话音编译码器
Turbo码在3G通信中的应用
Turbo 码在3G 通信中的应用1. Turbo 码的研究现状对于Turbo 码的研究最初集中于对其译码算法、性能界和独特编码结构的研究上，经过十多年来的发展历程，已经取得了很大的成果，在各方面也都走向使用阶段。
Turbo 码由于很好地应用了香农信道编码定理中的随机性编译码条件而获得了接近香农理论极限的译码性能。
它不仅在信噪比较低的高噪声环境下性能优越，而且具有很强的抗衰落、抗干扰能力。
目前，Turbo 码的研究主要集中在以下几个方面：(1)编译码技术。
编码方面主要包括对并行级联编码与串行级联编码的分析，以及对混合级联方式的研究；译码方面主要包括迭代译码、译码算法（最大后验概率算法MAP 、修正的MAP 算法Max-Log-MAP 、软输出Viterbi 算法SOVA 等）的研究。
(2)Turbo 码的设计和分析。
主要包括交织器的设计、码的级联方式、译码算法、Turbo 码的性能分析等。
在性能分析中，主要对码重分布及距离谱进行分析，但由于没有相应的理论支持，这种分析只能是近似的，且仅局限于短码长、小码重的情况。
(3) Turbo 码在直扩(CDMA) 系统中的研究及应用。
Turbo 码不仅在信道信噪比很低的高噪声环境下性能优越，而且还具有很强的抗衰落、抗干扰能力，因此它在信道条件差的移动通信系统中有很大的应用潜力，在3G 系统(IMT-2000)中己经将Turbo 码作为其传输高速数据的信道编码标准。
3G 系统(IMT-2000)的特点是多媒体和智能化，要能提供多元传输速率、高性能、高质量的服务，支持大数据量的多媒体业务。
由于无线信道传输媒质的不稳定性及噪声的不确定性，一般的纠错码很难达到较高要求的译码性能(一般要求比特误码率小于e)，而Turbo 码优异的译码性能，可以纠正高速率数据传输时发生的误码。
另外，由于在直扩(CDMA) 系统中采用Turbo 码技术可以进一步提高系统的容量，所以有关Turbo 码在直扩(CDMA) 系统中的应用，也就受到了各国学者的重视。
INMARSAT-F系统中的Turbo码技术及软件实现
Ｉ ＭＡ Ａ －Ｆ系统 中的 Ｎ ＲＳ Ｔ－ Ｔ ｒｏ码技术及软件实现 ｕｂ
陈发 新 刘 可仁
摘要：本文首先介绍了Ｉ ＭＡ Ｓ Ｔ— Ｎ Ｒ Ａ Ｆ系统及其业务，重点介绍 了Ｉ ＭＡ Ｓ Ｔ— Ｎ ＲＡ Ｆ 系统中的高速数据业务中采用的Ｔ ｒｏ ｕｂ 码编译码器的组成。 本文还介绍 了 于Ｓ Ｖ 基 ＯＡ 算法 的 Ｔ ｒｏ码译 码技 术 。最后 结合 Ｓ Ｖ 的改进 算法 用 高级 语 言实现 了 ｕ ｂ ＯＡ
Ｉ ＭＡＲ Ａ Ｆ 系统 的 Ｔ ｒｏ码译码 。 Ｎ Ｓ Ｔ— ｕｂ
关键词 ：Ｉ ＮＭＡＲ Ａ 高速 数据 ＳＴ １ ＮＭＡＲＳ Ｔ—Ｆ系统 介绍 Ｉ Ａ
Ｔ ｒｏ ｕｂ 码
ＳＶ Ｏ Ａ译 码
ＩＭＡＲ Ａ ＿Ｆ系统结合 了移 动卫星通 信与 多媒体 数据技 术 ，可在任 何场合 、任何 Ｎ ｓＴ
时间为用户提供高质量的话音和多媒体通信服务。Ｉ ＭＡ ｓ Ｔ Ｎ Ｒ Ａ ＿Ｆ系统是在 Ｍｉ— 和 ｎｍ ｉ Ｍ４系统基 础 上发展起来 的 ，它 的低 速业务 主要与 Ｍｉｉ 系统一样 ，提供低 速话 音和数 ｎ－ ｍ 据服 务 ； 的高速数据 业务 （ Ｄ） Ｍ４系统一样 ， 它 ＨＳ 与 提供 ６ Ｋ的数据 业务 ， 送 Ｉｔ ｔ ４ 传 ｎｅ ｍｅ
—
Ｆ系统和 ＭＡ Ａ ＲＳ Ｔ—Ｂ Ａ 系统 中 ，就把 １Ｑ Ｇ Ｎ ６ ＡＭ 调制与 Ｔ ｒｏ码技 术相结 合作为 ｕｂ 假设 ，信 道接 入方式 ：Ｓ Ｐ ／ＤＭＡ；调 制方 式 ：１Ｑ Ｍ ；数据 速率 ：６Ｋｂ ；符 Ｃ ＣＦ ６Ａ ４ ／ ｓ
核 心技术 。下面 以 ＨＳ Ｄ业务 为主进行 介绍 。
一 一
＝
，
一
１ ∑ Ｊ 。 ，０ ，＝１ 。 ， ＋ 三 ， ＋ ｌ （ Ｖ ， 上 ） ２
基于AMBE-2000的低速声码器设计与实现
Ａ Ｅ ２ ０ 芯 片电路可以被视为 ２ ＭＢ 一 ００ 个独立 的部分 ， 即编码 器和译码器。编码器接收采样 率为８ ｓｓ ｋｐ 的话音数据流 ， 以较 并 高 的速率输 出数据 流到传 输通道上。相反 ， 码器接收从传输 译 通道上传送的数据流合成出 ８ ｓｓ ｋｐ 话音数据流。Ａ Ｂ 一 ０ ０ Ｍ Ｅ ２ ０ 基 本工作 原理如图 １ 所示 。
