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1、第18卷第5~6期南京邮电学院学报Vol.18No.5~61998年12月JournalofNanjingInstituteofPostsandTelecommunicationsDec.1998GSM和CDMA系统语音编码技术的分析和比较李飞(南京邮电学院函授部,南京,210003)摘要语音编码方案的选取对移动通信系统的通话质量、信道容量等有重要影响。讨论了GSM全速率编码及增强的全速率编码和CDMA变速率编码,分析并比较了各自编码特性及其对移动通信的影响。关键词语声编码,预测编码,移动通信中图分类号TN912.
2、3,TN929.51引言去掉直流分量并进行预加重,然后进行短时LPC(线性预测编码)分析,按帧处理(每20ms为一帧,共160个样点),其输出为短时分析滤波器的反射系目前,数字移动通信发展迅猛,具有代表性的数数,这些系数在传输之前转换为RLAR(对数面积比)字蜂窝系统有欧洲的GSM(全球移动通信)系统,北送往无线子系统。同时,RLAR参数输入短时分析滤美的DAMPS(数字式蜂窝电话)系统和CDMA(码波器以决定其系数。短时分析滤波器滤波同样的分多址)系统,这三种系统采用的都是中速率语音编160个样点,其输出为短时残差信号d1(n)。LTP码技术。
3、第三代移动通信系统(IMT-2000)技术规(长时预测)分析框对d1(n)进行长时预测,按子帧范目前正在制定中,国际电联(ITU)已宣布将于(5ms)处理,其输出LTP参数送往无线子系统传输1999年3月31日正式公布IMT-2000技术规范。至接收端,同时,LTP参数又作为长时分析滤波器的目前各国已就W-CDMA(宽带码分多址)作为IMT-系数。长时分析滤波器的输出为短时残差信号的估2000无线接入方式基本达成共识。作为与接入方值信号d3(n),每个子帧d1(n)的40个样值减去其式直接相关的语音编码技术将是在现有的GSM增预测值d3(n)的40个
4、样值,得长时残差信号d2(n)强型语音编码技术和增强型可变速率语音编码技术的40个样值。d2(n)经RPE(规则脉冲激励)分析中选择,且随着DSP(数字信号处理)技术的发展,部分得到RPE参数送至无线子系统。IMT-2000语音编码技术将是基于DSP技术与语音编译码器算法相结合,采用可变速率编码方式,能提供与有线网通话质量相媲美的话音的语音编码技术。本文着重对GSM全速率及增强型全速率语音编码技术和CDMA系统中的变速率语音编码技术作一分析和比较。2GSM全速率语音编码方案图1RPE-LTP编码器简易框图在用的GSM全速率(FR)语音编译码器是基
5、于LPC滤波器为8阶格型结构见图2。s(n)为输PRE-LTP(规则脉冲激励-长时预测)编码,简易框图入话音的样值,e(n)为预测残差,即图1中d1(n)。如图1所示。输入的语音取样信号首先经预处理以(i)预测器阶数p=8,b(n)为后向预测误差,ki(i=收稿日期:1998-08-27;修改稿收到日期:1998-09-241,2,,p)为反射系数。各阶反射系数ki及短时残第5~6期李飞:GSM和CDMA系统语音编码技术的分析和比较109差信号e(n)的计算公式如下:(0)(0)e(n)=b(n
6、)=s(n)(1)GSM增强的全速率(EFR)语音编译码器基于(i)(i-1)(i-1)e(n)=e(n)-kib(n-1)(2)代数码激励线性预测(ACELP)算法,GSMEFR编(i)(i-1)(i-1)[1]b(n)=b(n-1)-kie(n)(3)码器原理图见图3。输入语音帧长为20ms,分成N-14个5ms子帧。抽取的参数为CELP(码激励线性(i-1)(i-1)2[e(n)b(n-1)]n=0预测)系统的典型参数:线性预测(LP)滤波器系数,ki=N-1N-1(i-1)2(i-1)2自适应码本(ACB)和固定码本(FCB)索引以及2种
7、[e(n)]+[b(n-1)]n=0n=0码本的增益。(4)式(1)~(4)中,i=1,2,,p;n=0,1,2,,N-1;N为语音帧长,在GSMFR语音编译码器中,N=160。图2中最后一级的输出即为预测残差e(n)(p)图3GSMEFR编码器原理图e(n)=e(n)(5)LP分析每帧进行2次,采用2个不同的长30ms的不对称分析窗。短时LP系数采用Levinson-Durbin算法计算,LP系数转换成LSP(线谱对)参数输出。开环基音时延搜索每10ms进行一次。闭环基音时延搜索每子帧(5ms)进行一次,第1、3子帧的时延搜索在已搜索到
8、的开环时延的邻近点[Toi-图2格型结构图3,Toi+3]进行,第2、4子帧的时延搜索在前一子帧RPE
