Mätsystem för audio i GSM Susanne Loh Reg nr: LiTH-ISY-EX ... · telefonens högtalare och...

Mätsystem för audio i GSM

Susanne Loh

Reg nr: LiTH-ISY-EX-3054

2000-01-24

Mätsystem för audio i GSM

Examensarbetet utfört i kommunikationssystem

Vid Linköpings Tekniska Högskola

av

Susanne Loh

Reg nr : LiTH-ISY-EX-3054

Handledare: Fredrik Gunnarsson

Examinator: Fredrik Gustafsson

Linköping 2000-01-24

Avdelning, InstitutionDivision of Automatic Control, Reglerteknik

Department of Electrical Engineering

'DWXPDate

2000-01-24

SpråkLanguage

Svenska/Swedish Engelska/English

______________

RapporttypReport: category

Licentiatavhandling Examensarbete C-uppsats D-uppsats Övrig rapport

ISBN

ISRN

Serietitel och serienummerTitle of series, numbering

ISSN

LiTH-ISY-EX-3054URL för elektronisk version

7LWHO Mätsystem för audio i GSMTitle A system for measuring audio in GSM

)|UIDWWDUH Susanne LohAuthor

6DPPDQIDWWQLQJ(Abstract)

För att en mobiltelefon ska bli en godkänd GSM-telefon måste telefonen genomgå ett antal tester.En del av de tester som utförs vid den s.k. GSM-typprovningen är audiomätningar. Dessaaudiomätningar utförs för att verifiera att den blivande GSM-telefonens audiokvalite är godkänd.

I denna examensrapport redogörs för bakgrunden till audiomätningarna samt hur mätningarna skagenomföras för att mätresultaten ska kunna jämföras med GSM-kraven. Rapporten innehålleräven förslag till förbättringar av det mätsystem som byggts upp på SECTRA samt alternativa sättatt utföra mätningarna på. Analys av mätsystemet visade att systemets nuvarande utformning ejfungerar tillfredsställande.

Utrustningen som användes vid uppbyggnaden av mätsystemet var ej optimal för audiomätningar,med den precision som rekommenderas av ITU-T. Detta mätsystem kommer av den anledningenendast vara lämpat för relativa mätningar och ett mindre antal absoluta mätningar kommer attbehöva utföras i kalibrerat audiolaboratorium.

1\FNHORUGKeywords

Susanne Loh Mätsystem för audio i GSM

Förord

Detta Examensarbete är utfört på Institutionen för systemteknik (ISY) vid LinköpingsTekniska Högskola (LiTH). Examensarbetet var ursprungligen specificerat av Per Tengkvist(SECTRA Communications AB) och Johan Ekberg (SECTRA Communications AB).

Jag vill tacka min handledare Per Tengkvist för det otroligt positiva och glada bemötande hanvisat i alla lägen och den hjälp han bistått med i examensarbetets alla faser.

Fredrik Gunnarsson (handledare ISY) och Fredrik Gustafsson (Examinator ISY) vill jag ge ettstort tack för det engagemang de visat i samband med mitt examensarbete.

Andra personer som under mitt examensarbete ställt upp och svara på frågor hoppas jag käntatt de varit värdefulla utan att jag behöver nämna någon här (ingen nämnd ingen glömd).

6XVDQQH/RK


,QQHKnOO

,1/('1,1*

1.1 BAKGRUND.............................................................................................................................................121.2 PROBLEMSTÄLLNING ..............................................................................................................................121.3 MÅLSÄTTNING........................................................................................................................................131.4 BEGRÄNSNINGAR....................................................................................................................................131.5 RAPPORTENS UPPLÄGGNING...................................................................................................................14

*581'/b**$1'($.867,.

2.1 VAD ÄR LJUD? ........................................................................................................................................152.2 AKUSTISK IMPEDANS..............................................................................................................................152.3 LJUDTRYCK ............................................................................................................................................152.4 MÄTRUM ................................................................................................................................................162.5 ENHETER................................................................................................................................................17

0b76<67(0(7

3.1 ELEKTRISKT ÖRA (ARTIFICIELLT ÖRA) ....................................................................................................203.2 ELEKTRISK MUN (ARTIFICIELL MUN ) ......................................................................................................23 7HVWVLJQDOHU

3.3 TESTSTÄLLNING .....................................................................................................................................243.4 DIGITALT GRÄNSSNITT ...........................................................................................................................263.5 SYSTEMSIMULATOR................................................................................................................................263.6 LJUDNIVÅMÄTARE ..................................................................................................................................263.7 KALIBRERINGSUTRUSTNING...................................................................................................................273.8 MÄTSYSTEMET SOM BYGGTS UPP...........................................................................................................27

0b71,1*$51$6%$.*581'

4.1 KÄNSLIGHET (FREKVENSSVAR) ..............................................................................................................304.2 SLR OCH RLR........................................................................................................................................314.3 SIDTONER...............................................................................................................................................381.4 EKO FÖRLUST.........................................................................................................................................401.5 STABILITETSMARGINAL ..........................................................................................................................411.6 DISTORSION............................................................................................................................................42

$8',20b71,1*$59,'*607<335291,1*(1

5.1 SÄNDANDE KÄNSLIGHET (SENDING SENSITIVITY/FREQUENCY RESPONSE)..............................................43 *UlQVHU 0lWUHVXOWDW

5.2 MOTTAGEN KÄNSLIGHET (RECEIVING SENSITIVITY /FREQUENCY RESPONSE) .........................................45 *UlQVHU 0lWUHVXOWDW

5.3 TELEFONENS LJUDSTYRKA VID SÄNDNING OCH MOTTAGNING (SLR OCH RLR).....................................50 *UlQVHUI|U6/5 *UlQVHUI|U5/5 0lWUHVXOWDW

5.4 TALARENS SIDTON (TALKER SIDETONE) .................................................................................................52 *UlQVHU 0lWUHVXOWDW

5.5 EKOFÖRLUST (ECHO LOSS) .....................................................................................................................54 *UlQV 0lWUHVXOWDW

5.6 STABILITETSMARGINALEN (STABILITY MARGIN ) ....................................................................................55 *UlQV 0lWUHVXOWDW

5.7 DISTORSION, SÄNDNING (DISTORSION SENDING)....................................................................................57


