7.8 Choosing Speech Codecs lor Mobi

7.8 Choosing Speech Codecs lor Mobile Communications
Choosing the right speech codec is an important step in the design of a digi-
tal mobile communication system [Gow93]. Because of the limited bandwidth
that is available, it is required to compress speech to maximize the number of
users on the system. A balance must be struck between the perceived quality of
the speech resulting from this compression and the overall system cost and
capacity. Other criterion that must be considered include the end-to-end encod-
ing delay, the algorithmic oomplexity of the coder, the d.c. power requirements,
compatibility with existing standards, and the robustness of the encoded speech
to transmission errors.
As seen in Chapter 3 and 4, the mobile radio channel is a hostile transmis-
sion medium beset with problems such as fading, multipath, and interference. It
is therefore important that the speech codec be robust to transmission errors.
Depending on the technique used, different speech coders show varying degree of
immunity to transmission errors. For example, under same bit error rate condi-
tions, 40 kbps adaptive delta modulation (ADM) sounds much better than 56
kbps log-PCM [Ste93]. This does not mean that decreasing bit rate enhances the
coder robustness to transmission errors. On the contrary, as speech signals are
represented by fewer and fewer bits, the information content per bit increases
and hence need to be more safely preserved. Low bit rate vocoder type codecs,
which do parametric modeling of the vocal tract and auditory mechanisms, have
some bits carrying critical information which if corrupted would lead to unac-
ceptable distortion. While transmitting low bit rate encoded speech, it is impera-



Choosing Speech Codecs lor Mobile Communications 385
tive to determine the perceptual importance of each bit and group them
according to their sensitivity to errors. Depending on their perceptual signifi-
cance, bits in each group are provided with different levels of‘ error protection
through the use of different forward error correction (FEC) codes.
The choice of the speech coder will also depend on the cell size used. When
the cell size is sufficiently small such that high spectral efficiency is achieved
through frequency ‘reuse, it may be sufficient to use a simple high rate speech
codec. In the cordless telephone systems like CT2 and DECT, which use very
small cells (microcells), 32 kbps ADPCM coders are used to achieve acceptable
performance even without channel coding and equalization. Cellular systems
operating with much larger cells and poorer channel conditions need to use error
correction coding, thereby requiring the speech codecs to operate at lower bit
rates. In mobile satellite communications, the cell sizes are very large and the
available bandwidth is very small. In order to accommodate realistic number of
users the speech rate must be of the order of 3 kbps, requiring the use of vocoder
techniques [Ste93].
The type of multiple access technique used, being an important factor in
determining the spectral efficiency of the system, strongly influences the choice
of speech codec. The U.S digital TDMA cellular system (IS-54) increased the
capacity of‘ the existing analog system (AMPS) threefold by using an 8 kbps
VSELP speech codec. CDMA systems, due to their innate interference rejection
capabilities and broader bandwidth availability, allow the use of a low bit rate
speech codec without regard to its robustness to transmission errors. Transmis-
sion errors can be corrected with powerful FEC codes, the use ofwhich, in CDMA
systems, does not effect bandwidth efficiency very significantly.
The type of modulation employed also has considerable impact on the
choice of speech codec. For example, using bandwidth-efficient modulation
schemes can lower the bit rate reduction requirements on the speech codec, and
vice versa. Table 7.1 shows a listing of the types of speech codecs used in various
digital mobile communication systems.

Hasil (Bahasa Indonesia) 1:

