1464

• Далее электрический сигнал аналоговой речевой информации подается на телефон.

CPU является управляющим устройством, он имеет свою оперативную и постоянную память (MEM).

Синтезатор частот (СЧ) является задающим генератором колебаний высокой частоты для передачи информации по радиоканалу. Синтезатор используется в работе как передающего устройства, так и приемного, переключаясь в разные области выделенной полосы частот для передачи и приема.

SIM-карта придается к МС в виде съемного модуля, взаимодействует с CPU и определяет процедуру аутентификации мобильной станции.

Контрольные вопросы

1.Стандарты систем подвижной связи (СПС). Системные требования к терминальному оборудованию.

2.Технические параметры и характеристики терминального оборудования и мобильных станций (МС) СПС.

3.Эксплуатационные и экономические параметры и характеристики терминального оборудования и мобильных станций СПС.

4.Качественные характеристики абонентских устройств. Дополнительные функции. Классификация МТ.

5.Структурные преобразования в СПС.

6.Структурная схема МС (МТ).

11

2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ

2.1. Виды информации

Источник информации может быть аналоговым или дискретным. Выход аналогового источника может иметь любое значение из непрерывного диапазона амплитуд, тогда как выход источника дискретной информации – значения из конечного множества амплитуд. Источники аналоговой информации преобразуются в источники цифровой информации посредством дискретизации и квантования.

Сигналы можно классифицировать на детерминированные (при отсутствии неопределенности относительно их значения в любой момент времени) и случайные (в противном случае).

Определенный сигнал можно отнести либо к энергетическому, либо к мощностному. Энергетический сигнал имеет конечную энергию, но нулевую среднюю мощность, тогда как мощностной сигнал – нулевую среднюю мощность, но бесконечную энергию. Периодические и случайные сигналы выражаются через мощность, а сигналы, являющиеся детерминированными и непериодическими, – через энергию.

Информация делится на символьную, аудиоинформацию, видеоинформацию. Символьная информация делится на числовую и текстовую.

В табл. 2.1 приведены основные характеристики информации. Таблица 2.1

12

Окончание табл. 2.1

2.2.Форматирование и передача видеосигнала

вцифровой связи

На рис. 2.1 представлена упрощенная функциональная схема типичной системы цифровой связи. Данные, уже имеющие цифровой формат, могут пропускать этап форматирования. Текстовая информация преобразовывается в двоичные цифры с помощью кодера. Аналоговая информация форматируется с использованием трех отдельных процессов: дискретизации, квантования и кодирования. Во всех случаях после формирования получается последовательность двоичных цифр.

Рис. 2.1. Упрощенная функциональная схема системы цифровой связи

13

Преобразование потока битов в последовательность импульсных сигналов происходит в блоке «Импульсная модуляция». На выходе модулятора получим последовательность видеоимпульсов, характеристики которых соответствуют характеристикам цифр, поданных на вход. После передачи по каналу импульсные сигналы восстанавливаются (демодулируются) и проходят этап детектирования; цель последнего этапа, форматирования, – восстановление (с определенной степенью точности) исходной информации.

Процессы дискретизации и квантования сигнала осуществляются аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), обратные процессы - цифроаналоговыми (ЦАП).

ЦАП

Основным параметром ЦАП является относительная разрешающая способность = 1/(2n – 1), характеризуемая величиной, обратной количеству уровней К=2n – 1, которые может выдать ЦАП на выходе.

Виды ЦАП:

-с резистивными матрицами;

-безматричные.

Матричные ЦАП делятся на подвиды:

-с набором резисторов;

-матрицами типа R-2R.

АЦП

Характеристики АЦП: точность, разрешающая способность, быстродействие, определяемое временем отсчета

Tотс = 1/(1,1 · fпр).

Классификация АЦП

1.Параллельные.

2.Последовательные:

14

А) последовательного приближения; Б) последовательного счета; В) следящие;

Г) интегрирующие: однотактные; многотактные; сиг- ма-дельта; преобразователи напряжение - частота.

3. Последовательно-параллельные: А) многотактные; Б) многоступенчатые; В) конвейерные.

Более детально ЦАП и АЦП рассмотрены в [1].

2.3. Кодирование речи

Кодирование речи осуществляется на основе двух подходов:

-представление временной формы сигнала;

-спектральное представление сигнала.

Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ)

Речевой сигнал описывается амплитудной характеристикой (рис. 2.2), частотной характеристикой, временем нарастания звука. При преобразовании речевого сигнала в цифровую форму используются часто-

та дискретизации и количество уровней квантования, что обусловливает скорость

передачи X = 8 кбайт/с = 64 кбит/с.

Частотная характеристика речи: 300 – 3400 Гц. Время нарастания звука t = 20 мс.

Частота дискретизации Fн = 6800 – 8000 отсчетов/с.

15

КоличествоуровнейквантованияNкв= 256 приК= 8 бит = 1 байт. При преобразова нии речевого сигнала в цифровую форму

используют характеристики сжатия (рис. 2.3).

Характеристика, соответствующая μ-за- кону, для нормированного диапазона кодирования ±1 определяется выражением

Fμ(x) = sin(x) × × ln(1+μ|x|)/ln(1+μ),

-1 ≤ x ≤ 1.

Для ма лых значений х хара ктеристика F(x) приближается к линейной функции, а для больш их– к логарифмической.

Стандартным за-

коном сжатия в Европе является А-закон, который определяется следующим образом:

полосе тональных частот, ограничены верхней частотой 3,4 кГц. Чтобы пре образовать этот аналоговый сигнал в цифров ой ИКМ поток данных, применяется дискретизация с частотой f = = 8000 отсчетов/с. Каждый отсчет фиксируется на одном из 256 уровней квантования. Для этого количества уровней квантования требуется 8 информационных битов. Таким образом, один канал тональной частоты будет иметь скорость передачи 64 кб ит/с.

16

Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ)

ВИКМ каждый отсчет кодируется независимо от других. Однако у многих источников сигнала при стробировании со скоростью Найквиста или быстрее проявляется значительная корреляция между последовательными отсчетами. Другими словами, изменения амплитуды между последовательными отсчетами в среднем относительно малы. Относительно простые решения получаются при кодировании разности между последовательными отсчетами, а не самих отсчетов. Поскольку можно ожидать, что разность между отсчетами сигнала меньше, чем действительные значения отсчетов, то потребуется меньшее число бит для представления разностного сигнала. Это и есть ДИКМ.

ПростейшиесхемыИКМиДИКМпредставленынарис. 2.4, 2.5.

Всхеме (рис. 2.6) пред-

−

Рис. 2.6. Схема кодера речи ДИКМ

17

обозначает его выход. Величина квантованной ошибки предсказания e~n кодируется последовательностью двоичных символов и пе-

редается через канал в пункт приема. Квантованная ошибка e~n так-

Коэффициенты ai выбираются таким образом, чтобы минимизировать некоторую функцию ошибки между xn и ~xn . Математически и практически подходящей функцией является среднеквадратическая ошибка (СКО).

Предполагая выход источника стационарным, можно выразить функцию СКО в виде:

,

где φ(m) – автокорреляционная функция последовательности отсчетов сигнала xn. Если φ(m) априори неизвестна, то она может быть определена по реализации отсчетов {xn} посредством соот-

На рис. 2.7. и 2.8 представлены схемы декодара речи.

{ai }

Рис. 2.7. Декодер речи ДИКМ

18

Улучшение качества оценки (предсказанная величина отсчетов сигнала) можно получить включением в оценку линейно отфильтрованных последних значений квантованной ошибки.

Конкретно оценку можно выразить так:

где {bi} – коэффициенты фильтра для квантованной последовательности ошибок e~n .

б

Рис. 2.8. Кодер (a) и декодер (б) модифицированной ДИКМ

Дельта-модуляция (ДМ)

Дельта-модуляцию можно рассматривать как простейшую форму ДИКМ, в которой используется двухуровневый (1-битовый) квантователь в соединении с фиксированным предсказателем первого порядка (рис. 2.9).

Предсказанное значение xn в действительности является предыдущим отсчетом xn-1, измененным шумом квантования qn-1. Разностное уравнение определяет интегратор со входом e~n .

19

а)

Рис. 2.9. Кодер (а) и декодер (б) при дельта-модуляции (ДМ)

Следовательно, эквивалентной реализацией предсказателя первого порядка является интегратор с входом, равным кванто-

ванному сигналу ошибки e~n . В общем случае квантованный сиг-

нал ошибки масштабируется некоторой величиной, скажем , которая называется размером шага. Для достаточной точности кодирования скорость стробирования при дельта-модуляции должна быть высокой, более 5 частот Найквиста. Эквивалентная схема показана на рис. 2.10.

а)

Рис. 2.10. Кодер (а) и декодер (б) при упрощенной дельта-модуляции

20