Разработка методики оценки качества прерывистой передачи речи в цифровых сетях подвижной связи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.17, кандидат технических наук Каргулин, Сергей Геннадьевич

• Каргулин, Сергей Геннадьевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Каргулин, Сергей Геннадьевич

Оглавление

Введение__4

Глава! Обработка речи в цифровых сетях подвижной связи

1.1 Преобразование , передача и восстановление речевого сообщения в цифровых сетях подвижной связи_11

1.2 Выбор речевого кодека_19

Глава 2. Модели речевого сообщения

2.1. Особенности образования речи_27

2.2 Случайные процессы в моделировании речевого сообщения_29

2.3. Спектральная плотность мощности обрабатываемого сигнала_33

2.4. Корреляционная функция восстанавливаемого сигнала_35

Глава 3. Оценивание качества прерывистой передачи по критериям отношения сигнал/шум и слоговой разборчивости

3.1. Шум обработки речевого сигнала на передающем конце_36

3.2. Шум интерполяционной обработки__66

3.3 Определение эквивалентного отношения мощности

сигнала к мощности стационарного шума в незанятом канале.

Оценивание качества прерывистой передачи по

критерию разборчивости_

Глава 4. Применение алгоритмов оценивания качества прерывистой передачи речи по критерию слоговой разборчивости

4.1 Влияние вероятности отбраковки речевого кадра на качество функционирования системы прерывистой передачи речи_85

4.2 Влияние способа экстраполяции речевого сигнала при отбраковке подряд двух или более речевых кадров на качество

функционирования системы прерывистой передачи речи_101

Заключение_105

Литература_109

Приложение1_114

Приложение2_118

ПриложениеЗ_123

Приложение4_128

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики оценки качества прерывистой передачи речи в цифровых сетях подвижной связи»

Введение

Совершенствование системы управления железнодорожного транспорта во многом зависит от тенденций развития отрасли и в конечном счете определяется экономической политикой , к основным задачам которой относится увеличение доходов за счет роста объемов перевозок грузов и пассажиров , сокращение расходов в результате повышения производительности труда и улучшения использования основных фондов.

В настоящее время наметились устойчивые тенденции структурного укрупнения подразделений железнодорожного транспорта и , соответственно , централизации и сокращения числа уровней управления. Одновременно происходит укрупнение структурных подразделений низового уровня , в результате чего изменяются длины диспетчерских кругов , их конфигурация , состав и местоположение абонентов. Вследствие этого в системе управления при ее перестройке имеет место частое изменение направлений трафика информационных потоков из сети. Расширение функций диспетчеров и руководителей разного уровня требует предоставления новых услуг связи , модернизации существующей и построение

современной сети подвижной связи и переосмысления существующих принципов построения оперативно - технологической связи.

Решение этих проблем в части обеспечения подразделений железнодорожного транспорта надежной , мгновенной и качественной оперативно - технологической связью вне зависимости от места их расположения предъявляют качественно новые требования к системам подвижной связи.

Наиболее перспективным решением проблемы удовлетворения растущих потребностей пользователей в средствах подвижной связи в соответствии с «Концепцией создания цифровой сети связи МПС России» является концепция построения цифровых транкинговых и сотовых сетей оперативно-технологической радиосвязи. Известно , что концепция построения сетей подвижной связи на базе транкинговых и сотовых сетей способна обеспечить наиболее эффективное использование частотных ресурсов выделенных предприятиям железнодорожного транспорта (пропускной способности каналов связи) , унифицировать программные и аппаратные средства , обеспечить гибкость , живучесть и высокую экономическую эффективность. Применение в современных цифровых сетях подвижной связи эффективных методов обработки и кодирования речевых сигналов делает их

помехоустойчивыми и защищенными от несанкционированного вмешательства , что является актуальным на современном этапе.

В соответствии с "Концепцией создания цифровой сети связи МПС России" в качестве базового стандарта цифровых сетей подвижной связи возможен выбор стандарта GSM-R , являющегося официальным для железных дорог Европы. Выбор этот , в частности, обусловлен тем , что прототип GSM-R - стандарт сотовой связи GSM признан в качестве

Подавляющая часть исследований в области речепреобразования в цифровых сетях подвижной связи с одной стороны направлена на поиски оптимальных методов кодирования и энергосберегающей технологии передачи речевого сигнала , такой как прерывистая передача речи , когда речевой сигнал преобразуется и передается в виде кодов медленно меняющихся характеристик только в моменты активности абонента. С другой стороны, при проектировании и построении таких сетей неизменно возникает комплекс вопросов , связанных с оцениванием качества функционирования сети связи.

