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1、第8讲 语音编码及传输技术主要内容一、语音编码技术二、信道编码三、交织编码四、均衡技术五、调制解调技术六、分集接收七、语音间断传输八、功率控制九、移动性管理一、话音编码技术nGSM系统的无线传输标准载频间隔：200KHz；通信方式：全双工，FDD；信道分配：每载频8个时隙，包含8个全速信道，16个半速信道；调制方式：GMSK，高斯滤波最小频移键控；接入方式：FDMA+TDMA；话音编码：规则脉冲激励线性预测编码RPELTP 13kbit/s；GSM 语音处理过程 话音编码的概念n定义定义q要将模拟的话音信号转换为二进制的数字信号，此技术称要将模拟的话音信号转换为二进制的数字信号，此技术称为话音
2、编码技术。到了接收端，再将收到的数字信号还原为话音编码技术。到了接收端，再将收到的数字信号还原为模拟话音，称为话音解码。为模拟话音，称为话音解码。n要求要求q编码速率低编码速率低q语音质量高语音质量高q编解码时延要短编解码时延要短q能适应衰落信道的传输，即抗误码性能要好能适应衰落信道的传输，即抗误码性能要好q算法的复杂程度要适中，应易于大规模电路集成。算法的复杂程度要适中，应易于大规模电路集成。 话音编码的分类n波形编码q波形编码是将时间域信号直接变换为数字代码，力图使重建语音波形保持原语音信号的波形形状。 q语音质量好等优，编码速率高，如PCMqPCM 30/32系统的传输速率 8bit/时
3、隙 32时隙/帧 8000帧/S2.048 Mbit/S话音编码的分类n参量编码q参量编码是通过对语音信号特征参数的提取和编码，力图使重建语音信号具有尽可能高的可靠性，即保持原语音的语意。 q低速率语音编码，语音质量中等，如线性预测编码（LPC） n混合编码q混合编码是将波形编码和参量编码组合起来，保持波形编码的高质量和参量编码的低速率，在416kbit/s速率上能够得到高质量的合成语音。q多脉冲激励线性预测编码（MPLPC）、规则脉冲激励线性预测编码（RPE-LPC）、码激励线性预测编码（CELP）。 GSM-R的话音编码技术nGSM-R系统采用系统采用规则脉冲激励规则脉冲激励长期预测编码（
4、长期预测编码（RPE-LTP）。 q话话音音编编码码器器以以20ms为为单单位位，经经压压缩缩编编码码后后输输出出260bits。话话音音编编码码器器输输出出的的比比特特流流中中包包括括：LPC+LTP参参数数，速速率率为为3.6kbit/s；RPE参参数数，速速率率为为9.4kbit/s。因因此，话音编码器的输出比特此，话音编码器的输出比特速率是速率是13kbit。二、信道编码n信道编码信道编码q是在数据发送之前，在信息码元中再加入一些冗余是在数据发送之前，在信息码元中再加入一些冗余码元（也称监督码元或校验码元），用来供接收端码元（也称监督码元或校验码元），用来供接收端检出或纠正信息在信道中
5、传输时产生的误码。检出或纠正信息在信道中传输时产生的误码。 二、信道编码n分类分类q分组编码分组编码q卷积编码卷积编码三、交织编码n 在在移移动动通通信信过过程程中中，由由于于衰衰落落、干干扰扰等等因因素素经经常常会会造造成成连连续续比特差错比特差错的发生。的发生。n 信道编码信道编码 单个差错和不太长的差错串单个差错和不太长的差错串n 交织编码交织编码 分散连续错误，然后再利用信道编码对其纠错。分散连续错误，然后再利用信道编码对其纠错。交织编码n 第一次交织第一次交织q将将由由信信道道编编码码后后提提取取出出的的 456bit 组组成成 857 的的矩矩阵阵，横横向向写写入入交交织织矩矩阵阵
