主頁(yè)（http://www.130131.com）：TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)語(yǔ)音信道編解碼的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)是一種基于數(shù)字時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)的專(zhuān)業(yè)移動(dòng)通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在同一技術(shù)平臺(tái)上提供指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸和電話(huà)服務(wù)。信息產(chǎn)業(yè)部于2000年發(fā)布了我國(guó)《數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)體制》（SJ／T11228-2000）標(biāo)準(zhǔn)，在該標(biāo)準(zhǔn)中確定了TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)和iDEN數(shù)字集群通信系統(tǒng)兩種體制。 語(yǔ)音信道編解碼技術(shù)是TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)中的重要部分，它不僅能夠提高系統(tǒng)的頻譜利用率，而且能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供有效的差錯(cuò)控制，保證系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃�，進(jìn)一步提高系統(tǒng)語(yǔ)音通信質(zhì)量。 2 TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)語(yǔ)音信道的編碼技術(shù) 2.1刪余卷積編碼
TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)語(yǔ)音信道采用碼率兼容刪除卷積碼（RCPC），進(jìn)行前向糾錯(cuò)編碼，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的不同等級(jí)差錯(cuò)保護(hù)控制。卷積碼可表示為(n,k,N)，即每輸入k個(gè)信息比特輸出n個(gè)編碼比特，其約束長(zhǎng)度為N。為了提高碼率，需要增加k的值，但是k值的增加會(huì)顯著提高解碼器計(jì)算的復(fù)雜度。對(duì)于常用的Viterbi解碼器，k增加1，寄存器狀態(tài)數(shù)將翻倍，而且每個(gè)狀態(tài)至下一狀態(tài)的轉(zhuǎn)移路徑有2k條，加比選（ACS）的工作量也將隨k的增長(zhǎng)而呈指數(shù)倍增長(zhǎng)。這樣在硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，將大大增加對(duì)存儲(chǔ)單元的需求，使得解碼器的實(shí)現(xiàn)變得十分復(fù)雜。為了獲得較高的通信速率且不增加編解碼器的復(fù)雜度，使用刪除（Puncture）方法。 其中：A每列的n元素與編碼器輸出的n個(gè)比特相對(duì)應(yīng)。 矩陣A的元素為0或1，當(dāng)aij=1時(shí)，編碼器輸出對(duì)應(yīng)的編碼比特；當(dāng)aij=0時(shí)，編碼器刪除對(duì)應(yīng)的編碼比特。因此，n、刪除周期p以及矩陣A中1的個(gè)數(shù)能夠確定最后輸出的碼率。當(dāng)從n*p個(gè)比特中刪除N個(gè)比特時(shí)，碼率為p/(n*p-N)。 2.2交織 TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)中使用的交織技術(shù)主要有兩種：塊內(nèi)交織和塊間交織。塊內(nèi)交織是在單個(gè)數(shù)據(jù)塊內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行矩陣變換，將原數(shù)據(jù)排列次序置亂。塊間交織是首先將當(dāng)前數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)分散到N個(gè)交織塊中，當(dāng)前塊和前N-1個(gè)數(shù)據(jù)塊中的部分?jǐn)?shù)據(jù)合成為一個(gè)數(shù)據(jù)塊；然后對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)塊再進(jìn)行塊內(nèi)交織，交織深度N的取值范圍是1、4或8。交織深度N越大，交織效果越好，但將增加編碼和解碼的延時(shí)，導(dǎo)致業(yè)務(wù)傳輸?shù)臅r(shí)延加大。