Однако оценка качества передачи речи по критериям разборчивости традиционными методами в цифровой системе подвижной связи , учитывая особенности обработки и передачи речевого сигнала ,

является затруднительной по техническим и экономическим причинам. Одним из традиционных методов является метод артикуляционных испытаний. Поэтому актуальным вопросом является проблема разработки методики оценки качества передачи речи в цифровых системах подвижной связи по критерию разборчивости.

Известно , что метод передачи управляющих команд на синтез речи ( или прерывистой передачи речи) используется в цифровых системах подвижной связи (сотовые , транкинговые системы) , для которых вопросы оценки качества решаются неоднозначно , так как потеря фрагментов (речевых кадров (кадров - управляющих команд)) в данных системах является следствием не только возникновения помех в эфире (что зависит от. многих факторов ) , но и следствием случайного перемещения подвижного объекта.

Недостаточная изученность объективных закономерностей процесса прерывистой передачи речи в цифровых сетях подвижной связи , отсутствие математического аппарата и строгой методики аналитической оценки качества передачи речи по критерию слоговой разборчивости приводят к нерациональному проектированию новых систем , реализующих этот процесс и препятствуют решению в полной мере задачи их совершенствования. Поэтому задача создания

такого математического аппарата и разработки методики , решаемая в диссертационной работе является актуальной.

Таким образом , основная цель данной работы - показать возможность аналитической оценки качества функционирования цифровых систем связи , использующих в своей основе методы прерывистой передачи речи , по критерию слоговой разборчивости. Алгоритм решения поставленной задачи можно представить следующим образом:

1. Анализ методов передачи речи в цифровых сетях подвижной связи и исследование методов оценивания качества ее воспроизведения.

2. Изучение специфики речевого сигнала и его основных вероятностных характеристик (в том числе спектральных).

3. Разработка модели прерывистой передачи речи с разбиением спектра исходного сигнала на полосные составляющие.

4. Анализ процедур восстановления речевого сигнала в приемнике системы прерывистой передачи речи в условиях воздействия помех и замираний сигнала.

5. Создание математического аппарата для исследования качества прерывистой передачи речи и разработка методики аналитической его оценки.

6. Оценка качества передачи речи с использованием разработанной модели системы с прерывистой передачей и разработанной методики.

7. Оценка влияния различных факторов на качество функционирования системы с прерывистой передачей речи.

Решению перечисленных задач посвящена данная диссертация , использующая:

- фундаментальные работы по теории обработки информации В. А. Котельникова , Н. Винера , К. Шеннона и др.;

- теоретические и прикладные исследования по цифровой обработке и передаче речи Дж. Беллами , А.И Величкина , М.Д.Бенедиктова , Г.В. Вемяна , В.Н. Гордиенко , Г.В. Горелова , А.Г. Зюко , Г.В. Кузнецова , М.В. Назарова , А.Ф. Фомина , М.А. Сапожкова и др.

- исследования цифровых средств и систем передачи информации Л.А. Баранова , И.А. Лозового , В.А. Новикова и др.

Методы исследования , использованные в диссертации , базируются на теоретическом анализе методов обработки речевой информации с использованием теории вероятностей и математического моделирования. Моделирование системы прерывистой передачи речи и оценка качества ее функционирования выполнены с применением ЭВМ.

Научная новизна данной диссертационной работы определяется тем , что результатом ее стало построение аналитической методики оценки качества прерывистой передачи речи по критерию слоговой разборчивости с использованием известной модели речевого сигнала для различных условий его обработки в частотной области. Этими условиями являются: способ разбиения спектра исходного сигнала и число полос разбиения , вероятность отбраковки "речевого кадра" , отношение мощности сигнала к мощности стационарного шума на входе передатчика и др.

