Мощность мс стандарта gsm.
По выходной мощности МС делятся на 5 классов: 20 Вт (класс 1), 8 Вт (класс 2), 5 Вт (класс 3), 2 Вт (класс 4) и 0,8 Вт (класс 5). Для сотовых телефонов типичным значением максимальной мощности является 2 Вт (класс 4).
В стандарте GSM (как и вообще в сотовой связи) предусмотрено управление мощностью излучения МС. МС измеряет из передает на БС уровень сигнала БС «своей» ячейки и до 16 смежных ячеек.
Кроме того, оценивается и передается код качества, определяемых числом битовых ошибок. По этой информации контроллер БС принимает решение об изменении уровня мощности, излучаемой МС, и передает на не соответствующие команды. Минимальный уровень излучения МС – 20 мВт. Управление мощностью производиться с периодом 4,6 мс шагами по 2 дБ (относительно 1 мВт). Управление мощностью позволяет в значительной степени компенсировать замирания и обеспечить связь с требуемым качеством.
При этом ширина полосы ГМЧМн сигнала
Ширина полосы гауссовского фильтра равна 81,2 кГц. Несущая дискретно, через интервалы времени, кратные периоду Тв битовый модулирующей косноовательности, принимают одно из двух значений:
fн = f0 – F/4,
fв = f0 + F/2,
где f0 – центральная частота используемого частотного канала, F = 1/Tв – частота битовой последовательности.
Частотный диапазон стандарта gsm.
Стандарт GSM предусматривает работу в двух диапазонах частот: 890…915 МГц для передатчиков мобильных станций (линия-вверх) и 935…960 МГц (линия-вниз) для передатчиков базовых станций (BTS). Дуплексный разнос приема и передачи – 45 МГц. Ширина полосы связи – 200 кГц. Количество скачков частоты в 1 с – 217. Максимальный радиус соты – до 35 км.
Обработка речи в стандарте gsm.
Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи (Discontinuous Trasmission - DTX), которая обеспечивает включения передатчика, когда пользователь начинает разговор и отключает его в паузах и в конце разговора. DTX управляется детектором активности речи (Voice Activity Detector - VAD). VAD обеспечивает обнаружение и выделение интервалов передачи рчи с шумом и шума без речи в тех случаях, когда уровень шума в микрофоне соизмерим с уровнем речи. В состав системы прерывистой передачи речи входит также устройство формирования комфортного шума. Оно включается и прослушивается в паузах речи, когда передатчик отключен. Экспериментально доказано, что отключение фонового шума в паузах речи раздражает абонента и снижает разборчивость речи. Поэтому применение комфортного шума в паузах считается необходимым. DTX – процесс в приемнике предполагает также интерполяцию фрагментов речи, потерянных из-за ошибок передачи в канале.
Структурная схема процессов обработки речи в стандарте GSM выглядит так
Уменьшение скорости передачи речи до 13 кбит/с достигается тремя этапами:
1) LPC – линейным кодированием с предсказанием;
2) LTP – долговременным предсказанием;
3) RPE – регулярным импульсным возбуждением.
На первом этапе входной сигнал разделяется на сегменты по 260 бит длиной 20 мс. Дальше в процессе LPC-анализа (линейного предсказания) вычисляются 8 коэффициентов r(i) цифрового LPC анализирующего фильтра. Они представляются в виде уровня, этим минимизируется динамический диапазон d.
На втором этапе происходит дальнейшее снижение динамического диапазона за счет долговременного предсказания. В его процессе каждый сегмент выравнивается до уровня следующих друг за другом сегментов речи. В принципе LТР фильтр вычитает предыдущий период сигнала из текущего периода. Этот фильтр характеризуется параметром задержки N и коэффициентом усиления b. Период вычисления этих параметров равен 5 мс.
Восемь коэффициентов r(i) LPC анализирующего фильтра и параметры фильтра LТР анализа кодируются и передаются со скоростью 3,6 кбит/с.