*UlQV 0lWUHVXOWDW

0b71,1*$58720*607<335291,1*

6.1 DISTORSION............................................................................................................................................596.2 FREKVENSER UTANFÖR 200-4000 HZ BANDET (OUT-OF-BAND SIGNALS)...............................................596.3 BRUSMÄTNINGAR (IDLE CHANNEL NOISE) ..............................................................................................60

',6.866,21.5,1*0b76<67(0(7

7.1 NOGGRANNHET......................................................................................................................................617.2 BEGRÄNSNINGAR....................................................................................................................................617.3 KOMPLETTERANDE UTRUSTNING............................................................................................................627.4 KALIBRERINGSUTRUSTNING...................................................................................................................637.5 MÄTRUM ................................................................................................................................................637.6 TESTSIGNAL............................................................................................................................................637.7 PRESENTATIONEN AV MÄTRESULTATEN.................................................................................................637.8 ANTALET MÄTNINGAR ............................................................................................................................647.9 TELEFONENS AUDIOANSLUTNING...........................................................................................................647.10 DECT-UTÖKNING...................................................................................................................................647.11 ALTERNATIVA MÄTSYSTEM ....................................................................................................................64

5(68/7$7

8.1 ANVÄNDBARHET ....................................................................................................................................668.2 REKOMMENDATIONER FÖR FORTSATT ARBETE.......................................................................................66

5()(5(16(5


11

,QOHGQLQJSECTRA Communications AB utvecklar en mängd olika säkerhetsprodukter däribland enmobiltelefon för krypterad kommunikation.

Många har uppfattningen att en GSM-telefon (GSM, Global System for MobileCommunications) inte går att avlyssna, men så är inte fallet. Ett samtal via en traditionellGSM-telefon kan enkelt avlyssnas, speciellt den del av samtalet som överförs via det fastatelefonnätet.

GSM-operatörerna har inte någon skyldighet att göra telefontrafiken avlyssningssäker. Därförintroducerar SECTRA Tiger, ett system för kryptering av GSM-telefoni som görtelefontrafiken säker hela vägen från sändare till mottagare. SECTRA:s Tiger är inte en vanligGSM-telefon med krypteringstillsats, utan ett komplett integrerat system för maximalavlyssningssäker teletrafik. Tiger är utvecklad för användningsområden där man kräveravlyssningssäker telefontrafik t.ex. inom totalförsvaret, bland politiker eller industriledare.SECTRA Tiger utnyttjar det befintliga GSM-nätet för överföring. Oavsett nät och operatör,kan Tiger ge kryptering hela vägen från sändare till mottagare genom att utnyttja GSM-nätetsdatatjänster.

I Tigertelefonen finns dessutom en inbyggd tvåmods-funktionalitet (dual-mode), vilkeninnebär att telefonen förutom att vara en GSM-telefon även kan användas som en DECT-telefon (DECT, Digital European Cordless Telecommunications). Med en Tiger kankommunikation alltså ske både över det allmänna telefonnätet, GSM-nätet och på ett interntDECT-nät.

)LJXU6FKHPDVNLVV|YHUKXU6(&75$7LJHUNDQDQYlQGDV

Då en GSM-telefon ska typprovas görs en mängd olika tester på den blivande GSM-telefonen.En del av dessa tester berör telefonens audiodel. Denna examensrapport beskriver hur dessamätningar går till och bakgrunden till dessa mätningar.

SectraTiger

ATN(Allmänna telefonnätet)

GSM

DECT

Tel

GSM-tel

Sectratiger

KlartextKrypterat


12

%DNJUXQGDå två personer pratar med varandra kommer ljudvågorna från deras tal huvudsakligen färdasmellan talarens mun och lyssnarens öra. Beroende på omgivningen där personerna befinnersig kommer talet reflekteras mer eller mindre direkt. Ett exempel är två personer som pratarmed varandra på en öppen plats, utan hinder mellan dem. Då kommer ljudvågorna intereflekteras utan transmitteras i precis den riktning som de sänds ut. I fallet då två personertalar med varandra i ett litet rum kommer ljudvågorna nå personerna både direkt och indirektberoende på reflektioner i golv, väggar och tak.

Då en telefon används vid en konversation utgörs luftvägen mellan personerna som pratarmed varandra av en luftväg mellan munnen och telefonmikrofonen, en luftväg mellantelefonens högtalare och talarens öra, en förbindelse mellan telefonens mikrofon ochhögtalare (d.v.s. i telefonens mekanik) samt en koppling mellan telefonen och basstationen.Ett liknande system finns naturligtvis även i den mottagande telefonen. På samma sätt somovan kommer ljudet att utsättas för reflektioner bl.a. i telefonen och på vägen mellan tvåtelefoner under ett samtal. Detta gör att ljudkvalitén kan försämras vilket naturligtvis ej ärönskvärt.

Telefonkonstruktörer och konstruktörer av telefonnätverk strävar efter att skapa ett systemsom möjliggör en telefonförbindelse där en konversation liknar så mycket som möjligt denoptimala situationen (då två personer pratar med varandra relativt nära varandra). En sådantelefonförbindelse skulle optimera kundernas tillfredsställelse samt tillverkarnas tekniska ochdärmed ekonomiska krav. En förutsättning för att denna utveckling ska vara möjlig är att detexisterar en standard som konstruktörerna kan rätta sig efter. Ett led i denna utveckling är attstandardisera transmissionskanalen och vissa egenskaper hos telefonernas prestanda.

ITU-T är ett standardiseringsorgan som lyder under ITU (International TelecommunicationUnion). ITU-T har som ansvarsuppgift att studera tekniken bakom och det tekniska utförandetinom området telekommunikation. På WTSC (World Telecommunication StandardisationConference) vilken inträffar var fjärde år bestäms vad ITU-T ska koncentrera sin forskningpå. ITU-T:s forskningsresultat utgör sedan rekommendationer som kommer att gälla för helavärlden.

3UREOHPVWlOOQLQJDå en GSM-telefon typprovas genomgår den åtta olika audiomätningar. Dessa mätningarutförs för att kontrollera att telefonen klarar av att upprätthålla en god audiokvalité.Mätningarna relateras till ett referenssystem (en referenskanal) mellan en tänkt sändandetelefon och en tänkt mottagande telefon.

Examensarbetet går ut på att analysera de mätfall som beskrivs i GSM 11.10 och utifrånbeskrivningarna i ITU-T sätta upp en mätmiljö med hjälp av bl.a. en dator utrustad med ettanalogt mätinsamlingskort och nödvändiga gränssnitt till telefonen. Figur 1:2 beskriver


13

översiktligt mätsystemets struktur. Systemsimulatorn i figuren är mätsystemets huvudenhetoch testhuvudet systemets mät- och testsignalenhet.

