多功能评估系统及其评估方法分析

总第160期2007年第4期 舰船电子工程

Sh i p E lectronic Eng i neer i ng

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多功能评估系统及其评估方法分析*

侯小江 李忠强 宋正来 樊长江 张广吉

(河南省济源88号信箱 济源 454650)

摘 要 介绍集语音信号干扰效果客观评估方法、数字通信基带干扰效果评估方法、中频信号评估方法于一体的某通信系统,实现对多种体制通信链路在各种干扰条件下的干扰效果进行中频、基带和终端业务多个层次上的分析、评估、鉴定。

关键词 语音信号;基带信号;中频信号;干扰效果评估

中图分类号 TN911.72

1 引言

随着通信对抗技术的发展,对通信对抗装备也提出了更高的要求,一个单功能的装备已经不能满足作战、试验、训练的需要,通信对抗装备已逐步从单一功能向多功能、系统化转变。在一次试验、训练中可能包括多种形式的信号,如语音信号、数字通信基带信号,还有一般的模拟和数字信号,要想准确掌握多种信号的大小、环境、效能,这就对评估设备也提出了更高的要求,评估设备也得具备多种功能。从指挥员的角度讲,具有多功能的评估设备更能为指挥员提供全面的信号环境,更容易掌握信号环境的态势,更有利于对信号的类型、大小、效能了解的需要。下面就从通信信号的一般组成的语音信号、数字基带信号、中频信号几个层次的评估方法入手设计具有多评估功能的系统。

2 对语音信号干扰效果的评估

对语音信号干扰效果的评估分为主观评估和客观评估两种。主观评估是评听者对原始语音和受干扰语音进行对比试听,根据某种预先约定的尺度对受干扰语音来划分质量等级的评估方法,它反映了听者对语音质量好坏程度的主观印象。客观评估是建立在对原始语音信号和受干扰语音信号的特征参数(包括基于听觉感知的参数)提取的基础上,并对这些特征参数进行对比,根据受扰前后特征参数的变化(特征距离)来描述干扰效果[1]。实际中经常采用主客观相对应的方法评估干扰语音质量的好坏。

2.1 语音信号干扰效果的主观评估

语音信号干扰效果的主观评估决于人耳的主观听觉感受,主观评估能够直接反映收听者的观点并与系统的适应性相联系,因此,主观评估方法是最为切实可行的最基本评估方法。目前,对语音干扰效果用干扰效果MOS分(m ean opinion score of ja mm ing effect)法进行主观评测,它是军标 语音通信干扰效果评定准则[2]规定的对受扰语音信号评定意见的加权平均分。它将语音的干扰分成五个等级:

表1 语音通信干扰效果评定准则

干扰

等级

干扰等级描述

干扰效果

M O S分1干扰很强,语音完全被压制,无

法通信

1

2干扰强,可发现干扰中有语音信

号存在,句子意思不懂

2

3干扰较强,语音不太清晰,句子

意思难懂

3

4干扰较弱,语音清晰,句子易懂4

5干扰不可察觉5

对任何一次主观评估测试的结果最后按如下加权平均公式计分。

*收稿日期:2006年12月14日,修回日期:2007年1月24日

作者简介:侯小江,男,助理工程师,研究方向:通信干扰效果评估研究。李忠强,男,工程师,研究方向:通信干扰效果评估研究。宋正来,男,助理工程师,研究方向:通信信号模拟与仿真。张广吉,男,助理工程师,研究方向:通信干扰效果评估研究。

NOS =1N !5

i =1

W i ∀N (1)

其中,N 是总票数,N i 是投某种意见的票数,W i 是相应意见的加权值。对任何一次主观评估测试的结果,选N 为25人。2.2 语音信号干扰效果的客观评估

客观评估是建立在语音信号的特征参数表示与谱失真测度的基础上的,主要是对提取的语音信号谱特征进行处理,谱特征应与干扰一一对应,能明显地反映出不同干扰的差别。先要逐帧计算输入语音信号和输出信号的谱特征参数,并计算这些矢量对(原信号特征矢量和失真后信号的特征矢量)之间的失真值的加权和,依此作为失真距离来评判干扰效果。通常采用特征有相关系数、加权对数谱、美倒谱、巴克谱等。

2.3 主观评估与客观评估的对应关系

客观评估和主观评估之间的联系常用一种函数映射关系来表示,即

S =P (q)(2)其中,P()为预测函数或回归函数,q 为第i 个样本的客观评估值,S 为q 通过P()预测出的主观评估值,P()可以是线性或是非线性回归关系,也可以是多项式拟合关系。一般采用二次曲线按最小方差原则进行曲线拟合。对各种干扰条件下的语音信号进行主、客观评估,所得实验结果将是散布在一个二维平面上的许多点,这个平面的两条坐标轴分别为客观失真测度值D (k)和主观评估MOS 得分值。我们利用这些点进行二次曲线拟合,便得到客观失真测度值D(k)与主观M OS 估值之间的对

应关系式:

MOS =aD 2

(K )+aD 2

(K )+b D (K )+c (3)式中,K 代表失真条件。要评估对语音信号的干扰效果,只要计算出客观失真值,就能由关系曲线查出(或说预测出)MOS 得分估值。

3 对数字通信基带信号的评估方法

3.1 系统介绍

数字通信概括的说就是把原始信息转化成简单的数字形式,再传递给对方的通信方式,即要将各种信息变换为同一的二元信号(即数字信号)进行传输。一种典型的模拟信号数字化方法是脉冲

编码调制[3]

,脉冲编码调制一般包括三个步骤:抽样、量化和编码。

一个过程完整的数字通信系统如图1所示,其中包括了为抗干扰进行的编码、

解码和加密。

图1 数字通信系统

由数据终端设备发出的原始数据信号往往包含很低的频率分量,甚至直流分量,它所占用的频带称为基本频带,简称基带。

原始数据信号(基带信号)通过信道的直接传输称为基带传输。基带脉冲编码调制(PC M )传输系统的基本组成如图2

所示。

图2 二进制基带数字传输系统

PC M 信号X(t)经过发送滤波器和信道,信道引起波形失真并加入随机噪声。伴有噪声的信号通过接收滤波器H R (f),输出信号Y (t)经过取样判决恢复成比特流{d k }。取样时刻由位同步电路提供的定时脉冲决定。取样判决器的输入信号Y (t)可写成

Y(t m )=A m +!k #m

A k P r [(m -k )T b ]+n 0(t m )(4)

式(4)右边第一项代表传输的第m 个码元,第二项代表所有其它传输码元对正在判决的码元的影响,

这些影响叫码间串扰,第三项代表加性噪声。

3.2 对基带传输的干扰效果

评估

对基带传输的干扰效果评估可以用直接观测和误码

率分析的方法进行评估,直接

观测的方法可以用眼图实现。

(1)误码率分析

误码率测量的基本原理是数字通信干扰的最终目的是使敌方(接收方)通信的差错率增大,通信可靠性下降,同时使其通信的有效性降低。所以衡量数字通信系统的干扰效果一般用通信的差错

率-误码率P e (Probab ility of error)来度量[4]

。误码测量是将接收到的码型和标准码型逐一进行比较,按式(1)计算单位时间内错误的比特(码组,字

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