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双时隙TDMA的频谱效力及数字语音的音质和掩盖才能
公布工夫:2012-04-26 17:48 | 接见次数:4661

        一个无线电通信信道由其载频和带宽所界说,能够运用的载频被分为几个重要的频带(如800/900MHz甚高频VHF和超高频UHF),当今正在用的允许信道带宽大多为25kHz或12.5kHz。跟着无线通信手艺的迅速发展,频谱资本日渐匮乏,可以或许让肯定区域内更多对讲机用户同享频谱迫切需要新的尺度和新的手艺。

         管理机构也要求进步频谱效力。比方,美国联邦通讯委员会(FCC)要求制造商,从2011年最先将只能消费占用12.5kHz的VHF和UHF信道的装备,到2013年一切VHF频段和UHF频段用户皆只能运用12.5kHz信道。能够预感,将来势必进步12.5kHz信道效力。固然临时借已强迫要求背6.25kHz迁徙,但FCC曾经要求制造商具有消费6.25kHz效力的800/900MHz VHF频段和UHF频段对讲机的才能。这些划定久已强制执行,正在800/900MHz VHF频段和UHF频段的12.5kHz信道上承载2路话务,效力相当于6.25kHz的要求也只是工夫题目。现在,MOTOTRBO体系能够将12.5kHz信道分为2个独立时隙,曾经到达了或等效于6.25kHz效力。

1 增添现有12.5kHz信道容量

       MOTOTRBO体系接纳双时隙TDMA手艺。这类手艺将信道分红2个瓜代时隙,从而正在一个12.5kHz的物理信道内竖立了2个逻辑信道。每一个呼唤仅运用个中一个逻辑信道,每一个用户接见一个时隙就犹如接见一个自力的信道。发射对讲机仅正在本身的时隙内发送信息,正在另外一时隙则处于余暇状况。吸收对讲机则对2个时隙都停止看管,并根据每一个时隙所包罗的疑令信息去决意吸收哪个呼唤。

        模仿对讲机则事情于频分多址(FDMA)体式格局。正在FDMA体式格局下,每一个发送对讲机正在一个指定的信道上一连发射,而接管对讲机则经由过程调谐到准确的载频以接管响应的信息。

        TDMA手艺为正在12.5kHz中继台信道上达到相当于6.25kHz频谱效力供应了一个简朴的要领,那给运用日趋堵塞的允许信道的用户带来了伟大的便当。不同于FDMA手艺提拔频谱效力的手腕(将信道切分为更小带宽的频段),TDMA手艺运用了悉数12.5kHz的带宽,但经由过程将其分为2个瓜代时隙的要领去提高效率。另外,TDMA手艺连结了12.5kHz旌旗灯号的射频特性。从射频技术上讲,由于现实的传输功率和辐射发射皆稳定,双时隙TDMA体式格局的12.5kHz旌旗灯号正在带宽占用、传送机能等方面,从本质上讲同12.5kHz模仿旌旗灯号都是一样的。但由数字手艺带来了更多的上风,使基于TDMA手艺的对讲机可以或许正在一个单中继信道上供应约莫2倍于当今模仿对讲机的通讯容量,而射频掩盖才能也与之相称以至更优。

图1  现今的模仿体系取MOTOTRBO的对照


2 削减基础设施


图2  MOTOTRBO需求的链接装备更少

注:Combining Equipment=旌旗灯号组合装备,Duplexer=双工器

         双时隙TDMA从根本上使体系容量更加。那意味着一台MOTOTRBO的中继台能够替换2台模仿中继台(由于一台MOTOTRBO中继台同时支撑2路呼唤)。那节约了中继台的硬件本钱和保护本钱,同时也低落了多信道设置所需的射频衔接装备的本钱和复杂度。更主要的,双时隙TDMA旌旗灯号恰好合适用户现有的允许信道,用户无需为增添的体系容量申请新的允许。同时,相对能够需求差别信道带宽的其他解决方案来说,双时隙TDMA手艺引发邻讲滋扰风险较小。

 


3 体系更天真

 

