Средства цифровой радиосвязи: тестирование в подвальном помещении

С тех пор как  появились первые переносные радиосредства, исследователи бьются над созданием эффективных методик для количественной оценки этого качества. Медленный прогресс в этой области обусловлен, прежде всего, трудностью и многогранностью такой задачи. Если механизм речеобразования более или менее изучен, то в отношении восприятия человеком звуков ясности совсем немного.Кроме того, известен также эффект привыкания слушателя, когда звучание какого-либо кодека, показавшееся при первом с ним столкновении,  неприемлемым со временем становится настолько привычным и комфортным, что замена его на более качественный может вызвать протест и недовольство.

С  другой стороны, если передавать оцифрованную речь, не подвергая ее никакой обработке, то для сохранения «телефонного» качества звучания требуется пропускная способность канала на уровне 64 кбит / с, т.е. требуется  слишком большая пропускная способность сети. Поэтому производится сжатие речи и ее обработка. Традиционно устройства,реализующие такое сжатие, называются вокодерами, или кодеками речи. В сотовых системах в качестве речепреобразующего устройства используется речевой кодек RPE-LTP с регулярным импульсным возбуждением и скоростью преобразования речи 13 кбит / с.

Для уменьшения вычислительных затрат и повышения эффективности использования канала связи в кодеках связи применяется также прерывистая  передача речи DTX (DiscontinousTransmission), которая обеспечивает включение передатчика только тогда, когда пользователь начинает разговор отключает его в паузах и в конце разговора. Кроме того, система DTX управляет детектором активности речи VAD (VoiceActivityDetection),  который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи и шума без речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи.

Однако,чтобы произвести сжатие, вокодеру требуется на какое-то время данные в буфер для анализа речи и при этом возникает так называемая алгоритмическая задержка. Кроме того, вокодер вносит дополнительную задержку при выполнении реальных расчетов по сжатию речи – так называемую задержку на сжатие.

Из-за этого реальное качество воспроизводимой речи в цифровых системах радиосвязи  зависит от множества факторов и может варьироваться в значительных пределах в зависимости от клиентского программного и аппаратногообеспечения (типа мобильного терминала), шлюзового (коммутационного) оборудования, пропускной способности и загруженности сети. Все это сказывается на таких технических характеристиках передачи, как задержка, доля потерянной информации (букв, слов).

Помимо пауз в разговоре задержка вызывает такие явления как «эхо- передаваемой речи» и наложение голосов. Одной из причин этого может быть несогласованность сопротивлений при переходе с двух пар на четыре в телефонной сети.

Учитывая сложности оценки качества речевой связи, в середине 90-х годов Сектор по стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) завершил разработку рекомендации Р.800 «Методы субъективной оценки качества речевой связи», которая на сегодня является наиболее признанной методологией оценки систем передачи речи. В ней описываются условия проведения тестовых испытаний, содержание аудиообразцов, система оценок и методики анализа полученных данных. Чаще всего метод Р.800 используют для расчета средней субъективной оценки качества речи по пятибалльной шкале.

Но главная проблема использования подхода Р.800 заключается в том, что он далек от практической жизни: фирмы-производители стремятся тестировать свои системы в «комфортных» контролируемых условиях, но реальные мобильные телекоммуникационные радиоканалы далеки от этого, а особенно отечественные радиолинии передач.

Для оценки качества передачи речевой информации современными цифровыми радиосредствами на кафедре радиотехнологий были проведены испытания профессиональных радиостанций Motorola TLKRT80/T80 Extreme Radio по оценке разборчивости речи на действующих линиях радиосвязи в здании, имеющие железобетонные стены и подвальное помещение. Для такого типа зданий выбор метода такой оценки, оказался не простой. Основными факторами, которые влияли на этот процесс следующие.

Очень сильное влияние на распространение радиоволн оказывают препятствия, особенно различные металлические конструкции, в том числе арматура зданий и сооружений.  Это приводит к тому, что за счет механизмов распространения радиоволн в подвальных помещениях, таких как многократное рассеяние, дифракция и поглощение электромагнитных волн  элементами строительных конструкций, амплитуды и фазы распространяющихся в них радиоволн претерпевают пространственно-временные флуктуации, причем с повышением рабочих частот глубина этих флуктуаций возрастает. Поэтому характеристики распространения внутри помещения зависят от отражательных свойств строительных материалов и проникновения сигнала сквозь них (комплексной диэлектрической проницаемости материалов). Естественно, что в моделях прогнозирования распространения многие исследователи, учитывающих специфику места, в качестве основной исходной информации брали данные о комплексной диэлектрической проницаемости строительных материалов, а также о структуре здания.

Качество передачи речевой информации, как известно, оценивается тремя  критериями: громкостью, разборчивостью и натуральностью. Разборчивость, безусловно, основной критерий, поскольку практика показывает, что тихая разборчивая речь понятнее громкой неразборчивой.

Разборчивость есть количественная мера, характеризующая способность тракта радиотелефонной связи передавать содержащуюся в речи смысловую информацию в данных конкретных акустических условиях окружающей среды. Мерой разборчивости служит  выраженное в процентах или долях единицы отношение числа правильно принятых элементов речи (звуков, слогов, слов, фраз) к достаточно большому общему числу переданных. В зависимости от того, какие элементы  речи передаются, различают следующие виды разборчивости: звуков — D, слогов — S  слов – W   и  фраз- I.

Измерение заключалось в передаче, приеме, записи и последующей сверке специальных словесных артикуляционных таблиц. Мерой качества испытуемой линии радиосвязи в этом случае является процент правильно принятых слов относительно общего числа переданных. Принятые слова записывались на испытательные бланки. Тестирование проводилось в критических зонах (подвальном помещении центрального здания и подвальном помещении соседнего здания, находящегося на расстоянии 500 м).

Суть тестирования состояла в том, что диктор вначале наговаривал испытательные тесты, которые записывались на компьютер, а затем тексты воспроизводились с ПК и слушатели-эксперты записывали услышанные тексты на специальные бланки.

В целом, испытуемые радиосредства показали хорошие результаты на предмет слоговой их разборчивости в указанных зонах. Данные показали, что нижняя граница разборчивости слов при достоверной вероятности 0,96 соответствует 95-97%.

Сайко В.Г.  г. Киев,  Государственный университет телекоммуникаций