Тема: Средства кодирования

Лекция № 16

В стандарте сотовой связи CDMA применяется метод многостанционного доступа с кодовым разделением каналов, основанный на использовании широкополосных сигналов. Каждому вызову присваивается уникальный код, позволяющий отличить этот вызов от других, передаваемых в том же частотном диапазоне. В этом стандарте обеспечивается более высокое качество речи, чем в стандарте GSM. Это во многом определяется применением кодирования речи.

В системе CDMA для преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой используется вокодер с переменной скоростью кодирования, в основу работы которого положен алгоритм с ЛП кода - CELP. Этот алгоритм учитывает особенности человеческой речи. Вокодер перекодирует цифровой поток, имеющий скорость 64 кбит/с, в поток со скоростью 8 или 13 кбит/с. В ходе этого преобразования информационный поток делится на кадры, и содержащие паузы интервалы удаляются. Результирующий поток имеет скорость от 1 до 8 кбит/с. Вокодер приемной стороны объединяет кадры в единый поток и делает обратное преобразование. Другой важной особенностью вокодера с переменной скоростью кодирования является использование адаптивного порога для определения требуемой скорости кодирования данных. Уровень порога изменяется в соответствии с фоновым шумом. Результатом этого является подавление фона и улучшение качества речи даже в шумной обстановке. Вокодер позволяет подмешивать в речевой канал вторичный трафик, т.е. служебную информацию.

Оценка качества кодирования речи

При оценке качества кодирования и сопоставлении различных кодеков оцениваются разборчивость речи и качество синтеза (качество звучания) речи. Для оценки разборчивости речи используется метод DRT (диагностический рифмованный тест). В этом методе подбираются пары близких по звучанию слов, отличающихся отдельными согласными, которые многократно произносятся рядом дикторов, и по результатам испытаний оценивается доля искажений. Метод позволяет получить как оценку разборчивости отдельных согласных, так и общую оценку разборчивости речи.

Для оценки качества звучания используется критерий DAM (диагностическая мера приемлемости). Испытания заключаются в чтении несколькими дикторами (мужчинами и женщинами) ряда фраз, которые прослушиваются на выходе тракта связи рядом экспертов-слушателей, выставляющих оценки по 5-балльной шкале. Результатом является средняя субъективная оценка, или средняя оценка мнений (MOS). Хотя этот метод является субъективным, его результаты по сопоставлению различных типов кодеков при проведении испы- таний одними и теми же группами дикторов и экспертов-слушателей являются достаточно объективными, и на них основываются выводы и решения.

Канальное кодирование в стандарте CDMA

Кодирование в прямом канале. В ССС стандарта CDMA используются различные виды кодирования. На рис. 2.52 изображена схема кодирования в прямом канале (от БС к абоненту). Базовая скорость ПД в канале составляет 9,6 кбит/с, что достигается добавлением дополнительных корректирующих двоичных символов к цифровому потоку вокодера 8,55 кбит/с. Для реализации на приемной стороне прямой коррекции ошибок (без повторной передачи сообщения) в канале используется избыточное кодирование. Для этого базовый цифровой поток разбивается на пакеты длительностью по 20 мс и подается на сверточный кодер с половинной скоростью. На его выходе число битов удваивается. Затем данные перемежаются во временном интервале 20 мс.

Рисунок 47 Кодирование в прямом канале стандарта CDMA

После перемежения цифровой поток преобразуется с помощью длинного кода и логической операции «исключающее ИЛИ» (сложение по модулю два). Длинными кодами (кодами максимальной длины) являются коды, которые могут быть получены с помощью регистра сдвига или элемента задержки заданной длины. Максимальная длина двоичной последовательности, которая может быть получена с помощью генератора, построенного на основе регистра сдвига, равна 2n-1 двоичных символов, где n - число разрядов регистра сдвига. В аппаратуре стандарта CDMA длинный код формируется в результате нескольких последовательных логических операций с псевдослучайной двоичной последовательностью, генерируемой в 42-разрядном регистре сдвига, и двоичной 32-битовой маской, которая определяется индивидуально для каждого абонента. Такой регистр сдвига применяется во всех БС этого стандарта для обеспечения режима синхронизации всей сети. Так как информационный поток имеет скорость 19,2 кбит/с, то в прямом канале используется только каждый 64-й символ длинного кода.

