ITU-R F 1112-1 SPANISH-1995 DIGITIZED SPEECH TRANSMISSIONS FOR SYSTEMS OPERATING BELOW ABOUT 30 MHz《运行于约30 MHz以下的数字化语音传输系统》.pdf

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1、Rec. UIT-R F.1112-1 1RECOMENDACIN UIT-R F.1112-1*TRANSMISIN DE SEALES VOCALES DIGITALIZADAS EN SISTEMASQUE FUNCIONAN POR DEBAJO DE UNOS 30 MHz(Cuestin UIT-R 164/9)(1994-1995)Rec. UIT-R F.1112-1La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT,considerandoa) que las comunicaciones vocales en la banda de o

2、ndas decamtricas utilizan canales de 3 kHz;b) que en el caso de algunas comunicaciones la seguridad es esencial;c) que la aleatorizacin constituye el nico medio de alcanzar un nivel de seguridad suficiente;d) que el nivel de seguridad exigido pueda lograrse fcilmente utilizando tcnicas de digitaliza

3、cin de la palabra;e) que, en consecuencia, conviene realizar cdecs de seales vocales (vocodificadores) asociados a mdems en labanda de ondas decamtricas;f) que para los canales de buena calidad en la banda de ondas decamtricas, la velocidad binaria admisible escomo mximo de 4 800 bit/s;g) que la int

4、erferencia y los efectos de propagacin tales como el desvanecimiento, suponen para lascomunicaciones digitales un incremento de la proporcin de bits errneos, lo que exige la utilizacin de procedimientosde correccin (cdigos correctores de errores-entrelazado),recomienda1 que para las comunicaciones d

5、e corto alcance (que utilizan ondas de superficie), se empleen vocodificadoresde velocidad 2 400 bit/s o 4 800 bit/s;2 que para las comunicaciones a larga distancia (que utilizan ondas ionosfricas) se empleen, segn la calidaddel enlace, vocodificadores de velocidad 2 400 bit/s o vocodificadores de v

6、elocidad 600-800 1 200 bit/s con codifica-cin para correccin de errores;3 que los sistemas de radiotelefona digital utilizados se ajusten a las especificaciones generales sealadas en elAnexo 1 y a las especificaciones particulares indicadas en los Anexos 2, 3, y 4, segn el tipo de vocodificador util

7、izado.ANEXO 1Consideraciones generales sobre los sistemas de radiotelefona digitalen la banda de ondas decamtricasUn sistema de radiotelefona digital en ondas decamtricas se compone de un circuito radiotelefnico tradicional, de uncodificador de seales vocales (vocodificador), de un dispositivo opcio

8、nal de aleatorizacin y de un mdem en ondasdecamtricas. En la Fig. 1 se representa el esquema bsico de este sistema.La seal vocal transmitida llega al codificador vocal donde se analiza y transforma en flujo digital. Este flujo puedealeatorizarse y llega a continuacin a un mdem que le da la forma ade

9、cuada para su transmisin en la banda defrecuencias del canal telefnico. El flujo digital procedente del receptor del mdem se decodifica, si es necesario, y pasaal decodificador vocal donde se reconstruye la seal vocal._*Esta Recomendacin debe sealarse a la atencin de la Comisin de Estudio 8 de Radio

10、comunicaciones.2 Rec. UIT-R F.1112-1En el caso de proporciones de errores elevadas a las cuales no pueden hacer frente los vocodificadores de velocidadbinaria reducida (2 400 4 800 bit/s), es preciso utilizar vocodificadores de velocidad binaria muy baja (600-800 1 200 bit/s) con codificacin para co

11、rreccin de errores.Por otra parte, es posible utilizar recepcin con diversidad que se efecta con ayuda de dos receptores conectados aantenas con diversidad espacial, dando un tratamiento posterior a la seal en la parte receptora del mdem.Existen numerosos tipos de vocodificador con velocidad 4 800 b

12、it/s, en particular los vocodificadores de canales, losvocodificadores ortogonales y los vocodificadores de prediccin lineal; en los Anexos 2, 3 y 4 se describen sistemas queutilizan estos tipos de vocodificadores.FIGURA 1Esquema general de un radiotelfono digital en ondas decamtricasSealvocalSealvo

