Голосовая связь в сети GSM происходит во время, выделенное для вызова (базовой станцией контроллера), частота и временной интервал (угловой временной интервал). В зависимости от используемых методов кодирования (режим половинной скорости, полной скорости, расширенной полной скорости или адаптивного многоскоростного режима) телефон может использовать для передачи данных весь или половину временного интервала (в два раза больше вызовов на одной частоте за счет ухудшения качества). Какое решение он выберет, зависит от контроллера базовой станции, который будет принимать решение в зависимости от занятости сети в ячейке, в которой находится абонент.
Подробности, связанные с трансляцией
Передача голоса осуществляется через мобильный телефон в следующие этапы:
Преобразование из аналогового в цифровой
Одна из основных функций телефона, работающего в стандарте GSM, - это преобразование аналогового сигнала в цифровую форму.
Отбор проб
С помощью выборки мобильный телефон измеряет значения аналогового сигнала на частоте 8 кГц.
Квантование
В процессе квантования каждому отсчету присваивается числовое значение. Для этого амплитуда сигнала, измеренного во время выборки, делится на 8192 секции, и каждой выборке в одной из них присваивается соответствующий номер (0-8191).
Кодирование
На этом этапе квантованные числа кодируются как 13-битные (2 ^ 13 = 8192) числа в нотации один к одному.
Сегментация речи и кодирование
Если бы данные, собранные с помощью выборки и сегментации, были отправлены непосредственно из соты на базовую станцию , это нужно было бы сделать со скоростью 13 [бит] * 8000 [1 / с] = 104 Кбит / с.
Это недопустимое значение, поэтому применяется определенное упрощение. Человеческий орган речи, состоящий из гортани, голосовых связок, зубов, языка и носа, можно описать по определенным параметрам. Оказывается, за 20 мс они мало меняются. Что касается передачи голоса в GSM, предполагалось, что они вообще не меняются для качества передачи.
Отобранный и квантованный сигнал делится на секции длиной 20 мс, а затем такие секции сжимаются, изменяя кодированный сигнал на 260 бит, описывающих человеческий звук.
Это дает 260 [бит] * 50 [1 / с] = 13 Кбит / с.
Кодирование каналов
Канальное кодирование - это процедура, которая обрабатывает битовый сегмент с помощью скремблированного вызова, добавляя избыточную информацию и биты для исправления ошибок. Это снижает частоту ошибок ( BER ).
В GSM сегмент в 260 битов (соответствующий 20 мс кодированного разговора) обрабатывается по следующему алгоритму:
Сегмент из 260 бит разделен на три блока: 50 старших битов, 132 действительных бита, 78 младших битов.
В первом блоке к 50 битам добавляются 3 бита четности, которые используются для исправления ошибок. Этот блок теперь имеет длину 53 бита.
53 бита первого блока добавляются к 132 битам второго блока (всего 185 бит).
Перед следующим шагом добавляются 4 дополнительных бита (строка нулей) для очистки регистра кодера (всего 189 бит).
Результирующий 189-битный блок кодируется с помощью сверточного кодера с эффективностью R = 1/2. В результате получается блок 189 * (1 / R) = 189 * 2 = 378 бит.
В конце добавляются менее значимые биты. Всего 260-битный сегмент данных становится 456-битным.
Благодаря битам избыточности и четности можно будет исправить ошибки при получении этого сегмента данных.
Эстакада
Когда какой-либо фрагмент передаваемых данных теряется во время передачи, соответствующий фрагмент разговора вообще не дойдет до адресата. Чтобы предотвратить это, биты с кодированным вызовом скремблируются, так что потеря фрагмента передачи вызывает потерю битов, принадлежащих различным частям разговора, и, следовательно, самое большее ухудшение его качества, которое все еще можно исправить с помощью исправления ошибок.
Шифрование
Этот шаг включает в себя кодирование кадра таким образом, чтобы его мог декодировать только законный получатель информации. В GSM для этого используется алгоритм A5, он не добавляет в кадр лишних битов.
Форматировать кадры
Как показано выше, один кадр данных содержит два 57-битных блока, всего 114 бит. Кроме того, к кадру прикрепляются 26 битов (так называемая обучающая последовательность), два флаговых бита и 6 битов заполнения. Сформированный таким образом кадр содержит 148 бит.
Модуляция и передача
Формованный кадр может быть передан в одном временном интервале (на англ. Time slot), выделенном для частот контроллера базовой станции. Разделение между частотами составляет 200 кГц, и передача должна соответствовать этой полосе. Один кадр имеет длину 148 бит, временной интервал имеет длину 156,25 бит. Это дополнительное время пересылки в 8,25 бита называется защитным периодом и служит защитой от «перезаписи» разговора в соседнем временном интервале. Каждый временной интервал составляет 0,577 мс. В восьми последовательных временных интервалах происходит 8 различных вызовов, поэтому за это время (8 * 0,577 мс) телефон будет передавать 33,8 Кб / с (156,25 [бит] / (0,577 [мс] * 8)).