Следующий этап преобразования сообщения - кодирование с помощью кодов Уолша. Один ряд матрицы Уолша ставится в соответствие каналу связи между абонентом и БС. Если на входе кодера «0», то посылается соответствующий ряд матрицы (код Уолша), если «1» -посылается последовательность, сформированная путем логического отрицания соответствующего ряда матрицы (кода Уолша). Это повышает скорость информационного потока с 19,2 кбит/с до 1,2286 Мбит/с. Соответственно расширяется и спектр сигнала.

На заключительном этапе двоичный поток разделяется между синфазным и квадратурным каналами (I- и Q-каналами) для последующей передачи с использованием квадратурной фазовой манипуляции (QPSK). До подачи на смесители цифровой поток в каждом из каналов преобразуется с помощью короткого кода и логической операции «исключающее ИЛИ». Короткий код представляет собой псевдослучайную двоичную последовательность длиной 32768 двоичных символов, генерируемую со скоростью 1,3288 Мбит/с. Эта последовательность является общей для всех БС и ПД в сети. Короткий код формируется в 15-разрядном регистре сдвига с линейной обратной связью. Результирующий двоичный поток в каждом канале проходит через цифровой фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтр), что позволяет ограничить полосу излучаемого сигнала. Частота среза фильтра составляет около 615 кГц. Полученные аналоговые сигналы поступают на соответствующие входы I/Q-модулятора. Ряд информационных сигналов образуется путем слияния I- и Q-каналов.

Поскольку все пользователи получают объединенный сигнал, то для выделения информации необходимо передавать опорный сигнал по пилотному каналу. В пилотном канале передается нулевой информационный сигнал, код Уолша для этого канала формируется из нулевого ряда матрицы Уолша. Другими словами, в пилотном канале передается только короткий код. Обычно на нем излучается около 20% общей мощности. Опорный сигнал необходим для последующей фазовой демодуляции. Короткий код позволяет многократно использовать в каждой ячейке один и тот же набор кодов Уолша. Каждая БС имеет свой временной сдвиг при формировании кода и поэтому может быть однозначно определена в сети. Основано это на свойстве псевдослучайных двоичных кодов: значение автокорреляционного момента приближается к нулю для всех временных смещений более одной длины бита.

Кодирование в обратном канале. В ОК (от абонента к БС) применяется другая схема кодирования. ПС не может использовать преимуществ трансляции опорного сигнала. В этом случае необходимо было бы передавать два сигнала, что значительно усложнило бы демодуляцию в приемнике БС. В ОК применяется такой же, как и в прямом, вокодер и сверточное кодирование со скоростью 1/3, что повышает скорость ПД с 9,6 до 28,8 кбит/с, и перемежение в пакете длительностью 20 мс. После перемежения выходной поток разбивается на слова по шесть бит в каждом. Шестибитовому слову можно поставить в соответствие один из 64 кодов Уолша. Таким образом, каждый AT использует весь их набор. После этой операции скорость потока данных повышается до 307,2 кбит/с. Далее поток преобразуется с помощью длинного кода, аналогичного используемому БС. На этом этапе происходит разделение пользователей. Абонентская емкость системы определяется ОК. Для ее увеличения применяется регулирование мощности в ОК, методы пространственного разнесения приема на БС и др. Окончательное формирование потоков данных происходит таким же образом, как и в БС, за исключением дополнительного элемента задержки на 1/2 длительности символа в 0-канале для реализации смещенной QPSK.

Рисунок 48 Кодирование в обратном канале стандарта CDMA

Дата добавления: 2014-01-05