13、calCodificadorvocalDecodificadorvocalVocodificadorInterfazAleatorizadorDesaleatorizador(Opcin dealeatorizacin)Transmisordel mdemReceptordel mdemMdem en ondasdecamtricasTransmisoren ondasdecamtricasReceptor 1en ondasdecamtricasReceptor 2en ondasdecamtricasD01(Opcin dediversidad)FIGURE 1/F.1112.D01 =

14、8.5 CMLos tres tipos de vocodificadores tienen una velocidad binaria deseada de 2 400 bit/s y una inteligibilidad de sonidos msdel 90% en buenas condiciones de transmisin. En trminos de calidad son aproximadamente equivalentes para dichavelocidad binaria.Todos los vocodificadores se presentan con lo

15、s mdems asociados, que en los tres casos se trata del tipo mdemparalelo (varias subportadoras con modulacin independiente en la banda de audio).En el vocodificador de canal y el vocodificador ortogonal, el breve periodo del smbolo elemental transmitido por elmdem (13,3 ms y 8,33 ms, respectivamente)

16、 los hace menos resistentes a las severas condiciones de propagacin de labanda de ondas decamtricas, caracterizadas por la aparicin de trayectos mltiples con retardos de unos pocosmilisegundos, lo que provocar una importante interferencia entre smbolos.En el vocodificador LPC 10, donde el mdem asoci

17、ado es el descrito por STANAG 4197, el periodo de smbolo es22,5 ms. En consecuencia, este mdem resulta menos afectado en tales condiciones.Adems, en el vocodificador LPC 10 algunos bits de trama importantes son protegidos mediante un cdigo de correccinpoderoso (cdigo Golay) lo que da lugar a que la

18、degradacin de la calidad de funcionamiento a medida que aumenta laproporcin de bits errneos (BER) es ms gradual que con los anteriores vocodificadores: la inteligibilidad de sonidos sereduce hasta el 80% para una BER del 2%, en comparacin con el 1% para otros vocodificadores.Debe garantizarse un fun

19、cionamiento satisfactorio en malas condiciones. Ello se logra fcilmente con el vocodificadorLPC 10 utilizando simultneamente: comprensin de datos para reducir la velocidad binaria deseada a 600/800/1 200 bit/s (lo que supone unadisminucin en la calidad intrnseca del vocodificador); insercin de redun

20、dancia, lo que aumenta la resistencia frente a los errores.Con esta disposicin, en la versin de 800 bit/s, no se alcanza el umbral de inteligibilidad de sonidos del 80% hasta quela BER rebasa el valor del 5%.Rec. UIT-R F.1112-1 3ANEXO 2Sistema de radiotelefona digital que utiliza un vocodificador de

21、 canales1 Descripcin del sistemaEste sistema est constituido por un circuito radiotelefnico convencional por ondas decamtricas y un terminal vocaldigital.La seal de conversacin de entrada procedente del micrfono se analiza y digitaliza en el vocodificador de canales. Acontinuacin, la seal digital se

22、 aplica, a travs del interfaz, al aleatorizador donde se mezcla con las seales dealeatorizacin. La salida del aleatorizador se encamina a travs del interfaz al modulador, donde se convierte en unaseal de frecuencias vocales mediante el mtodo de modulacin MDF-MDP-4D.La salida del receptor es una seal

23、 de audio, la cual se aplica al demodulador que la convierte en cdigos digitales. Laseal de cdigo digital se dirige, a travs de la interfaz, al desaleatorizador, donde se convierte en los cdigos digitalesoriginales. Esta seal digital se aplica a travs del interfaz, al vocodificador de canales, que r

24、econstruye la sealtelefnica, que se entrega seguidamente al receptor telefnico.2 Vocodificador de canales2.1 TeoraEl vocodificador de canales divide la seal de frecuencias vocales comprendidas entre 300 y 3 000 Hz, aproxi-madamente, en varias bandas espectrales contiguas y mide la energa en cada ban

