7

11.. SSEEMMNNAALLUULL TTEELLEEFFOONNIICC

1.1 DETERMINAREA VALORILOR ABSOLUTEŞI RELATIVE ALE SEMNALULUI TELEFONIC

1.1.1 Definirea unităţii de măsură „dB”

Compararea a două valori ale puterii unui semnal de poate face utilizând decibelul „dB”. Astfel, se poate spune că puterea 1P este cu L [dB] mai mare decât puterea 2P dacă este îndeplinită relaţia:

2

1log10P

PL [dB] (1.1)

Relativ la valorile de tensiune exprimate în volţi se poate afirma că 1Veste cu L [dB] mai mare decât 2V dacă este îndeplinită relaţia:

2

1log20V

VL [dB] (1.2)

Cele două relaţii sunt identice, ţinând seama de faptul că puterea unui semnal depinde de puterea a doua a tensiunii.

Pierderea sau câştigul unui modul funcţional de pe traseul de prelucrare al semnalului (Fig. 1.1) poate fi definit prin relaţia (1.3).

2

1log20U

UA [dB] (1.3)

Fig. 1.1 Definirea câştigului sau pierderii la porturile unui modul funcţional

Atenuarea de reflexie rA se defineşte cu ajutorul relaţiei:

21

21log20ZZ

ZZAr

[dB] (1.4)

8

Atenuarea de reflexie este determinată de dezadaptarea impedanţei în punctul de măsură, fiind un indicator al diferenţei dintre unda incidentă şi cea reflectată în punctul de dezadaptare.

Pentru diporţi pasivi se poate utiliza raportul dintre puterea aparentă la intrarea şi ieşirea sa, Fig. 1.2.

Fig. 1.2 Calculul puterii aparente a unui diport

Observaţie: Generatorul de semnal este monotonal de frecvenţă f .Pentru o sarcină egală cu impedanţa generatorului 1Z puterea aparentă la

intrarea diportului este:

1

2

1 Z

EP , (1.5)

iar puterea aparentă la ieşire este:

2

2

1 Z

VP , (1.6)

astfel se poate defini pierderea de putere aparentă cu:

1 1

2 2

10 log 20 logP Z E

AP Z V

[dB] (1.7)

În reţelele de comunicaţii elementele de prelucrare nu sunt toate pasive, întâlnim şi elemente active, cum ar fi amplificatoarele, astfel că relaţia (1.7) este valabilă cu unele condiţii.

Atâta timp cât impedanţele 1Z şi 2Z sunt reale şi constante în raport cu frecvenţa, relaţia (1.7) care defineşte pierderea puterii aparente devine valabilă şi pentru puterea activă.

Dacă impedanţele 1Z şi 2Z sunt complexe şi variază cu frecvenţa, atunci transferul puterii aparente nu mai este o mărime care să caracterizeze corect elementul testat.

Pentru a se elimina dependenţa impedanţelor circuitului testat de frecvenţa de test se alege o frecvenţă de test unică, 0f , conform recomandării O.6 [1.1]. Valoarea acestei frecvenţe este:

9

Hz10200 f . (1.8)

Frecvenţa 0f a fost aleasă pentru că se află în zona centrală a benzii semnalului telefonic (0,4 – 3,4 kHz), unde sensibilitatea tuturor sistemelor tehnice inclusiv a factorului uman este maximă.

Toleranţa frecvenţei 0f nu va depăşi valorile: Hz7 Hz2 , astfel:

Hz1022Hz1014 0 F . (1.9)

Nivelul cu care se va emite frecvenţa de test 0f se va încadra în limitele:

dB0,1dBm010 . (1.10)

Observaţie: Până la apariţia recomandării O.6 erau utilizate pentru test frecvenţele: Hz800 şi Hz1000 . Utilizarea lor este încă tolerată, dar se recomandă trecerea la valoarea Hz10200 f .

În general putem defini atenuarea dependentă de frecvenţă a diportului cu:

2

1

20 logE f Z f

A fV f Z f

[dB], (1.11)

iar pentru valoarea 0f recomandată de O.6 obţinem:

0 2 00

0 1 0

20 logE F Z F

AV F Z F

[dB] (1.12)

Astfel, dacă pentru schema de test din Fig. 1.2 obţinem un răspuns plat în

frecvenţă, dacă: constantlog20 VE

în gama de frecvenţă.

Observaţie: Definirea lui fA la alte valori decât Hz10200 f este nerelevantă pentru măsurătorile din banda semnalului telefonic. Pentru a compensa efectul neliniar al canalului de comunicaţie în raport cu frecvenţa, la emisie se utilizează metode de predistorsionare a semnalului. Astfel, la recepţie putem avea un răspuns plat în banda semnalului telefonic.

În practică se utilizează instrumente de măsură care au impedanţe de intrare cu valori de 600 , astfel încât valorile afişate sunt relative la mW1 . Pentru a se obţine o corectă adaptare de impedanţă între instrumentaţia de măsură şi circuitul măsurat se vor utiliza circuite auxiliare de adaptare de tip convertor de impedanţă.

Pentru inserarea semnalelor de test de la un generator de semnal se va folosi schema de adaptare din Fig. 1.3.

Pentru măsurarea unor semnale se va folosi schema de adaptare dinFig. 1.4.