音数据送入信道 ， 发送给接收端 ， 接收端收到的语音数据必须加
上数据帧头后才能送给译码 器进行译码。
在 本 系统 中 ， Ａ Ｅ ２０ 设 置 为 主 动帧 模 式 。在 整 个 系 将 ＭＢ 一 ０ ０
统工作 之前 ， 要对 Ａ Ｅ ２０ 进行复位 ， ＭＢ 一 ０ ０ 复位时间不少 于５ ， ０８ 在复位信号 出现上升沿 ９ ｍ 后 ， ５ ｓ 电路才开始处理 Ｔ Ｖ ２ Ａ Ｃ ０ Ｌ ３ ０ Ｉ １ 芯片的语音信号。在本系统中， 采用高性能和低噪声的 ３６ ８ 放大 器， 通过可调电位器 ， 调整输出语音信号的增益。 在系统工作时 ， 首先将模拟话音信号经放 大器放 大后送入 到 Ａ／ Ｄ芯 片 中 ， 行 Ａ／ 进 Ｄ变 换 ， 到 较 高 的 信 噪 比 。 得 Ｔ Ｖ ２Ａ Ｃ ０ Ｌ ３ ０ Ｉ １ 芯片输 出的是 ８ ｓｓ ｋｐ 的语音采集信号 ， 通过硬件管 脚 Ｒ Ｔ ＿ Ｅ 可以选择 Ａ Ｅ ２０ 的信息速率 ， ＭＢ 一 ０ ０ ＡＥＳＬ ＭＢ 一 ０ ０ 将Ａ Ｅ ２０
接下来 的 １ 帧数据 删除 ， 即第 ４ 帧数据不再传输 。因此 总的数 ９ 据 量就没有增 加 ， 这样就可 以以 １ ０ ｂ ｓ ０ ｐ 的速率传 输数据了。 ２
３接收端系统原理 。天线接 收到的是 １ ０ ｂ ｓ ． ０ ｐ 的语音数据 ２ 信 息和 同步位信息 的总 和。每 帧语音 数据后 有 ｌｉ的同步数 ｂｔ
脉冲编码调制 (2)
脉冲编码调制简述脉冲编码调制（PulseCodeModulation），简称PCM。
脉冲编码调制就是把一个时间，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。
脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。
分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。
根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A律和μ律方式，我国采用了A律方式，由于A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码。
PCM的优点就是音质好，缺点就是体积大。
PCM可以提供用户从2M到155M速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。
PCM有两个标准（表现形式）：E1和T1。
脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)是概念上最简单、理论上最完善的编码系统，是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统，但也是数据量最大的编码系统。
它是一种直接、简单地把语音经抽样、A/D转换得到的数字均匀量化后进行编码的方法，是其他编码算法的基础。
1.功能介绍PCM复用设备是采用了最新的大规模数字集成电路和厚薄膜工艺技术而推出的新一代高集成度单板PCM基群复接设备，它可以在标准的PCM30基群即2M传输通道上直接提供30路终端业务接口。
用户接口类型多样（包括语音、数据、图象），均以小型模块化部件方式装配到母板上，各种用户模块可以混合装配。
支持来电显示，可提供反极信令用于实时计费，具有集中监控功能，方便用户维护管理。
输入的模拟信号m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号(PCM信号)，经信道传输到达接收端，由译码器恢复出抽样值序列，再由低通滤波器滤出模拟基带信号m(t)。
通常，将量化与编码的组合称为模/数变换器（A/D变换器)；而译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器)。
前者完成由模拟信号到数字信号的变换，后者则相反，即完成数字信号到模拟信号的变换。
实验五 PCM编译码实验
实验五 PCM编译码实验一、实验目的1、了解帧的结构、帧组成过程2、学习并掌握声音的双光纤传输技术以及单光纤传输技术。
3、进一步掌握WDM的使用方法。