Практическая ценность диссертации заключается в том , что разработанный аналитический аппарат предоставляет возможность получения объективных результатов оценки качества передачи речевого сигнала по критерию слоговой разборчивости. Разработанный аппарат может быть использован при анализе качества функционирования и проектировании конкретных цифровых сетей подвижной связи , использующих методы прерывистой передачи речи , а также решения других инженерных задач анализа систем связи , находящихся в эксплуатации.

Результаты диссертационной работы полезны для проведения дальнейших исследований в области обработки ,

прерывистой передачи и восстановления речевого сигнала в цифровых сетях подвижной связи.

ГЛАВА 1. ОБРАБОТКА РЕЧИ В ЦИФРОВЫХ СЕТЯХ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ

1.1 Преобразование , передача и восстановление речевого сообщения в цифровых сетях подвижной связи

Рассмотрим механизмы преобразования , передачи и восстановления речевого сообщения в цифровых сетях подвижной связи на примере систем стандарта GSM.

Стандарт GSM разработан для создания сотовых систем подвижной связи (ССПС) в следующих полосах частот: 890-915 МГц -для передачи подвижными станциями (линия "вверх"); 935-960 МГц -для передачи базовыми станциями (линия "вниз") [15].

Сети GSM функционируют параллельно с существующими европейскими национальными сетями аналоговых ССПС стандартов NMT-900, TACS, ETACS. Каждая из полос, выделенных для систем GSM, разделяется на частотные каналы. Разнос каналов составляет

200 кГц, что позволяет организовать в сетях GSM 124 частотных канала. Частоты, выделенные для передачи сообщений подвижной станцией на базовую и в обратном направлении, группируются парами, организуя дуплексный канал с разносом 45 МГц. Эти пары частот сохраняются и при . перескоках частоты. Каждая сота характеризуется фиксированным присвоением определенного количества пар частот. Для защиты от ошибок в радиоканалах подвижной связи GSM используются сверточное и блочное кодирование с перемежением. Перемежение обеспечивает преобразование пакетов ошибок в одиночные. Сверточное кодирование является мощным средством борьбы с одиночными ошибками. Блочное кодирование, главным образом, используется для обнаружения нескорректированных ошибок [1].

Процессы обработки речи в стандарте GSM направлены на обеспечение высокого качества передаваемых сообщений и реализацию дополнительных сервисных возможностей.

Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи. Система прерывистой передачи речи, помимо выполнения алгоритма выделения , кодирования характеристик речи , формирования управляющих команд на синтез речи и восстановления (синтезирования) речевого сигнала в

соответствии с принятыми командами и кодами характеристик речи на приемном конце , обеспечивает включение передатчика только тогда, когда пользователь начинает разговор и отключает его в паузах и в конце разговора. В состав системы прерывистой передачи речи входит детектор активности речи (VAD - voice activity detector -детектор активности речи), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов передачи речи с шумом и шума без речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи. В состав системы прерывистой передачи речи входит также устройство формирования комфортного шума, который прослушивается в паузах речи, когда передатчик отключен. Экспериментально показано, что отсутствие фонового шума на выходе приемника в паузах при отключении передатчика раздражает абонента и снижает разборчивость речи, поэтому применение комфортного шума в паузах считается необходимым. Процесс восстановления речевого сигнала в приемнике в приемнике включает также интерполяцию фрагментов речи, потерянных из-за ошибок в канале.

Структурная схема процессов обработки речи в стандарте GSM показана на рисунке 1.1 главным устройством в этой схеме является речевой кодек [1].

t

§ «

g CU

о &

f Ж Ь i

I =,, О

I £- . •%> ■

' К Щ. $

JS. 4 I

U 8 i S I

"TT"'" ä

Детектор активности речи (\/АО) играет решающую роль в снижении потребления энергии от аккумуляторной батареи в портативных абонентских терминалах. Он также снижает интерференционные помехи за счет переключения свободных каналов в пассивный режим. Реализация \/АЭ зависит от типа применяемого речевого кодека. Главная задача при проектировании У АО -обеспечить надежное отличие между условиями активного и пассивного каналов. Если канал на мгновение свободен, его можно заблокировать, поскольку средняя активность речи говорящего ниже 50%, то это может привести к существенной экономии энергии аккумуляторной батареи.

