移动通信中的语音编码和信道编码
4g和5g通信所采用的信源编码和信道编码
4g和5g通信所采用的信源编码和信道编码4G和5G通信所采用的信源编码和信道编码是不同的，具体如下：1. 4G通信所采用的信源编码4G通信系统采用了多种信源编码方式，其中最常用的是AMR （Adaptive Multi-Rate）编码。
AMR编码是一种自适应多速率语音编解码器，其主要作用是将语音转化为数字数据，并通过无线网络传输。
AMR编码可以根据网络质量自适应调整传输速率，从而提高语音质量。
2. 4G通信所采用的信道编码4G通信系统采用了Turbo编码和LDPC（Low Density Parity Check）编码两种主要的信道编码方式。
Turbo编码是一种迭代式卷积码，能够有效地提高数据传输速率和距离性能。
LDPC编码则是一种基于图像理论的低密度奇偶校验码，具有低复杂度、高效率等优点。
3. 5G通信所采用的信源编码5G通信系统引入了新型的波形调制方式和多路访问技术，因此在信源编解码方面也进行了改进。
5G通信系统主要采用Polar Coding（极化编解码）技术进行数据压缩和解压缩。
Polar Coding是一种基于极化理论的新型编码方式，具有高效率、低复杂度等优点。
4. 5G通信所采用的信道编码5G通信系统主要采用了LDPC编码和Polar Coding两种信道编码方式。
与4G通信系统相比，5G采用了更加先进的LDPC编码技术，能够提高数据传输速率和距离性能。
此外，Polar Coding也可以应用于5G通信系统的信道编码中，进一步提高数据传输效率。
总之，4G和5G通信所采用的信源编码和信道编码各有不同，并且在技术上都进行了不断改进和优化，以满足不断增长的无线通信需求。
第5章 语音编码及信道编码
浊音/清音 开关 u(n) ×
G
声道参数
时变数字 滤波器 s(n)
图 5 - 4 语音产生模型的简化方框图
第5章 语音编码及信道编码
Sn ＝ Sn－ 1 ＝ Sn－ 2
Sn－m＋ 1 …
＝
S n－M
h1
h2
h M －1
hM
－1
－1
－1
－1
1
21
21
21
21
2
S n(开 关 1)
∑
或
n(开 关 2)
5.1.2 信道编码 著名的仙农(Shannon)定理为实现有效和可靠的通
信奠定了理论基础。 该定理指出： 在有噪声的信道环 境下， 只要信源的信息速率不超过信道容量， 就可以 找到一种编码方法， 使信息的传输速率任意地逼近信 道容量， 而传输的错误概率任意地逼近于零， 或者传 输的失真度能够任意地逼近给定的要求。 这里指出了 信道编码在实现有效和可靠的通信方面的重要作用和 地位， 并从理论上为信道编码的发展指出了努力方向。
第5章 语音编码及信道编码
矢量量化编码的关键是建立一个好的码本。 对码 本的要求是：
(1) 码本中的样值组合应与实际语音信号相近； (2) 码本应尽可能的小； (3) 搜索码本的时间短。
第5章 语音编码及信道编码
5.3.2 码激励线性预测编码(CELP) 图5 - 11为CELP的基本原理框图。 与图5 - 8中
第5章 语音编码及信道编码
第5章 语音编码及信道编码
第5章 语音编码及信道编码
5.1 概 述
5.1.1 语音编码 语音编码的基本方法可分为波形编码和参量编码两
种。 波形编码是将时域的模拟语音的(电压)波形信号 经过取样、 量化、 编码而形成的数字语音信号。 为了 保证数字语音信号解码后的高保真度， 取样速率应满 足奈奎斯特取样定理， 并且量化分层数要足够大。
6.3.216移动通信中的语音编码技术
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2. 基本语音编码技术
波形编码、声源编码和混合编码
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EDITED BY LIUJUN
波形编码
➢特性 ✓高保真度 ✓较高编码速率 ✓16～64kb/s
➢一般处理过程
✓取样 ✓量化 ✓编码
➢优点 ✓适用很宽范围的语音特性 ✓抗干扰性能强 ✓技术复杂度低，费用中等
➢典型方案 ✓PCM、DPCM、ADPCM ✓DM、CVSDM ✓ATC、SBC、APC
1. 语音编码基本概念
移动信道带宽有限，数字通信的PCM编码输出的编码速率不能满足移动通 信的要求
移动通信语音编码的目标是高质量、低速率的话音编码技术 可直接影响到数字移动通信系统的通信质量、频谱利用率和系统容量