6、，然然后后，纵纵向向读读出出，即即可可取取出出8帧帧每每帧帧57bit的的数数据流。据流。交织编码n 第二次交织第二次交织q为为了了进进一一步步分分散散突突发发错错误误，还还须须在在两两个个话话音音帧帧间间再再进进行行一一次次交交织织，即块间交织。即块间交织。 四、均衡技术n 在在带带宽宽受受限限的的数数字字信信道道中中，多多径径效效应应会会造造成成码码间间干干扰扰产产生生误码，均衡就是一项用来克服码间干扰的技术。误码，均衡就是一项用来克服码间干扰的技术。n 所所谓谓均均衡衡就就是是接接收收端端的的均均衡衡器器产产生生与与信信道道特特性性相相反反的的特特性性，用用来来抵抵消消由由于于多多径径效
7、效应应引引起起的的码码间间干干扰扰，改改善善系系统统传传输输的的可可靠性。靠性。四、均衡技术n 均衡原理均衡原理q均均衡衡器器通通常常采采用用训训练练模模式式来来估估计计信信道道的的特特性性，在在传传输输之之前前先先获获得得信信道道畸畸变变以以及及衰衰减减特特性性，然然后后利利用用这这些些信信息息去去纠纠正正接接收收到到的的信号。信号。q训训练练模模式式是是在在传传输输用用户户信信息息之之前前先先发发送送一一个个训训练练序序列列，这这个个训训练序列对于接收端是已知的或者是一个伪随机序列。练序列对于接收端是已知的或者是一个伪随机序列。q当当接接收收端端的的接接收收器器收收到到训训列列序序列列后后
8、与与原原始始的的已已知知信信号号做做比比较较，以以此此获获得得信信道道特特性性信信息息，再再根根据据这这些些信信息息通通过过一一定定的的算算法法对对后后面接收到的信息进行解调。面接收到的信息进行解调。 五、调制解调技术将要发送的信号“加载”到高频信号上的过程称为“调制”。从加载有原始信号的高频信号上将原始信号提取出来的过程称为“解调”。调制器发送信号发送信号载波信号载波信号已调信号已调信号信 道解调器还原信号还原信号载波信号载波信号已调信号已调信号n调制技术的作用q适应信道特性q便于天线的制作q实现多路复用n按照调制信号的形式，调制可分为模拟调制和数字调制。q模拟调制是利用输入的模拟信号直接调
9、制（或改变）载波的振幅、频率或相位，从而得到调幅（AM）、调频（FM）或调相（PM）信号。调制解调技术q数字调制是利用数字信号来控制载波的振幅、频率或相位。数字调制的基本类型分为幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。调制解调技术q此外，还有许多由基本调制类型改进或综合而获得的新型调制技术，如MSK、GMSK、QPSK、QAM、OFDM等。qGSM-R的调制方式是 0.3GMSK。GMSK为高斯最小频移键控，0.3表示高斯滤波器的带宽和比特率之间的关系。调制解调技术nGMSK优点q具有较强的抗干扰、抗衰落的能力。q带宽窄。q带外衰减大，带外辐射小。六、分集接收技术n分集接收
10、是分集接收是解决多径衰落解决多径衰落的一种技术。的一种技术。n分集接收是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独分集接收是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。信号电平起伏的办法。n通常接收端的信噪比可以提高通常接收端的信噪比可以提高 20dB30dB。分集接收技术n分集接收分集接收q频率分集频率分集：是指承载相同信息的信号用多个载波传送，频：是指承载相同信息的信号用多个载波传送，频率间隔应该大于等于信道的相干带宽。率间隔应该大于等于信道的相干带宽。q时间分集时间分集：用不同的时隙来传送承
11、载相同信息的信号。连：用不同的时隙来传送承载相同信息的信号。连续时隙的间隔要大于信道的相干时间。续时隙的间隔要大于信道的相干时间。q空间分集空间分集：采用多个天线进行接收，使每个天线之间相隔：采用多个天线进行接收，使每个天线之间相隔半波长的整数倍。半波长的整数倍。q极化分集极化分集：使用多种极化方式传输同一信号。：使用多种极化方式传输同一信号。非连续发送（DTX） n概念概念 Discontinuous Transmission不连续发送。在一个通信过程中，其实移动用户仅有很少的时间用于通话，大部分时间都没有传送话音消息。如果将这些信息全部传送给网络的话，这不但会对系统资源造成浪费而且会使系统