Mjukvaran LabVIEW används för all databehandling (både beräkningar och visualisering avmätresultat) samt styrning av de externa enheterna som ingår i mätutrustningen.

)LJXUgYHUVLNWVELOGSnDXGLRPlWV\VWHPHW

Rapportens teoridel behandlar de mätfall och mätmetoder som används samt dendatabehandling på uppmätta värden som krävs för att ge korrekta resultat. Mätsystemetstillförlitlighet kommer också redovisas.

En del av rapporten ägnas åt grundläggande akustik samt förslag på förbättringar av detmätsystem som byggts upp.

0nOVlWWQLQJExamensarbetet förväntas resultera i ett mätsystem som kan användas för att göra relativaaudiomätningar enligt rekommendationerna för absoluta audiomätningar specificerade i GSM11.10. Detta innebär att SECTRA måste ha ett samarbete med ett företag (t.ex. Ericsson)vilket har ett kalibrerat mätlaboratorium med riktig audiomätutrustning där referenser kanbestämmas. Förberedande mätningar inför GSM-typprovningen bör sedan kunna utföras medhjälp av denna referens och egna mätningar.

%HJUlQVQLQJDUSom angavs ovan är Tiger även en DECT-telefon. Audiomätningar på DECT-telefoner harlite annorlunda krav och studeras inte i denna rapport.

För att mäta audiokvalitén hos en mobiltelefon skulle en rad distorsions- och brusmätningarbehöva genomföras. Dessa mätningar ligger dock utanför ramen för detta examensarbete somendast koncentreras till de mätningar som utförs vid typprovningen inför GSM.

För att mätningarna ska kunna utföras enligt normerna i GSM 11.10 och ITU-Trekommendationerna bör telefonen placeras i en viss testställning. En människas mun och öra

Test-huvudSystemsimulator


14

ersätts av en elektrisk mun och öra. Testställningen tillsammans med det elektriska örat ochmunnen ska sedan ställas in på ett sådant sätt att det efterliknar en normal användning avtelefonen. Mätningarna bör även utföras i en akustisk kammare vilket inte heller fanns atttillgå, istället används ett vanligt kontorsrum som mätrum. Detta gör att mätningarna kommerutföras i ett rum där datorer och övrig elektrisk utrustning också befinner sig vilket resulterar ien relativt hög brusninvå. Avsaknaden av dessa enheter utgör en begränsning på mätsystemetsnoggrannhet som måste beaktas vid analys av mätresultaten.

5DSSRUWHQVXSSOlJJQLQJKapitel 2 behandlar grundläggande akustik som behövs för att förstå senare delar avrapporten.

Kapitel 3 beskriver centrala enheter vid uppbyggnaden av ett audiomätsystem. I kapitletbeskrivs även det uppbyggda mätsystemets olika delar.

Kapitel 4 innehåller teoretisk härledning av de formler samt bakgrundsbeskrivning till deaudiomätningar som utförs vid GSM-typprovningen.

Kapitel 5 behandlar hur audiomätningarna bör utföras samt de resultat som kunnat erhållasmed det mätsystem som byggts upp.

Kapitel 6 redogör mycket kortfattat för resterande audiomätningarna som finns i GSM 11.10men som inte utförs vid GSM-typprovningen.

Kapitel 7 innehåller en diskussion kring mätsystemets noggrannhet, begränsningar mm.

Kapitel 8 redogör för de slutsatser och resultat som examensarbetet resulterat i.

Avsnittet referenser innehåller referenser till relaterad litteratur.

Appendix A beskriver innehållet i telefonens audiodel.

Appendix B innehåller förkortningar som uppträder i rapporten.

Appendix C innehåller några begrepp som uppträder i rapporten.

Appendix D innehåller tabeller av olika slag.


15

*UXQGOlJJDQGHDNXVWLNDetta kapitel behandlar de mest grundläggande och för denna rapport nödvändigaaudiokunskaper som behövs för att förstå senare delar av rapporten.

9DGlUOMXG"Ljud är en form av energi som avges av fasta, flytande eller gasformiga ämnen då de vibrerar.Partiklarna i det vibrerande ämnet (atomer, molekyler) svänger fram och tillbaka kring ettjämnviktsläge, svängningsrörelsen utbreder sig som en ljudvåg vars hastighet i luft är ca 340m/s. Då vågen möter ett hinder i sin väg kan den reflekteras (eko, efterklang), absorberas aveller fortplantas genom hindret. En svängande partikels maximala utslag från jämnviktsläget(amplituden) bestämmer ljudstyrkan och antalet fullbordade svängningar per sekund(frekvensen) avgör tonhöjden. Ljud är alltså ljudtrycksvariationer som mäts i enheten Pa [Pa =N/m3].

$NXVWLVNLPSHGDQVI elektriska kretsar är det viktigt att inimpedansen och utimpedansen överensstämmer för attreflektioner och andra oönskade effekter ska elimineras eller minskas. En liknande situationuppstår om den akustiska impedansen inte överensstämmer mellan två medier.

Om en ljudvåg byter transmissionsmedium kommer mediernas akustiska impedanser attbestämma effektiviteten av ljudvågens energiöverföring. Denna impedansändring påverkarljudvågen på liknande sätt som i det elektriska fallet, d.v.s. ljudvågorna kommer att utsättasför reflektioner.

Impedansmatchning innebär att maximal effekt kan överföras från en enhet till en annan d.v.s.om inimpedansen är lika med utimpedansen blir energiförlusten minimal.

Den akustiska impedansen i trumhinnan stämmer bra överens med den akustiska impedanseni hörselgången vilket garanterar maximal effektivitet av energiöverföringen. Däremotöverensstämmer inte örats akustiska impedans med luftens akustiska impedans. Örat kanbeskrivas som den enhet vars uppgift är att utföra impedansmatchning mellan luften ochhörselgången.

/MXGWU\FNI jämförelse med det statiska lufttrycket som har ett värde på 105 Pa är de hörbaraljudtrycksvariationerna mycket små. Ljudtrycket varierar från ungefär 20 µPa till 100 Pa.


16

Det minsta ljudtryck som kan registreras av en normal människa är 20 µPa och kallas av denanledningen för hörselgränsen. Ett ljudtryck på ca 100 Pa är väldigt högt och brukar kallassmärtgränsen.

