Кодирование речи в системах сотовой связи

1. Кодирование формы сигнала и источника сигнала

2. Кодирование речи в стандарте GSM

Заключение

Список литературы

кодирование речь сотовая связь В настоящее время рынок услуг и оборудования охранно-пожарной сигнализации стремительно растет. Однако до недавнего времени основным недостатком систем охранной и пожарной сигнализации (ОПС) было использование проводных телефонных линий. К основным недостаткам данных систем можно отнести неустойчивую работу городских телефонных линий, низкую физическую защищенность, отсутствие возможности охраны нетелефонизированных объектов (дачи, коттеджи и т. д.). Поэтому в качестве надежной альтернативы «проводным охранным системам» появилось новое направление или «радиоканальные охранные системы» .

Преимущества радиоканальных охранных систем очевидны:

отсутствие зависимости от телефонной линии и качества работы сети;

простота монтажа;

возможность охраны любого объекта (в пределах зоны действия радиоканальной сети).

универсальность — из простых элементов можно построить сколь угодно сложную систему: высокая скорость монтажа и запуска в эксплуатацию, возможность оперативного изменения конфигурации, мобильность охранного пульта, возможность сосуществования нескольких пультов. Нет принципиальных ограничений для подключения в случае необходимости к существующей системе охраны.

Первоначально беспроводные системы не получили широкого распространения из-за низкой надежности (проводная связь в этом плане еще лет пять на зад была надежнее). Но в настоящее время появился широкий спектр различных дополнительны устройств, активно используются новые поколения беспроводных систем связи.

1. Кодирование формы сигнала и источника сигнала

Исторически сложилось два направления кодирования речи: кодирование формы сигнала (Waveform coding) и кодирование источника сигнала (Source coding).

Методы кодирования формы сигнала основаны на статистических свойствах сигнала и могут не иметь ограничения на механизм образования сигнала. Кодеры этого типа обеспечивают высокое качество передаваемой речи (разборчивость и натуральность), но они отличаются меньшей экономичностью в смысле занимаемой полосы частот или скорости передачи. Используют три основных способа кодирования:

Импульсно-кодовая модуляция — ИКМ (PCM)$

Дифференциальная ИКМ — ДИКМ (DPCM);

Дельта-модуляция — ДМ (DM).

ИКМ соответствует цифровой сигнал непосредственно с выхода АЦП, в нем сохраняется вся избыточность аналогового речевого сигнала. При ДИКМ эта избыточность уменьшается за счет того, что квантованию при передаче с последующим кодированием подвергается не уровень сигнала, а разность между исходным речевым сигналом и его предсказанным значением, а на приеме разностный сигнал складывается с предсказанным значением, полученным по тому же алгоритму предсказания. Шаг квантования может адаптивно меняться в соответствии с уровнем сигнала в разновидности квантования АДИКМ. При ДМ сигнал квантуется на каждом шаге однобитовым приращением и передается лишь знак приращения, т. е. сигнал как бы заменяется ступеньчатой функцией с приращениями одинаковой величины, но разного знака.

В сотовой связи используются более экономные методы кодирования источника сигнала, позволяющие сжимать речь в 5−8 и более раз.

Метод кодирования источника сигнала (кодирование параметров сигнала) первоначально использовал имитацию голосового тракта человека, т. е. использовалась система типа анализ-синтез. Такие устройства получили название вокодер (vocoder — voice coder). Даже ранние модели позволяли получать значительное снижение скорости передачи речи, однако, речь имела характерный «синтетический» звук. С появлением (в 60-х годах) методов линейного предсказания (ЛП) вокодерные системы получили широкое развитие в сотовой связи.

Кодирование речи на основе метода линейного предсказания (LPC) заключается в том, что по линии связи передаются не параметры самого речевого сигнала, а параметры некоторого фильтра, эквивалентного частотным свойствам голосового тракта, и параметры сигнала возбуждения этого фильтра. В качестве такого фильтра используется фильтр линейного предсказания (фильтр ЛП). Иными словами, сегмент речи малой длительности является как бы выходной реакцией некоторого фильтра когда на вход подается определенный сигнал возбуждения. В кодирующем устройстве производится оценка параметров фильтра и сигнала возбуждения и передаются именно эти параметры, а не сама речь. На приемном конце по принятым параметрам синтезируется соответствующий фильтр, на выходе которого получается восстановленный сегмент речи. Различные варианты кодирования, принятые различных кодерах, отличаются друг от друга лишь набором передаваемых параметров фильтра и/или методом формирования сигнала возбуждения.

