1、Rec. UIT-R F.1112-1 1RECOMMANDATION UIT-R F.1112-1*TRANSMISSION DE SIGNAUX VOCAUX NUMRISS SUR DES SYSTMESFONCTIONNANT DES FRQUENCES INFRIEURES 30 MHZ ENVIRON(Question UIT-R 164/9)(1994-1995)Rec. UIT-R F.1112-1LAssemble des radiocommunications de lUIT,considranta) que les communications vocales en on
2、des dcamtriques utilisent des canaux de 3 kHz;b) que la scurit est essentielle pour un certain nombre de communications;c) que le chiffrement constitue la seule faon de parvenir un niveau de scurit suffisant;d) que le niveau de scurit requis peut aisment tre atteint en utilisant les techniques de nu
3、mrisation de laparole;e) quil y a donc lieu de mettre en oeuvre des codeurs de signaux vocaux (vocodeurs), associs des modems HF;f) que pour des canaux HF de bonne qualit, le dbit binaire admissible est au maximum de 4 800 bit/s;g) que le brouillage et les effets de la propagation tels que lvanouiss
4、ement entranent pour les communicationsnumriques une lvation du taux derreur binaire, ncessitant la mise en oeuvre de procds de correction (codes decorrection derreur-entrelacement),recommande1 que pour les communications courte porte (utilisant les ondes de sol), on emploie des vocodeurs un dbitde
5、2 400 ou 4 800 bit/s;2 que pour les communications longue porte (utilisant les ondes ionosphriques), on emploie, selon la qualitde la liaison, soit des vocodeurs un dbit de 2 400 bit/s, soit des vocodeurs un dbit de 600, 800 ou 1 200 bit/s aveccodage de correction derreur;3 que les systmes de radiot
6、lphonie numrique utiliss soient conformes aux spcifications gnrales indiquesdans lAnnexe 1 et aux spcifications particulires donnes dans lune des Annexes 2, 3 et 4 selon le type de vocodeurutilis.ANNEXE 1Gnralits sur les systmes de radiotlphonie numriqueen ondes dcamtriquesUn systme de radiotlphonie
7、 numrique en ondes dcamtriques se compose dun circuit radiotlphoniquetraditionnel, dun codeur de signaux vocaux (vocodeur), dun dispositif optionnel de chiffrement et dun modem HF. Leschma de principe de ce systme est reprsent la Fig. 1.Le signal vocal transmis arrive au codeur de voix o il est anal
8、ys et transform en un flux numrique. Ce flux estventuellement chiffr, puis arrive au modem o il est mis en forme pour tre transmis dans la bande de frquences de lavoie tlphonique. Le flux numrique provenant du rcepteur du modem est dchiffr si ncessaire, puis arrive audcodeur de voix, o le signal de
9、parole est reconstitu._*Cette Recommandation doit tre porte lattention de la Commission dtudes 8 des radiocommunications.2 Rec. UIT-R F.1112-1Dans le cas de taux derreur levs auxquels les vocodeurs faible dbit binaire (2 400 ou 4 800 bit/s) ne peuvent faireface, il faut utiliser des vocodeurs trs fa
10、ible dbit binaire (600, 800 ou 1 200 bit/s) avec un codage de correctionderreur.Il est dautre part possible dutiliser la rception en diversit; elle seffectue laide de deux rcepteurs sur des antennes diversit despace, avec traitement ultrieur dans la partie rceptrice du modem.Il existe de nombreux ty
11、pes de vocodeurs dbit infrieur ou gal 4 800 bit/s, en particulier les vocodeurs canaux, lesvocodeurs orthogonaux et les vocodeurs prdiction linaire; on trouvera dans les Annexes 2, 3 et 4 la description desystmes utilisant ces types de vocodeurs.FIGURE 1Schma de principe dun radiotlphone numriqueen
12、ondes dcamtriquesSignal deparoleSignal deparoleCodeurde la voixDcodeurde la voixVocodeurInterfaceCrypteurDcrytpeur(Option)chiffreEmetteurdu modemRcepteurdu modemModem HFEmetteur HFRcepteur HF 1Rcepteur HF 2D01(Option)diversitFIGURE 1/F.1112.D01 = 8.5 CMLes trois types de vocodeur ont tous un dbit bi