К устройствам УАИ предъявляются следующие основные требования:

- минимизация вероятности ложной тревоги при воздействии только шума с высоким уровнем;

- высокая вероятность правильного обнаружения речи низкого уровня;

- высокое быстродействие распознавания речи, для исключения задержек включения;

- минимальное время задержки включения.

В стандарте GSM используется схема VAD с обработкой в частотной области. Ее работа основана на различии спектральных характеристик речи и шума. Считается, что фоновый шум является стационарным в течение относительно большого периода времени, его спектр также медленно изменяется во времени. VAD определяет спектральные отклонения входного воздействия от спектра фонового шума. Эта операция осуществляется инверсным фильтром, коэффициенты которого устанавливаются применительно к воздействию на входе только фонового шума. При наличии на входе речи и шума инверсный фильтр осуществляет подавление компонентов шума и, в целом, снижает его интенсивность. Энергия смеси сигнал+шум на входе инверсного фильтра сравнивается с порогом, который устанавливается во время действия на входе только шума. Этот порог находится выше уровня энергии шумового сигнала. Превышение порогового уровня принимается за наличие на входе реализации (сигнал+шум). Коэффициенты инверсного фильтра и уровень порога изменяются во времени в зависимости от текущего значения уровня шума при воздействии на входе только шума. Поскольку эти параметры (коэффициенты и порог) используются детектором VAD для обнаружения речи, сам VAD не может на этой же основе принимать решение, когда их изменять. Это решение

принимается вторичным VAD на основе сравнения огибающих спектра в последовательные моменты времени. Если они аналогичны для относительно длительного периода времени, предполагается, что имеет место шум, и коэффициенты фильтра и шумовой порог можно изменять, то есть подстраивать под текущий уровень и спектральные характеристики входного шума.

VAD с обработкой в спектральной области удачно сочетается с речевым RPE/LTP-LPC кодеком, (RPE/ LTPLPC - regular pulse excitation with long term prediction and line prediction - кодек м регулярным импульсным возбуждением и линейным долговременным предсказанием) так как в процессе LPC анализа уже определяется огибающая спектра входного воздействия, необходимая для работы вторичного VAD.

Формирование комфортного шума осуществляется в паузах активной речи и управляется речевым декодером. Когда детектор активности речи (VAD) в передатчике обнаружит, что говорящий прекращает разговор, передатчик остается еще включенным в течение следующих пяти речевых кадров. Во время первых четырех из них характеристики фонового шума оцениваются путем усреднения коэффициента усиления и коэффициентов фильтра LPC анализа. Эти усредненные значения передаются в следующем

пятом кадре, в котором содержат информацию о комфортном шуме (SID кадр).

В речевом декодере комфортный шум генерируется на основе LPC анализа SID кадра. Чтобы исключить раздражающее влияние шума, комфортный шум должен соответствовать по амплитуде и спектру реальному фоновому шуму в месте передачи. Так как в условиях подвижной связи фоновый шум может постоянно изменяться, характеристики шума должны передаваться с передающей стороны на приемную не только в конце каждого речевого всплеска, но и в речевых паузах так, чтобы между комфортным и реальным шумом не было бы резких рассогласований в следующих речевых кадрах. Именно поэтому SID кадры посылаются каждые 480 мс в течение речевых пауз.

В условиях замираний сигналов в подвижной связи речевые кадры могут подвергаться значительным искажениям и отбраковываться. При этом чтобы исключить раздражающий эффект при воспроизведении необходимо осуществлять экстраполяцию речевого кадра..

Применение экстраполяции речи при цифровой передаче значительно улучшает потребительские качества связи с GSM.

1.2 Выбор речевого кодека

При разработке стандарта GSM были предъявлены следующие основные требования к речевому кодеку:

- высокое качество речи, не уступающее качеству передачи речи в лучших существующих аналоговых сотовых системах связи;

низкая скорость передачи речи, обеспечивающая возможность эффективного канального кодирования и результирующую скорость передачи в канале связи не выше 16 кбит/с;

- малая задержка сообщения в процессе преобразования речи;

- устойчивость к ошибкам в канале передачи;

- возможность работы в широком динамическом диапазоне входных воздействий как сигнала, так и шума;

- большой динамический диапазон выходных сигналов;

- незначительное снижение качества речи при каскадном соединении кодеков;

- прозрачность для сигналов данных;

- прямое сопряжение со смежными устройствами терминалов;

- простота реализации;

- малое потребление энергии источников питания;

- низкая стоимость.