Сама процедура кодирования в методе с линейным предсказанием показана на рис. 1 и заключается в следующем .

Оцифрованный сигнал речи разбивается на сегменты длительностью по 20 мс (160 выборок по 8 бит = 1280 бит в каждом сегменте);

Для каждого сегмента оцениваются параметры фильтра линейного предсказания и параметры сигнала возбуждения. В качестве сигнала возбуждения может выступать, например, остаток предсказания, получаемый при пропускании сегмента речи через фильтр с параметрами, полученными из оценки для данного сегмента;

Параметры фильтра и параметры сигнала возбуждения кодируются и передаются в канал связи.

Рис. 1. Процедура кодирования-декодирования речи в методе с линейным предсказанием При декодировании принятый сигнал возбуждения пропускается через синтезирующий фильтр, параметры которого были приняты одновременно с сигналом возбуждения.

Конечно практические схемы намного сложнее приведенного алгоритма. Для большего устранения избыточности речи помимо кратковременного предсказания (STP — Short Term Prediction), применяют еще долговременное предсказание (LTP — Long Term Prediction), в значительной мере устраняющее избыточность и приближающее остаток предсказания по своим статистическим свойствам к белому шуму. Вдобавок, использование остатка предсказания в качестве сигнала возбуждения оказывается недостаточно эффективным, так как требует для кодирования слишком много бит. Поэтому на практике используют более экономичные (по загрузке канала связи, но не по вычислительным ресурсам) методы формирования сигналов возбуждения. В настоящее время используют различные варианты многоимпульсного возбуждения.

Если на вход инверсного фильтра длительного предсказания подать остаток кратковременного предсказания, то на выходе получится сигнал ошибки фильтра длительного предсказания. Эта ошибка близка к белому гауссовскому шуму, для которого значения можно передать весьма экономичным образом, т.к. параметры такого шума математически хорошо изучены. Значит, вместо передачи полного объема информации о сигнале возбуждения можно передавать сведения только об остатке с фильтра долговременного предсказания и параметры самих фильтров кратковременного и долговременного предсказания. Это и приводит к уменьшению количества передаваемых бит для описания параметров сигнала возбуждения. Параметры фильтра долговременного предсказания могут быть определены, например, из условия минимизации среднеквадратического значения ошибки длительного предсказания на некотором интервале, составляющем 20−25% от длительности передаваемого сегмента речи. При этом возникает задержка d в пределах 20 — 160 интервалов дискретизации сигнала, что соответствует диапазону частот основного тона 50−400 Гц. Сигнал возбуждения, аппроксимирующий остаток сигнала фильтра долговременного предсказания, моделируется в виде определенного числа импульсов на интервале кадра возбуждения (excitation frame), составляющего 50% от длительности передаваемого сегмента речи.

Для оценки параметров последовательности импульсов сигнала возбуждения существует несколько методов. В методе многоимпульсного возбуждения (MPE — Multi-Pulse Excitation) оптимизируется как положение, так и амплитуды импульсов. В методе возбуждения регулярной последовательностью импульсов (RPE — Regular-Pulse Excitation) взаимное положение импульсов предопределено. Для этого используется сетка равноотстоящих импульсов, а оптимизируется расположение этой сетки в пределах кадра возбуждения (так как число импульсов возбуждения обычно в 3−4 раза меньше числа выборок в кадре) и амплитуды импульсов. В методе стохастического кодирования, или в методе линейного предсказания с кодовым возбуждением (CELP — Code-Excited Linear Prediction), с разновидностью возбуждения векторной суммой (VSELP — Vector Sum Excited Linear Prediction), наиболее подходящий вектор возбуждения выбирается из заранее составленной кодовой книги (или кодового словаря), содержащего обычно 2N, N=7 — 10, квазислучайных векторов заданной длины с элементами, нормированными по амплитуде. Амплитуда вектора возбуждения кодируется отдельно в соответствии с громкостью передаваемого элемента речи. В методе возбуждения последовательностью бинарных импульсов с преобразованием (TBPE — Transformed Binary Pulse Excitation) сигналом возбуждения является последовательность равноотстоящих по времени и квазислучайных по знаку (с амплитудами 1) импульсов, умноженных на некоторую матрицу преобразования.

