Tehnici și Algoritmi de Codare

PRESCURTĂRI

1. INTRODUCERE

O temă des cercetată în telefonia mobilă este eficienţa spectrală, care deobicei are înţelesul de densitatea spectrului alocat. Cel mai influient factor în determinarea eficienţei spectrale este dimensiunea celulei. Micro-celulele reutilizează spectrul alocat peste o arie geografică mai mică si acestea sint un sistem care gestionează mai eficient spectrul. Pentru o dimensiune a celulei stabilă şi o alocare de bandă dată, există un set de sub-sisteme, cum ar fi sistemele care codează vorbirea, codoarele de canal, intercaloarele, modulatoarele care au un rol important în determinarea numărului de utilizatori pe care îi poate gestiona. Prin reducera vitezei (ratei de bit) la codarea semnalului vocal sau prin reducerea capacităţii de codare necesară, pot fi mărite eficienţa spectrală şi numărul de utilizatori.

Pentru codoarele semnalului vocal în telefonia mobilă Pan-Europeană CCITT a stabilit ca viteza de transmisie să fie de 16kb/s. Această valoare corespunde unui număr minim de canale codate şi a fost considerată pragul minim al vitezei de codare care poate asigura o calitate mulţumitoare a semnalului vocal cît mai apropiată de semnalul original. Pe de altă parte, această viteză este uşor de implementat în structurile monolitice (în cipuri). Pe aceleaşi principii au fost proiectate pentru sistemul de telefonie mobilă Pan-Europenă, codorul semnalului vocal, excitatorul cu puls regulat (RPE), codorul cu predicţie liniară, excitatorul multi-impuls (MPE) şi codoarele sub-bandă (SBC).

Următoarea fază pentru sistemul GSM la care se mai lucrează încă este aceea de a obţine aşa numita viteză la jumătate, care să redea o calitate a vorbirii bună la o viteză de 8kb/s. Cel mai bun este codorul cu predicţie liniară (CELP).

În sistemele radio mobile pot fi utilizate alte coduri pentru codarea semnalului vocal. Cînd lăţimea de bandă a micro-celulelor sau a pico-celulelor devine liberă, se pot utiliza coduri mai simple:

- modulaţia delta (DM)

- modulaţia în puls (PCM)

- modulaţia diferenţială (DPCM).

Aceste coduri sînt ieftin de implementat, au întîrzieri minime şi consum

mic din puterea semnalului. Utilizînd modulaţia delta adaptivă (ADM) la viteze de cod de 32kb/s se obţine o calitate mai bună a semnalului vocal. Sistemul care foloseşte ADM consumă mai puţină putere din puterea semnalului şi conferă o siguranţa mai mare a transmisiei.

Codarea vorbirii este vitală în determinarea vitezei (ratei de bit) şi în reconstituirea calitativă a semnalului vocal. De aceea vom trata cu deosebit interes în această lucrare:

- modulaţia delta (DM)

- modulaţia în puls (PCM)

- modulaţia diferenţială (DPCM)

care au fost tratate pe larg de Javant & Hall, Flanagan, precum şi de Rabiner şi Schafer.

Ne vom îndrepta atenţia în special asupra codării la viteza de 4 - 16kb/s, care sînt vitezele folosite acum în telefonia mobilă. Dintre codurile simple care se potrivesc celulelor mici vom descrie modulaţia delta.

CAP I.

TEHNICI ŞI ALGORITMI DE CODARE

TEHNICI DE CODARE

Tehnica de codare utilizează trei clase de bază:

- generatorul de forme de undă

- sursă de coduri

- coduri hibride.

Generatorul de coduri acceptă semnale vocale analogice şi le codează în

semnale digitale prioritare pentru transmisie.

Decodoarele realizează procesul de recuperare al semnalului de la emisie. În absenţa erorilor, semnalele recuperate la recepţie au forme asemănătoare cu cele de la emisie. Principiul decodoarelor este acela de a obţine o replică a semnalului original pentru a se obţine o calitate excelentă a semnalului vocal. În practică procesul de codare introduce zgomot de cuantizare, care este o distorsiune a formei de unda. Acesta este de obicei mic şi nu afectează calitatea semnalului vocal.

Codoarele sînt de o complexitate scăzută, ceea ce le face să aibă un cost de implementare suficient de mic. Ele pot să codeze şi alte semnale, cum ar fi:

- semnale de ton

- alte semnale în banda vocală

- semnale muzicale (cu cîteva limitări, deoarece nu se poate transmite toată banda semnalului muzical pe un canal de transmisiuni vocale).

Cel mai simplu codor este codorul cu modulaţie în impuls (PCM), unde semnalul vocal este eşantionat la viteza Nyquist. Fiecare eşantion este reprezentat printr-un număr binar în care este inclusă şi cuantizarea zgomotului.

Modulaţia logaritmică a impulsului a fost standardizată de CCITT să lucreze la viteza de 64kb/s. Eşantioanele sînt compresate aproximativ logaritmic şi codate binar cu prioritate în transmisie. La recepţie, decodorul binar este urmat de un expander logaritmic, care are rolul de a recupera semnalul vocal.