Файл: Тематический план Темы лекций Классификация тс. Телевещание. Системы персонального вызова, стандарты pocsag, ermes, flex. Транкинговые (зоновые) системы связи.doc

Процесс преобразования сигналов в мобильной станции

Преобразование речи

Формирование сигналов начинается с процесса преобразования речевого сигнала в цифровую форму.

Процедура преобразования происходит в речевом кодере. Для стандарта GSM выбран речевой кодер RPE-LTP (кодер с регулярным импульсным возбуждением и линейным кодированием с предсказанием) с долговременным прогнозирующим устройством от MPE-LTP кодером, что позволило снизить скорость передачи до 13 Кбит/с (с 14,77 Кбит/с).

Уменьшение скорости до 13 Кбит/с достигается тремя этапами:

• 
  линейным кодированием с предсказанием;
  
• 
  долговременным предсказанием;
  
• 
  регулярным импульсным возбуждением.
  

Диапазон входных амплитуд разбивается на сегменты. Затем в процессе анализа вычисляются 8 коэффициентов r(i), которые представляются как уровни. Затем в процессе долговременного предсказания каждый сегмент выравнивается до уровня следующих друг за другом сегментов речи.

Кодеры с линейным предсказанием извлекают существенные для восприятия характеристики речи непосредственно из временной формы сигнала. Такой кодер анализирует речевой сигнал для получения меняющейся во времени модели возбуждения речи образующего тракта.

Восемь коэффициентов r(i) кодируются и передаются со скоростью 3,6 Кбит/с, периодическая последовательность фрагментов передается со скоростью 9,4 Кбит/с. Общая скорость передачи составляет 3,6 + 9,4 Кбит/с. Таким образом, обработка речи производится по кадрам длительностью 20 мс. За время кадра при анализе вычисляются 93 значения параметров, которые передаются каждые 20 мс цифровым потоком со скоростью 13 Кбит/с.

Кодер распознает при анализе речи различные звуки речи и передает с генератора синусоидальный сигнал во всем диапазоне речевых частот.

В речевом декодере сигнал восстанавливается по откликам последовательности регулярного импульсного возбуждения.

Система DTX управляет детектором активности речи VAD (Voice Activity Detector), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и шума без речи, даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи, рисунок 6.11.

декодер


Рисунок 6.11 - Структурная схема процессов обработки речи в стандарте GSM.

---

Канальное кодирование

Речевой кодер передает каждые 260 бит информационной последовательности со скоростью v = 13 Кбит/с на схему канального кодирования. Первые 182 бита этого кадра (биты 1-го класса) защищаются с помощью блочного кода. Для этого биты 1-го класса разделяются дополнительно на 50 бит класса 1а и 132 бита класса 1б, рисунок 6.12.

Рисунок 6.12 – Структура формирования сигнала
Блочный код представляет собой систематический циклический код (53,50).

В соответствии с принятым правилом формирования системного кода, ключ SW закрыт на время первых 50 тактовых импульсов, а информационные биты, поступающие на вход кодирующего устройства, одновременно поступают на блок переупорядочения и формирования 3 бит проверки на четность, рисунок 9.11.

После 50 тактовых импульсов переключатель SW срабатывает, и биты проверки на четность поступают из кодирующего устройства.

Рисунок 9.11 – Структурная схема циклического кодера.


Рисунок 9.12 – Структура формирования сигнала.
Далее проводится первый шаг перемежения: биты с четными индексами собираются в первой части информационного слова, затем идут 3 бита проверки на четность, затем собираются биты с нечетными индексами и переставляются. Затем следуют 4 нулевых бита, которые нужны для формирования кода, исправляющего случайные ошибки в канале, рисунок 9.13.


Рисунок 9.13 – Структура формирования сигнала.
Затем 189 бит кодируются сверточным кодом. Сверточный код является непрерывным. В основу положен принцип формирования проверочных разрядов путем суммирования по модулю «2» каждого информационного разряда с некоторым набором предыдущих разрядов. К информационному разряду добавляются 2 проверочных, полученных в процессе формирования, рисунок 9.14, таблица 9.2.


Рисунок 9.14 – Схема сверточного кодера
Таблица 9.2

Входная информация	Содержимое ячеек
	1	2	3
0	0	0	0
1	1	1	0
0	0	1	1
1	1	1	1
0	0	1	0

---

После сверточного кодирования общая длина кадра составит 456 бит, рисунок 9.15.

Рисунок 9.15 - Структура формирования сигнала
После этого кадр из 456 бит делится на восемь 57-битовых подблоков, рисунок 9.16 .

B0

B1

B2

B3

B4

B5

B6

B7

Рисунок 9.16 – Структура формирования сигнала.
Затем подблоки подвергаются диагональному и внутрикадровому перемежению, разбиваются на пакеты и пакеты перемежаются.

Формирование TDMA-кадра

В результате этих преобразований каждый отсчет уровня исходного аналогового сигнала представляется в виде зашифрованного сообщения, состоящего из 114 бит – двух самостоятельных блоков по 57 бит, рисунок 3.14, разделенных между собой эталонной (обучающей) последовательностью 26 бит. При приеме этой последовательности определяется характер искажений в тракте распространения сигнала, и характеристики приемника формируются уже применительно к конкретным условиям работы в данный момент времени.

По обучающей последовательности производят настройку эквалайзера. Временной интервал пакета имеет длительность 0,577 мс. В его состав кроме двух блоков по 57 бит и обучающей последовательности включается:

• 
  2 концевых комбинации TB (Tail Bits) по 3 бита каждая;
  
• 
  2 контрольных бита, разделяющих зашифрованные биты сообщения;
  
• 
  защитный интервал GP (Guard Period) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита.
  

