Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние канала связи 13
1.1. Электромагнитные помехи и их источники 13
1.2. Индустриальные помехи 15
1.2.1. Помехи от систем зажигания 16
1.2.2. Помехи от высоковольтных линий электропередач 17
1.2.3. Помехи от контактной сети железных дорог 19
1.2.4. Помехи от аппаратуры дуговой сварки 19
1.3. Затухание радиоволн на пути распространения сигнала 20
1.3.1. Распространение радиоволн над поверхностью Земли 21
1.3.2. Изменение спектра принимаемого сигнала при движении объекта 26
1.3.3. Дифракция радиоволн на острых краях 27
1.3.4. Изменения напряженности поля в городских районах 29
1.3.5. Зависимость мощности сигнала от расстояния 30
1.3.6. Зависимость затухания сигнала от частоты 35
1.3.7. Зависимость мощности принятого сигнала от высоты антенны 37
1.3.8. Влияние листвы 41
1.3.9. Затухание сигнала в туннелях 42
1.3.10. Поправочный коэффициент для пригородных зон и открытой местности 46
1.3.11. Влияние холмистой, наклонной и водной поверхности на распространение радиоволн 47
1.4. Помехи естественного происхождения 51
1.4.1. Влияние грозовых разрядов 51
1.4.2. Влияние дождя и атмосферы 56
1.5. Вычисление среднего значения мощности сигнала 57
1.6. Взаимные помехи 62
1.6.1. Влияние соседних частотных каналов 62
1.6.2. Влияние соседней соты ; 65
1.7. Помехоустойчивость приема 71
1.7.1. Модуляция в стандарте gsm 71
1.7.5. Расчет помехоустойчивости приема 75
1.8. Выводы 78
Глава 2 . Сжатие речи. Программное моделирование системы связи стандарта GSM 80
2.1. Восприятие звука человеком 80
2.2. Сжатие речи 85
2.3. Принцип работы речевого кодека 90
2.4. Блок циклического кодирования 97
2.5. Блок переупорядочения 100
2.6. Блок сверточного кодирования 101
2.6.1. Схема получения сверточного кода 101
2.6.2. Схема декодирования сверточного кода 103
2.7. Блок перемежения 107
2.8. Блок шифрования ; 108
2.9. Информационный tdma-кадр 111
2.10. Выводы 112
Глава 3. Критерии оценки качества речевого сигнала 114
3.1. Субъективные оценки качества речи 114
3.1.1. Оценка качества речи по гост р 50840-95 115
3.1.2. Оценка качества mos 120
3.2. Объективные оценки качества речи 123
3.2.1. Оценка качества psqm 125
3.2.2. Оценка качества pesq 129
3.3. Определение зависимости между значением слоговой артикуляции и значением pesq 4 134
3.4. Определение числа испытаний 139
3.5. Выводы 142
Глава 4. Оценка эффективности методов кодирования при передачи речи 143
4.1. Речевой кодек 143
4.2. Циклический код 148
4.3.сверточныйкод .153
4.4. Перемежение 156
4.5. Оценка помехозащищенности системы в целом 162
4.6. Выводы 166
Выводы 167
Список литературы
- Помехи от высоковольтных линий электропередач
- Принцип работы речевого кодека
- Оценка качества речи по гост р 50840-95
- Оценка помехозащищенности системы в целом
Введение к работе
В большинстве исследований помехозащищенности радиосвязи обычно за критерий помехозащищенности принимается величина отношения интегральных значений сигнала и помехи на выходе приемного устройства либо значение вероятности ошибки в канале на символ (для цифровых каналов связи). Такая величина может служить достаточным критерием для высококачественных трактов вещания или для трактов, в которых конечным приемником является тот или иной прибор, реагирующий на разность интегральных значений сигнала и помехи. Для телефонных трактов такая оценка не может являться достаточной. Особенно существенно это в тех случаях, когда требуется определение "пороговых" соотношений сигнал/помеха, необходимых для достаточно точного определения реальной дальности действия, зоны мешающего действия и т.п., которые являются важными характеристиками системы сотовой связи. При решении подобных вопросов особенно ощущается недостаточность исследования помехозащищенности канала связи, объясняемая тем, что затруднительно определить связь между величиной отношения сигнал/помеха и разборчивостью речи, тем более, что в качестве сигнала обычно применяется кодированный сигнал, значительно отличающийся от речевых сигналов.
