语音信道数据传输算法设计与实现

发布时间：2020-07-25 17:25

【摘要】：无线通信网络遍布世界各地,已经成为一种应用广泛的基础设施,扩展该基础设施的服务和功能也就变得非常有必要和意义。通过研究语音信道上的数据传输,可以实现在语音信道上传输语音和数据,也为语音保密通信奠定了研究基础。由于语音信道上声码器的存在,限制了在其信道上传输的数据需具备语音的特性,因此在传输前需要对数据进行类语音调制处理。现有的类语音调制算法可以分为两个方向:利用调制方式,将数据调制成适合在语音信道中传输的类语音信号;根据映射关系,将数据映射成一一对应的类语音符号。本文根据调制算法思想设计了语音信道数据传输算法,并利用算法实现数据在语音信道上传输的仿真。通过分析语音信号的时域波形,语音信号由多个不同频率正弦波的叠加以及小额噪声构成,因此可以利用正交频分复用调制算法实现数据到类语音信号的转变。正交频分复用算法将信道划分为若干个频率较窄的子信道,数据也转换为相应子信道数目、并行的低速数据,数据在每个子信道上采用不同频率的载波调制,然后利用逆快速傅里叶变换实现信号从频域到时域的转换,并对信号进行并串转换合成类语音信号。此外,采用快速傅里叶变换实现数据内插,可以使已调信号在波形上与语音信号相像。通过仿真发现该算法可以实现数据在某些特定的声码器上具有较好的传输性能,并且纠错码能够很好地改善数据传输的误码率。但是该算法并不能满足数据在所有的声码器上稳健性传输,因此需要设计一种满足非特定的语音信道的类语音调制算法。利用传统的数字调制方式,通过采用合适的载波参数以及调制方式能够实现数据在语音信道上的稳健性传输,所以在考虑非特定以及多个声码器级联的情况下,可以采用该思想进行类语音调制算法设计。首先分析语音信道对不同频率正弦信号的频率响应,选择出频率响应较适宜的载波频率范围,然后通过选择合适的参数以及调制方式实现数据在语音信道上的稳健性传输,即Hermes算法。利用转码处理实现已调信号具有固定的基音频率。仿真发现,该算法能够实现数据在单个声码器上的稳健性传输,并且在不同声码器级联的情况下也具有较好的传输性能,满足数据在语音信道上可靠传输的要求。在数据传输速率为2.4kb/s情况下,采用正交频分复用类语音调制算法,在EFR声码器中,采用4QAM基带调制,可以实现传输误码率为0.25%;在AMR编码速率为12.2kb/s模式下,采用BPSK基带调制,可以实现传输误码率为0.69%,加入纠错码后的误码率为0.03%。由此可见,该算法能够实现数据在编码速率较高的声码器中稳健性传输。采用Hermes算法,在数据传输速率为2kb/s情况下,数据在FR声码器中传输的误码率为0.01%,在AMR编码速率为12.2kb/s模式声码器下,数据传输的误码率为0.04%。此外该算法能够在数据传输速率为2kb/s情况下,AMR编码速率为12.2kb/s模式与EFR声码器级联情况下的传输误码率为0.70%。因此,Hermes算法能够实现数据在非特定声码器以及级联声码器上的稳健性传输。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN92
【图文】：

示意图,语音信道,语音传输,示意图

语音信道上的传输路径如图 2.1 所示。首先人为产生对语音信号进行压缩编码处理，然后经由无线信道将，在基站 1 处利用声码器对接收到的信息进行解码站 1 将接收到的信息再发送给所要到达的目的基站般是以 PCM 调制的明信号进行传输的[26][27]。基站音信号，然后利用声码器对语音信号进行压缩编码送给接收端。接收端对接收到的信息进行解码处理 GSM 系统中的语音传输是要经过两次编码、两次解

框图,语音编码器,框图,参数

规则脉冲激励进行分析，完成对语音信号的压缩。在解码端，通过接收到的参数，主要包括量化后的长时重构信号值、RPE 参数，算出当前信号的短时残差信号重构值，然后对该值进行一定的分析、滤波处理，并处理后的参数作为下一子帧的参数，从而形成环路反馈。RPE-LTP 语音编码算法的简化编码过程如图 2.2 所示：

框图,语音编码器,语音信道,框图

RPE-LTP语音编码器解码简化解码框图

【参考文献】