手機(jī)通信補(bǔ)充材料class課件

1、移動(dòng)電話通信原理補(bǔ)充1.1 蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)概述1.2 數(shù)字通信流程1.3 多址接入一、基本概念 起源于美國(guó)的貝爾系統(tǒng) 模擬移動(dòng)通信系統(tǒng):AMPS、TACS、CMTS、NMT 蜂窩與微蜂窩技術(shù)：高容量、小區(qū)、頻率復(fù)用 PSTN、MTSO（MSC）、BSS、MS1.1 蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)概述移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與PSTN連接漫游二、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)基本組成市話局交換子系統(tǒng)NSS基站子系統(tǒng)BSS操作維護(hù)系統(tǒng)OMSMS固定電話網(wǎng)移動(dòng)通信系統(tǒng)二、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)基本組成信道化 擴(kuò)頻通信 保密、抗干擾3、數(shù)字信號(hào)射頻化 無線電波攜帶信息的手段相位、頻率、幅度 一級(jí)調(diào)制QPSK、GMSKIQ信號(hào)高頻電磁波多址技術(shù)即區(qū)分信道或用

2、戶的技術(shù)，使眾多的用戶共用公共的通信線路，擴(kuò)大了通信容量實(shí)現(xiàn)多址的基本方法：Frequency Division Multiple AccessTime Division Multiple AccessCode Division Multiple Access實(shí)際中混合多址1.3 多址接入頻分多址頻分多址是將給定的頻譜資源劃分為若干個(gè)等間隔的頻道(或稱信道)供不同的用戶使用頻道互不重疊，其寬度僅能傳輸一路話音或數(shù)據(jù)信息相鄰信道無明顯串?dāng)_一般情況是，基站的發(fā)射頻率高，其接收頻率低任意兩個(gè)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信都必須經(jīng)過基站的中轉(zhuǎn) 無線廣播第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)FDMA的頻道劃分方法 時(shí)分多址TDMA是

3、將每個(gè)頻帶信道分割成若干個(gè)時(shí)隙（時(shí)間片），然后把每個(gè)時(shí)隙再分配給每個(gè)用戶方法：把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙無論是幀或時(shí)隙都是互不重疊的TDMA系統(tǒng)根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使移動(dòng)臺(tái)和基站之間在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙進(jìn)行通信不同的移動(dòng)臺(tái)共用一個(gè)頻率，但各個(gè)移動(dòng)臺(tái)占用的時(shí)間不同，即各移動(dòng)臺(tái)占用不同的“時(shí)隙”，分時(shí)通信第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)TDMA示意圖碼分多址不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來區(qū)分，而是用不同的編碼序列來區(qū)分，或者說，靠信號(hào)的不同波形來區(qū)分從頻域或時(shí)域觀察，CDMA信號(hào)是相互重疊的！CDMA的關(guān)鍵是所用擴(kuò)頻碼有多少個(gè)不同的互相正交的碼序列，就有多少個(gè)

4、不同的地址碼，也就有多少個(gè)碼分信道TDMA、FDMA的特點(diǎn)是為提高通信容量盡力壓縮帶寬；而CDMA不是擴(kuò)頻通信技術(shù)CDMA示意圖END中的語音編碼技術(shù)分析(2009-04-01 10:38:00)標(biāo)簽：雜談 隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了一種基于的電話新業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)。（ ，基于的語音通信）也稱為電話，是建立在上的新型數(shù)字化傳輸技術(shù)。的使用，可以極大地降低用戶的通信費(fèi)用，而互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展也促進(jìn)技術(shù)的迅猛發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)電話的成功開發(fā)和應(yīng)用，預(yù)示了以為基礎(chǔ)的新一代信息網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，積極地探索和跟蹤這項(xiàng)新技術(shù)無疑具有十分重要的意義。 語音編碼的原理為使網(wǎng)絡(luò)電話能夠可靠地進(jìn)行語音通信，必須解決好兩個(gè)問題：一是在保