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EDITED BY LIUJUN
移动通信中语音编码要求
速率较低，纯编码速率应低于16kb/s 在一定编码速率下话音质量应尽可能高 编解码时延应短，应控制在几十毫秒之内 在强噪声环境中，应具有较好的抗误码性能，从而保证较好的话音质量 算法复杂程度适中，应易于大规模电路集成
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混合编码
➢特性 ✓基于参量编码和 波形编码的优点 ✓4～16kb/s
➢优点
✓ 4～16kb/s 时，语音质量 达到商用语音 通信标准
➢典型方案 ✓REP-LTP（GSM， 13kb/s ） ✓VSELP ✓CELP （CDMA， 1.2kb/s ，2.4kb/s， 4.8kb/s ，9.6kb/s ）
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EDITED BY LIUJUN
小结
什么是语音编码技术？解决什么问题？ 基本的语音编码技术有哪些？ 你了解哪些移动通信系统中的语音编码技术？
语音编码和信道编码
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5、数字基带信号常用码型
移 动 通 信 原 理
• 在设计数字基带信号码型时，应考虑以 下原则
– 线路传输码的频谱中无直流分量和只有很小 的低频分量 – 便于从基带信号中提取定时信息 – 尽可能提高传输码型的传输效率 – 基带传输信号具有内在的检错能力
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5、数字基带信号常用码型
移 动 通 信 原 理
移 动 通 信 原 理
• 数字基带信号的线路传输码型
– 单极性码含直流分量，不宜在线路上传输， 通常只用于设备内部 – 双极性码和交替极性码的直流分量基本等于 零，因此适合在线路中传输 – 多电平信号，由于它的传信率及抗噪声性能 较差，故宜用于要求高传信率而信道噪声较 小的场合 – 归零码便于提取同步信息
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GSM系统语音编码器性能要求
移 动 通 信 原 理
（3）码变换 • GSM系统所确定的基本语音编码的变码 器可将13位线性PCM码流变换成16kbit/s 的无线传输比特率。 • 在GSM语音编码器网络一端将完成A律 或µ律的PCM变换。
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GSM系统语音编码器性能要求
移 动 通 信 原 理
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1、 概述
• 语音编码技术通常分为三类
移 动 通 信 原 理
– 波形编码（如PCM） – 声源编码（或参量编码） – 混合编码
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1、概述
移 动 通 信 原 理
• 波形编码的目的在于尽可能精确地再现原来的 语音波形。
– 如A/D转换，直接将时域波形变换成数字系列，接 收恢复的信号质量好
• 声源编码是将语音信息用特定的声源模型表示。
（4）非话信号的传输 • 语音编译码器没有对语音频段的数据做 出要求，然而，必须要求语音编译器能 够传输由网络提供给用户的各种音频信 号音，如拨号音、振铃音、忙音等。
移动通信技术与网络优化第3章 语音编码信道编码和交织
• 源编码就是信源信号的模数（A∕D）变换，即将 模拟的信源信号转化成适于在信道中传输的数字 信号形式。 • 在数字系统中，信源编码的基本目的就是通过压 缩信源产生的冗余信息来提高整个传输链路的有 效性。 2 信源编码的分类
(1) 根据信源信号是离散的信号还是连续的信号， 可以将信源编码分为：
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3.1.6 GSM系统语音编码器
1 GSM系统语音编码器性能要求
（1）语音质量
• 对语音编码最基本的要求就是用户角度测试，在 可工作的范围内，平均语音质量应至少不低于 900MHz模拟移动系统。 • 语音编码算法应具有很强的适应频谱以及电平变 化的能力。 • 语音编码器能够不受环境噪声以及很多语音信号 混杂的干扰。