10

În ambele cazuri valoarea lui S se va determina cu:

out

in

6 10 logZ

SZ

[dB] (1.13)

Fig. 1.3 Convertorul de impedanţă pentru inserarea semnalului de test

Fig. 1.4 Convertorul de impedanţă pentru măsurarea semnalului de test

Exemplu de calcul pentru cazul transmiterii unui semnal de test. Se presupun îndeplinite următoarele condiţii:

in 1 600 Z Z ; out PABX 842 Z Z dBm010TL .Valoarea nivelului semnalului de test de la generator pentru a se obţine în

punctul de test de la intrarea centralei valoarea de dBm010TL se va determina folosind relaţia:

out1

in

dBm dBm0 dBr 10 logS TZ

L L LZ

. (1.14)

11

Înlocuind în relaţia (1.14) valorile numerice din condiţiile iniţiale seobţine:

84210 dBm0 5 dBr 10 log 13,53 dBm

600SL (1.15)

Pentru determinarea valorii semnalului în punctul de măsură la recepţie

TL , se va utiliza schema de test din Fig. 1.4 şi relaţia de calcul:

out0

in

dBm0 dBm dBr 10 logT RZ

L L LZ

. (1.16)

Condiţii de testare la recepţie: dBr70 L ; dBm50RL .Înlocuind cu valorile numerice din condiţiile de testare la recepţie, se

obţine:

60050 dBm 7 dBr 10 log 44,47 dBm0

842TL (1.17)

Se poate observa din cele două exemple că este strict necesară utilizarea convertoarelor de impedanţă pentru instrumentaţia de măsură pentru a putea determina corect valorile în punctele de măsură din reţeaua de comunicaţii supuse testării.

1.1.2 Definirea unităţii de măsură „dBm”

Mărimea este utilizată pentru a evalua valorile absolute ale nivelurilor de tensiune sau putere, raportându-le la o valoare de referinţă. Valoarea de referinţă pentru putere este 0P definită ca:

0

2

01000

fZ

UP

, (1.18)

valoare exprimată în [mW] sau [mVA] în condiţiile în care Hz10200 f .

În definirea valorii mărimii 0P se fac următoarele presupuneri: se va exprima în [mW] dacă impedanţa 0fZ este pur rezistivă, altfel

se va exprima în [mVA]; dacă fZ este complex şi depinde de f , atunci se va lua în calcul

doar valoarea lui 0fZ la Hz10200 f ; valoarea de referinţă a lui 0fZ este 600 ;

valoarea lui U în condiţiile în care 0 600 Z f şi mW10 P .

12

1.1.3 Definirea unităţii de măsură „dBr”

Mărimea este utilizată pentru a caracteriza nivelurile relative, de exemplu pentru a exprima relaţia dintre două puncte ale unui traseu de comunicaţie. Se va desemna prin convenţie un singur punct al acelui traseu ca punct de referinţă şi se va considera valoarea în acel punct ca fiind dBr0 , Fig. 1.5.

Fig. 1.5 Stabilirea punctului de referinţă dBr0

Dacă se doreşte o corelaţie între valorile relative exprimate în dBr şi cele absolute exprimate în dBm , se poate aplica următoarea măsură: se va aplica în punctul considerat de referinţă pentru valorile relative un semnal de test de frecvenţă Hz10200 f şi a cărui valoare absolută este dBm0 . Vom obţine astfel un circuit în care toate valorile exprimate în dBr din diverse puncte sunt egale cu valorile exprimate în dBm . Această condiţie este dificil de îndeplinit în cele mai multe din situaţiile practice, ca urmare, valorile exprimate în dBr sunt cele mai uşor de utilizat şi interpretat.

În cazul utilizării valorilor exprimate în dBr este evident de observat dacă pe o porţiune de traseu dintr-un circuit avem o zonă cu pierdere sau câştig în ceea ce priveşte prelucrarea semnalului.

Pentru a evalua bugetul de putere la capetele unui circuit sau a unei porţiuni a acelui circuit, se pot utiliza cu uşurinţă mărimile exprimate în dBr .

Definiţie: Punct de referinţă de transmisie – Un punct virtual, ales de obicei în proximitatea sistemului de emisie, utilizat ca nivel de referinţă pentrucalculul tuturor nivelurilor relative din acel circuit. Este considerat a avea valoarea de dBr0 .

1.1.4 Definirea unităţii de măsură „dBm0”

Utilizarea sa se face pentru situaţia în care nivelurile semnalelor dintr-un circuit se exprimă în valori relative faţă de un punct de referinţă la care s-a aplicat un semnal de test de dBm0 .

13

1.1.5 Relaţia dintre: „dBm”, „dBr” şi „dBm0”

Diferenţa dintre valorile semnalelor la intrarea şi ieşirea unui modul de prelucrare a semnalului dintr-un traseu de comunicaţie supus testării poate fi exprimată folosind relaţia:

in outL L L . (1.19)

Relaţia dintre unităţile de măsură dBm , dBr şi dBm0 poate scrisă astfel:

dBrdBm0dBm . (1.20)

Exemplul 1: Care trebuie să fie valoarea de putere absolută a unui generator exprimată în dBm , astfel încât într-un punct al traseului care are valoarea de referinţă dBr3inL să obţinem un nivel absolut al semnalului de

dBm07 ?Rezolvare: înlocuind în relaţia (1.20) şi ţinând cont de (1.19), obţinem:

in 7 3 4 dBmL . (1.21)

Exemplul 2: Dacă la ieşirea unui modul care are nivelul de referinţă

out 5 dBrL s-a măsurat un semnal cu nivelul absolut de out 3 dBmL , să se determine valoarea nivelului semnalului exprimată în dBm0.

Rezolvare: înlocuind în relaţia (1.20) şi ţinând cont de (1.19), obţinem:

out 3 5 2 dBm0L . (1.22)

1.1.6 Valori specifice ale semnalului telefonic la nivelul interfeţei de abonat

Linia de abonat este în cele mai multe situaţii de tip analogic, pe două fire,iar canalul de comunicaţii este bidirecţional. Interfaţa de linie din centrală conţine un sistem diferenţial utilizat pentru separarea sensurilor de comunicaţie,precum şi un set de convertoare numerice, câte unul pentru fiecare sens de comunicaţie. La ieşirea, respectiv intrarea, convertoarelor din interfaţa de linie,nivelurile relative sunt considerate a avea valori de dBr0 , Fig. 1.6.