2.3加擾 3 TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)語(yǔ)音信道的編碼流程 在TETRA數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)中，下MAC層的邏輯信道可以分為業(yè)務(wù)信道和信令信道兩類(lèi)，通過(guò)業(yè)務(wù)信道中的語(yǔ)音業(yè)務(wù)信道實(shí)現(xiàn)TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)中的語(yǔ)音信號(hào)傳輸。在語(yǔ)音信號(hào)采集端，模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)8kHz采樣，16比特量化后轉(zhuǎn)化為128kbit／s的數(shù)字信號(hào)，然后將采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行ACELP（Algebraic Code—Excited Linear Predictive：代數(shù)碼激勵(lì)線(xiàn)性預(yù)測(cè)）語(yǔ)音編碼，得到每幀137比特的語(yǔ)音編碼數(shù)據(jù)。通常，一個(gè)時(shí)隙（14.167毫秒）會(huì)傳輸2個(gè)語(yǔ)音幀，共274比特的語(yǔ)音編碼數(shù)據(jù)，這兩個(gè)語(yǔ)音幀的數(shù)據(jù)將會(huì)被相互交叉合并進(jìn)行編碼，以提高語(yǔ)音信道編碼的魯棒性，用于傳輸這種格式語(yǔ)音數(shù)據(jù)的邏輯信道為全時(shí)隙業(yè)務(wù)信道（TCH/F）；當(dāng)發(fā)生了信道挪用且只挪用了2個(gè)語(yǔ)音幀中的一幀時(shí)，一個(gè)時(shí)隙（14.167毫秒）只傳輸1個(gè)語(yǔ)音幀共137比特的語(yǔ)音編碼數(shù)據(jù)，用于傳輸這種格式語(yǔ)音數(shù)據(jù)的邏輯信道為半時(shí)隙業(yè)務(wù)信道（TCH/H）。 全時(shí)隙業(yè)務(wù)信道（TCH/F）和半時(shí)隙業(yè)務(wù)信道（TCH/H）的信道編碼方案不同，但編碼的步驟是相同的。圖1示出了TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)全時(shí)隙業(yè)務(wù)信道（TCH/F）和半時(shí)隙業(yè)務(wù)信道（TCH/H）的信道編碼結(jié)構(gòu)。
圖1 TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)的信道編碼結(jié)構(gòu) TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)TCH/F的主要編碼流程為： （1）等級(jí)分類(lèi) 由于TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)的信道帶度為25kHz，所以為了提高信道利用率，其信道糾錯(cuò)編碼方案采用非均等保護(hù)。由于語(yǔ)音編碼后的274比特對(duì)于語(yǔ)音重建的作用是不同的，根據(jù)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)重建的重要性，將語(yǔ)音編碼后的274比特分為3個(gè)等級(jí)，即：0等級(jí)(102比特)、1等級(jí)（112比特）以及2等級(jí)（60比特），其中0等級(jí)比特最不重要，2等級(jí)比特最重要。 (2）加入循環(huán)碼校驗(yàn)
在等級(jí)分類(lèi)后，根據(jù)不同等級(jí)對(duì)語(yǔ)音重建作用的不同，對(duì)語(yǔ)音編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行非均等糾錯(cuò)保護(hù)。因?yàn)?等級(jí)的數(shù)據(jù)最為重要，所以TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)利用循環(huán)冗余碼（CRC碼）對(duì)其保護(hù)，其生成多項(xiàng)式為： （3）刪余卷積碼 刪余卷積碼也采用了非均等糾錯(cuò)保護(hù)，對(duì)2等級(jí)數(shù)據(jù)、CRC校驗(yàn)碼以及4比特尾碼進(jìn)行碼率為8/18的刪除卷積編碼，對(duì)1等級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行碼率為2/3的刪除卷積編碼，0等級(jí)數(shù)據(jù)不加保護(hù)。 （4）交織和加擾 所有數(shù)據(jù)都要進(jìn)行交織和加擾。交織是將突發(fā)錯(cuò)誤分散并轉(zhuǎn)換成為隨機(jī)錯(cuò)誤，從而提高系統(tǒng)的糾錯(cuò)能力。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)對(duì)全時(shí)隙業(yè)務(wù)信道（TCH/F）采用了塊內(nèi)交織，對(duì)其進(jìn)行的矩陣變換。 4 TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)語(yǔ)音信道的FPGA實(shí)現(xiàn)
在FPGA平臺(tái)上，利用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信道編解碼，F(xiàn)PGA選芯片型號(hào)為Virtex-4 SX55，其信道編碼器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
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