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3.1.6 GSM系统语音编码器
• 在GSM语音编码器网络一端将完成A律或律的 PCM变换。
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3.1.6 GSM系统语音编码器
（4）非话信号的传输 • 语音编译码器没有对语音频段的数据做出要求， 然而，必须要求语音编译器能够传输由网络提供 给用户的各种音频信号音，如拨号音、振铃音、 忙音等。
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3.1.6 GSM系统语音编码器
• 在移动台转接移动台时，会出现两套编/译码器复 接的情况。
（2）码速率
• 仍然使用8kHz取样率，以便于和PSTN的接口连 接。基于对频率利用率和语音质量相矛盾的协调， 将16kbit/s作为可接受的工作比特率。 • （3）码变换 • GSM系统所确定的基本语音编码的变码器可将13 位线性PCM码流变换成16kbit/s的无线传输比特率。
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第4章 语音编码、信道编码和交织讲解
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4.1.1 概述
• 混合编码基于参量编码和波形编码发展的一类新的 编码技术。在混合编码的信号中，既含有若干语音 特征参量又含有部分波形编码信息。其编码速率一 般在4～16kbit/s。当编码速率在8～16kbit/s范围时， 其语音质量可达到商用语音通信标准的要求。
• 考虑到中、低比特率的编译码器将尽量利用语音 中的一些特征，将语音以及语音频段内的数据一 起协调的编码算法必将降低语音的质量。因此， 在设计语音编码器时，应首先考虑语音的质量， 而对于语音频段内的数据信号，则通过特殊的终 端适配器来实现。
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4.1.6 GSM系统语音编码器
（5）传输时延 造成传输时延的主要原因有以下两方面。 ① 语音编码的时延。 ② 无线分系统中的时延。
• 目前较成功的混合编码方案有两种，多脉冲激励 线性预测编码（MPLPC)和码激励线性预测编码 （CELPC),前者使用一个数目有限且幅度和位置 要调整的脉冲序列作为激励源。后者使用一个波 形矢量作为激励源。图4-3给出三种不同激励序列 及其产生语音方法。
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图4-3 三种不同激励的语言合成模型
• 三种编码技术同时存在通信系统中，波形编码以 其高质量用于长途传输和宽带语音；声码器以高效 压缩性用于保密通信；混合编码以其独有特性用于 各种通信系统。
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4.1.5 移动通信中语音编码器的选择
在低比特率语音编码中，有4个参数是很重要的， 即比特率、质量、复杂度和处理时延。 1．语音质量评估 • 当前世界上流行的语音质量评估方法是采用原
5 移动通信原理 第五章 语音编码、信道编码和交织技术
第5章语音编码、信道编码和交织技术引言一般的数字通信系统都包含信源编解码、信道编解码和调制解调这三对功能模块，语音编码是一种信源编码的，在移动通信中由于信道的特点，往往还需要交织和去交织这一对功能模块。
为什么要进行信源编码、信道编码和交织呢？从实现过程分析：信源编码——原理：去掉一些信息（信源中统计特性具有相关性的信息）；（有效性）目的：尽可能用最少的信息比特表示信源，从而达到压缩信息速率，以较少的信息速率传送信息；信道编码——原理：加入一些信息（监督码或检验码）；（可靠性）目的：用来供接收端纠正或检出信息在信道中传输时，由于干扰、噪声或衰落等所造成的误码。
交织——原理：不改变信息量，只改变信息的排序；（可靠性）目的：克服信道中由于深衰落而造成的突发的成串的误码。
对本章的学习，我们复习信源编码和信道编码的基础上，重点掌握：1．移动通信对编码的要求；2．蜂窝移动通信典型系统用到的编码方式；3．在这些系统中的实现过程；4．交织的原理和作用。
5.1 语音编码通信系统中的语音编码的目的是解除语音信源的统计相关性，语音编码大致分为三类。