5、證一定話音質(zhì)量的前提下盡可能地降低編碼比特率，二是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保證一定的通話質(zhì)量。前者正是我們要探討的語音編碼技術(shù)，同一段語音信號(hào)，采用不同的編碼方式，其編碼后的比特率各不相同。那么如何對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼從而達(dá)到降低語音信號(hào)的比特率呢？ 利用了語音信號(hào)的相關(guān)性語音信號(hào)主要存在兩方面的冗余度，即語音信號(hào)幅度分布的非均勻性和樣本之間的相關(guān)性。非均勻性表現(xiàn)為小幅度語音信號(hào)出現(xiàn)的概率大而大幅度語音信號(hào)出現(xiàn)的概率小，非均勻量化技術(shù)正是針對(duì)語音信號(hào)的這一特點(diǎn)而提出的，例如編碼算法；樣本之間的相關(guān)性表現(xiàn)為樣本點(diǎn)之間的短時(shí)相關(guān)性和相鄰基音周期之間的長(zhǎng)時(shí)相關(guān)性，利用語音信號(hào)的相關(guān)性，可以在實(shí)現(xiàn)低速率編碼時(shí)，

6、也能保持較高的語音編碼質(zhì)量，例如線性預(yù)測(cè)算法就是利用這一原理。 利用了人耳的聽覺特性人耳對(duì)語音信號(hào)的聽覺特性表現(xiàn)在個(gè)方面：一是人耳對(duì)語音信號(hào)的分辨率有限；二是人耳對(duì)語音信號(hào)某些失真不是很敏感；三是人耳的掩蔽效應(yīng)。低速率高品質(zhì)語音編碼算法的實(shí)現(xiàn)就是基于人耳的這些聽覺特性，既可以保證人耳感覺不到語音質(zhì)量的下降，又降低了語音編碼速率。 靜音壓縮測(cè)試表明，人在正常談話時(shí)，有左右是靜音，而靜音信息只需很少幾個(gè)參數(shù)（字節(jié)/幀）來表示。靜音編碼主要由兩個(gè)算法組成：語音檢測(cè)（ ）和柔和噪聲再生（ ）。是用來檢測(cè)輸入的信號(hào)是實(shí)際語音信號(hào)還是背景噪聲。如果檢測(cè)到是語音信號(hào)，則對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行固定速率的編碼；如果輸入

7、信號(hào)被檢測(cè)為背景噪聲，編碼器則對(duì)其進(jìn)行低速率編碼。的作用是在話音信號(hào)的接收端重構(gòu)背景噪聲。在編碼器中引入靜音壓縮技術(shù)后，實(shí)際的平均編碼速率要小于/，可以達(dá)到 /以下。網(wǎng)絡(luò)電話中已被廣泛使用的線性預(yù)測(cè)合成分析編碼就是基于此項(xiàng)原理的應(yīng)用。 語音編碼技術(shù)的分類根據(jù)語音編碼的發(fā)展過程，我們把該技術(shù)歸納為以下類： 波形編碼（或稱為非參數(shù)編碼）波形編解碼器基本上不考慮信號(hào)是如何產(chǎn)生的，而直接將輸入的模擬信號(hào)抽樣編碼，然后將量化后的樣值傳送到終端，在終端原始信號(hào)被重組到與原信號(hào)大致接近的程度。因此波形編碼方式是能夠忠實(shí)地表現(xiàn)波形的編碼方式。由于這類編碼器通常將語音信號(hào)作為一般的波形信號(hào)來處理，所以它具有適應(yīng)

8、能力強(qiáng)、話音質(zhì)量好、抗噪抗誤碼的能力強(qiáng)等特點(diǎn)，它最大的缺點(diǎn)是同其他的編解碼器相比，它要使用大量的帶寬，當(dāng)波形編解碼器用于低帶寬時(shí)，話音質(zhì)量下降得非?？臁Ｃ}沖編碼調(diào)制（）、自適應(yīng)增量調(diào)制（或編碼）、自適應(yīng)差分編碼（）、自適應(yīng)預(yù)測(cè)編碼（）、自適應(yīng)子帶編碼（）、自適應(yīng)變換編碼（）等都屬于波形編碼。 參數(shù)編碼（或稱為模型編碼或聲碼化編碼）參數(shù)編碼是根據(jù)聲音的形成模型，把聲音變換成參數(shù)的編碼方式。其基本方法是通過對(duì)語音信號(hào)特征參數(shù)的提取及編碼，力圖使重建語音信號(hào)具有盡可能的可懂性，即保持原語音的語義。而重建的信號(hào)波形同原語音信號(hào)的波形可能會(huì)有相當(dāng)大的差別。由于參數(shù)編碼是保護(hù)語聲模型，重建清晰可識(shí)別的語聲

