摘  要:為了在時變衰落的高誤碼率無線信道上進行實時可靠語音通信，提出一種基于低速率語音的自適應聯合信源信道編碼與調制傳輸方案。該方案根據對合成語音質量影響程度不同自適應地將語音參數劃分為不同重要性級別，配合采用不同效率的速率匹配的刪余卷積碼(rate compatiblepunctured code,RCPC)進行保護，在正交頻分復用(orthogonalfrequency division modulation，OFDM)系統的不同子信道上進行傳輸。各參數均根據當前信道的噪聲水平跟蹤動態調整，子信道的瞬時噪聲根據RCPC譯碼前后序列符號改變情況進行估計。仿真結果表明：在Nakagami-m時變衰落信道下，該自適應聯合編碼調制方案可以很好地適應信道地時變衰落特性，在惡劣的信道條件下提供良好的合成語音質量，相對傳統分離傳輸方案，誤碼率降低20％～30％，語音合成質量明顯提高。
關鍵詞:數字通信系統;自適應聯合編碼調制;低速率語音編碼；速率匹配的刪余卷積碼(RCPC)}正交頻分復用(OFDM)

    在條件較為苛刻或者惡劣的時變衰落高誤碼率無線信道環境下，聯合信源信道編碼與調制傳輸技術是一個很有前途的發展方向。碼長和延時受限的實際無線信道中，例如野外無線信道、網絡擁塞、保密通信等，傳統香農分離編碼定理不再能保證傳輸性能的最優，需要將信源編碼、信道編碼、調制進行聯合優化，以獲得最優的端到端合成質量。
    改進的4 kb／s多重脈沖散布代數碼本激勵線性預測語音編碼算法MPD-ACELP(multiple pulsedispersion-algebraic code excited linearprediction)并沒有多余的比特提供給信道糾錯和保護，而且采用預測技術和量化，導致每個參數或比特所承載的信息量加大，惡劣的信道條件對重建語音質量有很大影響。而語音的傳輸的特殊性要求又不允許有較大的信道編解碼和調制傳輸時延，因此，可靠和實時的語音通信系統，必須在保證較高語音編碼壓縮率的前提下，提供語音碼流傳輸的實時性和抗差錯魯棒性。
    本文提出了一種聯合信源信道編碼與調制傳輸方案，從系統整體性能出發優化通信系統。實驗表明，本方案能適應時變的信道環境，在惡劣的信道條件下能夠提供良好的合成語音質量。

l 自適應聯合編碼調制總體方案
    低速率語音傳輸系統總體設計如圖l所示。

1．1 信道模型
    本文采用Nakagami-m時變衰落信道模型，該模型能夠很好地描述多徑小尺度衰落信道的包絡分布。其m參數的變化，涵蓋了Rician分布、Rayleigh分布和Gauss分布，是研究實際無線多徑信道的一個有力工具。在Nakagami-m時變衰落信道中，接收信號ri可以為

其中：si是發送的信號;ni是零均值的Gauss噪聲；ai是衰落參數。Nakagami-m信道中衰落參數的概率密度函數為

其中：。假設信道根據頻率等間隔劃分為M個子信道，且每個子信道的衰落在一個傳輸瞬時可能處于3種狀態：m=1，2，5。m=1對應于Rayleigh衰落，而m=2，5分別對應于2種Rician衰落。子信道不同傳輸瞬時衰落狀態的跳轉概率為。

由于實際無線信道的瞬時相關性，設3種狀態之間的轉移概率矩陣為

1．2 語音編碼參數自適應劃分
    4 kb／s MPD-ACELP語音編碼算法是基于CELP的改進型，是一種比較優秀的高質量低速率語音編碼算法，適合于在惡劣信道條件下進行高質量的語音通信。
    原始語音信號通過編碼后產生4組參數：LSP(1ine spectral pair)參數、基音周期、代數碼本、增益，見表1。經過大規模語音測試，從保證合成語音可懂度的角度來衡量，4種參數誤碼敏感度從高到低依次為：LSP參數，代數碼本，基音周期，增益參數。按照GSM(global system for mobilecommunication)標準中對信源比特的分類方法，將語音編碼輸出參數分為A、B 2類，對于A類參數給予重點保護。A類參數的劃分根據自適應控制指令動態調整:當信道條件較好時，為了提高傳輸效率，僅將LSP參數的第l級索引劃為A類；當信道條件惡劣時，為了兼顧質量和效率，逐步按照重要性等級提高A類參數的個數。

1．3 RCPC可變編碼方案
    在信