13、naire utile de 2 400 bit/s et un taux dintelligibilit du son suprieur 90%lorsque les conditions de transmission sont favorables. Ils sont donc plus ou moins quivalents en ce qui concerne laqualit pour cette valeur du dbit binaire.Tous les vocodeurs sont prsents avec le modem associ qui, dans les tro
14、is cas, est du type modem parallle (plusieurssous-porteuses modules indpendamment dans la bande audio).Dans le cas du vocodeur canaux et du vocodeur orthogonal, le symbole lmentaire transmis par le modem a unecourte priode (respectivement 13,3 ms et 8,33 ms). Ces deux vocodeurs rsistent donc moins b
15、ien des conditions depropagation trs dfavorables en ondes dcamtriques, conditions caractrises par la formation de trajets multiplesintroduisant un retard de quelques millisecondes et provoquant des brouillages importants entres symboles.Pour le vocodeur LPC 10, lorsque le modem associ est le modem d
16、crit par le STANAG 4197, la priode des symbolesest de 22,5 ms. Le fonctionnement de ce modem est donc moins affect par les conditions indiques ci-dessus.De plus, dans le vocodeur LPC 10, certains bits importants de la trame sont protgs par un code de correction puissant(code de Golay). De ce fait, u
17、ne augmentation du taux derreur binaire (TEB) entrane une dgradation de qualit qui estplus progressive que dans les vocodeurs prcdents: lintelligibilit du son tombe 80% pour un TEB de 2%, contre 1%pour les autres vocodeurs.Une qualit de fonctionnement satisfaisante doit aussi tre garantie dans des c
18、onditions mdiocres. Cela est facile raliser avec le vocodeur LPC 10 en utilisant simultanment: une compression dinformation pour rduire le dbit binaire utile 600/800/1 200 bit/s (au prix dune diminution dela qualit intrinsque du vocodeur); linsertion dune redondance qui augmente la rsistance aux err
19、eurs.Si lon procde ainsi, dans la version 800 bit/s, le seuil dintelligibilit du son de 80% nest atteint que lorsque le TEBdpasse 5%.Rec. UIT-R F.1112-1 3ANNEXE 2Systme de radiotlphonie numrique utilisant un vocodeur canaux1 Description du systmeCe systme est compos dun circuit radiotlphonique sur o
20、ndes dcamtriques traditionnel et dun terminal detraitement numrique de la voix.Les signaux vocaux provenant dun microphone sont analyss et numriss par le codeur du vocodeur canaux. Lesignal numrique est ensuite appliqu, travers linterface, au crypteur; ce niveau il est crypt avec des signauxalatoire
21、s. A la sortie du crypteur, le signal est ensuite dirig travers linterface vers le modulateur et converti en signal frquences vocales par la mthode de modulation MDP4-D-MRF.Le signal audio qui sort du rcepteur radiolectrique est dmodul en codes numriques par le dmodulateurMDP4-D-MRF. Le signal cod n
22、umriquement va travers linterface, au dcrypteur o il est transpos dans les codesnumriques dorigine. Ces signaux traversent ensuite linterface jusquau vocodeur canaux, o le signal de parole estreconstitu et appliqu un rcepteur tlphonique.2 Vocodeur canaux2.1 Principes thoriquesLe vocodeur canaux divi
23、se le signal en bande vocale denviron 300 3 000 Hz en un certain nombre de bandesspectrales contigus et mesure lintensit de chaque bande. Ces mesures sont codes et transmises.On trouvera la Fig. 2 le schma de principe du vocodeur canaux. Dans la partie analyseur, un certain nombre defiltres passe-ba
24、nde (traitement quivalant un filtre) sont utiliss pour sparer la largeur de bande des frquences vocaleset slectionner la composante frquence de chaque bande spectrale. Les sorties des filtres passe-bande sont mesures afinde dterminer le niveau de chaque bande. En mme temps, les frquences voises ou n