В настоящее время для потребителя голосовой услуги основным критерием оценки качества телефонного тракта служит величина разборчивости речи. Разборчивость речи не является единственным критерием оценки качества телефонной связи, но для большинства практических случаев считается достаточным.
Безусловно, что и оценка качества помехозащищенности цифрового телефонного тракта сотовой связи также может и должна производиться по величине разборчивости речи.
Другие оценки помехозащищенности для телефонных трактов дают лишь приближенные данные, а в отдельных случаях могут оказаться слишком далекими от действительности и даже неверными.
Оценка степени помехозащищенности может производиться:
по величине разборчивости речи при наличии заданной помехи;
по отношению величин разборчивости речи в отсутствии заданной помехи и при наличии её;
по отношению сигнал/помеха(или эквивалентному отношению вероятности ошибки на символ), при котором величина разборчивости речи, передаваемой через тракт, равна заданной норме.
Каждая из этих величин дает частную характеристику помехозащищенности тракта. Так, первая величина характеризует абсолютную помехозащищенность тракта, но не определяет способность его противостоять действию помехи, т.е. его помехоустойчивость. Вторая определяет помехоустойчивость для данной помехи. Третья определяет допустимую величину помехи для заданного качества связи.
Очевидно, что для полной оценки помехозащищенности необходимо определять все указанные характеристики. Это можно легко сделать, если будут определены зависимости разборчивости речи от величины помех (или от меры, определяющей относительную величину помех, например, отношения сигнал/помеха или вероятность ошибки на символ) и статистики распределения помех.
Цель работы: разработка критериев оценки качества речи, передаваемой по цифровым каналам связи, определение разборчивости
7 речи от уровня помех в канале связи на примере речевого канала цифровой сотовой системы телефонной связи стандарта GSM-900/1800.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:
Исследование процедур оценки качества речи, определение зависимостей между различными методами оценки качества речи.
Оценка состояния канала связи, а именно: рассмотреть различные виды помех, присутствующие в канале связи, определить источники помех, оказывающие значительное влияние на передаваемый сигнал и оценить степень их влияния. При организации широкоразветвленной сети сотовой связи, то есть при использовании большего количества базовых и мобильных станций на ограниченных площадях, возможны взаимные помехи от станции текущей соты, а также от станций соседних сот. Вследствие этого, для наиболее точного определения ряда данных, необходимых для эксплуатации, в частности данных о максимально допустимых размерах соты и минимальном расстоянии между сотами, использующими одинаковые частотные каналы, необходимо определить помехозащищенность канала связи с учетом вероятных шумов и помех.
Разработка программной модели речевого канала цифровой сотовой системы телефонной связи стандарта GSM-900/1800, включающую все этапы преобразования сигнала, с возможностью их отключения для проведения исследований: уменьшение избыточности речи, кодирование циклическим кодом, кодирование сверточным кодом, перемежение, шифрование. Необходимо определить эффективность процедур кодирования и перемежения и их влияние на качество речи.
Важнейшей задачей данной работы является определение зависимости разборчивости речи от уровня помех. Для этого был
8 использован экспериментальный метод измерения разборчивости речи (артикуляции) согласно ГОСТ Р 50840-95. Так как проведение подобных измерений в реальной сети громоздко и неудобно, то для исследования применялась специально созданная программная модель речевого канала системы сотовой телефонной связи стандарта GSM-900/1800, которая будет подробно рассмотрена далее. Эта модель позволяет воспроизводить условия работы речевого канала системы сотовой телефонной связи стандарта GSM-900/1800 при различных ошибках в канале связи. Также, модель позволяет включать/отключать используемые в стандарте GSM-900/1800 процедуры кодирования и перемежения, что позволило определить не только помехозащищенность телефонного канала в целом, но и помехоустойчивость каждой процедуры кодирования и перемежения.