Ljudtrycksnivån Lp (kallas ibland även SPL, sound pressure level) mäts i dB och är definieradsom 20 log(p/p0) där p är det uppmäta värdet i Pa och p0 är den standardiserade referensnivånpå 20µPa.

Ljudtrycket mäts på ett sådant sätt att referensnivån är lika med den lägsta hörselgränsen

(0 dB = 20µPa och 130 dB = 100Pa).

0lWUXPEtt elektrisk värmeelement producerar en viss effekt. Detta är ett mått som beskriver hurmycket värme som elementet kan producera oberoende av elementets placering. Värmen somalstras av elementet kan lätt mätas med en termometer. Temperaturen i en viss punkt kommerinte enbart påverkas av hur mycket värme som elementet kan producera och avståndet tillelementet utan även hur mycket värme som absorberas av omgivningen samt hur mycket somkommer att försvinna ut genom väggar och fönster mm.

En ljudkälla kan också producera en viss effekt. Detta mått mäter hur mycket akustisk energisom ljudkällan kan producera och är oberoende av ljudkällans omgivning. Ljudenergin frånkällan ger upphov till ett visst ljudtryck i rummet. Då ljudtrycket ska mätas måstemedvetenheten finnas om att det på samma sätt som värmeelementet påverkas avomgivningen. Energin från ljudkällan kommer alltså att absorberas och reflekteras av golvväggar och tak samt försvinna ut genom väggar och fönster.

I ett rum med hårda reflekterande ytor kommer nästan all energi att reflekteras och ett såkallat diffust fält av ljudenergi kommer att spridas över rummet. Ett sådant rum kallas ettekorum (eng. reverberation room).

I ett rum som har hög absorbtionsgrad kommer nästan all energi absorberas vilket gör attbrusets energi i rummet sprids på ett sådant sätt som om källan befunnit sig i ett fritt rum. Ettsådant rum kallas ett ekofritt rum (eng. anechoic room).

Ett vanligt rum (kontorsrum) som används t.ex. på SECTRA för att göra ljudmätningar i ärvarken ett ekorum eller ett rum med hög absorbtionsgrad utan ett mellanting. Detta gör detsvårt att hitta en bra mätplats samt att mäta upp bruset i rummet.

I ett rum där brusnivån är relativt hög kommer mätutrustningens kvalitet spela en större rollän om mätningarna hade utförts i ett tyst rum.


17

)ULU\PG

Ljud i fri rymd transmitteras i raka linjer helt ostört av omgivningen, d.v.s. ljudvågornavarken reflekteras, absorberas, utsätts för resonanseffekter eller diffraktion. Detta är faktorersom i en normal situation påverkar signalen. Fri rymd ska inte förväxlas med kosmisk frirymd eftersom ljud inte kan transmitteras i vakuum. Fri rymd betyder i detta fall ettluftutrymme där ljudvågorna har möjlighet att utbreda sig som i den teoretiska fria rymden.Vid ljudmätningar är det viktigt att ljudsignalen får utbreda sig i fri rymd eller åtminstonebegränsad fri rymd. För att på ett enkelt sätt få en begränsad fri rymdutbredning av enljudsignal kan ljudkällan placeras på kanten av ett bord så att ljudsignalerna har fritt rum inomen radie på 1 m. Genom att ha fri rymd inom en radie på 1 meter kommer mätningen intepåverkas (eller åtminstone påverkas mindre) av reflektioner eller stående vågor. P.g.a. avsambandet frekvens = ljudhastighet/våglängd kommer frekvenser ner till 340 Hz hanterasutan större problem. Vid flera audiomätningar utförs mätningar ända ner till 100 Hz, vilketmedför en begränsad fri rymd på ca 3,4 meters radie. Enligt rekommendation från Brel &Kj r räcker det med en begränsad fri rymd på ca 1m för att minska de oönskade effekternasom kan uppstå då ljudvågorna t.ex. reflekteras mot intilliggande objekt.

(QKHWHUVid audioberäkningar används vanligen decibel, [dB]. Genom att använda decibel hanterasmänniskans extremt vida känslighetsintervall på ett enkelt sätt. Örat kan detektera allt frånhörselgränsen, där molekylernas infall mot trumhinnan uppfattas som ett brusande ljud tillmycket stora ljudnivåer (smärtgränsen). Genom att använda enheten decibel undviks alltsåberäkningar med stora (och små) exponenter vilket skulle göra beräkningarna onödigtkomplicerade.

En effektnivå w1 kan uttryckas i termer av en referenseffekt w0 enligt:

10log10(w1/w0) [dB] (2-1)

En spänningsnivå u1 kan uttryckas i termer av en refernsspänning u0 enligt:

20log10(u1/u0) [dB] (2-2)

Enheten dBm, definieras genom att referensnivån, Uref är spänningen över ett 600PRWVWåndvid 1 mW.

dBm = 20log10(U[V] / U ref ) = 20log10(U[V] / 0.7746) (2-3)

Uref = 0.7746

( P = UI, U = RI ⇒ U2 = PR = 0,001*600 [V2]= 0.6 [V2]=> U = 0.7746 [V])

En annan enhet som ofta används i audiosammanhang är dBm0. / dBm0 motsvarar / dBmmätt vid transmissionspunkten.


18

Vid audioberäkningar enligt GSM-standarden gäller att beräkningarna ska utföras med rms-värden (om inget annat anges). RMS (rms, root mean square) värdet av en samplad signalberäknas enligt:

∑=

=1

L

L[

1UPV

1

21 (2-4)

Där N är antalet sampelpunkter och x sampelvärdet.


19

0lWV\VWHPHWDetta kapitel beskriver de centrala enheter som ingår i ett audiomätsystem. I kapitlet beskrivsockså det uppbyggda mätsystemets ingående delar och funktionalitet.

För att bygga upp ett mätsystem för audio enligt rekommendationerna i GSM11.10 behövsbl.a. en testställning (alt. testhuvud). M.h.a. testställningen fixeras telefonen relativt enelektrisk mun och ett elektriskt öra så att orientering överensstämmer med en verkligsituation. Mätsystemets huvudenhet utgörs av en s.k. systemsimulator. I systemsimulatornbehandlas bl.a. insamlat data från telefonen. För att binda samman systemsimulatorn ochtelefonen behövs även ett speciellt digitalt audiogränssnitt. Testsignalen som ska användas isystemet ansluts till systemsimulatorn och testhuvudet. Figur 3:1 visar mätsystemets ingåendebaselement.