7.8 memilih pidato codec lor Mobile CommunicationsMemilih codec pidato yang tepat merupakan langkah penting dalam desain digi-sistem komunikasi mobile Tal [Gow93]. Karena bandwidth terbatasyang tersedia, hal ini diperlukan untuk kompres pidato untuk memaksimalkan jumlahpengguna pada sistem. Keseimbangan harus dicapai antara kualitas dirasakanpidato yang dihasilkan dari kompresi ini dan sistem keseluruhan biaya dankapasitas. Kriteria lain yang harus dipertimbangkan termasuk end-to-end encod-ing penundaan, oomplexity algoritma dari coder, persyaratan daya DC,kompatibilitas dengan standar yang ada, dan kekokohan pidato dikodekanuntuk kesalahan transmisi.Seperti yang terlihat dalam bab 3 dan 4, adalah saluran mobile radio transmis bermusuhan-Sion sedang dilanda dengan masalah seperti memudar, multipath dan gangguan. Itukarena itu penting bahwa pidato codec menjadi kuat untuk kesalahan transmisi.Tergantung pada teknik yang digunakan, coders pidato yang berbeda menunjukkan berbagai tingkatkekebalan terhadap kesalahan transmisi. Misalnya, di bawah sama bit error rate condi-tions, 40 kbps adaptif delta modulasi (ADM) terdengar jauh lebih baik daripada 56kbps log-PCM [Ste93]. Ini tidak berarti bahwa penurunan kecepatan bit meningkatkancoder ketahanan untuk kesalahan transmisi. Sebaliknya, pidato sinyaldiwakili oleh lebih sedikit dan lebih sedikit bit, isi informasi setiap bit meningkatdan karenanya perlu dipertahankan lebih aman. Bit rendah tingkat vokoder jenis codec,yang melakukan modeling parametrik vokal dan mekanisme pendengaran, telahbeberapa bit yang membawa informasi penting yang jika rusak akan mengakibatkan unac-distorsi ceptable. Sementara transmisi bit rendah tingkat dikodekan pidato, ianya impera-Memilih codec pidato lor Mobile komunikasi 385tive untuk menentukan pentingnya persepsi setiap bit dan kelompok merekamenurut mereka kepekaan terhadap kesalahan. Tergantung pada mereka signifi persepsi-dalam, bit dalam setiap kelompok disediakan dengan berbagai tingkat ' kesalahan perlindunganmelalui penggunaan kode koreksi (FEC) kesalahan maju yang berbeda.Pilihan coder pidato juga akan tergantung pada ukuran sel yang digunakan. Kapanukuran sel ini cukup kecil sehingga efisiensi spektrum tinggi dicapaimelalui frekuensi ' menggunakan kembali, itu mungkin cukup untuk menggunakan pidato tingkat tinggi yang sederhanacodec. Dalam sistem telepon nirkabel seperti CT2 dan DECT, yang menggunakan sangatsel-sel kecil (microcells), 32 kbps ADPCM coders digunakan untuk mencapai diterimakinerja bahkan tanpa saluran coding dan pemerataan. Sistem-sistem selulerberoperasi dengan sel-sel yang jauh lebih besar dan lebih miskin channel kondisi perlu menggunakan kesalahankoreksi pengkodean, sehingga membutuhkan codec pidato yang beroperasi di lebih rendah bitharga. Pada komunikasi satelit selular, seluler ukuran sangat besar danbandwidth yang tersedia sangat kecil. Untuk mengakomodasi jumlah realistispengguna tingkat pidato harus dari 3 kbps, membutuhkan penggunaan vokoderteknik [Ste93].Jenis beberapa teknik akses digunakan, menjadi faktor penting dalammenentukan efisiensi spektrum dari sistem, sangat influences pilihanpidato codec. AS TDMA sistem selular digital (IS-54) meningkatkapasitas ' sistem analog yang ada (AMPS) tiga kali lipat dengan menggunakan 8 kbpsVSELP pidato codec. Sistem CDMA, karena penolakan gangguan bawaan merekakemampuan dan ketersediaan bandwidth yang lebih luas, memungkinkan penggunaan bit rate yang rendahcodec pidato tanpa memperhatikan dengan ketahanan untuk kesalahan transmisi. Transmis-Sion kesalahan dapat diperbaiki dengan kuat FEC kode, ofwhich penggunaan, di CDMAsistem, tidak efek bandwidth efficiency sangat significantly.Jenis Modulasi yang digunakan juga memiliki dampak yang cukup besar dipilihan codec pidato. Misalnya, menggunakan bandwidth-efficient modulasiskema dapat menurunkan persyaratan pengurangan laju bit pada pidato codec, dansebaliknya. 7.1 tabel menunjukkan daftar dari jenis pidato codec yang digunakan dalam berbagaisistem komunikasi mobile digital.