25、da. Estas mediciones se codifican y setransmiten.En la Fig. 2, se representa el diagrama de bloques terico del vocodificador de canales. En la seccin de anlisis, seutilizan diversos filtros paso banda (FPB procesado de filtro equivalente) para separar las sub-bandas de conversaciny extraer la compon

26、ente de frecuencia de cada banda espectral. Se miden las salidas de los FPB para determinar el nivelde cada banda. Al mismo tiempo, se detectan los sonidos sonoros y sordos y el tono fundamental. En el analizador semuestrean y cuantifican estos parmetros, obtenindose una seal codificada de 2 400 bit

27、/s para la transmisin.f1f2fnf1f2fnFIGURA 2Diagrama de bloques del vocodificador de canalesEntrada dela seal deconversacinSeal deconversacinsintetizadaDetector frecuenciasvocales/no vocales Detector detono fundamentalCodifi-cadorDecodi-ficador2 400 bit/sDatos digitalesDatos digitales(Analizador)Sumad

28、orConmutadorGeneradorde ruidoGenerador de impulsosSonidos vocales/no vocalesTono fundamental(Sintetizador)D02FIGURE 2/F.1112.D02 = 11 CM4 Rec. UIT-R F.1112-1En la seccin de sntesis se utilizan, un generador de ruido y un generador de impulsos para excitar el sintetizador delespectro. El generador de

29、 ruido acta sobre los sonidos sordos y el generador de impulsos sobre los sonidos sonoros. Seajusta la frecuencia de salida del generador de impulsos a un valor casi igual al del tono fundamental. Se analizan lassalidas del generador de ruido o del generador de impulsos mediante una combinacin de fi

30、ltros paso banda, similar a lautilizada en la seccin de transmisin. Se multiplican y suman los niveles de las bandas espectrales analizadas pararecuperar la seal de conversacin.2.2 RealizacinEl terminal vocal digital utiliza la FFT (transformada rpida de Fourier) para realizar el anlisis espectral d

31、e la sealtelefnica. El espectro calculado se subdivide en varias bandas espectrales cuya anchura es equivalente a la de cada filtropaso banda. Se promedian las bandas espectrales o canales para determinar el nivel de cada una de ellas. Se detecta lafrecuencia obteniendo la autocorrelacin mxima y se

32、obtienen los sonidos voz/no voz basndose en el nivel de losvalores mximos de la funcin. Por otro lado, se sintetiza la seal telefnica generando la respuesta impulsiva de losfiltros paso banda mediante un filtro digital RIF (respuesta al impulso finita). El resultado se multiplica por el nivel desali

33、da de cada banda espectral. Por ltimo, se suman las ondas de todas las bandas espectrales para obtener la seal deconversacin.3 Mdem MDF-MDP-4DEl mdem MDF-MDP-4D empleado en este sistema, es bsicamente el mismo que se describe en la Recomen-dacin UIT-R F.763 (vase el Anexo 1). Sus caractersticas ms i

34、mportantes son: velocidad de datos 2 400 bit/s,utilizacin de 18 tonos de los cuales 16, separados entre s 110 Hz y situados en la banda 935-2 585 Hz, se modulan conMDP-4-CD (modulacin por desplazamiento de fase cuaternaria-codificacin diferencial), con una velocidad desealizacin de 75 Bd. Se utiliza

35、 el tono de 605 Hz para la correccin de los errores de frecuencia de extremo a extremo.Se ha elegido para la sincronizacin el tono de 825 Hz para evitar una prdida excesiva en el borde de la banda. Seintroducen tiempos de guarda entre las tramas para combatir la propagacin multitrayecto y la distors

36、in de tiempo depropagacin de grupo.4 Resultado de las pruebasEn la Fig. 3, se presentan las caractersticas de un vocodificador de canales, en trminos de la inteligibilidad de lasfrases, los sonidos y slabas en funcin de la BER. Las Figs. 4 y 5 muestran las caractersticas del mdemMDF-MDP-4D en forma

37、de BER, en funcin de la relacin Eb/N0. La Fig. 4, se refiere a las caractersticas estticas y laFig. 5 a las caractersticas en condiciones de desvanecimiento.Rec. UIT-R F.1112-1 5506070809010010 310 210 12 5 2 5FIGURA 3Caractersticas de un vocodificador de canalesBERPorcentaje(%)Inteligibilidad de la