При выборе речевого кодека GSM было предложено 20 различных кодеков от 9 европейских стран. Впоследствии после международного официального тестирования это количество было сокращено до 6 из 6 стран. На следующем этапе два из четырех подполосных (SBC) кодеков (норвежский и итальянский) были сняты с рассмотрения, и к окончательному этапу конкурса осталось два SBC кодека и два кодека с предикативным кодированием.

RPE-LPC - Regular-Pulse Excitation/Linea Predicative Coding (Германия, Philips) - кодек с регулярным импульсным возбуждением и линейным кодированием с предсказанием;

MPE-LTP - Multi-Pulse Excitation/Long-Term Prediction (Франция, IBM) - кодек с многоимпульсным возбуждением и долговременным предсказанием;

SBC-APCM - Sub-Band Coding/Block-Adaptive PCM in 14 SubBands (Швеция, ELLEMTEL) - четырнадцатиполосный подполосный кодек с адаптивной ИКМ;

SBC-ADPCM - Sub-Band Coding/Adaptive-Differ PCM in 6 SubBands (Англия, British Telecom Research) - шестиполосный подполосный кодек с адаптивной дифференциальной ИКМ.

Кодеки испытывались на 7 языках в различных условиях передачи:

- для трех входных уровней: 12, 22, 32 дБ ниже уровня перегрузки;

- для трех значений вероятности ошибки: 0%, 1%, 0.1%;

- каскадном включении двух кодеков.

При выборе кодека также учитывались дополнительные условия, такие как сравнение с компандированной 4M по отношению сигнал/шум от 8 до 25 дБ, с учетом имитации замираний при скорости движения подвижной станции 36 км/ч.

В таблице 1.1 приведены сравнительные характеристики кодеков при пятибальной шкале средней экспертной оценки (MOS) и различных скоростях передачи (без защиты от ошибок). В таблице приведены также значения величины MOPS - сравнительной вычислительной сложности в миллионах операций в секунду.

По совокупности технических характеристик для стандарта GSM был выбран RPE-LPC кодек с долговременным прогнозирующим устройством от MPE-LTP кодека, что позволило снизить скорость передачи для предложенного MPE-LTP кодека с 14,77 кбит/с до 13 кбит/с в модернизированном, принятом GSM, RPE/LTP кодеке.

Таблица 1.1

КОДЕК Качество речи Скорость передачи МОРЭ Емкость памя- ти в 16-ти би- товых словах

ГЧРЕ-ЬРС 3,53 14,77 1,5 555

МРЕ-1_ТР 3,27 13,20 4,9 340

БВС-АРСМ 3,14 13,00 1,5 350

БВС-АОРСМ 2,92 15,00 1,9 448

Принцип выбранного метода кодирования речи состоит в извлечении основных характеристик речи в форме коэффициентов фильтра, по которым речь может быть восстановлена. Структурные схемы кодера и декодера речи показаны на рисунке 1.2, [6].

Вход

r(i)

LTP фильтр синтеза

b,N

t

Выход

J_

LPC фильтр синтеза

d'

Интерфейс

X,M

¡e'

RPE grid position

рис. 1.2

Уменьшение скорости до 13 кбит/с достигается тремя

этапами:

1. LPC - линейным кодированием с предсказанием.

2. LTP - долговременным предсказанием.

3. RPE - регулярным импульсным возбуждением.

На первом этапе входной сигнал разделяется на сегменты 260 бит по 20 мс. Затем в процессе LPC анализа вычисляются 8 коэффициентов r(i) цифрового LPC анализирующего фильтра, которые представляются как уровень, и минимизируется динамический диапазон d фильтрованной версии. На втором этапе происходит дальнейшее снижение динамического диапазона за счет долговременного предсказания, в процессе которого каждый сегмент выравнивается до уровня следующих друг за другом сегментов речи. В принципе, LTP фильтр вычитает предыдущий период сигнала из текущего периода. Этот фильтр характеризуется параметром задержки N и коэффициентом усиления Ь. Период вычисления этих параметров равен 5 мс. Восемь коэффициентов r(i) LPC анализирующего фильтра и параметры фильтра LTP анализа кодируются и передаются со скоростью 3,6 кбит/с.