14

Fig. 1.6 Nivelurile relative la nivelul interfeţei de abonat

Pentru determinarea nivelurilor relative de intrare, respectiv ieşire la nivelul abonatului din Fig. 1.6, se folosesc relaţiile:

dBr0dBr TLi (1.23)

şi

dBr0dBr RLo (1.24)

unde: T şi R reprezintă pierderile relative dintre punctul t de măsură (din zona 2 fire) şi intrarea, respectiv ieşirea convertoarelor numerice din centrală.

Dacă în partea numerică a interfeţei de linie sunt şi module de prelucrare digitală a semnalului, se pot lua şi acestea în calcul prin mutarea punctului de referinţă conform Fig. 1.7.

Fig. 1.7 Interfaţă de linie cu elemente de prelucrare numerică

Pentru determinarea nivelurilor relative de intrare, respectiv ieşire la nivelul abonatului din Fig. 1.7, se folosesc relaţiile:

dBrdBr Ti GTL (1.25)

15

şi

dBrdBr RGL Ro , (1.26)

unde: T şi R reprezintă pierderile relative dintre punctul t de măsură (din zona 2 fire) şi intrarea, respectiv ieşirea convertoarelor numerice din centrală, iar TGşi RG câştigurile elementelor de prelucrare numerică din interfaţă.

1.1.7 Niveluri relative şi proiectarea circuitului de transmisie

În general un circuit de transmisie, denumit în continuare circuit, poate fi definit folosind termenii de referinţă din setul de recomandări ITU-T. În general,ansamblul unui sistem de comunicaţii este împărţit, pentru uşurinţa proiectării,în secţiuni, fiecare dintre aceste secţiuni având stabilit un punct unic de referinţă TRP (Transmission Reference Point), Fig. 1.8.

Această manieră de lucru este utilizată pentru a uşura efectuarea testelor şia măsurătorilor practice. Un circuit este în general delimitat de segmente la capetele cărora se găsesc echipamente de comunicaţii permanent interconectate. În acest fel se pot stabili parametrii clari de transmisie ce pot fi urmăriţi în proiectare şi determinaţi prin măsurători.

Fig. 1.8 Punct de referinţă pentru segment de circuit

În cazul echipamentelor de comutaţie, limita unui circuit este ipotetic stabilită la mijlocul echipamentului din considerente administrative, dar din punct de vedere tehnic circuitul are ca punct limită interfaţa de linie din centrala telefonică, Fig. 1.9.

16

Fig. 1.9 Interconectarea circuitelor la nivelul echipamentelor de comutaţie

Fiecare dintre circuitele interconectate are propriul punct de referinţă. Este de dorit să nu apară salturi de corecţie între cele două circuite, însă acest lucru nu poate fi evitat de fiecare dată.

1.2 MODELE DE REFERINŢĂ UTILIZATEÎN DETERMINAREA CALITĂŢII COMUNICAŢIEI TELEFONICE

1.2.1 Modelul general al conversaţiei telefonice

Modelul descrie caracteristicile temporale de tip activ/inactiv (ON/OFF) ale unei conversaţii telefonice tipice dintre doi vorbitori de limbă engleză conform recomandării ITU-T P.59. Modelul ia în consideraţie perioadele de activitate (conversaţie), pauzele de vorbire, precum şi corelaţia dintre activitatea celor doi parteneri ai convorbirii.

Stările distincte în care se poate găsi convorbirea dintre doi corespondenţi definiţi ca şi corespondentul A şi corespondentul B sunt:

Starea 1: A – vorbeşte, B – tace; Starea 2: A – vorbeşte, B – vorbeşte; Starea 3: A – tace, B – tace; Starea 4: A – tace, B – vorbeşte.

O reprezentare sugestivă este realizată în Fig. 1.10.Probabilităţile de tranziţie dintr-o stare în alta 1p , 2p şi 3p sunt exprimate

în procente.Durata stărilor în care un singur partener vorbeşte 1T , doi parteneri

vorbesc 2T sau nici unul dintre ei nu vorbeşte 0T poate fi descrisă conform [1.4], de relaţiile:

1 10,854ln 1T x (1.27)

17

2 20,226ln 1T x (1.28)

0 30,456ln 1T x , (1.29)

unde: 1x , 2x şi 3x sunt variabile aleatoare cu distribuţii uniforme în intervalul:

1,,0 321 xxx . (1.30)

Fig. 1.10 Diagrama tranziţiilor privind activitatea unei conversaţii

Dacă durata pauzei pentru un vorbitor este mai mică de 200 ms, modelul prezentat va trece în starea „un singur vorbitor” activ sau în starea „ambii vorbitori inactivi” cu o probabilitate de 50%.

Un model grafic al modului în care se desfăşoară convorbirea este prezentat în Fig. 1.11.

Fig.1.11 Modelul convorbirii telefonice uzuale

18

Valorile numerice pentru aceste evaluări sunt dependente de condiţiile de determinare. Se pot face determinări care să ţină seama de timpii de tranziţie sau măsurători care nu iau în calcul timpii de tranziţie.

A. Estimarea parametrilor convorbirii fără analiza influenţei timpilor de tranziţie

Funcţia de distribuţie care caracterizează timpul de vorbire, Tf , poate fi modelată prin combinarea a două funcţii de distribuţie geometrice, [1.5] astfel:

1 11 1 1 2 2 21 1k k

Tf k C U U C U U (1.31)

cu 1,2,3,...k , unde: 1 0,60278C , 2 0,39817C , 1 0,92446U şi

2 0,98916U .Incrementarea variabilei k se produce la fiecare 5 ms. Durata medie a

timpului de vorbire, TT , este de 227 ms.Funcţia de distribuţie care caracterizează durata pauzei, Pf , poate fi

modelată, de asemenea, prin combinarea a două funcţii de distribuţie geometrice [1.5] astfel:

1 11 1 1 2 2 21 1k k

Pf k D W W D W W (1.32)

cu 1,2,3,...k , unde: 1 0,76693D , 2 0,23307C , 1 0,89700W şi

2 0,99791W .Folosind o incrementare a variabilei k la fiecare 5 ms se obţine o durată

medie a pauzei, PT , de 597 ms.Rezultă un factor de activitate, FA , definit ca:

22727,58%

227 596T

FT P

TA

T T

. (1.33)

B. Estimarea parametrilor convorbirii incluzând şi timpii de tranziţieProbabilitatea de distribuţie a timpului de vorbire, TP , poate fi modelată

cu o funcţie exponenţială, [1.5] astfel:

1 expTT

tP t

T

, (1.34)

unde TT este durata medie a timpului de vorbire.