2. Кодирование речи в стандарте GSM

Обработка речи в стандарте GSM осуществляется в рамках принятого режима прерывистой передачи (DTX — Discontinuous Transmission), которая обеспечивает включение передатчика только во время самого разговора. Система DTX управляется детектором активности речи (VAD - Voice Activity Detection), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и шум без речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем сигнала речи. В состав системы DTX также входит устройство формирования комфортного шума, который включается в паузах речи. В системе DTX происходит также экстраполяция фрагментов речи, утерянных из-за помех в канале. Структурная схема обработки речи в стандарте GSM приведена на рис. 2.

Основным устройством в данной схеме является речевой кодек. В соответствии со стандартом GSM каждый радиоканал используется для организации 8 цифровых каналов с временным разделением. Следовательно, если бы это были стандартные ИКМ каналы, то потребовалась бы скорость передачи 64×8 = 512 кбит/с. Такую скорость передачи пользовательской информации по одному частотному радиоканалу обеспечить практически невозможно. В качестве выхода из положения используются методы уплотнения передаваемой информации и применение сложных методов кодирования, уменьшающих избыточность, а значит и требующих меньшие скорости передачи. При этом, как правило, используются методы фазовой модуляции (манипуляции). В системе GSM используется гауссовская фазовая манипуляции несущей частоты радиосигнала с минимальным сдвигом (GMSK — Gaussian Minimum Shift Keying) с индексом манипуляции, равным 0,3.

Рис. 2. Структурная схема процесса обработки речи в стандарте GSM

VAD Voice Activity Detection — детектор активности речи;

DTX (Discontinuous Transmission) — система прерывистой передачи речи Снижение требуемой скорости передачи цифрового потока приводит к ухудшению качества передаваемой речи. Наиболее низкая скорость передачи информации (1 — 3 кбит/с) требуется при использовании вокодеров. Однако при этом очень низкое качество речи. Звук приобретает «синтетический» характер.

Высокое качество речи при допустимом снижении требований к скорости передачи можно получить при использовании различных модификаций ИКМ, за счет усложнения аппаратуры. Для того, чтобы иметь высокое качество речи при передаче с относительно низкими скоростями, в GSM используется способ кодирования, объединяющий вокодеры и дифференциальную ИКМ. Такой способ получил название дифференциального кодирования.

Вокодерное преобразование основано на использовании особенностей человеческого голосового тракта. Голосовые связки генерируют некоторую частоту, которая модулируется горлом и ртом, как фильтром. Зная в каждый момент частоту и параметры фильтра можно восстановить (создать) требуемый звуковой сигнал.

В фиксированные промежутки времени голосовые органы человека не остаются в фиксированном положении, и возбуждения носят более комплексный характер, чем передаваемые характер возбуждения и период основного тона. Это приводит к значительному ухудшению качества.

Дифференциальная ИКМ учитывает корреляцию дискретных отсчетов АИМ-сигнала. При этом кодируются не сами дискретные отсчеты, а разность амплитуд поступившего и предыдущего дискретных отсчетов. Поскольку диапазон изменения амплитуд разности дискретных отсчетов меньше диапазона изменения амплитуд самих дискретных отсчетов, для их кодирования требуется меньшее число разрядов. Таким образом, дифференциальное кодирование подразумевает деление речевого сигнала на отрезки в 20 мс с предыдущим кодированием.

В стандарте GSM используется метод RPE-LTP (линейное предсказание с возбуждением регулярной последовательностью импульсов и долговременным предсказанием). Упрощенная блок-схема кодека представлена на рис. 3.

Рис. 3. Упрощенная блок-схема кодека речи в стандарте GSM

Работа кодера заключается в следующем.

Блок предварительной обработки осуществляет: предыскажение входного сигнала при помощи цифрового фильтра, подчеркивающего верхние частоты; разбиение сигнала на сегменты по 160 выборок (20 мс); взвешивание каждого из сегментов окном Хэмминга.