Для формирования последовательности возбуждения остаточный сигнал пропускают через фильтр нижних частот с частотой

среза 3,4 кГц.

Окончательно периодическая последовательность фрагментов передается со скоростью 9,4 кбит/с. Общая скорость передачи составляет 3,6+9,4=13 кбит/с.

В декодере речевой сигнал восстанавливается по откликам последовательности регулярного импульсного возбуждения (13РЕ) двухступенчатым синтезирующим фильтром.

При этом качество речи соответствует качеству речи, передаваемой по цифровым сетям интегрального обслуживания ( ЦСИО), и превосходит качество речи в аналоговых радиотелефонных системах.

Теоретически время задержки речевого сигнала в кодеке равно длительности сегмента и составляет 20 мс. Реальное время задержки, с учетом операций канального кодирования и перемежения,а также физического выполнения рассматриваемых операций,

составляет 70-80 мс.

Проведенные обзор и анализ методов прерывистой передачи речи в цифровых сетях подвижной связи позволили сделать следующие выводы:

1. Во многих цифровых системах подвижной связи преобразование сигнала основано на реализации различных алгоритмов прерывистой передачи речи.

2. Прерывистая передача речи в широком смысле этого понятия заключается в определении медленно меняющихся характеристик речевого сигнала , передаче их кодов и команд на восстановление по каналу связи и собственно восстановлении речевого сигнала на приемном конце. При этом все операции происходят только в моменты речевой активности абонента.

3. При прерывистой передаче речи в цифровых сетях подвижной связи необходимо учитывать возможные потери речевых кадров , в том числе и пачечные , вызванные замираниями сигнала , разного рода помехами.

4. При оценивании качества прерывистой передачи речи по критерию слоговой разборчивости необходимо учитывать шум обработки речевого сигнала в частотной области , шумы , вызванные отбраковкой речевых кадров с учетом вероятностного механизма такой отбраковки и т.п.

Заключение диссертации по теме «Теоретические основы информатики», Каргулин, Сергей Геннадьевич

Основные результаты главы:

1. Разработанная методика аналитической оценки качества прерывистой передачи речи является универсальным аналитическим аппаратом , который позволяет оценивать качество передачи по критерию слоговой разборчивости в конкретной цифровой сети подвижной связи с конкретным способом разбиения спектра речевого сигнала на полосные составляющие и конкретными алгоритмами экстраполяции потерянных речевых кадров (потерянных речевых фрагментов).

2. Получены результаты расчета показателя качества функционирования системы прерывистой передачи речи. Произведена оценка влияния различных факторов на качество функционирования. Сравнение результатов для геометрического и пуассоновского распределений вероятностей потери ! подряд речевых кадров показало, что уточнение характера распределения существенно не сказывается на значениях разборчивости. Для инженерных расчетов достаточно использовать простые распределения , результаты для которых приведены в диссертации.

3. В соответствии с разработанной методикой произведен расчет слоговой разборчивости в зависимости от вероятности потери речевого кадра для различных значений входного отношения сигнал/шум ОСШвх. С ростом ОСШвх степень влияния шума на входе передатчика уменьшается и определяющими качество функционирования системы связи , становятся рассмотренные в диссертации составляющие шума незанятого канала (ОСШфон) и составляющие шума , коррелированного с речевым сигналом (ОСШкорр).

4. На основании результатов сравнений способов экстраполяции речевого сигнала в случае потери подряд двух и более речевых кадров (рис.4.9) можно сделать вывод о предпочтительности способа экстраполяции путем заглушения сигнала по сравнению со способом экстраполяции с использованием вставки фрагмента белого шума взамен потерянного речевого кадра.

105

Заключение

В диссертационной работе поставлена задача разработки аналитического инструмента , позволяющего оценивать качество функционирования цифровых систем подвижной связи , использующих методы прерывистой передачи речи.