9、，而不注重波形的擬合，所以這類編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的是合成語聲質(zhì)量下的低速或極低速的編碼。參數(shù)編碼的優(yōu)點(diǎn)是：編碼速率低，編碼速率通常小于/，可以低至 /；缺點(diǎn)是：合成語音質(zhì)量差，特別是自然度較低，連熟人之間都不一定能聽出講話人是誰。另外，這類編碼器對(duì)講話環(huán)境噪聲較敏感，需要安靜的講話環(huán)境才能給出較高的可懂度，且時(shí)延大。線性預(yù)測(cè)編碼（）、多帶激勵(lì)（）編碼、余弦變換編碼（）均屬參數(shù)編碼。 混合編碼混合編碼是將波形編碼與參數(shù)編碼結(jié)合而產(chǎn)生的一種編碼方式。采用線性技術(shù)構(gòu)成聲道模型，不只傳輸預(yù)測(cè)參數(shù)和清濁音信息，而是將預(yù)測(cè)誤差信息和預(yù)測(cè)參數(shù)同時(shí)傳輸，在接收端構(gòu)成新的激勵(lì)減去激勵(lì)預(yù)測(cè)參數(shù)構(gòu)成的合成濾波器，使得合成

10、濾波器輸出的信號(hào)波形與原始語聲信號(hào)的波形最大程度地?cái)M合，從而獲得自然度較高的語聲?；旌暇幋a克服了原有波形編碼器與聲碼器的弱點(diǎn)，結(jié)合了它們的優(yōu)點(diǎn)，在/ /速率上能夠得到高質(zhì)量合成語音，在本質(zhì)上具有波形編碼的優(yōu)點(diǎn)，有一定抗噪和抗誤碼的性能，但時(shí)延較大。多脈沖線性預(yù)測(cè)編碼（）、規(guī)則脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（）、碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（）、低時(shí)延的碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（）等都屬于混合編碼。 中常用語音編碼算法的性能分析和比較 協(xié)議是在電路交換電話網(wǎng)中普遍使用的一種波形編解碼算法。以作為抽樣頻率，如果使用統(tǒng)一量化方式，話音中通用的信號(hào)層次的每一個(gè)樣本就要比特來表示，這就產(chǎn)生了/的比特速率。如果使用不統(tǒng)一的量化方式

11、，表示一個(gè)樣本只需要比特。通常被稱為（脈沖編碼調(diào)制）。有律和律兩個(gè)變型，兩者之間的區(qū)別主要在于不統(tǒng)一量化的使用方式，兩者都是關(guān)于對(duì)稱。對(duì)于較低的信號(hào)層次來講，律對(duì)于信號(hào)的歪曲程度比律更小一些，這是因?yàn)樗鼘?duì)一個(gè)較大范圍內(nèi)的低層次信號(hào)提供較小的量化間隔，但以較大范圍內(nèi)的高層信號(hào)的較大量化層次為代價(jià)。律和律都提供了良好的語音質(zhì)量，并且等級(jí)都在左右。 協(xié)議協(xié)議是一個(gè)雙速率語音編碼協(xié)議，其兩種速率分別是 /和/，較高比特率的輸出基于技術(shù)，提供某種程度上較高質(zhì)量的音質(zhì)；較低速率的輸出基于，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了更大的靈活性。協(xié)議的編解碼算法中兩種速率的編解碼基本原理是一樣的，只是激勵(lì)信號(hào)的量化方法有差別。對(duì)

