Розбірливість мови при радіозв’язку

Розбірливість мови в системі радіозв’язку є функцією багатьох перемінних, з яких найбільше значення мають:

- відношення сигнал/завада на вході приймача;

- перетворення цього відношення в приймальному пристрої;

- спектральне відношення сигнал/завада на вході демодулятора;

- низькочастотна характеристика радіолінії;

- наявність зовнішніх завад (наприклад, акустичного шуму).

Під завадостійкістю радіолінії розуміють таку сукупність її властивостей, яка забезпечує визначену розбірливість мови при заданому відношенні сигнал/завада на вході приймача для даного типу завад і заданому акустичному шумі на приймальному і передавальному кінцях.

Як критерій розбірливості зручніше використовувати величину А, оскільки ймовірність правильного приймання елементів повідомлення виражається залежністю і відповідно ; . Чи залежність буде цілком характеризувати роботу радіолінії (тут – потужність сигналу; – потужність завади).

Оскільки розбірливість у системах радіозв’язку в основному залежить від спектрального відношення , розглянемо, як це відношення змінюється під час проходження через різні елементи системи зв’язку.

Наявність істотно нелінійних елементів зумовлює серйозні зміни спектрального відношення сигнал/завада в різних елементах лінії зв’язку. Перетворювач частоти не змінює відношення спектральних складових сигналу і завади в радіоприймальному пристрої. Тут має місце зміна спектрів сигналу і завади – придушення модуляції шумом і збільшення шуму у разі впливу несучої.

Рівні спектра сигналу під час детектування збільшуються, оскільки відбувається додавання симетричних бічних, тому

,

де – рівень сигналу після детектора; – рівень сигналу до детектора.

Рівні спектра завади зростають менше, оскільки відбувається додавання компонентів з випадковими фазами й амплітудами. Можна вважати, що це зростання відбувається на 3 дБ. Однак одночасно (в силу специфіки проходження завади через детектор) відбувається зменшення рівнів спектра завади, тому

,

де – рівень завади після детектора; – рівень завади до детектора; Х – розрахунковий рівень.

Для розрахунків розбірливості мови звичайно Х приймають рівним 6 дБ. Таким чином, зміна спектрального відношення сигнал/завада виявляється в процесі демодуляції.

У разі постійного рівня шуму зміна смуги підсилювача проміжної частоти (ППЧ) не викликає зростання рівня спектра шуму і не збільшує придушення частоти модуляції. Разом з тим артикуляційні виміри показують зменшення розбірливості передачі, якщо при сталості відношення потужності несучої до потужності завади в смузі частот приймача смуга ППЧ звужується. Це свідчить про те, що при передачі мови в лінії з амплітудною модуляцією (АМ) заважають лише компоненти шуму, розташовані в області складових сигналу, що визначають розбірливість мови.

Розширення смуги пропускання приймача по проміжній частоті не буде впливати на розбірливість мови. А розширення смуги пропускання підсилювача низької частоти (ПНЧ) не впливає на розбірливість мови при помірних рівнях акустичного шуму. У разі великих рівнів шуму розширення цієї смуги може викликати перевантаження вуха і зниження розбірливості мови через зростання рівня інтенсивності шуму.

Заважаюча дія високих рівнів шуму може виявлятися не тільки в маскуванні складових мови, але й у змушеному зниженні рівня її відтворення. Це зниження може відбуватися за рахунок таких складових спектра шуму, що безпосередньо маскуючої дії не виконують і тому, здавалося б, нешкідливе. Саме так позначаються шкідливі впливи потужних низькочастотних компонентів шуму з частотою до 250 Гц. Не впливаючи на розбірливість мови по прямому маскуванню, вони в значній мірі визначають загальний рівень інтенсивності шуму і тим самим можуть знижувати можливий рівень відтворення мови.

Для одержання найбільшої завадостійкості і розбірливості мови в системі радіозв’язку низькочастотні характеристики модулятора і каналу в цілому повинні вибиратися таким чином, щоб на граничній дальності зв’язку забезпечувалося найвигідніше формантне перевищення. Це перевищення буде здійснюватися у разі максимальної модуляції передавача, якщо максимальній модулюючій напрузі відповідає найвигідніший для розбірливості розподіл частотних складових мови під час впливу даних завад. Такому найвигіднішому розподілу складових мови відповідають цілком визначені викривлення частотного і динамічного діапазонів мови, тобто маємо визначену структуру мови, що є оптимальною для зв’язку у разі наявності завад заданого виду. Одержання такої структури мови можливо тільки при використанні модулятора з оптимальною низькочастотною характеристикою. Ця характеристика буде різною для різних співвідношень сигналу завади на вході приймача. Дослідження показали, що оптимальна характеристика модулятора повинна мати підйом порядку 6 дб/окт, починаючи з частоти 500...600 Гц. Якщо говорити про оптимальну смугу пропускання модулятора, то необхідно врахувати ряд суперечливих факторів. Так, збільшення смуги пропускання модулятора дає підвищення розбірливості мови в процесі роботи за умов сильного шуму. Однак це зумовлює зменшення завадостійкості. Тому розширення смуги модулятора не слід робити більшим, ніж це потрібно для забезпечення заданої максимальної розбірливості, оскільки при цьому зменшуються формантні перевищення для даного значення відношення і дальність зв’язку падає.

Звичайно в службових системах радіозв’язку смуга пропускання модулятора не перевищує 300...3500 Гц.

У роботі [8] показано, що вибір оптимальних низькочастотних характеристик каналу зв’язку і введення невеликого амплітудного обмеження дозволяє збільшувати дальність зв’язку на 30...40 %.

Це рівноцінно майже шестиразовому виграшу в потужності.

Компресія мовних сигналів