Определить необходимые данные для реальных систем аналитическим путем не представляется возможным вследствие отсутствия практически пригодного для этих целей математического аппарата. Поэтому единственно пригодным является экспериментальный путь, вполне осуществимый при исследовании определенного типа приемных устройств.
Методы исследования
Поставленные задачи решены с использованием моделирования информационных систем, теории случайных процессов, теории дискретной передачи аналоговых сигналов, теории помехоустойчивого кодирования, теории шифрования, акустики.
Научная новизна
Создана программная модель передачи данных стандарта GSM. Произведена оценка зависимости субъективного качества речи от коэффициента сжатия речевого кодека, используемого в стандарте GSM. Произведена оценка эффективности алгоритмов помехоустойчивого
кодирования, используемых в системе связи GSM с точки зрения влияния на субъективное качество речи.
Впервые определена зависимость между значением объективной оценки качества речи и субъективной оценки разборчивости речи.
Впервые произведена оценка субъективного качества речи, переданной по каналу связи стандарта GSM в зависимости от вероятности ошибки в канале связи и закона распределения ошибок в канале связи.
Практическая значимость
Модель позволяет разработчикам изменять помеховую обстановку в канале при моделировании системы связи.
Модель позволяет отключать и/или изменять этапы преобразования сигнала, что позволяет исследовать существующие и новые алгоритмы сжатия и помехоустойчивого кодирования речевого сигнала.
Использование зависимости между объективными и субъективными оценками качества речи позволяет разработчикам цифровых телефонных сетей связи и службам технической поддержки оценивать субъективное качество речи с меньшими трудозатратами.
Найденная зависимость между вероятностью ошибки в канале связи стандарта GSM и значением субъективной оценки качества речи позволяет разработчикам сетей стандарта GSM и службам технической поддержки оценивать субъективное качество речи по величине вероятности ошибки в канале связи.
Положения, выносимые на защиту
Анализ субъективных и объективных оценок качества речи.
Оценка состояния канала связи стандарта GSM.
Оценка зависимости субъективного качества речи от коэффициента сжатия речевого кодека, используемого в стандарте GSM.
Оценка эффективности алгоритмов помехоустойчивого кодирования, используемых в системе связи GSM с точки зрения влияния на субъективное качество речи.
Оценка субъективного качества речи, переданной по каналу связи стандарта GSM в зависимости от вероятности ошибки в канале связи и закона распределения ошибок в канале связи.
Внедрение
Результаты диссертационной работы использованы при тестировании каналов связи в НПО им. С.А. Лавочкина, а также в учебном процессе кафедры ИУ-3 МГТУ им. Н.Э.Баумана, что подтверждено соответствующими актами о внедрении.
Публикации
По материалам диссертации опубликованы две научные статьи.
В первой главе произведен анализ состояния канала связи, рассмотрены различные виды помех, препятствующие качественному приему радиосигналов. Можно сделать вывод, что основными источниками помех для радиосигналов систем мобильной связи на частотах 900-1800 МГц, значительно затухающего с расстоянием, являются: помехи от соседних частотных каналов и помехи от соседних базовых станций.
Подробно описана модуляция сигналов в системе GSM - 900, произведен расчет помехоустойчивости приема частотно модулированного сигнала.
Во второй главе подробно описана программная модель речевого канала, разработанная для определения влияния процедур кодирования на
качество речи. Модель включает следующие процедуры с возможностью их отключения:
Уменьшение избыточности речи в речевом кодеке
Кодирование циклическим кодом для обнаружения ошибок в наиболее
важных разрядах
Кодирование сверточным кодом для борьбы с одиночными ошибками
Перемежение для преобразования пакетов ошибок в одиночные
ошибки
Шифрование для защиты от несанкционированного доступа
Формирование кадра
Передача сигнала в канал связи
Прием сигнала и выполнение обратных преобразований
В третьей главе описаны различные оценки качества речевого сигнала. В настоящее время существует два основных класса методов оценки качества (разборчивости) речи: субъективные методы и объективные методы. Субъективные методы определяют качество речи при помощи дикторских тестов. Такие методы являются наиболее точными и достоверными, т.к. качество речи определяется непосредственно человеком, однако платой за высокую точность являются большие затраты как в человеческих, так и во временных ресурсах. Описаны следующие субъективные методы оценки качества речи:
измерение разборчивости речи артикуляционным методом согласно
ГОСТ Р 50840-95,
оценка качества MOS (Mean Opinion Score) согласно рекомендации
Р.800 Международного союза электросвязи (МСЭ-Т).