Probabilitatea de distribuţie a duratei pauzei, PP , poate fi modelată [1.5] astfel:

0

0,21 exp

0,2S

P

P t t

T

pentru 0 0,2

0,2

t

t

(1.35)

19

unde PT este durata medie a pauzei de vorbire.

Durata medie a timpului de vorbire, TT , este de 1004 ms.

Durata medie a pauzei, PT , este de 1587 ms.Rezultă valoarea factorului de activitate, FA , definit ca:

100438,74%

1004 1587T

FT P

TA

T T

. (1.36)

1.2.2 Modelul semnalului vocal artificial (SVA)

Realizarea unui model al semnalului vocal artificial (SVA) este util pentru proiectarea echipamentelor de testare ale caracteristicilor tehnice ale canalelor de comunicaţii vocale. Există şi alte procedee subiective pentru a testa calitatea unui canal de comunicaţii, ele se bazează pe metode indirecte de evaluare (exemplu: zgomot roz, semnale cu spectru Gaussian).

Pentru a realiza un SVA se utilizează o descriere analitică, care încearcă să reproducă cât mai multe din caracteristicile specifice ale unui semnal vocal natural. În realizarea modelului SVA se urmăreşte conservarea următorilor parametri: caracteristica spectrală a semnalului, distribuţia amplitudinii instantanee, anvelopa silabică şi structurarea lui în forme de undă ale semnalului vocal şi nevocal.

Banda unui SVA este cuprinsă între 100 şi 8000 Hz , ea este mai largă decât banda semnalului telefonic Hz3400300 , pentru a putea caracteriza mai eficient dispozitivele sau modulele neliniare, cum ar fi: microfonul, difuzorul, coderele, supresoarele de ecou, compandoarele silabice, sistemele cu comportare neliniară în general.

Utilizarea SVA este preferată pentru testare în locul eşantioanelor de semnal vocal natural, pentru că prezintă o dispersie redusă a parametriloranterior menţionaţi.

Definiţie, conform [1.6]: Semnalul vocal artificial (SVA) este un semnal, bine definit matematic, care reproduce acele caracteristici ale semnalului vocal natural relevante pentru caracterizarea liniară şi neliniară a sistemelor de comunicaţii telefonice.

SVA poate fi produs electric sau acustic pentru a putea fi utilizat în testarea diverselor elemente din traseul de comunicaţii (microfon, difuzor etc.).

Un model al schemei de generare este prezentat în Fig. 1.12.În Fig. 1.12 în punctul 1 se regăseşte formatul electric al SVA, în punctul

2, SVA egalizat pentru a se adapta caracteristicilor difuzorului, iar în punctul 3, SVA în forma sa acustică. Punctul 3 se mai numeşte şi MRP (Mouth Reference Point).

20

1 2 3

Fig. 1.12 Generator de semnal vocal artificial (SVA)

Metoda de generare a SVA, conform [1.6], respectă schema bloc dinFig. 1.13.

Fig. 1.13 Schema bloc de generare a semnalului vocal artificial

Metoda constă în combinarea a două tipuri de semnal, semnal vocal şi semnal nevocal. Pentru generarea semnalului vocal este utilizat un generator cu excitaţie globală, iar pentru semnalul nevocal, un generator de tip zgomot.

O secvenţă SVA se realizează prin combinarea aleatorie a patru segmente standard. Segmentele standard, conform [1.6], sunt prezentate în Fig. 1.14 şiFig. 1.15.

Fig. 1.14 Segmentele a) şi b) standard pentru producerea SVA

21

Fig. 1.15 Segmentele c) şi d) standard pentru producerea SVA

Segmentul a) începe cu o secvenţă nevocală şi continuă cu o secvenţă vocală. Segmentele b), c) şi d) conţin o secvenţă nevocală încadrată de două secvenţe vocale. Ponderea secvenţei nevocale, NonVP , din durata totală a unei secvenţe standard este de 25%, conform:

NonVNonV

NonV V

0,25D

PD D

, (1.37)

unde: NonVD - durata componentei nevocale a segmentului şi VD - durata componentei vocale a segmentului.

Durata totală, TD , a oricărei secvenţe din setul a), b), c) şi d) variază conform relaţiei:

xDT ln486,3 , (1.38)

unde: x este o variabilă aleatoare cu distribuţie uniformă în intervalul: 609,0371,0 x .

Generatorul secvenţelor vocaleEste construit pentru a produce un semnal periodic conform reprezentării

din Fig. 1.16.De remarcat că există o diferenţiere între semnalul generat pentru

simularea comportamentului vorbitorilor de sex masculin şi cel al vorbitorilor de sex feminin. Aceasta se face prin modificarea valorii parametrului DC , conform relaţiilor:

0

1,176

1600 23MDCT

(1.39)

0

1,176

1600 11,5FDCT

(1.40)

22

unde: MDC şi FDC – valoarea parametrului corespunzător modelării semnalului vocal produs de un vorbitor de sex masculin, respectiv feminin şi 0T– perioada de repetiţie a nivelurilor de vârf ale semnalului.