二、实验内容与要求1、学习时分复用通信系统中一次群系统帧的组成结构2、测量一次群系统帧传输格式3、用波分复用器实现声音信号单光纤同时传输。
三、实验仪器1、J H5002A+型光纤通信实验系统一台2、20MHz双踪示波器3、音频信号源（电话）4、F C-FC波分复用器（1310nm/1550nm）两个一台四、基本原理在数字传输系统中，几乎所有业务均以一定的格式出现（例PCM以8比特一组出现）。
因而在信道上对各种业务传输之前要对业务的数据进行包装。
信道上对业务数据包装的过程称之为帧组装。
不同的系统、信道设备帧组装的格式、过程不一样。
TDM制的数字通信系统，在国际上已逐步建立起标准并广泛使用。
TDM的主要特点是在同一个信道上利用不同的时隙来传递各路（语音、数据或图象）不同信号。
各路信号之间的传输是相互独立的，互不干扰。
32路TDM（一次群）系统帧组成结构示意见图2-1。
32路时隙，256bitT 0 T1T2T3……T15T16T17……T30T311～15话路时隙17～31话路时隙帧定位时隙信令时隙X X X 1 1 X 1 1 X X X X X X X X图2-1 32路TDM帧组成结构示意图在一个帧中共划分为32段时隙（T0～T31），其中30个时隙用于30路话音业务。
T0为帧定位时隙（亦称报头），用于接收设备做帧同步用。
在帧信号码流中除有帧定位信号外，随机变化的数字码流中也将会以一定概率出现与帧定位码型一致的假定位信号，它将影响接收端帧定位的捕捉过程。
在搜索帧定位码时是连续的对接收码流搜索，因此帧定位码要具有良好的自相关特性。
时隙T1～T15用于话音业务，分别对应第1路到第15路话音PCM码字。
时隙T16用于信令信号传输，完成信令的接续。
时隙T17～T31用于话音业务，分别对应第16路到第30路话音PCM码字。
PCM编码实验报告
实验四脉冲编码调制(pcm)实验一、实验目的通过本实验,学生应达到以下要求: 1,了解语音信号pcm编译码的工作原理及实现过程. 2,验证pcm编译码原理. 3,初步了解pcm专用大规模集成电路的工作原理和应用. 4,了解语音信号数字化技术的主要指标,学习并掌握相应的测试方法.二、实验内容本实验可完成以下实验内容：? 观察测量pcm调制解调的各种时隙信号 ? 观察编译码波形? 测试动态范围、信噪比和系统频率特性 ? 对系统性能指标进行测试和分析? 系统输出信噪比特性测量? 编码动态范围和系统动态范围测量 ? 系统幅频特性测量 ? 空载噪声测量三、基本原理脉冲编码(pcm)技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用.十多年来,由于超大规模集成技术的发展,pcm通信设备在缩小体积,减轻重量,降低功耗,简化调试以及方便维护等方面都有了显著的改进.目前,数字电话终端机的关键部件,如编译码器(codec)和话路滤波器等都实现了集成化.本实验是以这些产品编排的 pcm 编译码系统实验,以期让实验者了解通信专用大规模集成电路在通信系统中应用的新技术. pcm 数字电话终端机的构成原理如图 4.1 所示.实验只包括虚线框内的部分,故名 pcm编译码实验.发滤波器voice编码器合路发混合装置收滤波器译码器分路收图4.1 pcm数字电话终端机的结构示意图1、实验原理和电路说明pcm编译码系统由定时部分和pcm编译码器构成,电路原理图附于本章后. ? pcm编译码原理为适应语音信号的动态范围,实用的pcm编译码必须是非线性的.目前,国际上采用的均是折线近似的对数压扩特性.itu-t 的建议规定以 13 段折线近似的 a 律(a=87.56)和 15段折线近似的μ律(μ=255)作为国际标准.a 律和μ律的量化特性初始段如图 4.2 和图 4.3所示.a律和μ律的编译码表分别列于表1和表2.(附本章后) 这种折线近似压扩特性的特点是:各段落间量阶关系都是 2 的幂次,在段落内为均匀分层量化,即等间隔16个分层,这些对于用数字电路实现非线性编码与译码是极为方便的. ? pcm编译码器简介鉴于我国国内采用的是a律量化特性,因此本实验采用tp3067专用大规模集成电路,它是cmos工艺制造的单片pcma律编译器,并且片内带输入输出话路滤波器. tp3067的管脚如图4.4所示,内部组成框图如图4.5所示. tp3067的管脚定义简述如下:(1)vpo+ 收端功率放大器的同相输出端.