Объективные методы основаны на модели восприятии звука человеком, на выходе таких методов получается оценка, предсказывающая значение субъективных методов. Объективные методы оценки качества речи достаточно легко автоматизировать, поэтому в последнее время они получили большое распространение.
Метод объективной оценки качества PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality - воспринятая оценка качества речи), был разработан МСЭ-Т как рекомендация Р.862 после тестирования нескольких различных объективные методов оценки качества и принят в 2001 году как стандарт измерения качества речи.
Произведены эксперименты для определения зависимости между значением PESQ и значением слоговой артикуляции, измеренным в соответствии с ГОСТ Р 50840-95, определены границы классов качества речи в зависимости от значения PESQ.
В четвертой главе описаны эксперименты для определения эффективности методов кодирования, используемых в стандарте GSM 900/1800 и влияния их на качество речи, а также помехоустойчивость системы в целом при различных видах ошибок в канале связи: одиночные ошибки, пакетные ошибки фиксирований длины и с геометрическим распределением длины пакетов. Определены границы классов качества речи в зависимости от вероятности ошибки в канале связи и длины пакетов ошибок.
*
Помехи от высоковольтных линий электропередач
Наиболее распространенными источниками мощных индустриальных электромагнитных помех являются высоковольтные линии электропередач (ЛЭП). [26,28,33] В настоящее время протяженность ЛЭП напряжением 35... 800 кВ составляет порядка 500000 км, из которых почти половина приходится на долю высоковольтных линий (ВЛ) 220...300 кВ и около 5% на долю ВЛ 500 кВ и выше.
Высоковольтные линии электропередачи, находясь в рабочих и аварийных режимах, являются источниками ЭМП.
Причиной возникновения помех от линий электропередачи являются переходные процессы, вызываемые электрическими разрядами, которые хаотически возникают на поверхностях проводников и изоляторов линии. Импульсные токи, появляющиеся при таких разрядах, распространяются вдоль линии, которая может выступать либо в качестве коаксиального волновода (в этом случае поток энергии ограничивается внутренним проводом и оплеткой), либо в качестве одиночной линии над земной поверхностью.
Емкостной эффект ЛЭП совместно с нелинейными свойствами элементов, входящих в энергетическую систему (трансформаторы с насыщенным магнитопроводом), могут стать причиной квазистационарных перенапряжений в линии, а сама линия — источником электромагнитных помех не только с промышленной частотой 50 Гц, но и гармоник с частотным диапазоном ОД ... 150 кГц и выше. Наибольшие амплитуды имеют гармоники в диапазоне тональных частот 0,1 ...3,5 кГц. Эти гармоники достигают особенно больших значений в трехфазных линиях передачи переменного тока, питающих установки с выпрямителями (электротяговые подстанции постоянного тока, мощные радиостанции, электроплавильные печи и т. п.). Исследования режимов работы трехфазных ЛЭП с напряжением от 35 до 500 кВ при различных токах нагрузки показали, что линейные или фазовые напряжения и токи, а также токи нулевой последовательности в системах с глухозаземленной нейтралью содержат гармоники с большими амплитудами в диапазоне частот 100...3500 Гц.
Существенное влияние на работу РЭС в диапазоне частот 0,3 150 кГц и выше также оказывают высоковольтные линии постоянного тока из-за наличия в них пульсации. Так как рабочее напряжение таких линий между проводами составляет от 400 кВ и выше, гармоники напряжения в них имеют амплитуду несколько киловольт, а гармоники тока, особенно в тональном диапазоне частот, достигают нескольких десятков ампер и могут стать причиной возникновения электромагнитных помех.
Близкой по своим помехосоздающим свойствам к ЛЭП является контактная сеть железных дорог [33]. В нашей стране электрифицированные железные дороги работают на постоянном и однофазном переменном токе промышленной частоты. В зависимости от назначения для электрификации железных дорог постоянным током применяют напряжение 600 ... 800 В для городского транспорта (трамвай, метрополитен) и 3300 В для магистральных железных дорог. При электрификации железных дорог переменным током напряжение контактной сети составляет 25 кВ.