双时隙TDMA供应的2个时隙(两个逻辑信道)具有大量的潜伏用处。设置MOTOTRBO体系时,能够根据以下一些体式格局去运用那2个时隙。

1.将2个时隙都用作语音信道,从而使每台允许的中继台信道的语音容量更加。增添了体系可以或许包容的用户数量,增添了用户可以或许斲丧的呼唤工夫。

2.将2个时隙都用作数据信道,从而悉数供应数据业务。

3.将一个时隙用作语音信道,另一个时隙作为数据信道,这类天真的计划为语音用户同时供应挪动数据、文本新闻大概位置追踪等业务。

不管用户接纳何种体式格局设置体系,皆将正在现有的允许中继台信道上体验到更多的优点。

注重:当对讲机操纵于无中继台的脱网形式时,12.5kHz信道上的双时隙TDMA体系不具有相当于6.25kHz的效力。那是因为必需由中继台去保护瓜代时隙的同步时序,才气使各个对讲机同享时隙。因而,正在一个纵贯或脱网信道上,只管一个对讲机只运用一个时隙发送,但全部12.5kHz信道皆将被占用,而其他对讲机将不克不及运用另外一时隙。不外,此时另外一时隙能够成为一个疑令信道。ETSI DMR Tier 2尺度将此功能称为反向信道疑令(Reverse Channel Signaling),那将为今后的专业用户供应更多的功用,比方优先呼唤掌握,发送对讲机遥控和紧要呼唤抢占等等。这些将来的基于反向信道疑令的功用是TDMA手艺独具的才能,只要体系支撑,正在中继形式和纵贯/脱网形式下都可设置。现在,MOTOTRBO体系久不支持反向信道疑令。

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图3  双时隙TDMA示例

       模仿音频和数字音频正在掩盖局限上的最大区分,在于其音质正在全部掩盖区域内的阑珊体式格局差别。模仿音频的音质是线性阑珊的,而数字音频则显示更加恒定。形成这类差别特性的一个主要原因,在于后者运用的前背纠错编码,使其正在更大的区域内可以或许险些无损的传送语音和数据信息。

        MOTOTRBO体系恰是应用这类过失珍爱手艺供应了正在全部掩盖范围内恒定的音质,那是模仿体系弗成相比的。由于MOTOTRBO体系的过失珍爱手艺将噪声影响降到最低,从而包管了极其精彩的音质。图4道清楚明了体系音质优劣取旌旗灯号强弱之间的干系。

        需求稀奇注重:①模仿旌旗灯号由于未经任何处置惩罚,当其强度极强时,音质能够稍好于数字音频旌旗灯号;②数字信号扩大了优于最低可接受音质条件下的有用掩盖局限;③数字信号改进了有用掩盖范围内声音的质量和稳定性;④数字信号不克不及增添射频旌旗灯号流传间隔。

 

图4  模数旌旗灯号音质-强度对照

注:AUDIO QUALITY = 音频质量,SIGNAL STRENGTH = 旌旗灯号强度,Area of Improved Performance = 机能提拔的地区


5  预估数字音频的掩盖局限


        无线旌旗灯号掩盖局限的预计存在着很多射频机能身分,对照庞大。总的来说,思索的身分越多,预计会越正确。个中最重要的身分应该是对射频传播模子和(或)射频预计工具软件的挑选。

        模仿和数字体系的掩盖局限预计手艺一样平常顺从雷同的要领,也运用近似的输入元素。因而,若是一个站点的模仿旌旗灯号掩盖局限已知,预计其数字掩盖局限是很容易的。体系设计人员能够先运用现有的模仿站点掩盖局限预计手艺(或易或易),再将其效果转化为数字信号掩盖局限的预计。

        传送音质(DAQ)是量化声音质量的一种要领,是用来器量经由过程某个通讯体系传送的语音旌旗灯号的完整性和质量要领,由TIA TSB-88所界说。DAQ将音质分为5级,个中第3级是正在公共安全运用中的最低可接受的音质品级。3级DAQ的界说:“语音清楚易懂,但偶然果噪声/失真需求反复”。

         当对照一个模仿站点和一个MOTOTRBO站点,相干的掩盖局限和音频质量的对照如图5所示。

图5  模仿站点和MOTOTRBO站点掩盖局限和音频质量对照


        当一切其他身分(即发射功率、天线高度、接收机噪声、中频滤波器带宽、模仿对讲机无Hear Clear等特别处置惩罚,地形,天线衔接装备等)皆雷同时,MOTOTRBO体系供应3级DAQ音质的掩盖局限比模仿体系大很多。

        如欲越发周全的相识MOTOTRBO站点的射频掩盖局限预计,请参考TIA电信业务通告TSB-88–“Wireless Communications Systems-Performance in Noise and Interference-Limited Situations, Recommended Methods for Technology-Independent Modeling, Simulation, and Verification.”能够登录下载TSB-88的副本。


6  数字音频机能的用户预期

        从终端用户(收听者)的角度来说,数字音频的显示同模仿音频比拟具有很多不同之处。因而,为用户设定适宜的运用预期是体系计划的一个重要方面。

6.1数字语音业务能给用户的体验

1.正在全部掩盖区域内同等的语音机能,不会正在边沿地带低落通话质量。模仿旌旗灯号会跟着接收器阔别发射器而逐步阑珊,而数字信号正在全部掩盖区域内显示越发恒定。但是,正在逾越掩盖地区界限的时刻,数字信号更轻易忽然天从“好”变“无”。那意味着用户没法根据逐步阑珊的音质去得知已邻近掩盖区的边沿。但另一方面,正在抵达界限之前,数字信号仍能连结清楚,而此时模仿音频将布满噪声。