Далее для каждого 20-мс сегмента оцениваются параметры фильтра кратковременного ЛП — 8 коэффициентов частичной корреляции ki i=1−8 (порядок предсказания М=8), которые для передачи по каналу связи преобразуются в логарифмические отношения площадей ri, причем для функции логарифма используется кусочно-линейная аппроксимация.

Сигнал с выхода блока предварительной обработки фильтруется решетчатым фильтром-анализатором кратковременного ЛП, и по его выходному сигналу (остатку предсказания еn) оцениваются параметры длительного предсказания: коэффициент предсказания g и задержка d. При этом 160-выборочный сегмент остатка кратковременного предсказания еn разделяется на 4 подсегмента, по 40 выборок в каждом, и параметры g, d оцениваются для каждого из подсегментов в отдельности, причем для оценки задержки d для текущего подсегмента используется скользящий подсегмент из 40 выборок, перемещающийся в пределах предшествующих 128 выборок сигнала остатка предсказания еn. Сигнал еn фильтруется фильтром-анализатором ДП, а выходной сигнал последнего (остаток предсказания fn) фильтруется сглаживающим фильтром, и по нему формируются параметры сигнала возбуждения в отдельности для каждого из 40-выборочных подсегментов.

Сигнал возбуждения одного подсегмента состоит из 13 импульсов, следующих через равные промежутки времени (втрое большие, чем интервал дискретизации исходного сигнала), и имеющих различные амплитуды. Для формирования сигнала возбуждения 40 импульсов подсегмента сглаженного остатка fn обрабатываются следующим образом. Последний (40-ой) импульс отбрасывается, а первые 39 импульсов разбиваются на три последовательности: в первой — импульсы 1,4,…, 37, во второй — импульсы 2,5,…, 38, в третьей — импульсы 3,6,…, 39. В качестве сигнала возбуждения выбирается та из последовательностей, энергия которой больше. Амплитуды импульсов нормируются по отношению к импульсу с наибольшей амплитудой, и нормированные амплитуды кодируются тремя битами каждая при линейной шкале квантования. Абсолютное значение наибольшей амплитуды кодируется шестью битами в логарифмическом масштабе. Положение начального импульса 13-элементной последовательности кодируется двумя битами, т. е. номер последовательности, выбранной в качестве сигнала возбуждения для данного подсегмента.

Таким образом, выходная информация кодера речи для одного 20-миллисекундного сегмента речи включает параметры: фильтра кратковременного ЛП 8 коэффициентов логарифмического отношения площадей ri, i=1−8 — один набор на весь сегмент; фильтра ДП — коэффициент предсказания g и задержка d — для каждого из четырех подсегментов; сигнала возбуждения — номер последовательности n, максимальная амплитуда v, нормированные амплитуды bi, i=1−13, импульсов последовательности — для каждого из четырех подсегментов.

Всего для одного 20-мс сегмента речи передается 260 бит информации, т. е. кодер речи осуществляет сжатие информации почти в 5 раз (1280:260=4,92). Перед выдачей в канал связи выходная информация кодера речи также подвергается дополнительно канальному кодированию.

Декодер выполняет следующие операции. Блок формирования сигнала возбуждения, используя принятые параметры сигнала возбуждения, восстанавливает 13-импульсную последовательность сигнала возбуждения для каждого из подсегментов сигнала речи, включая амплитуды импульсов и их расположение во времени. Сформированный таким образом сигнал возбуждения фильтруется фильтром-синтезатором длительного предсказания. На его выходе получается восстановленный остаток предсказания фильтра-анализатора кратковременного ЛП, который фильтруется решетчатым фильтром-синтезатором кратковременного ЛП. Причем параметры фильтра предварительно преобразуются из логарифмических отношений площадей ri, в коэффициенты частичной корреляции ki. Выходной сигнал фильтра-синтезатора кратковременного ЛП фильтруется (в блоке пост-фильтрации) цифровым фильтром, восстанавливающим амплитудные соотношения частотных составляющих сигнала речи, т. е. компенсирующим предискажение, внесеннон входным фильтром блока предварительной обработки кодера. Сигнал на выходе пост-фильтра является восстановленным цифровым сигналом речи.

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 текст). 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 (мужщинами и женщинами) ряда фраз, которые прослушиваются на выходе тракта связи рядом экспертов-слушателей, выставляющих щценки 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 испытаний одними и теми же группами дикторов и экспертов-слушателей являются достаточно объективными, и на них основываются выводы и решения.