При питании электровозов переменно-постоянного тока от контактной сети переменного тока в ней, так же как и в ЛЭП, имеющей связь с нагрузкой, содержащей выпрямительные элементы, трансформаторы и т. п. будут присутствовать помимо основной промышленной частоты гармоники от 0,1 до 150 кГц. В виду того, что гармоники тока в контактной сети достигают десятков и сотен ампер, контактная сеть переменного тока является серьезным источником электромагнитных помех.
Аппаратура дуговой сварки создает помехи очень высокого уровня. Только тот факт, что в пределах каждого локального района одновременно может работать, как правило, лишь незначительное количество таких аппаратов, не делает эту аппаратуру основным источником индустриальных помех [33]. Спектры помех, возникающих при работе аппаратуры различной конструкции, не совпадают друг с другом. Результаты измерений, проведенных с большим числом аппаратов разной конструкции, показали наличие трех широких резонансных полос, центры которых соответствуют частотам 750 кГц, 3 МГц и 20 МГц. Спектр излучения каждого отдельно взятого аппарата не обязательно включает в себя все три резонансные полосы.
Принцип работы речевого кодека
Поскольку подвижные объекты сконцентрированы в основном в больших городах и соответствующие радиослужбы находятся в этих районах, то целесообразно взять в качестве основы для сравнения среднюю напряженность поля, измеренную в квазигладком городском районе, а затем выразить результаты измерения в пригородной зоне и открытой области в виде отклонений от выбранного эталона. В городской среде напряженность поля зависит от высот антенн на подвижном объекте и на центральной станции, от частоты сигнала, расстояния от передатчика, а также ширины и ориентации улиц. Средняя напряженность поля в квазигладком городском районе практически непрерывно изменяется с частотой, высотой антенны и расстоянием, тогда как влияние других факторов более сложно.
Следует проявлять осторожность при использовании нестрогого понятия "квазигладкая область" в случае городского района, так как не только в разных городах, но даже в пределах одного города может существенно изменяться высота зданий и ширина улиц. Однако, как увидим далее, существует много примеров, показывающих неизменность некоторых характеристик распространения радиоволн в сложной среде. Для оценки сложной ситуации прежде всего подробно исследуем результаты измерений напряженности поля в городском районе, а уже потом разовьем методы статистического оценивания для других зон распространения сигнала.
Одна из фундаментальных проблем в изучении распространения радиоволн состоит в описании процесса ослабления мощности сигнала при удалении приемной станции от передатчика [61]. Очевидно, что уровень сигнала будет заметно флуктуировать (даже при фиксированном среднем рэлеевских замираний) из-за изменения высоты зданий, ширины улиц и характера местности. Если, однако, рассмотрим поведение медианных значений мощности принимаемых сигналов, то обнаружим, что уровень сигнала уменьшается быстрее, чем растет расстояние между подвижным объектом и центральной станцией.
На рис. 1.5 представлены зависимости мощности принимаемого сигнала от расстояния, полученные независимо друг от друга различными исследователями для трех городов: Нью-Йорка, Филадельфии и Токио. Все измерения были проведены на частотах, близких к 900 МГц, и с достаточно высоко расположенным передатчиком центральной станции. Измерения показали следующие особенности: резкое падение медианного значения мощности сигнала с увеличением расстояния и большее затухание сигнала по сравнению с соответствующим затуханием в свободном пространстве. Измерения позволяют считать, что мощность сигнала примерно одинаково изменяется в различных городах.
Примеры зависимостей потерь при распространении радиоволн от расстояния. Мощность сигнала по отношению к уровню в О дБм дана для свободного пространства на расстоянии 1 км. A: f=836 МГц; ht =150 м, Филадельфия; В: f=900 МГц; ht =137 м, Нью-Йорк; С: f =922 МГц; ht = 140 м, Токио
Скорость уменьшения уровня сигнала с расстоянием не изменяется существенно с увеличением высоты антенны. Однако подъем антенны центральной станции приводит к уменьшению затуханий сигнала по сравнению с затуханием в свободном пространстве. Результаты измерений этих параметров сигнала на частотах 922 и 1920 МГц, проведенных в Токио, представлены на рис. 1.6 и рис. 1.7.