25、on voises et la frquencefondamentale (pitch) sont dtectes. Ces paramtres sont chantillonns et quantifis au niveau de lanalyseur, quiformate le signal cod 2 400 bit/s en vue de son mission.f1f2fnf1f2fnFIGURE 2Schma de principe dun vocodeur canaux Entre dessignauxvocauxSignaux vocauxsynthtissDtecteur
26、de sonsvoiss/non voissDtecteur defrquencefondamentaleCodeurDcodeur2 400 bit/sDonnesnumriquesDonnesnumriques(Analyseur)Circuitdadd.CommutateurGnrateur de bruitGnrateurdimpulsionsSons voiss/non voissFrquence fondamentale(Synthtiseur)D02FIGURE 2/F.1112.D02 = 11 CM4 Rec. UIT-R F.1112-1Dans la partie syn
27、thtiseur, un gnrateur de bruit et un gnrateur dimpulsions excitent le synthtiseur de spectre, legnrateur de bruit tant rserv aux sons non voiss et le gnrateur dimpulsions aux sons voiss. La frquence desortie du gnrateur dimpulsions est fixe de manire tre presque identique la frquence fondamentale. L
28、a sortie dugnrateur de bruit ou du gnrateur dimpulsions est analyse par une configuration de filtres passe-bande semblable celle de la partie analyseur. Les niveaux des bandes spectrales analyses sont multiplis et ajouts pour reconstituer lesignal de parole.2.2 Mise en oeuvreLe terminal de traitemen
29、t numrique de la parole utilise la transformation de Fourier rapide (TFR) pour lanalyse duspectre de frquences vocales. Le spectre calcul est divis en un certain nombre de bandes spectrales dont la largeur estquivalente celles des filtres passe-bande. On fait la moyenne des bandes spectrales ou des
30、canaux pour dterminer leniveau de chaque bande spectrale. On dtecte la frquence en obtenant une autocorrlation maximale, tandis que ladtection des signaux voiss et non voiss est base sur le niveau des valeurs maximales de la fonction. Par ailleurs, onsynthtise la parole en produisant la rponse en im
31、pulsion des filtres passe-bande avec un filtre numrique de rponse enimpulsion finie. Le rsultat est multipli par le niveau de sortie de chaque bande spectrale. Enfin, les formes donde detoutes les bandes spectrales sont ajoutes pour obtenir un signal de parole.3 Modem MDP4-D-MRFLe modem MDP4-D-MRF a
32、ppliqu dans ce systme est peu prs identique celui que dcrit lAnnexe 1 laRecommandation UIT-R F.763. Ses principales caractristiques sont les suivantes: le dbit binaire est de 2 400 bit/s.18 tonalits sont utilises, parmi lesquelles 16 ont un espacement de 110 Hz (935 2 585 Hz) et sont modules dans le
33、mode MDP-4-CD une rapidit de modulation de 75 Bd. La tonalit 605 Hz sert la correction des erreurs defrquence de bout en bout; pour la synchronisation, on utilise la tonalit 825 Hz, afin dviter une perte excessive lalimite de bande. Des temps de garde entre les trames sont introduits, pour lutter co
34、ntre la propagation par trajetsmultiples et la distorsion de temps de propagation de groupe.4 Rsultats des essaisLes caractristiques dun vocodeur canaux, cest-dire lintelligibilit des phrases, du son et des syllabes en fonction duTEB, sont prsentes la Fig. 3. Les Fig. 4 et 5 montrent les caractristi
35、ques du modem MDP4-D-MRF, savoir le TEBen fonction de Eb/N0. Les caractristiques statiques sont indiques la Fig. 4 et les caractristiques avec vanouissement la Fig. 5.Rec. UIT-R F.1112-1 5506070809010010 310 210 12 5 2 5FIGURE 3Caractristiques dun vocodeur canauxTEBPourcentage (%)Intelligibilit des
36、phrasesIntelligibilit du sonIntelligibilit des syllabesD03FIGURE 3/F.1112.D03 = 10.5 CM51015 210 310 41010 5252525FIGURE 4Caractristiques statiques du modem MDP4-D-MRFTaux derreurbinaireD04E :N :b0nergie par bitdensit de puissance spectrale de bruit0E /N (dB)bFIGURE 4/F.1112.D04 = 14 CM6 Rec. UIT-R