(2)gnda 模拟地.所有信号都以此管脚为参考. (3)vpo- 收端功放的反相输出端.(4)vpi 收端功放的反相输入端.(5)vfro 接收部分滤波器模拟输出端. (6)vcc +5v电压输入.(7)fsr接收部分帧同步时隙信号,是一个8khz脉冲序列. (8)dr接收部分pcm码流解码输入端.(9)bclkr/clksel位时钟(bitclock),它使pcm码流随着fsr上升沿逐位移入dr端,位时钟可以为从 64khz 到 2048mhz 的任意频率.或者作为一个逻辑输入选择 1536mhz,1544mhz或2048mhz,用作同步模式的主时钟.(10)mclkr/pdn接收部分主时钟,它的频率必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和mcklx异步,但是同步工作时可达到最佳状态.当 mclkx 接低电平,mclkr被选择为内部时钟,当 mclkx接高电平,该芯片进入低功耗状态.(11)mclkx发送部分主时钟,必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和mclkr异步,但是同步工作时可达到最佳状态.(12)bclkx发送部分时钟,使pcm码流逐位移入dr端.可以为从64khz到2048mhz的任意频率,但必须和mclkx同步.(13)dx发送部分pcm码流编码输出端.(14)fsx发送部分帧同步时隙信号,为一个8khz的脉冲序列. (15)tsx漏极开路输出端,它在编码时隙输出低电平.(16)anlb 模拟反馈输入端.在正常工作状态下必须置成逻辑0.当置成逻辑1时,发送部分滤波器的输入端并不与发送部分的前置滤波器相连,而是和接收部分功放的vpo+相连.(17)gsx发送部分输入放大器的模拟基础,用于在外部同轴增益. （18）vfxi发送部分输入放大器的反相输入端。
说明。表4-2段落码表4-3段内码段落序号段落码量化级段内码8
说明。
表4-2 段落码表4-3 段内码段落序号段落码量化级段内码 8说明。
段落序号段落码量化级段内码15 1111 8 111 14 111013 1101 7 110 12 110011 1011 6 101 10 10109 1001 5 100 8 10007 0111 4 011 6 01105 0101 3 010 4 01003 0011 2 001 2 00101 0001 1 000 0 0000在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线（8个段落）进行编码。
若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。
具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。
其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。
这样处理的结果，8个段落被划分成27＝128个量化级。
段落码和8个段落之间的关系如表4-2所示；段内码与16个量化级之间的关系见表4-3。
可见，上述编码方法是把压缩、量化和编码合为一体的方法。
本实验采用大规模集成电路TP3067对语音信号进行PCM编、解码。
TP3067在一个芯片内部集成了编码电路和译码电路，是一个单路编译码器。
其编码速率为2.048MHz，每一帧数据为8位，帧同步信号为8KHz。
模拟信号在编码电路中，经过抽样、量化、编码，最后得到PCM编码信号。
在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去的，在其他的时隙中编译码器是没有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧（32个时隙）里，只在一个特定的时隙中发送编码信号。
同样，译码电路也只是在一个特定的时隙（此时隙应与发送时隙相同，否则接收不到PCM编码信号）里才从外部接收PCM编码信号，然后进行译码，经过带通滤波器、放大器后输出。
具体电路图如图4-5所示。
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