Kapitel 3.1-3.5 nedan beskriver mätsystemets ingående delar lite närmare och kapitel 3.8behandlar det mätsystem som byggts upp på SECTRA.

)LJXU0lWV\VWHPHWVLQJnHQGHGHODU

5HIHUHQVSXQNWHU

Det är viktigt att definiera referenspunkter vid munnen och örat för att t.ex. mätningar avljudtycket vid mun och öra ska vara väldefinierade och att telefonens orientering itestställningen ska vara representativ.

Örats referenspunkt, ERP, (Ear Reference Point) och munnens referenspunkt, MRP, (MouthReference Point) definieras i ITU-T P.64 och av Figur 3:2.

Gränssnitt Systemsimulator

Test-signal

testhuvud

elektrisk mun

elektriskt öra


20

)LJXU'HILQLWLRQDY053RFK(53

MRP är en punkt placerad på ett avstånd 25 mm framför läpparnas horisontallinje genomcentrum av munöppningen.

ERP är en punkt vid ingången till örongången. ERP är definierad så att den kommer att ligga imitten av den konkavcirkulära delen som bildas mellan telefonhögtalaren och det artificiellaörat (den konkavcirkulära delen är tydligast på äldre telefoner som används i det fastatelefonnätet). ERP ska inte förväxlas med ECRP (EarCap Reference Point) som är en punkt itelefonens referensplan (se ITU-T P.10).

(OHNWULVNW|UDDUWLILFLHOOW|UDDet artificiella örat är konstruerat för mätningar av ljudtrycket från en telefonhögtalare på ettsätt som är jämförbart med hur en människa uppfattar detta ljud. För att mottagen ljudkvalitetska kunna mätas enligt rekommendationerna i GSM 11.10 bör ett artificiellt öra användas.

Vid normal användning av en telefon finns ett visst tryck mellan användarens öra ochtelefonen. Det är viktigt att detta tryck finns även då ett artificiellt öra används. Den kraft somITU-T (ITU-T P.57) rekommenderar mellan telefonhögtalaren och det artificiella örat är 5–10N.


21

Enligt resonemanget i kapitel 2.2 är det viktigt att det artificiella örats akustiska impedansöverensstämmer med en människas öras akustiska impedans för att ljudtrycket ska kunnamätas på bästa sätt. Den akustiska impedansen relateras till telefonens orientering, det trycksom finns mellan telefonhögtalaren och det artificiella örat mm, under förutsättning atttelefonen hålls på ett normalt sätt (d.v.s. på ett sådant sätt som den gör vid normalanvändning).

Det artificiella örats känslighet definieras av kvoten av det ljudtryck som kan mätas vid detartificiella örats kant och ljudtrycket vid ERP (Ear Reference Point) (se ITU-T P.57).

)LJXU$UWLILFLHOOW|UD>3URGXNWGDWDEODG'%%UHO.M U@

Det finns ett antal olika artificiella öron konstruerade på olika sätt. T.ex. finns ett öra somheter typ 1, detta öra är konstruerat för användning till supra-aural och supra-conchatelefonhögtalare.

Supra-aural En telefonhögtalare utformad på ett sådant sätt att den vilar utanpåanvändarens ytteröra (se Figur 3:4). Den externa diameter ska minst vara 45mm.

Supra-concha En telefonhögtalaren utformad på ett sådant sätt att den vilar utanpåanvändarens ytteröra (se Figur 3:5). Den externa diametern ska vara större än25 mm men mindre än 45 mm.


22

Earreferencepoint (ERP)

Entranceto earcanal

)LJXUD7HOHIRQK|JWDODUHDYW\SHQ6XSUDDXUDO|SSHQRFKE6XSUDDXUDOWLOOVOXWDQGH>)LJXU,7873@

)LJXU7HOHIRQK|JWDODUHDYW\SHQ6XSUDFRQFKD|SSHQ>)LJXU,7873@

Typ 2 örat är ett artificiellt öra konstruerat för att användas på hörsnäckor (insert earphones).

Typ 3 är ett artificiellt öra utrustat med en örongång. Genom att införa örongångens inverkankommer människans öra simuleras på ett bättre sätt. Typ 3 örat finns i fyra olika varianter(3.1, 3.2, 3.3 och 3.4) vilka är konstruerade på olika sätt.

Enligt rekommendationen i GSM 11.10 rekommenderas typ 3.2 örat för audiomätningar påGSM-telefoner. I tidigare versioner av GSM 11.10 har rekommendationen varit att användatyp 1 örat.

Trycket mellan telefonhögtalaren och det artificiella örat är viktigt vid användning av ett typ3.2 öra, eftersom det akustiska läckage som uppstår mellan telefonhögtalaren och enmänniskas öra är inbyggt i detta öra. Vid användning av typ 1 örat måste en korrigering fördetta läckage göras.

I Figur 3:4 och Figur 3:5 finns kryss utritade. Dessa kryss motsvarar vissa referenspunkter.Det första krysset från vänster är ERP och det andra krysset motsvarar EEP (Ear EntrancePoint). Det vertikala strecket till höger om EEP utgör DRP (Ear-Drum Reference Point). Typ1 örat relaterar sina mätningarna till ERP medan typ 2 och typ 3.2 öronen relaterar sina


23

ljudtrycksmätningar till DRP. Vid audiomätningarna enligt GSM 11.10 ska mätvärdena vararelaterade till ERP vilket innebär att vid användandet av typ 3.2 örat måste en kompensationför överföringsfunktionen mellan ERP och DRP göras.

I ITU-T P.57 finns ytterligare beskrivning av ovanstående artificiella öron.

(OHNWULVNPXQDUWLILFLHOOPXQEn artificiell mun är en enhet tillverkad och konstruerad för att avge en ljudtrycksfördelningsom överensstämmer med det ljudfält som kommer från en människas mun. Dennaöverensstämmelse är viktig då mätningar av ljudtrycket vid telefonmikrofonen ska göras.

Munnens akustiska impedans bör naturligtvis likna en människas muns för att denljudtrycksökning som uppstår när telefonmikrofonen placeras framför (vid sidan om) munnenska vara representativ. Det är också viktigt att ljudtrycket kan varieras med god noggrannhetsom en funktion av frekvensen vid en referenspunkt framför munnen.