Fig. 1.16 Anvelopa semnalului vocal

De-a lungul duratei secvenţei vocale VD , valoarea frecvenţei apariţiei semnalelor cu amplitudini maxime, 0F , definită de:

00

1

TF (1.41)

variază conform reprezentării din Fig. 1.17.

Valoarea de plecare a lui 0F , notată cu sF , poate fi determinată în funcţie de sexul vorbitorului,

MSF - masculin, FSF - feminin, folosind relaţiile:

V31,82 39,4M MS CF F D R (1.42)

V51,85 64,2F FS CF F D R (1.43)

cu: 128 HzMCF , 215 Hz

FCF şi R având valori aleatoare uniform

distribuite în intervalul: 0 1R .

23

Fs

Fc

2 3 5

Timp

Tv

Fig. 1.17 Profilul variaţiei frecvenţei 0F

Generatorul secvenţelor nevocaleEste bazat pe un generator de zgomot de tip Gaussian cu valoare medie

nulă [1.7]. Semnalul obţinut de la acest generator este filtrat digital cu un filtru de tip trece jos. Funcţia de transfer a filtrului FTJ este:

1

1

1 1h

z

, (1.44)

unde: 0,001 şi 1z este o celulă de întârziere. Rezultatul este un semnal de tip zgomot alb Gaussian cu medie nulă şi secvenţe necorelate.

Modulatorul de amplitudineAmplitudinea secvenţelor generate este controlată astfel încât spectrul lor

de putere, estimat cu fereastră de 2 ms, să corespundă limitărilor de gabarit din Fig. 1.14 şi Fig. 1.15.

Pentru a putea efectua această operaţiune, modulatorul este controlat de un semnal, preluat de la ieşire şi filtrat în bucla de reacţie cu un filtru numeric de ordinul 12. Structura filtrului este prezentată în Fig. 1.18.

Fig. 1.18 Filtrul numeric de ordinul 12

24

Semnalul de la ieşirea filtrului numeric este controlat prin modificarea coeficienţilor 1k la 12k . În Tabelele 1.1 şi 1.2 sunt prezentate 16 seturi de valoriale coeficienţilor filtrului numeric pentru situaţia producerii semnalelor vocale artificiale corespunzătoare unui vorbitor de sex masculin, respectiv feminin [1.8].

Tabelul 1.1 Coeficienţii filtrului numeric pentru vorbitorul de sex masculin

k1 k2 k3 k4 k5 k6 k7 k8 k9 k10 k11 k12

1 -0,471 -0,108 0,024 -0,048 0,140 0,036 0,054 0,004 0,123 0,044 0,099 -0,0032 -0,284 -0,468 0,030 0,090 0,124 -0,020 0,087 0,067 0,131 0,011 0,076 -0,024N3 -0,025 -0,496 -0,176 0,162 0,236 -0,012 0,068 0,001 0,096 0,029 0,086 -0,0181 0,974 0,219 0,025 -0,123 -0,132 -0,203 -0,103 -0,174 -0,079 -0,153 -0,010 -0,0612 0,629 -0,152 -0,138 -0,142 -0,118 -0,135 0,147 0,019 0,077 -0,040 0,029 -0,0073 0,599 -0,119 0,067 0,051 0,103 0,023 0,106 0,036 -0006 -0,133 -0,052 -0,0944 0,164 -0,364 -0,248 -0,076 -0,168 0,072 0,103 0,045 0,112 0,010 0,048 -0,0345 0,842 0,022 0,171 0,173 0,067 -0,057 0,089 -0,045 -0,039 -0,134 -0,034 -0,1226 0,933 -0,537 -0,137 -0,161 -0,216 -0,139 0,115 -0,042 0,027 -0,163 0,102 -0,1077 0,937 -0,413 0,132 -0,059 -0,103 -0,134 0,047 -0,115 -0,105 -0,097 0,039 -0,1088 0,965 -0,034 0,032 0,001 -0,107 -0,182 -0,057 -0,175 -0,109 -0,163 -0,003 -0,0559 0,870 -0,476 -0,016 -0,136 -0,125 -0,107 0,091 -0,008 0,021 -0,128 0,042 -0,069

10 0,686 -0,030 0,178 0,197 0,155 -0,026 0,078 0,004 -0,001 -0,128 -0,004 -0,10211 0,963 -0,232 0,086 -0,018 -0,147 -0,192 -0,040 -0,179 -0,144 -0,133 0,042 -0,04212 0,930 -0,461 0,071 -0,144 -0,122 -0,096 0,034 -0,066 -0,021 -0,171 0,067 -0,091

V

13 0,949 -0,334 0,143 -0,040 -0,112 -0,161 0,010 -0,156 -0,123 -0,119 0,049 -0,070

Tabelul 1.2 Coeficienţii filtrului numeric pentru vorbitorul de sex feminink1 k2 k3 k4 k5 k6 k7 k8 k9 k10 k11 k12

1 0,488 -0,388 0,145 0,053 0,122 0,027 0,135 0,035 0,080 0,017 0,068 0,0282 -0,093 -0,444 -0,102 0,121 0,154 0,009 0,102 -0,031 -0,084 0,019 0,101 -0,020N3 -0,709 -0,179 0,134 0,007 0,142 0,027 0,099 0,000 0,115 0,007 0,075 -0,0371 0,355 -0,247 -0,092 -0,043 0,032 0,046 0,113 -0,023 0,071 -0,030 -0,000 -0,1162 0,976 0,150 -0,062 -0,187 -0,172 -0,200 -0,122 -0,207 -0,054 -0,127 0,012 -0,1113 0,737 -0,324 -0,175 -0,197 -0,153 0,023 0,110 -0,018 0,040 -0,062 0,034 -0,0914 0,598 0,234 0,126 0,011 -0,005 -0,026 0,131 0,032 0,073 -0,063 0,011 -0,0885 0,808 0,118 0,262 0,139 0,063 -0,024 0,001 -0,184 -0,056 -0,100 0,014 -0,1156 0,914 -0,500 -0,051 -0,115 -0,211 -0,012 -0,077 -0,179 0,064 -0,102 0,037 -0,0927 0,933 -0,359 0,089 -0,107 -0,178 -0,050 -0,137 -0,206 0,046 -0,088 -0,004 -0,0748 0,966 -0,023 0,044 -0,105 -0,178 -0,195 -0,150 -0,233 -0,045 -0,092 -0,029 -0,0979 0,870 -0,469 -0,244 -0,107 -0,140 -0,037 0,084 -0,131 0,021 -0,066 -0,003 -0,091