В табл. 1 приведены результаты оценки четырех типов кодеков. Близкие к шкале MOS результаты дает объективный метод оценки качества с использованием понятия кепстрального расстояния (Cepstrum Distance — CD).

Существует множество вариантов кодеков речи, из которых приходится выбирать кодек для ССС. Например, при разработке стандарта GSM были исследованы шесть типов кодеков, после чего выбор был остановлен на кодеке RPE-LTP. Работа по выбору типа кодека для стандарта GSMбыла завершена в 1988 г., а в 1089 г. был предложен метод VSEPL, принятый затем в стандарте D-AMPS. Работы по совершенствованию кодеков речи продолжаются и в настоящее время. Обоими стандартами (D-AMPS и GSM) предусмотрено введение полускоростного кодирования, которое сможет увеличить пропускную способность канала связи в два раза. В числе исследуемых вариантов для стандарта D-AMPS рассматривается возможность введения векторного квантователя параметров линейных спектральных пар с расщеплением и межкадровым предсказанием, а для стандарта GSM — использование метода кодирования CELP.

Таблица 1. Оценка кодеков речи по шкале MOS

Канальное кодирование

Задачи и методы канального кодирования. Основная задача кодера канала — помехоустойчивое кодирование (ПУК) сигнала речи, т. е. такое кодирование, которое позволяет обнаруживать и исправлять ошибки, возникающие при распространении сигнала по радиоканалу. ПУК осуществляется за счет введения в состав передаваемого сигнала избыточной (контрольной) иеформации. В сотовой связи ПУК реализуется в виде трех процедур — блочного кодирования (block coding), сверточного кодирования (convolutional coding) и перемежения (interleaving). Кроме того, кодер канала выполняет еще ряд функций: добавляет управляющую информацию, (которая также подвергается ПУК); упаковывает подготовленную к передаче информацию и сжимает ее во времени; осуществляет шифрование передаваемой информации, если это предусмотрено режимом работы аппаратуры.

Последовательность выполнения этих задач показана на блок-схеме.

При блочном кодировании входная информация разделяется на блоки, содержащие по к символов каждый, которые по определенному закону преобразуются кодером в n-символьные блоки, причем n>k. Отношение R = k/n называется скоростью кодирования и является мерой избыточности, вносимой кодером. При рационально построенном кодере меньшая скорость кодирования (т, е. большая избыточность) соответствует более высокой помехоустойчивости.

Повышению помехоустойчивости способствует также увеличине длины блока. Блочный кодер с параметрами n, k обозначается (n, k). Если символы входной и выходной последовательностей являются двоичными (т.е. состоят из одного бита каждый), то кодер называется двоичным. Именно двоичные кодеры используются в сотовой связи.

При сверточном кодировании K последовательных символов входной информациионной последовательности, по k бит в каждом символе, участвуют в образовании n-битовых символов выходной последовательности, n>k, причем на каждый символ входной последовательности приходится по одному символу выходной. Каждый бит выходной последовательности получается в результате суммирования по модулю 2 нескольких бит (от двух до Kk бит) K входных символов, для чего используются n сумматоров по модудю 2. Сверточный кодер с параметрами n, k, K обозначается (n, k, K). Отношение R=k/n, как и в блочном кодере, называется скоростью кодирования. Параметр K называется длиной ограничения; он определяет длину сдвигового регистра (в символах), содержимое которого участвует в формировании одного выходного символа.

Перемежение представляет собой такое изменение порядка следования символов информационной последовательности (т.е. перестановку), при которой стоявшие рядом символыы оказываются разделенными несколькими другими символами. Такая процедура предпринимается с целью преобразования групповых ошибок (пакетов ошибок) в одиночные ошибки, с которыми легче бороться с помощью блочного и сверточного кодирования.

Использование перемежения — одна из особенностей сотовой связи. Это является следствием неизбежных глубоких замираний сигнала в условиях многолучевого распространения. При этом группа следующих один за другим символов, попадающих на интервал замирания (провалв) сигнала, с большей вероятностью оказывается ошибочной. Если перед выдачей информационной последовательности в радиоканал она подвергается процедуре перемежения, а на приемном конце восстанавливается прежний порядок следования символов, то пакеты ошибок с большей вероятностью разбиваются на одиночные ошибки. Известно несколько различных схем перемежения и их модификаций — диагональная, блочная, сверточная и др. В основе схем, применяемых в сотовой связи, лежат первые две из них.