一．语音编码的分类（参考：《吴伟陵，《移动通信原理》，电子工业出版社，P72）1．波形编码波形编码是以精确再现语音波形为目的，并以保真度即自然度为度量标准的编码方法。
这类编码是保留语音个性特征为主要目标的方法，其码速较高。
常用的波形编码及其原理：PCM、DPCM、ADPCM应用：适用于骨干（固定）通信网。
2．参量编码利用人类的发声机制，仅传送反映语音波形变化主要参量的编码方法。
在接收端，可根据发声模型，由传送过来的变化参量激励产生人工合成的语音。
参量编码的主要标准是可懂度。
显然，这类编码是以提取并传送语音的共性特征参量为目的的编码方式，其码速较低。
（声码器）常用的参量编码及其原理：LPC应用：主要用于军事保密通信。
3．混合编码混合编码是吸取上述两类编码的优点，以参量编码为基础，并附加一定的波形编码特征，以实现在可懂度基础上适当改善自然度目的的编码方式。
5 移动通信原理 第五章 语音编码、信道编码和交织技术
第5章语音编码、信道编码和交织技术引言一般的数字通信系统都包含信源编解码、信道编解码和调制解调这三对功能模块，语音编码是一种信源编码的，在移动通信中由于信道的特点，往往还需要交织和去交织这一对功能模块。
为什么要进行信源编码、信道编码和交织呢？从实现过程分析：信源编码——原理：去掉一些信息（信源中统计特性具有相关性的信息）；（有效性）目的：尽可能用最少的信息比特表示信源，从而达到压缩信息速率，以较少的信息速率传送信息；信道编码——原理：加入一些信息（监督码或检验码）；（可靠性）目的：用来供接收端纠正或检出信息在信道中传输时，由于干扰、噪声或衰落等所造成的误码。
交织——原理：不改变信息量，只改变信息的排序；（可靠性）目的：克服信道中由于深衰落而造成的突发的成串的误码。
对本章的学习，我们复习信源编码和信道编码的基础上，重点掌握：1．移动通信对编码的要求；2．蜂窝移动通信典型系统用到的编码方式；3．在这些系统中的实现过程；4．交织的原理和作用。
5.1 语音编码通信系统中的语音编码的目的是解除语音信源的统计相关性，语音编码大致分为三类。
一．语音编码的分类（参考：《吴伟陵，《移动通信原理》，电子工业出版社，P72）1．波形编码波形编码是以精确再现语音波形为目的，并以保真度即自然度为度量标准的编码方法。
这类编码是保留语音个性特征为主要目标的方法，其码速较高。
常用的波形编码及其原理：PCM、DPCM、ADPCM应用：适用于骨干（固定）通信网。
2．参量编码利用人类的发声机制，仅传送反映语音波形变化主要参量的编码方法。
在接收端，可根据发声模型，由传送过来的变化参量激励产生人工合成的语音。
参量编码的主要标准是可懂度。
显然，这类编码是以提取并传送语音的共性特征参量为目的的编码方式，其码速较低。
（声码器）常用的参量编码及其原理：LPC应用：主要用于军事保密通信。
3．混合编码混合编码是吸取上述两类编码的优点，以参量编码为基础，并附加一定的波形编码特征，以实现在可懂度基础上适当改善自然度目的的编码方式。
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移动通信中的语音编码和信道编码目录摘要---------------------------------------------------2 前言---------------------------------------------------31 基础理论---------------------------------------------32 语音编码---------------------------------------------32.1 PHS系统的语音编码-------------------------------42.2 GSM系统的语音编码------------------------------42.3 IS95 CDMA系统的语音编码-------------------------42.4 语音编码比较-------------------------------------52.5 语音编码展望-------------------------------------53 信道编码----------------------------------------------63.1 GPRS的信道编码----------------------------------63.2 WCDMA的信道编码---------------------------------63.3 信道编码比较-------------------------------------73.4 编码速率对网络规划的影响-------------------------73.5 信道编码展望-------------------------------------7 参考文献-------------------------------------------------8摘要介绍了语音编码和信道编码的理论基础及实践中要解决的问题，并简要介绍了移动通信中几种主要的语音编码和信道编码的原理，同时通过比较，描绘出发展趋势。