10 0,673 -0,292 0,322 0,158 0,143 0,160 0,019 -0,281 -0,105 -0,195 -0,156 -0,18511 0,962 -0,191 0,030 -0,089 -0,207 -0,133 -0,141 -0,263 0,007 -0,054 -0,014 -0,07412 0,879 -0,340 0,046 -0,049 -0,071 -0,024 -0,039 -0,188 0,017 -0,078 -0,014 -0,117

V

13 0,941 -0,258 0,122 -0,073 -0,163 -0,089 -0,151 -0,250 0,025 -0,062 -0,006 -0,093

1.2.3 Modelul „gurii artificiale”

Gura artificială (GA) este un dispozitiv tehnic cu care se poate genera oundă acustică similară cu cea produsă de un vorbitor uman. Ea este utilizatăpentru efectuarea măsurătorilor obiective asupra terminalelor telefonice. Este caracterizată de o caracteristică de directivitate bine precizată.

GA este constituit dintr-un difuzor ca are un inel de referinţă cu diametrul de 25 mm şi grosime mai mică de 2 mm. Inelul este construit dintr-un material nemagnetic şi este permanent fixat pe carcasa GA. Inelul formează un plan de referinţă faţă de care sunt efectuate toate măsurătorile specifice referitoare lacaracteristicile acustice ale dispozitivului GA.

25

La distanţa de 25 mm faţă de planul inelului pe axa sa centrală se defineşte un punct de referinţă denumit MRP (Mouth Reference Point).

La nivelul punctului MRP se măsoară vocea artificială în forma sa acustică, voce generată de GA prin aplicarea la intrarea difuzorului a semnaluluide tip voce artificială în format electric, conform reprezentării din Fig. 1.12.

Pentru a îndeplini condiţiile funcţionale ale recomandării ITU-T, P.51, semnalul acustic produs de un dispozitiv de tip GA trebuie să corespundă unui set de teste bine precizat.

Test 1 – Răspunsul în spaţiul liber normalizat.Definit de valorile specifice în 17 puncte de testare, puncte ale căror

coordonate relative la inel sunt definite în Tabelul 1.3 şi Tabelul 1.4 Dintre cele 17 puncte 10 sunt considerate a fi în plan apropriat şi 7 în plan îndepărtat.

În Tabelul 1.5 şi Tabelul 1.6 sunt date valorile nivelurilor relative măsurate în cele 17 puncte de testare în condiţiile aplicării unor semnale de test cu frecvenţe ale căror valori variază între 100 Hz şi 8000 Hz.

Tabelul 1.3 Coordonatele punctelor de testare din plan apropiat

Punctde testare

Distanţa pe axul central al inelului faţă de planul inelului [mm]

Distanţa într-un plan paralel cu planul inelului faţă de axa centrală

a inelului [mm]1 12,5 02 50 03 100 04 140 05 0 +206 0 +407 25 +208 25 +409 25 –20 10 25 –40

Tabelul 1.4 Coordonatele punctelor de testare din plan îndepărtat

Punctde testare

Distanţa pe axul central al inelului faţă de planul inelului [mm]

Azimutul[grade]

Elevaţia[grade]

11 500 0 012 500 0 +1513 500 0 +3014 500 0 –1515 500 0 –3016 500 15 017 500 30 0

26

Tabelul 1.5 Răspunsul sistemului în primele 10 puncte de testare

Valoare în punctul de testare nr. [dB]Frecvenţa[Hz] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Toleranţa[dB]

100 4,2 -5,0 -11,1 -13,6 5,2 -1,7 -1,4 -4,0 -1,6 -4,2 +/- 1,5125 4,2 -5,0 -10,9 -13,6 5,2 -1,7 -1,3 -3,8 -1,5 -4,2 +/- 1,5160 4,2 -5,0 -10,7 -13,6 5,2 -1,7 -1,2 -3,8 -1,5 -4,2 +/- 1,5200 4,0 -5,0 -10,7 -13,3 5,2 -1,7 -1,2 -3,8 -1,5 -4,2 +/- 1,5250 4,0 -5,0 -10,6 -13,2 5,2 -1,8 -1,3 -3,8 -1,4 -4,2 +/- 1,5315 4,0 -5,0 -10,6 -13,2 5,1 -1,8 -1,3 -3,8 -1,3 -4,2 +/- 1,5400 4,0 -5,0 -10,6 -13,2 5,1 -1,8 -1,3 -3,8 -1,3 -4,0 +/- 1,5500 4,1 -5,0 -10,6 -13,2 5,0 -1,6 -1,3 -3,8 -1,3 -3,9 +/- 1,5630 4,2 -4,9 -10,5 -13,4 5,0 -1,6 -1,3 -3,8 -1,3 -3,9 +/- 1,5800 4,2 -4,8 -10,5 -13,4 5,0 -1,6 -1,3 -3,8 -1,3 -4,0 +/- 1,5