12、内的干扰加重。 所以利用语音编码器检测到话音间隙后，在间隙期不发送，这就是所谓的不连续发送。通话时进行13KB/s编码，停顿期用500b/s编码发送舒适的噪声。非连续发送（DTX） n话音传输有两种方式：一种是无论用户是否讲话，话音总是连续编码（每20ms一个话音帧）。另一种是非连续发送方式DTX（Discontinuous Transmission）：在话音激活期进行13kbps编码，在话音非激活期进行500bps编码。每 480 ms 传输一个舒适噪声帧。26功控是什么？功控是什么？为什么要功控？为什么要功控？功控目的n功率控制：功率控制：根据需要调整基站与手机的发射功率。n依据：依据：手
13、机和基站上报的测量报告。n目的：目的：在保证通话质量的情况下，降低发射功率，从而降低整网干扰、减少功耗。 27功控分类n功率控制分为上行功率控制和下行功率控制，上下行控制独立进行。q上行功控：上行功控：调整MS的输出功率，使BTS获得稳定接收信号强度，以减少对同邻频的干扰，降低移动台功耗。q下行功控：下行功控：调整BTS输出功率，使MS获得稳定接收信号强度，减少同邻频干扰，降低基站功耗。功率控制的目的及意义：功率控制的目的及意义：n 1、功率控制从用户感知来说：可以明显感觉到手机电池的利用时间感觉到通话质量的好坏n 2、功率控制从网络指标来说：功率控制可以减少网络的内部干扰从下行来说：主要是频
14、率资源不够引起的带内下行干扰从上行来说：主要是由于高话务量引起的上行干扰，表现为上行通话质量差。功率控制可以很大程度的影响网络的KPI.由于频率资源有限，话务量的增高，功率控制运用不当会引起干扰，导致网络的KPI下降。功率控制时间提前量TAnTATA就是就是Timing Advance Timing Advance ，时间提前量。，时间提前量。n在通信过程中，如移动台在呼叫期间向远离基站的方向上移动，因而从基站发出的消息将越来越迟的到达移动台。与此同时，移动台的应答信息也会越来越迟的到达基站.如不采取措施，该时延长至当基站收到该移动台在本时隙上发送的消息会与基站在其下一个时隙收到的另一个呼叫信
15、息重叠起来，而引起干扰。 n在呼叫进行期间，移动台发给基站的测量报告头上携带有移动台测量的时延值，而基站必须监视呼叫到达的时间，并在下行信道上以480ms一次的频率向移动台发送指令，指示移动台提前发送的时间，这个时间就是TA（时间提前量）。nTA的值域是063（0233s），它被GSM定时提前的编码063bit所限，使GSM最大覆盖距离为35km，计算如下： 1/2*3.7us/bit*63bit*c=35km 其中，3.7s/bit为每bit时长（156/577），63bit为时间调整最大比特数，c为光速（信号传播速度）。1/2考虑了信号的往返。 GSM定时提前TA的编码是在063之间。n根
16、据上述，1bit对应的距离是554m，由于多径传播和MS同步精度的影响，TA误差可能会达3bit左右（1.6km)。 nGSM小区的无线覆盖半径最大可达到35km。 时间提前量时间提前量TA超长覆盖技术n在某些情况下，需要基站能覆盖更远的地方，比如在沿海地区，覆盖较大范围的一些海域或岛屿。这种覆盖在GSM 中是能实现的，代价是须减少每载频所容纳的信道数，办法是仅使用Ts为偶数的信道（因为Ts0必须用做BCCH），空出奇数的Ts，来获得较大的保持时间，TA最大可取219。n即基站的最大覆盖半径为： 3.7us(63+156.25)3108m/s2=120km 一、越区切换一、越区切换二、位置管理二、位置管理第七节 移动性管理与控制谢谢大家！
