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Bild 4: TDMA
Die in einem Zeitschlitz übertragene Datenmenge von 156,25 Bit (1 Bit
= ca. 3,7 Mikrosekunden) wird als Burst bezeichnet. Neben den normalen
Bitpaketen, die die Gesprächsdaten beinhalten gibt es noch einige
spezielle Bursts, die zum Beispiel aus Testbitfolgen zur
Zeitsynchronisation und Frequenzkorrektur bestehen.
Die in diesem Abschnitt beschriebene Struktur der Funkkanäle wird als
Fullrate-Channel bezeichnet, der die heute gängige Technik der
Funkübertragung darstellt. Pro Kanal können wie schon erwähnt acht
Benutzer bei einer Datenrate (also die Menge der reinen übertragenen
Information) von 13 kBit/s versorgt werden. Bei der neueren, momentan
aber noch nicht so verbreiteten Halfrate-Channel-Technik verdoppelt
sich die Anzahl der möglichen Benutzer pro Kanal auf sechzehn. Dafür
muss man hier mit einer Datenrate von nur 6,5 kBit/s auskommen, was
natürlich an die Datenkomprimierung und Fehlervermeidung ungemein
härtere Anforderungen stellt, da für die Übertragung der
Gesprächsinformation nur noch der halbe Platz vorhanden ist.
Die zur Verfügung stehende Datenübertragungsrate von insgesamt 22,8
kBit/s für die Sprachübertragung ist recht gering. Aus diesem Grund
können die Sprachsignale nur verlustbehaftet komprimiert und codiert
werden. Dabei soll aber die Sprachqualität nicht merklich leiden. Es
sind also Algorithmen nötig, die unrelevante Sprachanteile erkennen
und beseitigen können, um die Datenmenge zu reduzieren, ohne dass die
Benutzer eine Verfälschung der Sprachnachricht bemerken.
In Bild 5 wird grob der Weg von der Sprache bis zum Sendesignal
skizziert.
Zunächst wird das analoge Sprachsignal in 20 ms-Blöcke zerlegt und
digitalisiert, wodurch pro Block ein Datenfluß von 64 bis 100 kBit/s
entsteht. Die nun folgende Sprachcodierung setzt sich aus drei
Schritten zusammen. Die erste Stufe bestimmt zunächst einen
bestmöglichen Filterparametersatz für das zu übertragende Signal und
selektiert dann die "Grobstruktur" dieses Signals heraus. Dadurch wird
das Amplitudenspektrum schon kräftig bereinigt. Das entstandene
Restsignal wird nun in der zweiten Stufe ähnlich gefiltert, allerdings
berücksichtigt dieser "Langzeit-Prädiktions-Filter" dabei
hauptsächlich längerdauernde statische Abhängigkeiten der menschlichen
Sprache (Silben, Lautbildung) und kann dadurch in der menschlichen
Stimme auftretende periodische Signalanteile effektiv erfassen.
Bild 5: Sprachcodierung
Die beiden ersten Stufen erkennen schon die wesentlichen
Sprachanteile, so dass schließlich die dritte Stufe das nun flache
Amplitudenspektrum des Restsignals verlustbehaftet, mittels
Tiefpassfilterung und Neuabtastung (ein Drittel der ursprünglichen
Abtastrate), codieren kann.
Aus den ersten beiden Codierungsschritten entsteht je ein Datenstrom
von 1,8 kBit/s, zu dem dann noch die 9,4 kBit/s der dritten Stufe
hinzukommen.
Diese 13 kBit/s werden anschließend einigen Fehlerschutzvorkehrungen
unterzogen, wodurch der Datenfluß wieder auf 22, 8 kBit/s anwächst.
Vor dem Versenden wird das Signal schließlich noch moduliert, d.h. das
digitale Rechtecksignal wird absichtlich "verschliffen", da die
senkrechten Signalflanken bei der analogen Übertragung per Funk
Probleme bereiten.
Um noch weiteren Übertragungsplatz einzusparen, wird eine komplizierte
Sprechpausenerkennung verwendet, die die Datenübertragung in diesen
Zeiträumen abschaltet. Um den Kunden durch die "digitale Stille" nicht
zu irritieren, wird stattdessen auf der Empfangsseite ein möglichst
passendes Hintergrundgeräusch simuliert. Durch dieses Verfahren lassen
sich dann noch einmal bis zu 45 Prozent der zu übertragenden Daten
einsparen.
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