Для формирования последовательности возбуждения остаточный сигнал пропускают через ФНЧ с частотой 3…4 кГц.
Окончательно периодическая последовательность фрагментов передается со скоростью 9,4 кбит/с. Общая скорость передачи составляет 3,6+9,4=13 кбит/с.
В декодере речевой сигнал восстанавливается по откликам последовательности регулярного импульсного возбуждения (RPE) двухступенчатым синтезирующим фильтром, как показано на рисунке. При этом качество восстановленной речи выше, чем аналоговый передаче.
Алгоритм работы и структурная схема речевого кодека. Принцип выбранного в стандарте GSM метода кодирования речи состоит в извлечении основных характеристик речи в форме коэффициентов фильтра линейного предсказания, по которым речь может быть восстановлена с использованием низкоскоростное квантование. Структурные схемы кодера и декодера RPE/LTP-LPC выглядит так.
Теоретически время задержки речевого сигнала в потоке равно длительности сегмента и составляет 20 мс. Реальное время задержки с учетом физического времени выполнения рассматриваемых операций составляет 70…80 мс.
Детектор активности речи. Детектор активности речи (VAD) предназначен для включения передатчика только при передаче речевой информации. Если канал на какое-то мгновение свободен, он блокируется. Поскольку средняя активности речи говорящего человека около 50% и даже ниже, это обеспечивает:
1) существенную экономию аккумуляторной батареи;
2) снижение уровня помех для других МС;
3) вредное влияние СВЧ – излучения на организм снижается.
В стандарте GSM принята схема VAD с обработкой в частотной области.
Работа VAD основана на различии спектральных характеристик речи и шума. Считается, что фоновый шум является стационарным в течение относительно большого периода времени. VAD определяет отклонения спектра входного воздействия от спектра фонового шума. Это осуществляется инверсным фильтром (ИФ), коэффициенты которого устанавливаются на чистый фоновый шум на входе. При появлении на входе речи и шума ИФ подавляет компоненты шума и снижает его интенсивность. Энергия смеси «сигнал+шум» на входе ИФ сравнивается с порогом, который установлен, когда на входе был чистый шум. Превышение порога соответствует решению «есть сигнал». Коэффициенты ИФ и уровень порога изменяются во времени в соответствии с изменением уровня входного шума. Решение об их изменении принимается вторичным VAD (нижняя часть схемы). Т.е. VAD адаптируется к текущему уровню и спектру шума.
Формирование комфортного шума (ФКШ). ФКШ осуществляется в паузах активной речи и управляется речевым декодером. Когда VAD в передатчике обнаружит, что говорящий прекратил разговор, передатчик остается включенным еще в течение следующих пяти речевых кадров. Во время первых четырех из них оцениваются и усредняются характеристики фонового шума. Эти усредненные значения передаются в следующем, пятом кадре, в котором содержится информация о комфортном шуме (SID-кадр). В речевом декодере на основании анализа SID-кадра генерируется SID-кадра.
Шумовая обстановка все время меняется в точке передачи. По этой причине SID-кадры посылаются каждый 480 мс в течение речевых пауз.
Экстраполяция потерянного речевого кадра. В условиях замираний сигналов в сотовой связи речевые фрагменты могут сильно искажаться. Для исключения раздражающего эффекта при воспроизведении необходимо осуществлять экстраполяцию речевого кадра. Установлено, что потеря одного речевого кадра может быть значительно компенсирована путем повторения предыдущего фрагмента. При значительных по продолжительности перерывах в связи предыдущий фрагмент более раза не повторяется, а сигнал на выходе постепенно заглушается, чтобы указать пользователю на разрушение канала.
То же самое происходит и с SID-кадром. Если SID-кадр потерян во время речевой паузы, комфортный шум формируется по предыдущему SID-кадру. Если потерян SID-кадр еще раз, то комфортный шум постепенно разрушается.