12、高速率（/）編碼器，其激勵(lì)信號(hào)采用多脈沖最大似然量化（）法進(jìn)行量化，對(duì)低速率（/）編碼器，其激勵(lì)信號(hào)采用代數(shù)碼激碼線性預(yù)測(cè)（）法量化。編碼過程是首先選速率為/的語音信號(hào)轉(zhuǎn)化成均勻量化的信號(hào)，然后把輸入語音信號(hào)的每個(gè)樣點(diǎn)組成一個(gè)幀，也就是的幀長(zhǎng)。每個(gè)幀通過高通濾波器后再分為個(gè)子幀。對(duì)于每個(gè)子幀，計(jì)算出階線性預(yù)測(cè)濾波器的系數(shù)。為了適于矢量量化，把預(yù)測(cè)系數(shù)轉(zhuǎn)化為線性頻譜對(duì)（，），然后進(jìn)行矢量量化。量化前的系數(shù)構(gòu)成短時(shí)感覺加權(quán)濾波器，原始語音信號(hào)經(jīng)過該濾波器得到感覺加權(quán)語音信號(hào)。對(duì)于每?jī)蓚€(gè)子幀，編碼器用感覺加權(quán)語音信號(hào)求得開環(huán)基音周期，基音周期范圍從個(gè)樣點(diǎn)到個(gè)樣點(diǎn)。此后編碼器所進(jìn)行的操作都是基于個(gè)樣點(diǎn)

13、進(jìn)行的。由開環(huán)基音周期和感覺加權(quán)是在開環(huán)基音周期點(diǎn)周圍的一定范圍內(nèi)求得的。最后，激勵(lì)信號(hào)被量化，然后把這些參數(shù)和激勵(lì)信號(hào)量化結(jié)果傳送到解碼器。由于幀長(zhǎng)為，并存在另外的 的前向延遲，導(dǎo)致 總的編碼延遲。協(xié)議適用于低速率多媒體服務(wù)中語音或音頻信號(hào)的壓縮算法，在電話網(wǎng)關(guān)中，被用來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語音編碼解碼處理。 協(xié)議協(xié)議采用的是語音編碼算法，提供了 / 碼流至低速率碼流的轉(zhuǎn)換。協(xié)議給出/， /， /和 / 種比特率。其中，/信道主要用于在數(shù)字電路倍增設(shè)備（）上傳送數(shù)據(jù)信號(hào)，特別用于 /以上速率的；/和/信道主要用作語音傳送的過載信道。設(shè)計(jì)的主要用途仍然是傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)，但是其低比特率方案也可用于。 協(xié)議

14、協(xié)議采用的編碼算法是，即低時(shí)延的碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)的算法。采用后向自適應(yīng)預(yù)測(cè)器（）對(duì)短時(shí)譜和增益進(jìn)行預(yù)測(cè)。編碼器發(fā)送的只是激勵(lì)矢量在碼本中的地址標(biāo)號(hào)，而解碼端的濾波器參數(shù)和增益參數(shù)都是在解碼端計(jì)算得來的。在大多數(shù)編碼系統(tǒng)中，這類參數(shù)都是在編碼端求得，然后傳輸?shù)浇獯a端。編碼過程是首先將速率為/的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化成均勻量化的信號(hào)，接著由個(gè)連續(xù)的語音樣點(diǎn)組成一個(gè)維矢量，激勵(lì)碼本中共有個(gè)維矢量。對(duì)每一個(gè)輸入矢量，編碼器利用合成分析法從碼本中搜索出最佳碼本矢量，然后將比特的碼本標(biāo)號(hào)傳給對(duì)方。每個(gè)樣點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)復(fù)幀，一個(gè)復(fù)幀構(gòu)成一個(gè)自適應(yīng)周期，每復(fù)幀更新一次系數(shù)。最佳碼本矢量通過增益加權(quán)和合成濾波器后形成合成語音，

15、該合成語音用來更新濾波器狀態(tài)，以便繼續(xù)為下一個(gè)輸入矢量進(jìn)行編碼。合成濾波器系數(shù)和增益分別通過各自的后向自適應(yīng)單元進(jìn)行周期性地更新。 協(xié)議協(xié)議是一個(gè)能在/速率上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量語音編碼的協(xié)議，它采用的是即共軛結(jié)構(gòu)算術(shù)碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)的算法。以編碼模型為基礎(chǔ)，它把語音分成幀，每幀，也就是個(gè)采樣點(diǎn)。對(duì)于每一幀語音，編碼器從中分析出模型參數(shù)，其中包括線性預(yù)測(cè)系數(shù)，自適應(yīng)碼本和隨機(jī)碼本的索引值和增益，然后把這些參數(shù)傳送到解碼端，解碼器利用這些參數(shù)構(gòu)成激勵(lì)源和合成濾波器，從而重現(xiàn)原始語音。編碼過程是首先將速率為/的語音信號(hào)轉(zhuǎn)化成均勻量化的信號(hào)，通過高通濾波器后，把輸入語音信號(hào)的每個(gè)樣點(diǎn)組成一個(gè)幀，也就是的幀長(zhǎng)。對(duì)