2.数字语音听起来不一样。语音编码处置惩罚用起码的比特带来最优的音质。一些用户发明数字语音的音质听起来和模仿语音不一样。由于语音编码专门强化人声,对其他声音诸如音乐和腔调其实不正确重现。并且,数字音频能够带来端到端的声音提早。当碰到弗成规复的毛病或信息丧失时,数字音频借会“工资”天生一些特有的声音。

3.配景噪声低落。MOTOTRBO壮大的声码功用借低落了配景噪声。不管发送端情况怎样,吸收端只对语音停止重修,而配景噪声(如机械噪声、风噪声和交通噪声)皆不会被重修,因而也不会被闻声。那是MOTOTRBO数字语音解决方案优于典范的模仿计划的要害地点,正在噪声情况下(如工场、市肆、工地或多风的园地)皆不会显着的影响通讯的可理解度。


6.2
数字语音业务不克不及为用户供应的体验

1.不克不及供应“CD级”音质。MOTOTRBO是首款业内运用AMBE+2TM 低比特率声码器供应通讯级音质的对讲机。终端用户不应以为对讲机体系中的“通讯级”数字音频可取CD和DVD的高保真音质比拟。

2.数字不克不及处理汗青题目。数字音频不克不及完整处理有关掩盖局限和滋扰等体系题目。邻讲或同频形成的滋扰能够对数字用户来讲听起来有差异,然则这些滋扰仍旧存在。便似乎数字对讲机中的模仿滋扰听起来不是声音,然则仍会损坏系统性能。反之亦然。


音频平衡

        前面曾经引见,经由过程数字空中接口传送语音需求一个语音编码器,简称声码器。MOTOTRBO接纳DVSI公司的AMBE+2TM声码器。该声码器能正在相当于6.25kHz信道带宽下有用消弭配景噪声或射频信道比特过失,从而供应极佳的音质。为了发生最优音质,声码器的输入旌旗灯号品级必需知足一个特定的幅度局限。

        用户的种种差别特性(如嘴和麦克风之间的间隔、声音强度、偏向)皆使这个幅度局限难以肯定。为能正在种种状况下都有最优音质,MOTOTRBO正在音频发送通路上接纳了自动增益控制(AGC)手艺。

       
        起首,语音业务始终是双向对讲机的重要运用,音质是主要目的,发送方AGC的主要功能就是正在实在情况下供应最好音质。

        其次,AGC借能为肯定范围内的麦克风输入旌旗灯号发生平展的语音强级。运用IMPRES附件能够扩大输入旌旗灯号局限,因此AGC正在输入旌旗灯号局限增大的状况下仍能供应最优音质。

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图7  发送音频灵敏度

注:Transmitter Input= 发送端输入,Receiver Output Speech Loudness = 吸收端输出的音量巨细,SPL(Sound Pressure Level) = 声压级

        图7中“MOTOTRBO with IMPRES RSM(Digital)”曲线示意输入旌旗灯号局限扩大后的平展相应。模仿形式下经由过程运用IMPRES附件并正在CPS的“根基设置”中翻开模仿麦克风AGC也可获得一样的相应曲线,图7用“MOTOTRBO with IMPRES RSM (AGC on,Analog)”曲线示意。这类相应曲线的长处在于,小声语言的用户(或离麦克风较近的用户)的声音将仍能被收端高声而清楚的播放出来。

        数字音频的这类平展相应取传统模仿音频相应是有区分的。后者是一种线性相应,发端用户语言越高声,支端音量越大。这类传统模仿相应由图7中“专业系列”曲线和“MOTOTRBO加IMPRES RSM (AGC off,Analog)”曲线示意。当模仿形式的麦克风AGC封闭时,模仿麦克风增益(dB)能够正在CPS“根基设置”中调解。因而模仿形式下的MOTOTRBO体系能够供应传统的模仿相应而且可调整相应以顺应已有的体系。

        细致视察图7能够发明,数字信号和传统模仿旌旗灯号正在输入的声压级(SPL)为98dB时有近似的相应。低于此声压级时,模仿旌旗灯号比数字信号的响度更低。需求稀奇注重的是,正在背数字化体系移植的历程傍边,MOTOTRBO可能会同时事情于数字和模仿2种形式下,因而用户能够正在2种形式下听到差别的响度。比方,一个用户同时扫描模仿信道和数字信道,而运用模仿对讲机的语言方处于一个相似办公室的平静情况,正在这类情况下用户一样平常会轻声语言,从而致使输入旌旗灯号低于98 dB SPL的相应品级。因而,正在数字化移植期内,一样的输入声压级下,模仿相应能够比数字相应要低。

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