GSM系统中数字信号信源编码的目的及原理

图1-5-1 GSM系统中数字信号信源编码与解码的原理框图

信源编码的目的是提高数字信号的有效性以及使模拟信号数字化而采取的编码。它通过有效的编码方式及对信息数据率的压缩，力求以尽可能低的比特率传输与原信号质量相当的信号，这样就可以在有限的带宽范围内容纳更多的用户，提高系统容量。(www.xing528.com)

语音信号本身是模拟信号。模拟信号在采用数字信号的形式进行传输时，要经过抽样、量化、编码的A-D转换过程（通常又将量化、编码过程称为PCM，即脉冲编码调制）。抽样速率由奈奎斯特抽样定理决定了信号的最低抽样速率，当采用二进制编码时，则量化间隔（或量化级数）最终决定了A-D转换后信号的数据率。由于量化带来的误差影响（量化噪声）对不同的输入信号电平影响是不同的。在量化误差相同的情况下，输入信号电平越高，则量化噪声越小。因此，对于不同的输入信号电平可以采用不同的量化间隔，即非均匀量化。欧洲各国和我国采用的8位A律非线性PCM语音编码（数据速率为64kbit/s）与13位线性（均匀量化）PCM语音编码（数据速率为104kbit/s）具有相当的量化质量。由此可见，采用非均匀量化可有效地降低数据率。虽然8位A律非线性PCM语音编码和13位线性PCM语音编码也属于信源编码的范畴，但通常语音信源编码是指那些可使数据率低于64kbit/s的压缩语音编码。在进行信源编码时，既希望最大限度地降低码率，又希望尽量不造成对原信号质量的损伤，这两者是相矛盾的，在实际应用中应根据信号的特点和不同的要求折中考虑，采取合适的压缩程度。图1-5-1是GSM系统中数字信号信源编码与解码的原理框图（为了强调信源编码原理，图中省略了实际系统中的信道编码、调制等部分）。在图1-5-1中语音信号先经过A-D转换（8kHz取样，13位线性PCM语音编码）得到104kbit/s的数据速率（若编码器输入信号来自移动交换中心，则是8位A律非线性编码的64kbit/s数据流，在进入编码器之前需经过非线性编码到线性编码的转换），经过信源编码，去除声音信号中的冗余部分，可将数据速率压缩至13kbit/s。压缩后的数据速率在信道中传输时，比未经压缩的信号占用更窄的带宽，因而在有限的带宽内，可传输更多用户的信息。在接收端，解码器通过相应的算法和处理手段，将数据速率恢复为原来的104kbit/s，信号形式仍然为PCM数字语音信号，再经D-A转换，即可得到与原信号相近的模拟语音信号。