篇尾简明阐述了编码速率对网络规划的影响。
Describes the problem to be solved in the theoretical basis and practice of the speech coding and channel coding, and briefly describe the main principles of the speech coding and channel coding of the several mobile communication, by comparing at the same time, depicts the development trend. The articles concise exposition of the end of the coding rate of network planning.【关键字】香农定理语音编码信道编码前言通信系统一般是由信源、信道和信宿组成，通信的根本任务是有效、可靠地传输信息。
一般而言，提高抗干扰能力往往是以降低信息的传输率为代价的；相反，提高信息传输率又会使抗干扰能力减弱，这是一个矛盾的两个方面。
理论上指出，我们可以使这一矛盾的两个方面达到辩证的统一，使通信既有效、又可靠，这一方法就是编码，寻找最佳的编码方案。
信源编码要解决的问题是如何在不失真或允许一定程度的失真条件下，用尽可能少的符号来表示信息。
即，如何减少信源符号的相关性，以提高信源的传输率，达到压缩信源数码率的目的。
对于移动通信系统，信源编码就是语音编码，主要完成模/数转换及数字压缩功能。
此外，在有干扰的情况下，如何增加信号传输的抗干扰能力，同时使信息传输率最大，则是信道编码问题。
信道编码的本质是增加通信的可靠性，或者说是增加整个系统的抗干扰性。
信道编码的目的主要有两点：①要求码列的频谱特性适应通道的频谱特性，使传输过程中的能量损失最小，以提高信号能量与噪声能量的比例，减小发生差错的可能性；②增加纠错能力，即使出现差错，也能得到纠正。
1 基础理论美国科学家香农(C.E.Shannon) 关于“无失真信源编码定理”、“抗干扰信道编码定理”和“限失真信源编码定理”的三大定理被誉为信息理论的三大理论支柱。
“无失真信源编码定理”( 香农第一定理) 是一个极限定理，它指出了单义可译的非延长码的平均码长可无限接近极限值，无噪声信道的信息传输率可无限接近信道容量。
这是一个美好的前景，但定理本身并没有给出如何构造这种有效码的具体方法。
“抗干扰信道编码定理”(香农第二定理)告诉我们，总可以找到一种抗干扰信道编码，只要其码长足够长，它的最小平均错误译码概率可任意小，信道信息传输率可无限接近信道容量。
“限失真信源编码定理”(香农第三定理)证实，在允许失真度确定后，总存在一种编码方法，使编码后的信源输出信息率大于信源信息率失真函数R(D)，但可以任意接近于R(D)，而平均失真度小于或无限接近于允许失真度。
香农三大定理说明构成一个既有效又可靠的理想通信系统的光明前景是存在的。
限失真信源编码可以从长的信源符号序列中除掉剩余度，保留由保真度准则确定的最必要的信息，提高通信的有效性。
抗干扰信道编码可重新加入特殊形式的必要的剩余度，增强信道的抗干扰能力，提高通信的可靠性。
合理地综合使用信源编码和信道编码，可使通信系统既有效又可靠，实现通信系统的最优化。
2 语音编码在介绍语音编码之前，我们先来说明如何评价语音编码的质量。
归纳起来大致可分为两类，即客观评定方法和主观评定方法。
主观评定方法符合人类听话时对语音质量的感觉，因而目前得到广泛应用。
最主要的主观评定方法是主观评定等级（Subjective Opinion Scale），或称平均评得分（Mean Opinion Score ，缩写MOS）。
MOS得分采用5级评分标准，最低为1级(Bad)表示质量坏到不能接受，2级(Poor)表示质量差，3级(Fair)表示质量尚可接受，4级(Good)表示质量好，最高级为5级(Excellent)表示质量完美。