Наличие методики оценивания качества позволит выбрать более эффективные технические предложения и инженерные решения по построению и внедрению современных цифровых систем подвижной связи. Принимая во внимание «Концепцию создания цифровой сети связи МПС России» , решение поставленной задачи представляется актуальным. Решение поставленной задачи потребовало проведения исследований характеристик речевого сигнала , отражающих динамику изменения его мощности и спектральных характеристик . Разработанная методика оценивания качества и предложенная модель носят общий характер.

Проведенные в работе исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. На основании анализа современного состояния разработок и внедрения цифровых сетей подвижной связи нужно констатировать , что одним из наиболее рациональных способов обработки , кодирования , передачи и восстановления речевого сигнала является метод прерывистой передачи речи. Использование методов прерывистой передачи обеспечивает высокое качество воспроизведения речи .защиту от несанкционированного доступа и помехозащищенность сети подвижной связи. Цифровая основа методов прерывистой передачи речи позволяет интегрировать цифровые системы подвижной связи в цифровую сеть интегрального обслуживания , что способствует еще более эффективному их использованию.

2. Разработана методика оценивания качества прерывистой передачи речи , полностью основанная на аналитических моделях речевого сообщения , аналитических моделях процессов аналого-цифрового преобразования речевого сигнала , аналитических моделях цифровых систем подвижной связи.

3. Разработан аналитический аппарат и программное обеспечение процедуры обработки речевого сообщения путем разбиения его спектра на полосы , в том числе и нерегулярного.

4. В работе использована аппроксимация зависимости эквивалентного отношения сигнал/шум ОСШэкв от отношения мощности сигнала к мощности коррелированного с ним шума ОСШкорр и отношения мощности сигнала к мощности шума незанятого канала ОСШфон , основанная на экспериментальных данных рекомендации МККТТ (Contribution Сот. Xll-N. Study period. Vol. V,Q 1S/XII,Annex 3,4). Аппроксимацию можно использовать в условиях повышенных (ОСШкорр

5. На основании экспериментальных данных разработана аппроксимация зависимости слоговой разборчивости от ОСШэкв. Произведены расчеты зависимости слоговой разборчивости от вероятности потери кадра при различных способах экстраполяции речевого сигнала. С ростом вероятности потери речевого кадра увеличивается эффективность экстраполяции путем заглушения сигнала. Например , при Рпот=0.2 выигрыш в разборчивости составляет 5% (S=50% и 55% соответственно) , а при Рпот=0.22 выигрыш составляет 10% (S=25% и 35% соответственно). Таким образом рекомендуется применять способ экстраполяции потерянных подряд двух и более речевых кадров путем заглушения сигнала на выходе приемника.

6. В соответствии с разработанной методикой произведен расчет слоговой разборчивости в зависимости от вероятности отбраковки речевого кадра для Геометрического и Пуассоновского плотностей распределения вероятностей отбраковки речевого кадра. В результате установлено , что уточнение вида распределения не оказывает существенного влияния на результаты расчета , поэтому в дальнейшем усложнение модели системы и методики оценивания качества ее функционирования путем применения более сложных распределений является нецелесообразным.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Каргулин, Сергей Геннадьевич, 1998 год

Литература

1. Громаков Ю. А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи: М.: Международный центр научной и технической информации. 1996, 239 с.

2. Mehrotra A. Cellular Radio: Analog and Digital System. Artech House. Boston-London. 1994, p. 460.

3. Balson D.M. Pan-European Cellular Radio: 1991 and all that Electronics and Communication. Engineering Journal. January/February 1989, pp. 7-13.

4. Величкин А. И. Теория дискретной передачи непрерывных сообщений. М.: Советское радио. 1970, 296 с.

5. Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. М.: Советское радио. 1966.

6. Sonthcott С. Speech Proceeding in the Pan-European Cellular Mobile Telephone System. IEEE Colloquium: "Digital Speech Communication via Mobile Radio". London. 19 December, 1988, pp. 5/1-5/5.

7. Мир Би Лайн. Журнал для настоящих и будущих абонентов Би Лайн. 1997, №2 (5).

8. Goodman D.J. Trends in Cellular and Cordless Communications. IEEE

Communications. IEEE Magazine. June 1991, pp. 31-40.