38、s frasesInteligibilidad de los sonidosInteligibilidad de las slabasD03FIGURE 3/F.1112.D03 = 10 CM51015 210 310 41010 5252525FIGURA 4Caractersticas estticas del mdem MDF-MDP-4DProporcindebitserrneos(BER)E /N (dB)b 0D04E :N :b0Energa por bitDensidad espectral de potencia de ruidoFIGURE 4/F.1112.D04 =

39、14 CM6 Rec. UIT-R F.1112-115 20 25 30 35 40 45 41010 110 310 2252525FIGURA 5Caractersticas del mdem MDF-MDP-4Den condiciones de desvanecimientoD/R = 49D/R = Proporcindebitserrneos(BER)0E /N (dB)bFrecuencia Doppler: 0,5 HzRetardo temporal: 1 msD/R: Relacin entre las potencias mediascuadrticas de la o

40、nda directa y la onda reflejadaD05FIGURE 5/F.1112.D05 = 13.5 CMANEXO 3Sistema de radiotelefona digital que utiliza un vocodificador ortogonal1 Descripcin del sistemaLa Fig. 1 presenta un diagrama de bloques de un tipo de sistema radiotelefnico digital. El circuito comprende losequipos radioelctricos

41、 convencionales de un enlace principal en ondas decamtricas: transmisores, receptores paradoble recepcin por diversidad de espacio, antenas y circuitos de enlace.El equipo terminal de lnea consiste en un vocodificador para la conversin de la seal vocal en un tren de bits a 2 400 4 800 bit/s y un mde

42、m para comunicar con los sistemas radioelctricos en ondas decamtricas.Rec. UIT-R F.1112-1 72 VocodificadorSe han realizado pruebas de funcionamiento en el circuito radiotelefnico digital utilizando dos tipos de vocodificadordiseados para el funcionamiento a 2 400 y 4 800 bit/s. El diagrama de bloque

43、s de los vocodificadores, ambosortogonales, se muestra en las Figs. 6 y 7. La seal vocal inicial se aplica al analizador de espectro, que determina losvalores Ykde la envolvente del espectro de la seal vocal a diferentes frecuencias.El vocodificador 4 800 bit/s toma 30 muestras distribuidas uniforme

44、mente dentro de cada una de las tres secciones de lagama total de frecuencias de la seal vocal. Estas muestras se convierten en 16 coeficientes de jde la descomposicinde la envolvente del espectro en una serie ortogonal que, con una frecuencia de trama de 60 Hz, constituye una secuenciabinaria a 3 8

45、40 bit/s. Al efectuar el anlisis del espectro, se extraen simultneamente el periodo de frecuenciafundamental de la seal vocal, as como la caracterstica de excitacin del ruido en la frecuencia fundamental, que setransmiten al doble de la frecuencia de trama, 120 Hz, con un cdigo de 8 dgitos, utilizan

46、do as 960 bit/s del tren de bitstotal.En la recepcin, las seales jque controlan el sintetizador de espectro ortogonal, y las seales de la frecuenciafundamental y de ruido en la frecuencia fundamental que controlan el generador de excitacin del sintetizador, seextraen del tren binario recibido. El ge

47、nerador de excitacin del sintetizador genera una secuencia de grupo de impulsosa la frecuencia fundamental que tiene un espectro uniforme, o una secuencia de impulsos seudoaleatorios. La seal vocalse sintetiza a la salida del sintetizador.El vocodificador 2 400 bit/s (vase la Fig. 7) es ortogonal co

48、n conversin no lineal, en la cual la serie ortogonal es la razcuadrada de la envolvente del espectro de la voz. En este caso, el nmero de muestras Ykde la envolvente del espectroes 21, y la distancia entre ellas aumenta uniformemente con la frecuencia siguiendo la curva de articulaciones iguales.Estas muestras estn sujetas a la extraccin de la raz cuadrada, Yk, despus de lo cual se determinan 10 coeficientes jde la descomposicin de la raz cuadrada de la envolvente del espectro en la serie ortogonal. Los valores de estoscoeficientes se transmiten cada 20 ms en el tren binario to