Den artificiella munnen bör ha vissa egenskaper bl.a. en läppring (motsvarar läpparna), ettreferensplan (plan som läppringen spänner upp) samt en referensaxel (ortogonal motreferensplanet). På referensaxeln ligger MRP (Mouth Reference Point), se Figur 3:2.

En annan önskvärd egenskap hos den artificiella munnen är dess linjäritet, d.v.s. kvotenmellan ljudtrycket vid MRP och den artificiella munnens drivspänning vilken bör varakonstant i frekvensområdet 200–4000 Hz (flertalet mätningar utförs i detta frekvensområde).Om så inte är fallet behövs kompensering för den eventuella olinjäriteten.

)LJXU$UWLILFLHOOPXQ>3URGXNWGDWDEODG%UHO.M U@


24

(Enligt Brüel & Kjær måste den artificiella munnen i Figur 3:6 drivas av en förstärkare för attljudtrycksfördelningen ska bli korrekt.)

7HVWVLJQDOHU

För att testsignalen som används i ett mätsystem ska vara representativ bör den efterlikna denverkliga signalen. I detta mätsystem bör testsignalen simulera en människas tal. En sådansignal är den artificiella rösten (beskrivs i ITU-T P.50). En artificiell röst är en matematisktdefinierad signal vilken återskapar både tid och spektralegenskaperna av en människas tal.

Det finns två typer av artificiella röster, kvinnlig och manlig röst. Enligt rekommendationen iGSM 11.10 bör vissa audiomätningar utföras med både en kvinnlig och en manlig röst för attbästa resultat ska erhållas.

ITU-T har utfört audiotester med enbart sinussignaler vilka även de givit tillfredsställanderesultat (denna metod används i det mätsystem som byggts upp).

7HVWVWlOOQLQJVid audiomätningar är det viktigt att ljudvågornas infallsvinkel mot telefonmikrofonen ärsamma som vid en riktig användning av telefonen. Lika viktigt är att telefonhögtalaren hållspå ett naturligt sätt intill det elektriska örat vid audiomätningarna. ITU-T har därför låtit utföraen mängd mätningar på människors ansiktsmått samt avstånd och vinklar mellan en telefonoch människors huvud. Dessa mått har sedan medelvärdesbildats och används som riktlinjerför hur telefonen ska placeras relativt ett sådant medelhuvud.

För att få repeterbarhet i mätningarna och för att jämförelser mellan olika telefonmodellersmätningar ska vara möjligt är det nödvändigt att definiera vissa avstånd och vinklar relateradetill en människas huvud och telefonens relativa orientering. Detta kapitel beskriver den i ITU-T P.64 definierade talställningen. Den speciella ställningen kallas LRGP (Loudness RatingGuard-ring Position).

Vid beskrivning av telefonens orientering kan man antingen relatera vinklar och avstånd tillen människas mun och öra eller till hur telefonen bör hållas i förhållande till hela huvudet.

För varje telefonmodell som tillverkas kommer denna ställning t.ex. medföra att taletsljudvågor transmitteras olika långt och i olika riktning i förhållande till telefonmikrofonen.Detta påverkar den ljudkvalitet som lyssnaren observerar.

Den relativa positionen av läppcentrum och centrum av örongången kan beskrivas i termer avavståndet δ och vinkeln α så som det beskrivs i Figur 3:7. Punkten R i Figur 3:7 är centrum iLRGP. R är en av ITU-T definierad referenspunkt.

För bestämning i vilken riktning talet sänds ut från munnen och in i telefonens mikrofonbehövs ytterligare ett mått. Vinkeln γ beskriver den vertikala projektionen av talets ljudvågorpå telefonens symmetriplan.


25

α

δ

Y

Y

O X

X

R

A

T1206560-93

90° – γ = 72°

90° – γ = 77.1°

Centre line ofearphone orifice

Plane of ear-cap

)LJXU%HVNULYQLQJDYROLNDYLQNODUVRPDQYlQGVI|UDWWGHILQLHUD/5*3>)LJXU&,7873@

Vid definieringen av LRGP behövs två vinklar till, telefonhögtalarens rotationsvinkel φ ochhela telefonens rotationsvinkel θ. Högtalarens rotationsvinkel kan tänkas som en linje genomcentrum av örats kanal, YY i figuren och telefonens rotationsvinkel tas som den längsgåendeaxeln till telefonen, XX i figuren. Båda vinklarna är lika med noll då telefonen hållshorisontellt.

)LJXU%HVNULYQLQJDYYLQNODUQDα °γ °δ PPφ °θ °%LOGHQYLVDUWHOHIRQOXUHQWLOOK|UDQGHHQWUDGLWLRQHOOWHOHIRQPHQVDPPDYLQNODUJlOOHUI|UHQPRELOWHOHIRQ>%UHO.M U@

LRGP beskrivs av följande värden på avstånd och vinklar:

α = 22° , γ = 12.9°, δ = 136 mm, φ = 39°, θ = 13° .


26

ITU-T:s rekommendationer säger att testställningen bör ha en noggrannhet på ±0.5° förvinklarna ovan. En noggrannhet på ±0.5° är än en gång en indikation på hur viktig telefonensorientering är för dessa mätningar.

Observera att termen Loudness Rating Guard-ring Position (LRGP) bara får användas (enligtITU-T P.64) då definitionen som beskrivs i detta avsnitt följs strikt. Det ska också betonas attinte bara den relativa positionen mellan telefonen och munnen ska följas utan även att denartificiella munnen bör hållas horisontell.

'LJLWDOWJUlQVVQLWWDet digitalgränssnittet mellan telefonen och systemsimulatorn utgörs av den s.k. DAI-boxen(gränssnittet är specificerat i GSM 11.10). Då telefonen försätts i testläget för audio kopplastelefonens audiodel bort från resten av telefonen. Denna bortkoppling görs för att mätningarnaska kunna utföras utan störning från t.ex. telefonens radiodel. Vid audiomätningarna måstedock den bortkopplade delen till viss del simuleras p.g.a. att det i denna del finnsförstärkningskonstanter som berör telefonens mikrofon och högtalare. Simuleringen görs medhjälp av detta gränssnitt. DAI-boxen innehåller ett EPROM (Eraseable Programmable ReadOnly Memory) där dessa konstanter enkelt kan ändras och brännas in vilket kommer att skeflera gånger vid nykonstruktion och under GSM-typprovningen. I Appendix A beskrivstelefonens audiodel vilken naturligtvis ansluts till DAI-boxen.

