расстояниями прохождения сигнала.
Слуховое соотношение громкости примерно пропорционально логарифму интенсивности воздействия. Пороговое для слуха изменение уровня звука не превышает +/- 1 дБ. Слух слабо чувствителен к точности передачи фазовых соотношений составляющих сигнала. Постоянная времени слуха в среднем составляет: при нарастании сигнала 20 .. 30 мс, при спаде 100 … 200 мс.
Перечисленные параметры играют важную роль при построении различных систем обработки речи.
Описание MS и назначение функциональных узлов изложено в [1] стр. 24.