1000 4,1 -4,8 -10,4 -12,9 4,8 -1,7 -1,3 -3,9 -1,3 -4,1 +/- 1,51250 3,9 -4,8 -10,2 -12,7 4,8 -1,8 -1,4 -4,0 -1,3 -4,3 +/- 1,51600 3,8 -4,8 -10,0 -12,7 4,7 -1,8 -1,4 -3,8 -1,3 -4,0 +/- 1,52000 3,6 -4,7 -10,0 -12,7 4,7 -1,8 -1,2 -3,7 -1,3 -3,6 +/- 1,52500 3,5 -4,6 -9,4 -12,3 4,7 -1,9 -1,0 -3,6 -1,1 -3,5 +/- 1,53150 3,6 -4,6 -9,4 -12,0 4,7 -2,1 -1,1 -3,5 -1,2 -3,4 +/- 1,54000 3,7 -4,6 -9,7 -12,3 4,5 -2,9 -1,5 -4,1 -1,3 -3,0 +/- 1,55000 3,7 -4,5 -9,7 -12,6 3,8 -4,0 -1,5 -4,8 -1,3 -3,7 +/- 1,56300 3,8 -4,5 -9,7 -12,6 3,2 -4,8 -1,8 -5,2 -1,7 -3,7 +/- 1,58000 3,8 -4,9 -10,0 -12,7 2,5 -5,2 -2,0 -6,0 -2,2 -4,2 +/- 1,5

Semnalul produs de un dispozitiv de tip GA trebuie să îndeplinească, de asemenea, şi unele cerinţe minime în ceea ce priveşte nivelul total al distorsiunilor armonice şi al liniarităţii semnalului acustic produs.

Astfel, o variaţie de dB6 a semnalului electric aplicat dispozitivului GAtrebuie să producă o variaţie corespunzătoare a mărimii acustice produse de

dB5,0dB6 , variaţie măsurată în punctul standard MRP. Această condiţie trebuie să se respecte şi în cazul unor semnale complexe, cum este semnalul vocal artificial, dar şi în cazul semnalelor sinusoidale cuprinse în intervalul

Hz100 şi Hz8000 .

1.2.4 Modelul „urechii artificiale”

Modelul „urechii artificiale” (UA), conform [1.9], este utilizat pentru determinarea calităţii traductoarelor de tip difuzor din terminalele telefonice. Este un dispozitiv care are aceeaşi impedanţă acustică ca cea a unei fiinţe umane în banda semnalului telefonic. Determinările valorii impedanţelor acustice ale fiinţelor umane sunt complexe şi ele se efectuează pe un număr mare de subiecţi. Din valorile măsurate se pot determina valori medii de referinţă. Aceste valori medii sunt luate în calcul în stabilirea impedanţei acustice de referinţă.

Se definesc conform [1.9], două puncte de referinţă: ERP (Ear Reference Point) şi EEP (Ear Canal Entrance Point), faţă de care se fac măsurătorile relevante. Primul reprezintă un punct virtual, geometric localizat în centrul

27

intrării urechii unui ascultător, iar al doilea, la mijlocul canalului auditiv în dreptul intrării.

Pentru diverse tipuri de UA [1.9], este definit diferit ERP, însă EEP rămâne în aceeaşi poziţie Fig. 1.19.

Fig. 1.19 Poziţia punctelor de referinţă ERP şi EEP funcţie de tipul de UA utilizat

Pentru măsurători specifice canalelor telefonice în banda: Hz300 la Hz3400 , [1.10], IEC 60318, este definit un tip de UA. Parametrii specifici, cum

ar fi: impedanţa acustică şi răspunsul în frecvenţă sunt determinate în punctul ERP. Valorile acestor măsurători estimate conform [1.9] sunt prezentate în Tabelul 1.6.

Tabelul 1.6 Parametrii UA, conform [1.9]

Frecvenţa[Hz]

Impedanţa acustică[dB] rel la 1 [Pa s/mc]

Toleranţa[+/- dB]

100 145,6 1150 143,4 1200 142,8 1250 143,2 1300 143,7 1350 143,6 1400 143,0 1450 142,2 1500 141,3 1

Condiţiile atmosferice în care au fost desfăşurate măsurătorile sunt: presiune atmosferică statică: – kPa0,33,101 ;

temperatură: – C323 o ; umiditate relativă: – %2060 .

Determinarea parametrilor specifici unei convorbiri telefonice şi a sistemului tehnic suport, respectiv terminalele telefonice şi canalul de comunicaţie se face folosind unele modelele de referinţă. Poziţionarea MRP şi

28

ERP într-o conversaţie telefonică normală, conform [1.11], este prezentată în Fig. 1.20.

Fig. 1.20 Poziţionarea MRP şi ERP

Inserarea sistemului tehnic suport şi descompunerea sa formală, conform [1.12], este reprezentată în Fig. 1.21.

Separarea pe module din Fig. 1.21 are următoarea semnificaţie:a) – microfonul terminalului telefonic aflat în emisie;b) – circuitul electric al terminalului telefonic;c) – linia de abonat;d) – centrala telefonică;e) – linia de abonat a sistemului de recepţie;f) – circuitul electric al terminalului telefonic aflat în recepţie;g) – difuzorul terminalului telefonic aflat în recepţie.

Fig. 1.21 Definirea sistemului de referinţă conform P.76

Determinarea valorilor relative de atenuare sau câştig la nivelul ansamblului se poate face utilizând relaţia:

LRLRLRLR RJSO (1.45)

unde: LRO - nivelul global relativ al sistemului;

29

LRS - nivelul relativ al sistemului de emisie;

LRJ - nivelul relativ al sistemului de comutaţie;

LRR - nivelul relativ al sistemului de recepţie;

Determinarea valorilor pentru aceste mărimi în cazul sistemelor reale se face prin compararea pas cu pas cu un sistem de referinţă. Sistemul de referinţă este definit de recomandarea ITU-T P.48, [1.13].

Compararea sistemului testat cu sistemul de referinţă IRS (IntermediateReference System) se face folosind un algoritm în 5 paşi, algoritm reprezentat grafic în Fig. 1.22, Fig. 1.23, Fig. 1.24, Fig. 1.25 şi Fig. 1.26.