6\VWHPVLPXODWRUSystemsimulatorn i Figur 3:1 är den enhet som utför analys och beräkningar av uppmättavärden samt försätter telefonen i testläge för audio. Presentationen av mätresultaten sker medgrafer eller siffervärden beroende på vilken mätning som utförs. I systemsimulatorn bör ävenen referenstalkodare finnas samt utrustning för att generera testsignaler.

/MXGQLYnPlWDUHVid de audiomätningar som utförs vid GSM-typprovningen och som kommer att utförasm.h.a. detta mätsystem ska ljudtrycket vid telefonens högtalare och ljudtrycket från denartificiella munnen mätas vid flera tillfällen. En ljudnivåmätare är en enhet konstruerad för attmäta ljudtryck. Ljudnivåmätaren presenterar det uppmätta ljudtrycket i decibel [dB] och haren känslighet likt en människas känslighet för hur ljudtrycksvariationer uppfattas.


27

.DOLEUHULQJVXWUXVWQLQJKalibrering fastställer sambandet mellan ett instruments visning med motsvarande kändavärden på en mätstorhet. För att kunna lita på ett instruments visning måste det varakalibrerat. Kalibrering utförs genom jämförelse med referensutrustning som har högrenoggrannhet.

Instrument som används för att bestämma eller generera en storhets värde, som har betydelseför användarens kvalitetskrav, ska kalibreras. Nyinköpta instrument ska kalibreras föreanvändning vilket ger en bekräftelse av deras specifikation och funktion. Därefter skakalibrering utföras kontinuerligt. Man ska alltid kalibrera då någon förändring hosinstrumentet kan misstänkas, t.ex. efter en reparation eller då instrumentet utsatts för yttrepåverkan. Referensinstrument, normaler och kalibreringsmetod väljs så att mätsäkerheten blirtillräckligt god.

0lWV\VWHPHWVRPE\JJWVXSS

)LJXU0lWV\VWHPHWVLQJnHQGHGHODU

Det artificiella örat utgörs i detta mätsystem av en kondensatormikrofon (Shure BG 4.1) ochistället för den artificiella munnen finns en enkel datorhögtalare.

Mätsystemets analys och beräkningsenhet utgörs av en PC utrustad med ett analogt DAQ-kort(mätinsamligskort, Computerboards PCI-DAS1602/16) ett GPIB-kort (National Instrument)samt programvaran LabVIEW (baspaket version 5.0). Med hjälp av DAQ-kortet kan datornsamla in mätdata från mikrofonen (det artificiella örat) eller från EB8005.

EB8005 är den enhet som genererar (D/A-omvandling) och tar emot (A/D-omvandling)PCM-data. Genom att ansluta signalgeneratorn till en av EB8005:s analoga ingångar kanmotsvarande PCM-bitström genereras på EB8005:s digitala audiogränssnitt. Det digitalaaudiogränssnittet ansluts till DAI-boxen som sedan skickar bitströmmen vidare till telefonen.EB8005 kan även ta emot en PCM-bitström och omvandla den till en analog signal.


28

För att telefonen ska försättas i testläge (i detta fall DAI-läge1) måste ett speciellt meddelande(ett speciellt protokoll2) skickas till telefonen. CMD:n är den enhet som används för attkoppla upp ett samtal med istället för via en riktig basstation samt skicka detta meddelandetill telefonen.

Testsignalerna i mätsystemet består av sinussignaler. Sinussignalerna genereras från ensignalgenerator (HP33120A).

Systemsimulatorn som beskrevs i kapitel 3.5 består alltså i detta mätsystem av en PC, EB8005och en signalgenerator.

Anslutningen mellan telefonen och DAI-boxen består av en speciell kabel. Kabelns kontakterutgörs av två olika slag. Den kontakt som anslutas till DAI-boxen är definierad i GSM 11.10och den andra kontakten (den som kopplas till telefonen) anpassas till den aktuella telefonen(telefonmodellen). På SECTRA:s telefon Tiger måste telefonskalet öppnas och ett mindrelödarbete utföras för att telefonen ska kunna utrustas med det nödvändiga digitalaaudiogränssnittet.

En kopplingsplint används för att ansluta de analoga signaler som ska mätas till PC:ns DAQ-kort.

)|UElWWULQJDUDYPlWV\VWHPHW

Systemets nuvarande mätutrustning är inte optimal för audiomätningar av det slag som utförsvid GSM-typprovningen. För att mätsystemet ska få bättre noggrannhet och precision börföljande kompletteringar göras.

Artificiellt öra

Då en vanlig mikrofon används som artificiellt öra överensstämmer t.ex. inte denakustiska impedansen med den som finns vid en människas öra. Enligt kapitel 2.2 och3.1 är det viktigt med denna överensstämmer för att ljudnivån ska uppfattas lika av detartificiella örat och av en människas öra.

Artificiell mun

Med en artificiell mun sprids ljudvågorna på ett nästan korrekt sätt i jämförelse medljudvågornas spridning från en människas mun. Ljudvågornas spridning från en enkeldatorhögtalare är inte likt denna spridning utan endast konstruerad för att på ettgodtagbart sätt efterlikna det ljud som förväntas komma från datorns ljudkort. Detdiffusa ljudfält som kommer från en enkel datorhögtalare gör att mätningarna enligtGSM 11.10 inte går att utföra med önskad precision.

Artificiell röst

Enligt GSM 11.10 rekommenderas användning av både en kvinnlig och en manligartificiell röst vid vissa mätningar. Anledningen till att rekommendationen kräver både

1 DAI-läge innebär bl.a. att telefonen tar emot 13 bitars PCM istället för 16 som i normal-läge.2 I GSM 11.10 kallas detta meddelande Layer 3 vilket betyder att ett visst protokoll skickas på lager 3 i OSI-modellen. Det finns 7 stycken lager i denna modell och lager 1 är mest primitiv.


29

manlig och kvinnlig röst är att den referenstalkodare som också rekommenderas, ärolinjär. En olinjär referenstalkodare påverkar olika frekvenser och ljudstyrka på olikasätt. I detta mätsystem används ingen referenstalkodare. CMD:n kan däremot utrustasmed en option där en referenstalkodare sätts in.

Testställning

Enligt kapitel 3.3 är det viktigt att telefonen fixeras på ett korrekt sätt. Telefonensorientering blir viktigare och viktigare i takt med att mobiltelefonerna blir mindre.