Медианное значение мощности сигнала в городских условиях при различных высотах антенн; Мощность сигнала по отношению к уровню в 0 дБм дана для свободного пространства на расстоянии 1 км. f =922 МГц; hm=3 м
Зависимость затухания медианного значения мощности сигнала от расстояния приведена на рис. 1.8. Измерения проводились на частотах 452, 922, 1430 и 920 МГц при высоте антенны 140м. При увеличении расстояния до 15 км мощность сигнала относительно ее значения в свободном пространстве падает со скоростью, примерно пропорциональной расстоянию до антенны центральной станции. Соотношения между мощностью сигнала и высотой антенны при заданном расстоянии представлены на рис. 1.9. Если расстояние между антеннами лежит в пределах от 1 до 16 км, то затухание медианного значения мощности сигнала уменьшается с расстоянием от величины, приблизительно обратно пропорциональной четвертой степени расстояния при очень малых высотах антенны центральной станции, до величины, лишь незначительно меньшей соответствующего значения для свободного пространства при достаточно больших высотах антенны центральной станции. Если же расстояние между антеннами превышает 40 км, то затухание сигнала происходит очень быстро.
Оценка качества речи по гост р 50840-95
Измерения производит бригада операторов [20] (дикторы и аудиторы), не имеющие явных дефектов речи и слуха, в возрасте от 18 до 30 лет, в составе которой должно быть не менее трех дикторов (двух мужчин и одной женщины) и трех аудиторов. Состав бригады аудиторов произвольный. Аудиторы могут быть дикторами.
Перед проведением измерений бригада операторов должна пройти специальное обучение (тренировку), путем прослушивания слоговых артикуляционных таблиц.
Бригаду операторов рекомендуется обучать в два этапа. На первом этапе обучения операторы знакомятся со структурой речевого материала, осваивают технику его произношения, а также адаптируются к восприятию речи, искаженной в испытуемом тракте (аппаратуре) в соответствующих акустических условиях.
Чтение слогов осуществляется диктором ровным голосом, четко, но без подчеркивания отдельных звуков с постоянным уровнем речи, который контролируется шумомером на испытательной фразе: "Не видали мы такого невода". Слоги следует читать в следующем ритме: 1 слог в (3 ± 0,3) с. Диктор должен выдерживать постоянный ритм речи на протяжении чтения всей таблицы.
Аудитор записывает принятые слоги в бланк, форма которого приведена ниже:
Таблица № Дата Диктор Тип тракта Аудитор Уровень шума, дБ Если аудитор не понял переданного слога, он прочеркивает соответствующую пронумерованную строку в бланке принятых слогов.
На втором этапе тренировки проводится цикл измерений при использовании испытуемого тракта.
Цикл измерений включает в себя прием всеми аудиторами от всех дикторов по 5к таблиц, где к = 1,2,3... Пятерки таблиц должны иметь номера 1-5,6-10,11-15 и т.д. Использование при измерении неполной пятерки не допускается. Слоговые таблицы с одинаковыми номерами должны использоваться не чаще одного раза в неделю. Для каждого измерения вычисляется среднее значение разборчивости (S) по формуле: где Si - результат измерения, % (диктор - таблица - аудитор); N - число измерений. Вычисляют среднее квадратическое отклонение (СКО) по формуле: Примечание: допускается вычисление взамен СКО среднего арифметического отклонения по формуле:
Результаты измерений, для которых \St -S\ 2c или 5,-5 2R, исключаются и производится вычисление нового среднего значения по формуле: і N-k 5 = - - где Sj - результат измерения, % (диктор - таблица - аудитор); N - число измерений; к - число исключенных измерений.
Тренировку считают законченной при достижении бригадой стабильных результатов измерения разборчивости (повторяемость значений средней разборчивости по бригаде в течение 2-3 дней).