При диагональном перемежениии входная информация делится на блоки, а блоки — на субблоки, и в выходной последовательности субблоки, например, второй половины предыдущего блока чередуются с субблоками первой половины следуюего блока. При блочном перемежении входная информация также делится на блоки, по n субблоков (или символов) в каждом, и в выходной последовательности чередуются субблоки k последовательных блоков. Общим недостатком обеих рассмотренных схем является жесткая периодичность следования переставленных символов в пределах интервала перемежения. Этот недостаток может быть устранен, но за счет сложной схемы перемежения.

Канальное кодирование в стандарте GSM. В стандарте GSM 260 бит информации, кодирующих параметры 20-мс сегмента речи разделяются на два класса: класс 1 — 182 бита, защищаемые помехоустойчивым кодированием, и класс 2 — оставшиеся 78 бит, которы передаются без помехоустойчивого кодирвания. Из 182 бит класса 1 выделяются 50 наиболее существенных бит, составляющих подкласс 1a, которые подвергаются более мощному кодированию, а остальные 132 бита класса 1 составляют подкласс 1b и кодируются слабее. К подклассу 1a относятся параметры фильтра кратковременного ЛП и часть информации о параметрах фильтра ДП, к подклассу 1b — часть информации о параметрах сигнала возбуждения и оставшаяся информация о параметрах фильтра ДП. К классу 2 относится оставшаяся информация о параметрах сигнала возбуждения.

Информация подкласса 1a кодируется блочным кодом, обнаруживающим ошибки , — укороченным систематическим циклическим кодом (53, 50), дающим 3-битовый код четности. Затем вся информация класса 1 переупаковывается, располагаясь в следующей последовательности: биты с четными индексами, код четности подкласса 1a, биты с нечетными индексами в обратной последовательности, четыре добавочных нулевых бита — всего 189 бит. Эти 189 бит подаются на сверточный кодер (2, 1, 5) со скоростью кодирования R=½ и длиной ограничения K= В результате 378 бит с выхода сверточного кодера вместе с 78 битами класса 2 составляют 456 бит, т. е. поток информации речи на выходе кодера равен 456 бит/20 мс, или 22,8 кбит/c. Структурная схема канального кодирования изображена на рис. 4.

При декодировании информации речи также сначала выполняется сверточное декодирование информации класса 1, и при этом исправляются ошибки в пределах возможностей кода свертки. Затем по коду четности проверяется наличие остаточных ошибок в информации подкласса 1a, и, если такие ошибки обнаруживаются, информация данного сегмента не идет в последующую обработку, а заменяется интерполированной информацией смежных сегментов.

Перед выдачей в канал связи закодированная информация речи также подвергается перемежению. В стандарте GSM используется сложная схема блочно-диагонального перемежения. 456 бит информации одного 20-миллисекундного сегмента речи разбиваются на 8 подсегментов, и 57 бит одного подсегмента распределяются между смежными восемью подсегментами таким образом, что после перемежения смежными с каждым конкретным битом оказываются соответствующие ему по положению биты, отстовшие от него до перестановки на 4 сегмента, причем на четные и нечетные (после перестановки) битовые позиции подсегмента ставятся биты из смежных сегментов.

Рис. 4. Структурная схема канального кодирования Алгоритм перемежения обладает свойствами квазислучайности, так что смежные биты исходной последовательности оказываются разделенными непостоянным числом бит, что является преимуществом в борьбе с периодическими битовыми ошибками.

После перемежения 456 бит информации одного сегмента распределяются по одноименным слотам четырех последовательных кадров канала трафика — два поля по 57 бит в слоте (рис. 2.37), и каждое 57-битовое поле снабжается дополнительным скрытым флажком, помечающим информацию речи (в отличие от информации управления канала FACCH, который кодируется иначе).