37、F.1112-115 20 25 30 35 40 45 41010 110 310 2252525FIGURE 5Caractristiques du modem MDP4-D-MRF avec vanouissementD/R = 49D/R = Tauxderreurbinaire0E /N (dB)bFrquence Doppler: 0,5 HzTemps de propagation: 1 msD/R: rapport de puissance efficace entre londe directe et londe rflchieD05FIGURE 5/F.1112.D05 =
38、 13.5 CMANNEXE 3Systme de radiotlphonie numrique utilisant un vocodeur orthogonal1 Description du systmeLa Fig. 1 reprsente le schma de principe dun type de systme de radiotlphonie numrique (RTN). Le circuit estquip des moyens radiolectriques classiques dune liaison principale sur ondes dcamtriques:
39、 metteurs, rcepteurspour la rception double en diversit despace, antennes et lignes de jonction.Lquipement terminal de ligne se compose dun vocodeur, qui transforme le signal vocal en un flux de symbolesbinaires un dbit de 2 400 4 800 bit/s et dun modem qui en assure la transmission sur le circuit r
40、adio en ondesdcamtriques.Rec. UIT-R F.1112-1 72 VocodeurOn a effectu des essais de fonctionnement du RTN avec deux types de vocodeur conus pour un dbit de 2 400 et de4 800 bit/s. Il sagit de deux vocodeurs orthogonaux dont les schmas de principe sont reprsents aux Fig. 6 et 7. Lesignal vocal initial
41、 est appliqu un analyseur de spectre qui dtermine la valeur Ykde lenveloppe du spectre du signalvocal sur plusieurs frquences.Le vocodeur 4 800 bit/s prlve 30 chantillons galement distribus lintrieur de chacune des trois parties de lagamme de frquences totale du signal vocal. Ces chantillons sont co
42、nvertis en 16 coefficients jde dveloppement ensrie orthogonale de lenveloppe du spectre; pour une frquence de trame de 60 Hz, on constitue ainsi une squencebinaire de 3 840 bit/s. Simultanment lanalyse du spectre, on extrait du signal vocal la valeur de la priode du sonfondamental (SF), ainsi que la
43、 caractristique dexcitation son-bruit (S-B), qui sont transmis avec une frquence doublede la frquence de trame (120 Hz) laide dun code 8 chiffres, ce qui occupe 960 bit/s du flux total.A la rception, on extrait du flux numrique les signaux jqui commandent le synthtiseur orthogonal du spectre, et les
44、signaux SF et S-B, qui commandent le gnrateur dexcitation du synthtiseur (GES). Le GES gnre soit une squencede groupes dimpulsions mises la frquence SF et ayant un spectre uniforme, soit une squence dimpulsions pseudo-alatoires. Le signal vocal est synthtis la sortie du synthtiseur.Le vocodeur 2 400
45、 bit/s (Fig. 7) est un vocodeur orthogonal transformation non linaire, o la racine carre delenveloppe du spectre du signal vocal se prsente comme une srie orthogonale. Le nombre dchantillons Ykdelenveloppe du spectre est ici de 21, et la distance entre eux crot progressivement avec la frquence, selo
46、n une courbedgales articulations. On extrait la racine carre de ces chantillons, Yk, ce qui permet de dterminer 10 coefficients jdu dveloppement en srie orthogonale de la racine carre de lenveloppe du spectre. Les valeurs de ces coefficients sontmises toutes les 20 ms dans le flux total laide de com
47、binaisons codes quatre chiffres, qui se succdent galementtoutes les 20 ms.A la rception, le flux 2 400 bit/s est dcompos en signaux lmentaires, parmi lesquels les signaux FS et S-Bcommandent le gnrateur GES qui est analogue celui du vocodeur 4 800 bit/s et, paralllement, deux synthtiseurs despectre. La sortie du premier synthtiseur est reli la sortie dexcitation du deuxime, de sorte que le spectre synthtiser est lev au carr et quune relation linaire stablit ain
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