其方法是，由数十名试听者在相同信道环境中试听并给予评分，然后对评分进行统计处理，求出平均得分。
从用户角度看，通常认为MOS分4.0~4.5分为高质量语音编码，达到长途电话网的质量要求。
MOS3.5分左右称作通信质量，这时听者能感觉到语音质量有所下降，但不影响正常的通话，可以满足多数通信系统使用要求。
MOS3.0分以下常称为合成语音质量，这种语音一般只有足够高的可懂度，但是自然度较差，不容易识别讲话者。
2.1 PHS系统的语音编码采用ADPCM(Adaptive Differential Pulse Code Modulation)编码技术。
在PHS系统中，首先使用64kbit/s的全速率编码，然后以ITU推荐的G.711和G.726，把信号转换成32kbit/s的ADPCM信号，其语音质量评分达到4.1。
2.2 GSM系统的语音编码GSM系统话音编码器是采用声码器和波形编码器的混合物——混合编码器，全称为线性预测编码- 长期预测编码- 规则脉冲激励编码器（LPC-LTP-RPE编码器）。
LPC+LTP为声码器，RPE为波形编码器，再通过复用器混合完成模拟话音信号的数字编码，每话音信道的编码速率为13kbit/s,话音质量MOS接近或达到达3.6。
GSM编码器的框图可以分成5个部分（如图1所示）：图1 GSM编码器框图（1）预处理：去除语音的直流分量，进行预加重；（2）L PC 分析：预测滤波器的系数，每帧( 2 0 ms )计算一次滤波器的系数，GSM方案中取滤波器的阶数为8。
（3）短时分析滤波：对信号做短时预测分析，产生短时残差信号。
（4）长时预测：在R P E 中用规则脉冲来代替残差信号，因此直接用短时预测的残差信号，未必是最佳效果，故再进行一次长期预测，以去掉冗余并进行优化。
长时预测每子帧(5ms)计算一次。
（5）脉冲规则编码：把20ms的帧划分成4个子帧，每子帧5ms，共40个样点。
40个样点中按3:1等间隔抽取可得13个样点，大大降低了编码速率。
2.3 IS95 CDMA系统的语音编码IS95系统采用4速率码本激励线性预测编码(CELP)的语音编码器。
CELP是Codebook Excited Linear Prediction(码本激励线性预测编码)的缩写，基本原理可举例说明如下。
对每帧20ms的语音以8000Hz频率采样，为1 60个样点，压缩得到40个样点。
经LPC预测分析后可得到残差信号，也是40个样点。
将这40个样点组合用10比特的编码来代表。
码本就是由10个比特组合成的1024钟序列来代表语言中各种可能的残差信号。
这样只用10个比特就可以传送一组40个样点的残差信号了。
如果码本编得好，误差会很小，这样不但码速低而且话音质量好。
2.4 语音编码比较（如表1所示）此外，CDMA2000中采用的语音编码是EVRC(Enhanced Variable Rate Code), 它是一种可变速率语音编译码算法，根据噪音情况采用3种不同速率：全速率，半速率和1/8速率，对应9.6kbit/s，4.8kbit/s，1.2kbit/s，平均编码速率为8kbit/s，其质量与13kbit/s的QCELP算法相当。
WCDMA中优选的语音编码方案是自适应多速率语音编码(AMR)，全速率模式下有8 种编码速率，半速率模式下有6 种编码速率，其目的是优化当前信道下的语音质量。
AMR编码是以自适应码本激励线性预测编码ACELP技术为基础。
移动通信对话音编解码的主要要求是：(1)话音的质量要高；(2)编码速率要适合在移动信道内传送；(3)时延小于65 ms。
此外还有编码的复杂度，也是衡量指标之一。
2.5 语音编码展望很明显，如果速率低一些，但质量却相对较高，这种方案会受到欢迎，也是语音编码的研究方向。
从技术上讲，采用单一编码技术已很难满足要求，采用混合编码是优选方向。
目前在3G中采用可变速率语音编码，话音激活技术，可以大大降低语音的平均传输率。
（如图2所示）图2 不同系统的语音编码的可造速率从PHS到GSM到IS-95再到3G中的变速率及语音激活技术，正体现了这一发展趋势。
我们可以发现，在3 G系统中编码速率根据不同的环境特点有了更多的选择，以期达到传输效率和语音质量的更好平衡。
从另一个角度来看，由于3G是从不同的2 G标准发展而来，考虑平滑过渡，必然导致3G标准各不相同；同时，3G又提供多种多样的服务业务；这两点必然导致一种编码速率无法满足所有标准、无法满足所有业务要求。