Аудиторы, результаты которых имеют систематическое отклонение от средних значений по бригаде более, чем на величины, указанные в таблице, подлежат замене или исключению из бригады.
Время работы бригады должно быть не более 4 часов за один день. После приема пяти таблиц делается перерыв 5-10 минут. Общее число таблиц за одно измерение до 40.
При работе в акустических шумах бригада приступает к измерениям спустя 5-Ю минут после пребывания в условиях шума. Общее число таблиц - 30 (при уровне шума 80-100 дБ) и 20 (при уровне шума более 100 дБ). Существуют следующие классы качества речи, приведенные в таблице 9. [19]
Опыты, проведенные по оценке предельной разборчивости [7], показали, что полная потеря связи соответствует D < 60%, с другой стороны, удовлетворительная разборчивость фраз имеет место при D > 75%. Учитывая это, примем за величину предельной разборчивости Jmin = 70%, что соответствует D = 77% и S = 46%. В особо тяжелых условиях работы (очень высокий уровень шумов) можно допустить уменьшение D до 70% (среднее значение разборчивости IV класса), при этом речь разбирается с трудом, передача идет с переспросами и повторениями.
Оценка помехозащищенности системы в целом
Необходимо определить субъективную оценку качества речи, переданной по системе передачи данных стандарта GSM в зависимости от вероятности ошибки в канале связи.
Величина вероятности ошибки в канале связи принята в стандарте GSM за основную величину оценки качества канала связи. Как было показано выше, каждый информационный кадр (временной интервал NB) содержит 114 разрядов зашифрованных данных и 26 разрядов псевдослучайной последовательности. С помощью этой последовательности производится оценка вероятности ошибки в канале связи. Вероятность ошибки в канале связи используется при оценке зоны покрытия радиосвязью, при вхождении абонента в сеть, при выполнении процедуры "эстафетной передачи" абонента из одной соты в другую, при определении задержек распространения сигнала между базовой и подвижными станциями для оценки дальности связи. Эта информация необходима для того, чтобы пакеты данных от разных подвижных станций не накладывались при приеме на базовой станции. Поэтому, удаленные на большее расстояние подвижные станции должны передавать свои пакеты раньше станций, находящихся в непосредственной близости от базовой станции.
Выше были определены значения слоговой артикуляции в зависимости от вероятности ошибки на символ в канале связи и закона распределения пакетов ошибок при использовании сверточного кодирования и перемежения в системе связи. Учитывая влияние циклического кодирования, получаем окончательные зависимости слоговой артикуляции от вероятности ошибки в канале связи.
На графиках рисунка 57 и в таблице 17 приведены значения слоговой артикуляции и границы классов качества речи согласно ГОСТ в зависимости от вероятности ошибки в канале связи и характера ошибок Таким образом, для более качественной оценки разборчивости « речи, переданной по цифровому каналу связи GSM-900/1800, необходимо і не только определять вероятность ошибки в канале связи, но и определять закон распределения ошибок.
Определена эффективность методов кодирования, используемых в стандарте GSM 900/1800 и влияния их на качество речи, а также помехоустойчивость системы в целом при различных видах ошибок в канале связи: одиночные ошибки, пакетные ошибки фиксирований длины и с геометрическим распределением длины пакетов. Определены границы классов качества речи в зависимости от вероятности ошибки в канале связи и длины пакетов ошибок.
Проанализированы возможные пути по увеличению коэффициента сжатия кодека, не изменяя основного алгоритма сжатия. Проведено исследование качества восстановленной речи.
Проведены эксперименты по определению эффективности циклического кода с точки зрения влияния его на качество речи. Максимальный выигрыш от использования циклического кода составляет 2-3 % слоговой разборчивости. Это не позволяет существенно улучшить качество речи, т.к. не происходит переход в "лучший" класс качества.
Проведены эксперименты по определению качества речи после исправления ошибок сверточным кодом, использование сверточного кода позволяет существенно улучшить качество речи, так как происходит переход в лучший класс качества.
Предложен метод автоматической оценки качества передачи речи по каналу связи стандарта GSM, основанный на использовании тестовой последовательности, который может использоваться для автоматической оценки качества речи в эксплуатируемых сетях связи стандарта GSM.