16、于每個(gè)幀用線性預(yù)測(cè)法求得濾波器系數(shù)，為了適于矢量量化，把預(yù)測(cè)系數(shù)轉(zhuǎn)化為線譜對(duì)，然后進(jìn)行矢量量化。利用合成分析方法，使原始語音和合成語音之間的誤差最小，來獲得最佳激勵(lì)信號(hào)。激勵(lì)信號(hào)的量化是通過兩個(gè)碼本來實(shí)現(xiàn)的，即自適應(yīng)碼本和隨機(jī)碼本。自適應(yīng)碼本反映的是長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)結(jié)果，也就是基音預(yù)測(cè)結(jié)果。隨機(jī)碼本反映的是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)和短時(shí)預(yù)測(cè)后的殘留信號(hào)。在電話網(wǎng)關(guān)中，協(xié)議被用來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語音編碼處理。 常用語音編碼算法的性能分析和比較從表可以看出：由于采用的是波形編碼算法，具有高質(zhì)量和低時(shí)延的語音，主要的缺點(diǎn)是需要/的帶寬。，都采用了混合編碼算法，混合編碼把激勵(lì)模型和語音的時(shí)域波形結(jié)合到一起，從而改善了合成語音的質(zhì)

17、量。但這種語音壓縮編碼算法的區(qū)別在于激勵(lì)模型的不同。值約為，優(yōu)點(diǎn)在于僅需要很窄的語音帶寬便可具有較高的語音質(zhì)量；缺點(diǎn)在于在編碼器一端至少有的時(shí)延。最大的優(yōu)點(diǎn)是它能提供高質(zhì)量和低時(shí)延的語音。 結(jié)語語音編碼技術(shù)是建立和處理網(wǎng)絡(luò)電話的原動(dòng)力，可以預(yù)見，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，原來的/語音編碼算法最終會(huì)被淘汰，并由低比特率編碼算法所替代。 頻率復(fù)用通用功率控制RAKE接收機(jī)CDMA切換1.4 CDMA的特征和優(yōu)勢(shì)功率控制克服遠(yuǎn)近效應(yīng)RAKE接收機(jī)克服多徑干擾CDMA切換一個(gè)呼叫從一個(gè)小區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)小區(qū)的處理過程保持通信的連續(xù)性軟切換、空閑切換、硬切換CDMA 優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)具有軟容量（取決于擴(kuò)頻碼的數(shù)量）多

18、媒體通信（寬帶特性）語音質(zhì)量高（可采用冗余度高的糾錯(cuò)編碼）無需防護(hù)間隔實(shí)現(xiàn)軟切換保密性強(qiáng)低功耗（功率控制，僅僅為TDMA平均功率的十分之一）建網(wǎng)成本低1.5 呼叫處理階段初始化空閑模式接入模式通話模式通用移動(dòng)通信系統(tǒng)WCDMACDMA2000TD-SCDMA1.6 UMTS簡(jiǎn)介3G的目標(biāo)全球漫游多種無線技術(shù)的融合/并存網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多元化/分層化發(fā)展頻率資源的一致性業(yè)務(wù)的寬代化/智能化/個(gè)性化/多樣化便于過渡和演進(jìn)多頻多模終端衛(wèi)星系統(tǒng)宏蜂窩微蜂窩城區(qū)室內(nèi)微微蜂窩全球郊區(qū)1、WCDMA技術(shù)由愛立信、諾基亞等歐洲設(shè)備制造商提出的基于CDMA擴(kuò)頻技術(shù)的IMT2000 CDMA FDD技術(shù)充分考慮現(xiàn)有GSM系統(tǒng)的后向兼容性WCDMA的技術(shù)特點(diǎn)可適應(yīng)多種速率的傳輸，靈活地提供多種業(yè)務(wù)基站之間無需同步優(yōu)化的分組數(shù)據(jù)傳輸方式支持不同載頻之間的切換上、下行快速功率