9. Cox D.C. Personal Communications. IEEE Communications Magazine. November. 1990,pp. 8-22.

10. Сапожков M. А. Речевой сигнал в кибернетике и связи. М.: Связьиздат. 1963.

11. Величкин А. М. Амплитудное ограничение речи. "Акустический журнал". 1962, вып. 2.

12. Горелов Г. В., Казанский Н. А., Лукова О. Н. Методика оценки качества пакетной передачи речи в интегральных цифровых сетях. Электросвязь, № 9. 1992, с. 31-33.

13. Richards D.L.: Telecommunication by speech (Butterworths , London , 1973)

14. Вемян Г. В. Передача речи по сетям электросвязи. М.: Радио и связь. 1985, 272 с.

15. Громаков Ю. А. Организация физических и логических каналов в стандарте GSM. Электросвязь, № 10. 1993, с. 9-12.

16. Быков Ю. С. Теория разборчивости речи и повышение эффективности радиотелефонной связи. Госэнергоиздат.1959.

17. Покровский Н. Б. Расчет и измерение разборчивости речи. Связьиздат. 1962.

18. Pinter. R. Digital Revolution in Land Mobile Radio. Pan-European

Mobile Communications. Issue 13, Spring 1993, pp. 62-65.

19. CCITT. Contribution Com. Xll-N. Study period, vol. V, Q 1S/XII, Annex 3,4.

20. Richards , D.L.:Transmission performance of telephone network containing P.C.M. links , PROC I.E.E. 115 , No.9 , Sept.1968

21. Кучура H.A. , Ходош M.В. , Цагельский В.И. Персональные ЭВМ Единой системы : Бейсик. М.: Финансы и статистика , 1988.-207 с.:ил.

22. Волков В.М. , Зорько А.П. Прокофьев В.А. Технологическая телефонная связь на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт 1990.-294 с.

23. Freeman D.,Sonthcott С.,Boyd I. A Voice Activity Detector for the Pan -European Digital Cellular Mobile Telephone Service. IEE Colloquium "Digitized Speech Communication via Mobile Radio ". London . 19 December , 1988. P.p. 6/1-6/5

24. Харкевич А. А. Очерки общей теории связи. - М.:Гостехиздат , 1955.-268с.

25. Сапожков М. А. , Михайлов В. Г. Вокодерная связь. - М.: Радио и связь , 1983. -248с.

26. Назаров М. В. , Прохоров Ю. Н. Методы цифровой обработки и передачи речевых сигналов . - М.: Радио и связь , 1985. - 176 с.

27. Рабинер Л. Р. , Шафер Р. В. Цифровая обработка речевых

сигналов . - М.: Радио и связь , 1981. - 495 с.

28. Ситняковский И. В. , Порохов О. Н. , Нехаев А. Л. Цифровые системы передачи . - М.: Радио и связь , 1987. - 215 с.

29. Беллами Дж. Цифровая телефония : Пер. с англ. - М.: Радио и связь , 1986-544 с.

30. Бейли Т. , Андерсон В. А. Цифровой полосный вокодер // IEEE Trans.-1970 . - Vol. Com.18 , №4. - P. 435-442.

31. Вокодерная телефония / Под ред. А. А. Пирогова. - М.: Радио и связь , 1974 , 536 с.

32. Горелов Г.В. Нерегулярная дискретизация сигналов. - М.Радио и связь . 1982.-256 с.

33. Горелов Г.В.,Каргулин С.Г.,Рогов М.А. К оценке качества обработки речи в стандарте GSM // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 1997. - №1. - с.30-33.

34. Горелов Г.В.Даргулин С.Г. , Пчелинцев A.B. Обработка речи в цифровых системах подвижной связи // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 1998. - №5. - подписано к печати 05.10.98.

35. Горелов Г.В., Каргулин С.Г. , Пчелинцев A.B. Оценивание качества передачи речи в цифровых сотовых системах связи //

Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 1998. - №5. - подписано к печати 05.10.98. 36. Каргулин С.Г. Сравнение помехоустойчивости кодеков стандарта GSM /, Моск. Гос. Ун-т путей сообщ. (МИИТ). - М.,1998. - 3 с.:Ил. -Библиогр. -4 назв. - Рус. -Деп. в ЦНИИТЭИ МПС за №6198 от 21 октября 1998 года.