Transcript ETM_19_03_2012

Eksploatacija Telekomunikacionih Mreža
Eksploatacija Telekomunikacionih Mreža
-Saobraćajni Odsek –
19-03-2012
Digitalizacija Govornog Signala
Eksploatacija Telekomunikacionih Mreža
-Saobraćajni Odsek –
Digitalizacija govora



Digitalni signal je otporniji na smetnje od
analognog
Najčešći način digitalizacije govornog signala je
PCM (Pulse-Code Modulation) tehnika
Proces digitalizacije se svodi na tri koraka



odabiranje
kvantovanje
kodovanje
Digitalizacija govora - odabiranje

Odabiranje se zasniva na PAM (Pulse Amplitude
Modulation)
Ulazni
analogni signal
Izlazni
signal iz kanala
PAM impulsi
kanal
Odabiranje
NF filtar
Povorka
impulsa
• Svaki odbirak se predstavlja impulsom čija
• Ulazni signal
se odabirejednaka vrednosti analognog
je amplituda
povorkom impulsa
signala u trenutku odabiranja
Digitalizacija govora - odabiranje


Nikvistova teorema – brzina odabiranja
mora biti jednaka ili veća dvostrukoj
maksimalnoj učestanosti signala koji se
odabire da bi se pravilno rekonstruisao signal
Maksimalna frekvencija govornog signala je 3400 Hz
 dovoljna je frekvencija od 6800 Hz
 u praksi se uzima 8000 Hz (svakih 0,125 ms se
odabire signal)
• to je više od nego što je potrebno, ali olakšava
rekonstrukciju
Digitalizacija govora - kvantizacija

Kvantovanje – proces diskretizacije amplitude odbiraka


Potpuno precizno predstavljanje bi zahtevalo beskonačno
mnogo bita – mora da se napravi kompromis, a zavisi od



amplitude kvantovanog signala imaju vrednosti iz
diskretnog, unapred definisanog skupa
dostupnog propusnog opsega
šuma kvantizacije
Na primer



16 bita – 128 kbit/s, kvalitet dobar, ali veliki propusni opseg
3 bita – 24 kbit/s, mali propusni opseg, ali loš kvalitet
8 bita – 64 kbit/s, kompromis
Digitalizacija govora - kvantizacija


Primer – uniformna kvantizacija sa 3 nivoa
Odbirak se predstavlja sa najbližim nivoom – nije
precizno
 Šum kvantizacije – razlika između stvarne
vrednosti odbirka i digitalne prezentacije
Šum kvantizacije
111
110
101
100
000
001
010
011
101 110 111 111 111 111 111 110 101 100
Izlazna PCM reč
Digitalizacija govora – kvantizacija

Kod uniformne kvantizacije greška je veća na nižim nivoima



vrednost 10,3 – apsolutna greška 0,3 – procentualna greška 3%
vrednost 2,3 – apsolutna greška 0,3 – procentualna greška 15%
Neuniformna – ravnomerniji odnos signal-šum na različitim
nivoima


manji kvantizacioni koraci na nižim nivoima signala
veći kvantizacioni koraci na višim nivoima
101
Maksimalna
amplituda PAM
odbirka
100
101
011
010
100
001
011
010
001
000
000
uniformna
neuniformna
Digitalizacija govora – kodovanje

Kodovanje


proces prevođenja ili izražavanja poruke simbolima
nekog alfabeta (npr. 0 i 1 ili 30 slova azbuke) – vrši
koder izvora
proces transformacije niza bita u formu koja je
pogodnija za prenos preko komunikacionih linkova –
vrši koder kanala
Šum kvantizacije
111
110
101
100
000
001
010
011
101 110 111 111 111 111 111 110 101 100
Izlazna PCM reč
Kvalitet govora

Kvalitet prenešenog govora se ne može jednostavno odrediti



subjektivna mera kvaliteta – ocenu donose govornici (ljudi)
objektivna mera kvaliteta – mašine (računari) vrše test kvaliteta
Uobičajenija mera kvaliteta prenešenog govora je
MOS (Mean Opinion Score) – ITU-T P.800



MOS predstavlja skalu sa određenim kvalitetom servisa
• 5 – odličan
• 4 – dobar
• 3 – podnošljiv
• 2 – slab
• 1 – loš
Minimum 30 ljudi slušaju određene govorne uzorke ili pričaju
međusobno preko sistema za koji se određuje MOS
Svaka osoba ocenjuje uzorke ili konverzaciju prema skali od 1 do 5
ITU-T G.711

G.711 – najzastupljenija tehnika u mrežama sa komutacijom
kola
 predstavlja impulsno-kodnu modulaciju, PCM
• frekvencija odabiranja 8000 Hz
• svaki odbirak se predstavlja sa 8 bita – 64 kbit/s
 G.711 je definisan u dve varijante
• A zakon – Evropa i ostale zemlje osim Severne Amerike i
Japana
•  zakon – Severna Amerika i Japan
• u obe varijante se koristi neuniformna kvantizacija
 oba zakona imaju dobar kvalitet, MOS = 4,3
zahtevaju veliki propusni opseg
Kvalitet govora