Поскольку 8 вызовов кодируются на одной частоте, это дает скорость передачи 270,9 Кбит / с (8 * 33,8 Кбит / с). Чтобы уместить это количество битов в полосу 200 кГц, используется модуляция GMSK (с коэффициентом BT = 0,3).
Подробности, связанные с трансляцией
Передача голоса осуществляется через мобильный телефон в следующие этапы:
- Преобразование из аналогового в цифровой
- Сегментация речи и кодирование
- Кодирование каналов
- Эстакада
- Шифрование
- Форматировать кадры
- Модуляция и передача
Преобразование из аналогового в цифровой
Одна из основных функций телефона, работающего в стандарте GSM, - это преобразование аналогового сигнала в цифровую форму.
Отбор проб
С помощью выборки мобильный телефон измеряет значения аналогового сигнала на частоте 8 кГц.
Квантование
В процессе квантования каждому отсчету присваивается числовое значение. Для этого амплитуда сигнала, измеренного во время выборки, делится на 8192 секции, и каждой выборке в одной из них присваивается соответствующий номер (0-8191).
Кодирование
На этом этапе квантованные числа кодируются как 13-битные (2 ^ 13 = 8192) числа в нотации один к одному.
Сегментация речи и кодирование
Если бы данные, собранные с помощью выборки и сегментации, были отправлены непосредственно из соты на базовую станцию , это нужно было бы сделать со скоростью 13 [бит] * 8000 [1 / с] = 104 Кбит / с.
Это недопустимое значение, поэтому применяется определенное упрощение. Человеческий орган речи, состоящий из гортани, голосовых связок, зубов, языка и носа, можно описать по определенным параметрам. Оказывается, за 20 мс они мало меняются. Что касается передачи голоса в GSM, предполагалось, что они вообще не меняются для качества передачи.
Отобранный и квантованный сигнал делится на секции длиной 20 мс, а затем такие секции сжимаются, изменяя кодированный сигнал на 260 бит, описывающих человеческий звук.
Это дает 260 [бит] * 50 [1 / с] = 13 Кбит / с.
Кодирование каналов
Канальное кодирование - это процедура, которая обрабатывает битовый сегмент с помощью скремблированного вызова, добавляя избыточную информацию и биты для исправления ошибок. Это снижает частоту ошибок ( BER ).
В GSM сегмент в 260 битов (соответствующий 20 мс кодированного разговора) обрабатывается по следующему алгоритму:
Сегмент из 260 бит разделен на три блока: 50 старших битов, 132 действительных бита, 78 младших битов.
В первом блоке к 50 битам добавляются 3 бита четности, которые используются для исправления ошибок. Этот блок теперь имеет длину 53 бита.
53 бита первого блока добавляются к 132 битам второго блока (всего 185 бит).
Перед следующим шагом добавляются 4 дополнительных бита (строка нулей) для очистки регистра кодера (всего 189 бит).
Результирующий 189-битный блок кодируется с помощью сверточного кодера с эффективностью R = 1/2. В результате получается блок 189 * (1 / R) = 189 * 2 = 378 бит.
В конце добавляются менее значимые биты. Всего 260-битный сегмент данных становится 456-битным.
Благодаря битам избыточности и четности можно будет исправить ошибки при получении этого сегмента данных.
Эстакада
Когда какой-либо фрагмент передаваемых данных теряется во время передачи, соответствующий фрагмент разговора вообще не дойдет до адресата. Чтобы предотвратить это, биты с кодированным вызовом скремблируются, так что потеря фрагмента передачи вызывает потерю битов, принадлежащих различным частям разговора, и, следовательно, самое большее ухудшение его качества, которое все еще можно исправить с помощью исправления ошибок.
Шифрование
Этот шаг включает в себя кодирование кадра таким образом, чтобы его мог декодировать только законный получатель информации. В GSM для этого используется алгоритм A5, он не добавляет в кадр лишних битов.
Форматировать кадры
Как показано выше, один кадр данных содержит два 57-битных блока, всего 114 бит. Кроме того, к кадру прикрепляются 26 битов (так называемая обучающая последовательность), два флаговых бита и 6 битов заполнения. Сформированный таким образом кадр содержит 148 бит.
Модуляция и передача
Формованный кадр может быть передан в одном временном интервале (на англ. Time slot), выделенном для частот контроллера базовой станции. Разделение между частотами составляет 200 кГц, и передача должна соответствовать этой полосе. Один кадр имеет длину 148 бит, временной интервал имеет длину 156,25 бит. Это дополнительное время пересылки в 8,25 бита называется защитным периодом и служит защитой от «перезаписи» разговора в соседнем временном интервале. Каждый временной интервал составляет 0,577 мс. В восьми последовательных временных интервалах происходит 8 различных вызовов, поэтому за это время (8 * 0,577 мс) телефон будет передавать 33,8 Кб / с (156,25 [бит] / (0,577 [мс] * 8)).
Поскольку 8 вызовов кодируются на одной частоте, это дает скорость передачи 270,9 Кбит / с (8 * 33,8 Кбит / с). Чтобы уместить это количество битов в полосу 200 кГц, используется модуляция GMSK (с коэффициентом BT = 0,3).