Это означает, что интервал NB содержит 156,25 бит, а длительность одного бита составляет 3,69 мкс.


Рисунок 3.14 – Структура формирования сигнала.
Каждый интервал кадра обозначается от 0 до 7, т.е. в одном кадре одновременно могут передаваться 8 речевых каналов. Физический смысл временных интервалов, которые иначе называются окнами, - это время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком соответствующим речевому сообщению или данным.

Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов

---

, размещаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения. Общая длительность одного TDMA-кадра составляет 4,615 мс.

В общем виде временная диаграмма процесса передачи выглядит следующим образом, рисунок 3.15.

Для передачи информации по каналам управления и связи, подстройки несущих частот, обеспечения временной синхронизации и доступа к каналу связи используются пять видов временных интервалов (окон):

• 
  NB (Normal Burst) — нормальный временной интервал;
  
• 
  FB (Frequency correction Burst) — временной интервал подстройки частоты;
  
• 
  SB (Synchronisation Burst) — интервал временной синхронизации;
  
• 
  DB (Dummy Burst) — установочный интервал;
  
• 
  А
  В (Access Burst) — интервал доступа.
  

Рисунок 3.15 - Структура кадров сигнала в стандарте GSM.

При передаче по одному разговорному каналу в стандарте GSM используется нормальный временной интервал NB (пакет) длительностью 0,577 мс, который включает в себя:

• 
  114 бит зашифрованного сообщения;
  
• 
  две концевых комбинации ТВ (Tail Bits) по 3 бита каждая;
  
• 
  два контрольных бита, разделяющих зашифрованные биты сообщения и эталонную последовательность;
  
• 
  защитный интервал GP (Guard Period) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита.
  

Это означает, что интервал NB содержит 156,25 бит, а длительность одного бита составляет 3,69 мкс.

Временной интервал подстройки частоты содержит 142 нулевых бита, две концевых комбинации ТВ и защитный интервал. Повторяющиеся временные интервалы подстройки частоты образуют канал установки частоты (FCCH). Интервал временной синхронизации SB используется в подвижной станции для синхронизации работы аппаратуры. Он состоит из синхропоследовательности длиной 64 бита и двух зашифрованных блоков (по 39 бит каждый), несущих информацию о номере TDMA-кадра и идентификационном коде базовой станции. Этот интервал передается вместе с интервалом установки частоты. Повторяющиеся интервалы синхронизации образуют так называемый канал синхронизации (SCH).

Установочный интервал DB обеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей структуре установочный интервал совпадает с нормальным временным интервалом NB. Различие их состоит в том, что интервал DB содержит установочную последовательность длиной 26 бит и в нем отсутствуют контрольные биты. Интервал доступа АВ обеспечивает разрешение доступа подвижной станции к новой базовой станции, Он содержит большой защитный интервал GP длительностью 252 мкс (68,25 бита), две концевых комбинации ТВ (по 3 бита каждая), синхропоследовательность длиной 41 бит и 36 зашифрованных бит. Большой защитный интервал (252 мкс) обеспечивает возможность связи с подвижными абонентами в сотах радиусом до 35 км, поскольку он перекрывает время распространения

---

радиосигнала в прямом и обратном направлениях, которое может составлять при этом до 233,3 мкс.

Передача информации при временном разделении каналов осуществляется в составе TDMA- кадра. Каждый временной интервал этого кадра обозначается номером от 0 до 7, т. е. в одном кадре одновременно могут передаваться 8 речевых каналов. Физический смысл временных интервалов, которые иначе называются окнами, — это время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком, соответствующим речевому сообщению или данным. Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, размещаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения. Общая длительность одного TDMA-кадра составляет 4,615 мс. Из ТDМА-кадров составляются мультикадры. Для организации различных каналов связи и управления в стандарте GSM используются два вида мультикадров:

• 
  состоящие из 26 TDMA-кадров;
  
• 
  состоящие из 51 ТDМА-кадра.
  

Длительность одного мультикадра первого вида равна 120 мс, второго - 235,385 мс. Из 51 мультикадра первого вида (по 26 кадров) или из 26 мультикадров второго вида (по 51 кадру) составляется суперкадр длительностью 6, 12 с (1326 ТОМА- кадров). 2048 суперкадров составляют 1 гиперкадр, содержащий 2715648 TDMA- кадров, Длительность 1 гиперкадра составляет 3 ч 28 мин 53 с 760 мс. Необходимость такой большой длительности гиперкадра обусловлена требованиями применяемого процесса криптографической защиты, в котором номер кадра используется как входной параметр шифрования. Однако даже без дополнительного шифрования прослушивать разговоры практически невозможно.

Одной из особенностей формирования сигналов в стандарте GSM является использование медленных скачков по частоте в процессе сеанса связи – SFH (Slow Frequency Hopping). Главное назначение таких скачков – обеспечение частотного разнесения в радиоканалах, функционирующих в условиях многолучевого распространения радиоволн. Медленные скачки частоты используются во всех подвижных сетях, что повышает эффективность кодирования и перемежения при медленном движении абонентских станций.

Принцип формирования медленных скачков по частоте состоит в том, что сообщение, передаваемое в выделенном абоненту временном интервале TDMA-кадра 0,577 мс, в каждом последующем кадре передается (принимается) на новой фиксированной частоте, рисунок 3.16. В соответствии со структурой кадров, время для перестройки частоты составляет около 1 мс.

---