Информация KУ подвергается блочному и сверточному кодированию в полном объеме. Для кодирования информации каналов SACCH, FACCH, FCCH, PCH, AGCH, SDCCH используется блочный кодер (224, 184), сверточный кодер (2, 1, 5), и та же схема перемежения, что и для КТ. В каналах RACH, SCH используются другие схемы блочного кодирования, а также сверточные кодеры (2, 1, 5), отличающиеся от сверточных кодеров перечисленных ранее КУ. При ПД используются более сложные схемы сверточного кодирования и перемежения, обеспечивающие более высокое качество передачи информации.

Длительность слота КТ, с учетом добавления вспомогательной и служебной информации (рис. 2.37), составляет 156,25 бит, и, так как информация одного 20-мс сегмента речи занимает по одному слоту в четырех последовательных кадрах, результирующий поток информации составляет 625 бит/20 мс, или 31,25 кбит/с. Эта информация сжимается во времени в 8 раз, так что на протяжении одного кадра длительностью 4,615 мс передается информация восьми временных слотов (рис. 2.36), в результате чего частота битовой последовательности возрастает до 250 кбит/с. На каждые 12 кадров КТ, несущих информацию речи добавляется по одному кадру с информацией управления канала SACCH (кадры 13 и 26 мультикадра). Таким образом, частота информационной битовой последовательности на выходе кодера канала составляет 270,833 кбит/с.

Заключение

Повсеместное использование сотовых систем связи не могло не сказаться на системах охраны. Возможности, предоставляемые операторами сотовой связи все активнее используются в системах охраны. Также можно видеть, что GSM каналы связи еще не исчерпали лимит своего развития. На сегодняшний день беспроводные охранные системы на базе GSM получили широкое распространение благодаря их относительно невысокой стоимости и простоте установки и эксплуатации. Сотовая сеть стандарта GSM-900/1800 обеспечивает лучшее качество связи и уже развернута в большинстве городов России и стран СНГ.

Системы, использующие GSM-связь, позволяют осуществить охрану любых объектов, в том числе и нетелефонизированных. Использование GSM избавляет от необходимости развертывать свою сеть ретрансляторов — используются ретрансляторы GSM-операторов. Вследствие этого можно брать под охрану объект везде, где уверенно работает сеть GSM-оператора.

Однако существенным недостатком подобных систем является низкая помехозащищенность. Не секрет, что GSM-канал легко подавить, «GSM глушилки» находятся сегодня в свободной продаже, да и работа сети GSM не всегда отличается высокой стабильностью и может отказать в самый неподходящий момент. Хотя последние разработки позволяют полностью контролировать GSM-канал, оперативно менять частоты, что заметно повышает помехозащищенность Оптимально использовать GSM-канал в качестве дублирующего или дополнительного к проводным или другим радиоканальным системам. Огромный плюс GSM-систем — возможность самим клиентом контролировать состояние объекта и управлять его охраной.

1. Адрианов В. И. Сотовые, пейджинговые и спутниковые средства связи / В. И. Адрианов, А. В. Соколов. — СПб.: BHV — Санкт-Петербург; Арлит, 2001.

2. Громаков, Ю. А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи / Ю. А. Громаков. — М.: Эко-Трендз, 1998.

3. Урядников Ф. Ю. Сверхширокополосная связь. Теория и применение / Ф. Ю. Урядников С.С. Аджемов. — М.: СОЛОН-Пресс, 2005. — 368 с. — (Серия «Библиотека студента»)

4. Адрианов В. И. Средства мобильной связи / В. И. Адрианов, А. В. Соколов. — СПб.: BHV — Санкт-Петербург, 1998.

5. Ратынский М. В. Основы сотовой связи / М. В. Ратынский. — М.: Радио и связь, 1998.

6. Федеральный закон Российской Федерации от 7.07.2003 г. «О связи» .

7. Билинкис В. Д. Методы оценки технического уровня и конкурентоспособности продукции: Учебное пособие — Воронеж: ВГТУ, — 2002. — 118 с.

8.. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики: Учеб. пособие Волков Л. Н., Немировский М. С., Шинаков Ю. С. (2009 г)

9. Красс М. С. Математика для экономических специальностей: Учебник. — 4 — е изд., испр. — М.: Дело, 2003. — 704 с.

10. Системы и сети передачи информации: Учеб. пособие для вузов / М. В. Гаранин, В. И. Журавлев, С. В. Кунегин. — М.: Радио и связь, 2001. — 336 с.