Cilj tehnika kodovanja je
MOS 4,0 i više (toll quality)
MOS se koristi za poređenje
tehnika kodovanja
Bitska brzina
(kbit/s)
MOS
vrednost
G.711, PCM
64
4,3
G.726 ADPCM
32
4,0
G.728, LD-CELP
16
3,61
G.729, CS-ACLEP
8
3,92
G.729a, CS-ACELP
8
3,7
G.723.1, MP-MLQ
6,3
3,9
G.723.1, ACELP
5,3
3,65
Tehnika kodovanja
Postoje i druge tehnike –
PSQM (Perceptual Speech Quality Measurement),
P.861
Digitalan Prenos Govornog Signala
- E1 signal Eksploatacija Telekomunikacionih Mreža
-Saobraćajni Odsek –
Prenos Govornog Signala



10/03/1876
 Prva demostracija telefonskog razgovora
 Alexander Graham Bell
1876/1877
 Prvi dalekodometni razgovori
 Prvi telefonski servis sa iznajmljivanjem telefona
Problem: Kako preneti veliki broj govornih signala preko jednog
prenosnog medijuma (kabla)?
Prenos Govornog Signala



Do 1960-tih
 Analogni signali i FDM tehnika prenosa
Od 1960-tih
 Digitalni signali i TDM tehnika prenosa
PCM sistem prenosa
 Uvodi E1 signal kao osnovni signal za vremenski multipleks
digitalnih govornih signala
 E1 signal je osnova PDH sistema prenosa koji je dominirao u
upotrebi do ‘90-tih
 Od ‘90-tih SDH postaje dominantna tehnologija
Osnovni parametri E1 signala

E1 signal
 Baziran na G.711 kodovanju govora (64kbit/s)
 8000 odbiraka signala u sekundi – svakih 125μs
 U osnovi svih budućih signala govornog multipleksa
E1 vs T1 signal

E1 signal
 U Evropi E1 signal, u USA, Kanadi i Japanu T1 signal
E1 vremensko multipleksiranje

E1 signal vremenski kombinuje 32 signala od 64 kbit/s
E1 primarni frejm

E1 primarni frejm
 Ponavlja se svakih 125μs (8000/s)
 Sastoji se od 32 PCM slota koji nose po 8 bita
 32*8*8000 = 2,048,000 bits/s (2Mbits/s)
 T1 signal: 24*8*8000 = 1,536,000 bits/s (~1.5Mbits/s)
E1 primarni frejm
E1 primarni frejm – vremenski slot 0
E1 primarni frejm – vremenski slot 16
E1 interfejs – pristupni koncentrator
E1
>> 30 pretplatnika
Erlangova B formula

Agner Krarup Erlang
 Erlangova B formula
• Verovatnoća da korisnik ne može da
pristupi servisu zbog zauzeća sistema
(preopterećenja)
• GoS (Grade of Service) - verovatnoća blokiranja korisnika tokom
časa najvećeg opterećenja mreže (špic)
• C - broj dostupnih govornih kanala u sistemu
• A = λh - ukupna količina saobraćaja u Erlanzima (h - broj
korisnika, λ – opterećenje koje generiše jedan korisnik)
Erlangova B formula - Primer
Erlangova B formula - Primer



(λ=0.02 Erlang) * (h=10) = 0.2
GoS = 0.001 (jedan od hiljadu poziva odbačen)
Erlangova B formula  C = 4
Plesiohrona Digitalna Hijerarhija
- PDH Eksploatacija Telekomunikacionih Mreža
-Saobraćajni Odsek –
PDH hijerarhija signala
JAPANSKI STANDARD
primarni protok
SEVERNOAMERIČKI STANDARD
EVROPSKI STANDARD
PDH multipleksiranje signala

Neznatno različit takt iz različitih izvora
1
2
3
4
2 Mb/s
8 Mb/s
 Izjednačavanje takta: biti popune (“slepi” biti)
 ne vidi se početak signala
 Višeetapno demultipleksiranje
PDH demultipleksiranje signala
4/3
3/4
140 Mb/s
140 Mb/s
KC
3/2
2/1
2/3
1/2
2 Mb/s
KORISNIK
2 Mb/s
PDH signali i prenosni medijumi
PDH interfejs ITU-T G.703


Standardom definisan interfejs za E1 signal
Dve varijante:


Balansirana (120 Ohm) bakarna parica sa RJ-45 konektorom
Nebalansiran (75 Ohm) coax kabl sa BNC konektorom
Primer PDH mreže
Nedostaci PDH tehnologije






Nemogućnost jednostavne identifikacije individualnih kanala iz
viših hijerarhijskih digitalnih signala;
Dve značajno različite PDH hijerarhije rasprostranjene u svetu skupi interfejsi;
Nedovoljan kapacitet za OAM (Operation, Administration and
Maintenance) funkcije – veoma mala kontrolna zaglavlja
Standard ne definiše signal protoka većeg od 140 Mbit/s;
Ne postoji globalni standard za optičke interfejse;
Problemi sa povezivanjem opreme različitih proizvođača,
najčešće zbog različite implementacije funkcija upravljanja
mrežom;
Pitanja?


Opisati postupak digitalizacije govornog signala
sa kratkim opisom sve tri faze digitalizacije.
Opisati format (strukturu) E1 signala. Koliko
govornih signala prenosi E1 signal? Pored
govornih signala, koje informacije se dodatno
prenose u okviru E1 signala?
35 / 14
Plesiohrona Digitalna Hijerarhija
- PDH Eksploatacija Telekomunikacionih Mreža
-Saobraćajni Odsek –