În pasul nr. 1 se identifică sistemul ce urmează a fi testat. Este împărţit în subsisteme specifice şi se stabilesc punctele de măsură, Fig. 1.22.

Fig. 1.22 Sistemul supus testării, puncte de testare specifice

În pasul nr. 2 se alege sistemul IRS, care permite ajustarea valorii lui

LRJ , Fig. 1.23.

Fig. 1.23 Sistemul IRS cu LRJ ajustabil

Se calibrează valoarea lui 2x , astfel încât să se păstreze aceeaşi valoare globală de referinţă, LRO , între sistemul supus testării şi IRS.

Pasul nr. 3 este utilizat pentru determinarea valorii LRS , prin compararea cu IRS, Fig. 1.24.

Fig. 1.24 Determinarea valorii LRS

30

La acest pas se determină atenuarea relativă, LRS , a părţii de emisie a sistemului testat prin compararea cu echivalentul IRS şi se ajustează valoarea lui

3x , pentru a menţine parametrii globali nemodificaţi.Pasul nr. 4 este utilizat pentru determinarea valorii LRR , prin compararea

cu IRS, Fig. 1.24.

Fig. 1.25 Determinarea valorii LRR

Se repetă procedura de la pasul 3 doar că acum se determină valoarea LRR .Pasul nr. 5 este utilizat pentru determinarea valorii LRJ , prin compararea

cu IRS, Fig. 1.26.

Fig. 1.26 Determinarea valorii LRJ

În cadrul acestui ultim pas se determină valoarea lui LRJ , astfel încât să se menţină parametrii globali ai sistemului.

1.2.5 Modelul „ecoului local”, definire şi determinare

Estimarea ecoului local este foarte importantă în analiza comportamentului unui sistem de comunicaţie telefonic. Apariţia fenomenului de tip ecoul local este prin definiţie, [1.12], determinată de următorii factori(Fig. 1.27):

a) dezadaptarea la nivelul sistemului diferenţial dintre impedanţa echilibrorului de linie şi impedanţa reală a liniei telefonice Fig. 1.27a);

b) existenţa unui canal intern de propagare a undei acustice la nivel biologic prin fenomenul de rezonanţă la nivelul cutiei cranieneFig. 1.27 b);

31

c) propagarea undei acustice prin spaţiul atmosferic liber dintre gură şi ureche Fig. 1.27 c);

d) propagarea undei acustice ca vibraţie mecanică prin structura fizică a microreceptorului Fig. 1.27 d).

Fig. 1.27 Determinarea nivelului „ecoului local”

În determinarea valorilor ecoului local se va ţine seama de toţi factoriprezentaţi anterior, însă influenţa acestora nu este aceeaşi. În principiu, se efectuează două seturi de măsurători, primul grupează efectele: a) + d), formând

TfL şi al secundul efectele: b) + c) formând UmL , unde TfL reprezintă ecoul

local la nivelul terminalului telefonic şi UmL reprezintă ecoul local la nivelul factorului uman.

Valorile TfL şi UmL se determină prin semnale de test cu valori fixe de

frecvenţă în banda semnalului telefonic, aplicat în punctele MRP şi ERP utilizând sistemele tip UA şi GA ca sisteme de referinţă.

Valorile efectului local în cazul măsurătorilor pe sisteme tehnice reale sunt influenţate de zgomotele mediului ambiant.

Pentru terminale telefonice cu o bună liniaritate, influenţa zgomotului ambiental este de aproximativ dB5,2 , ea însă poate depăşi, pentru nivelurireduse ale semnalului telefonic, valori de dB5,6 în cazul utilizării microfoanelor neliniare (cu cărbune).

1.3 BIBLIOGRAFIE

[1.1]G.100.1 – The Use of the Decibel and of Relative Levels in Speech Band Telecommunications, ITU-T Recommendation, 2001

[1.2]O.6 – 1020 Hz Reference Test Frequency, ITU-T Recommendation, 1988[1.3]LEE (H.H.), UN (C.K.) – A Study of on-off Characteristics of

Conversational Speech, IEEE Trans. on Comm., Volume COM-34, No. 6, pp. 630-637, June 1986

32

[1.4]Contribution COM XII-20 – On-off Characteristics of Conversational Speech (CSELT), Study Period 1989-1992

[1.5]P.59 – Artificial Conversational Speech, ITU-T Recommendation, 1993[1.6]P.50 – Artificial Voices, ITU-T Recommendation, 1999[1.7]Contribution COM XII-No. 76 – An Artificial Voice, 1982[1.8]Contribution COM XII-No. 150 – Improvement of Artificial Voice by

Inserting Fricative Sounds, 1983[1.9]P.57 – Artificial Ears, ITU-T Recommendation, 2005[1.10] IEC 60318 – Electro Acoustics, Simulators of Human Head and Ear –

Part 1: Ear Simulator for the Calibration of Supra-aural Earphones, 1998[1.11] P.64 – Determination of Sensitivity/frequency Characteristics of Local

Telephone Systems, ITU-T Recommendation, 2007[1.12] P.76 – Determination of Loudness Raitings; Fundamental Principles,

ITU-T Recommendation, 1993[1.13] P.48 – Specification for an Intermediate Reference System, ITU-T

Recommendation, 1988[1.14] G. Niculescu, L. Ioan – Tehnici şi sisteme de comutaţie, Ed. MatrixRom,

Bucureşti, 2001[1.15] E. Borcoci – Sisteme de comutaţie digitale, Ed. Europa Nova, Bucureşti,

1994[1.16] V. Drobotă – Reţele digitale în telecomunicaţii, Ed. Mediamira, Cluj-

Napoca, 2002[1.17] J.C. Bellamy – Digital Telephony. Third Edition, Ed. John Wiley & Sons,

Series in Telecommunications, New York, 2000