Ljudnivåmätare

För att t.ex. kunna mäta ljudtrycket vid MRP och ERP behövs en ljudnivåmätare.

Kalibreringsutrustning

För att mätinstrumenten ska vara pålitliga bör de kalibreras regelbundet. Speciellkalibreringsutrustning finns att köpa (alternativt ingår) till alla mätinstrument ämnadeför ett audiomätsystem.


30

0lWQLQJDUQDV%DNJUXQGDetta kapitel behandlar bakgrunden till de mätningar som utförs vid GSM-typprovningen.Teoretisk härledning i de fall då formler används görs, i annat fall förklaras bakgrunden på ettsådant sätt att läsaren får en intuitiv känsla av varför mätningen bör göras.

.lQVOLJKHWIUHNYHQVVYDU6lQGQLQJ6HQGLQJ6HQVLWLYLW\Mätningen av det sändande frekvenssvaret (känsligheten) från MRP till den analoga utgångenpå det digitala gränssnittet görs för att säkerställa att frekvenssvaret ligger inom vissa gränser(specificerade i GSM 11.10). Med hjälp av denna mätning kommer alltså ett mått påfrekvenskarakteristiken i den sändande riktningen erhållas.

Enligt ITU-T P.64 definieras den sändande känsligheten som kvoten mellan utsignalnivånfrån det digitala audiogränssnittets PCM-bitström och det från den artificiella munnenkommande ljudtrycket enligt:

3D9UHOG%SP

-

P-

96 /1log20 10⋅=

VJ är spänningen (rms-värdet) vid det digitala gränssnittets utgång (d.v.s. efter EB8005 iFigur 3:9) och pm är ljudtrycket vid MRP.

Den sändande känsligheten beror bl.a. på telefonens orientering relativt läppringen på denartificiella munnen d.v.s. ljudvågornas infallsvinkel till mikrofonen. Med den artificiellamunnens ljudtryck korrekt inställt (rekommendation GSM 11.10: –4.7 dBPa) och telefonenplacerad i definierad ställningen (LRGP) framför den artificiella munnen kan den elektriskautsignalen mätas. Mätningen sker vid frekvenserna i Tabell 1. SmJ presenteras sedan i en graftillsammans med respektive gränsvärden.

H zO s c illa to ro r s ig n a l

so u rc e

E q u a liz e dso u n dso u rc e

A r ra n g e m e n t fo r h o ld in gt h e h a n d se t in p o s it io n VJ

)LJXU0lWQLQJDYGHQHOHNWULVNDXWVLJQDOHQ9MIUnQGHWGLJLWDODJUlQVVQLWWHWGnHWWYLVVOMXGWU\FNDSSOLFHUDVYLG053>)LJXU,7873@


31

0RWWDJQLQJ5HFHLYLQJ6HQVLWLYLW\

Mätningen av det mottagande frekvenssvaret utförs på analogt sätt med känsligheten i densändande riktningen (fast i motsatt riktning). Det mottagande frekvenssvaret är denfrekvenskarakteristik som ges av kvoten mellan utkommande ljudtryck från det artificiellaörat pe, och det till telefonen inkommande ljudets nivå, representerat av PCM-bitströmmenvid det digitala audiogränssnittet.

Känsligheten i den mottagande riktningen beräknas enligt:

93DUHOG%(S

6-

H

-H/1log20

2110=

Där pe är ljudtrycket vid ERP och ½EJ är värdet av den spänning som appliceras telefonen viaPCM-bitströmmen. Anledningen till att det står ½EJ är att spänningen EJ syftar på ett topp-till-topp värde. Enligt GSM standarden används endast rms-värden vilket gör att ½EJ = Vrms.

Vid mätningen av det sändande frekvenssvaret hålls ljudtrycket vid MRP konstant samtidigtsom den digitala utsignalnivån mäts. Vid mätning av det mottagande frekvenssvaret hålls dendigitala PCM-bitströmmens nivå konstan och ljudtrycket vid ERP mäts. Båda mätningarnaska utföras i frekvensintervallet 100-4000 Hz vid de frekvenspunkter som finns i Tabell 1.

6/5RFK5/5SLR (Sending Loudness Rating) och RLR (Receiving Loudness Rating) är två mått somanvänds för att beskriva ljudstyrkan vid sändning och mottagning. D.v.s. den ljudstyrka somen talare talar med och den ljudstyrka som en lyssnare kan höra från telefonens högtalare.

Kurva 1 i Figur 4:2 visar frekvenstätheten, B’S av en utsänd talsignal vid en speciell vokalnivå(d.v.s. talarens ljudtrycksnivå vid MRP) uppmätt vid MRP. Innan talsignalen når lyssnarensöra utsätts det för distorsion och transmissionsförlust vilket gör att frekvensspektrum kommerförändras. Kurva 2 i figuren visar det förstörda frekvensspektrumet. Intervallet, LME, mellankurva 1 och 2 representerar den förlust som uppstår mellan talarens mun och lyssnarens öra.P.g.a. att det mottagande spektrumet inte är linjärt kommer det inte att bidraga likformigt tillljudstyrkan. De delar av spektrumet som ligger under lyssnares tröskelvärde för hörbarhetbidrar väldigt lite i jämförelse med de delar som ligger över tröskeln. Sensationsnivån Z, ärintervallet mellan det mottagna spektrumet och tröskeln för kontinuerlig hörbarhet, kurva 3,(β0-K).


32

100

80

60

40

20

0

–20100 200 300 500 800 1000 1600 2000 3000 4000 5000 8000 Hz

T1206380-93/d02

(1)

(2)

(3)

Z

β 0 K−

Z RO

B′S

L ME

Discomfort and pain

Spe

ctru

m d

ensi

ty, d

B r

el 1

pW

/m s

ound

inte

nsity

per

Hz

or r

el 2

0 µP

a so

und

pres

sure

in 1

Hz

band

wid

th

Frequency

2

)LJXU )UHNYHQVNDUDNWHULVWLNHQ I|U GH ROLND GHODUQD VRP LQJnU I|U DWW NXQQD EHVWlPPDVHQVDWLRQVQLYnQ=>)LJXU$,7873@

Enligt ITU-T P.79 kan ljudstyrkan λ, uttryckas approximativt som en funktion av Z påföljande sätt:

∫ ⋅⋅⋅=2

1

’)(I

I

GI6=4&λ (4-3

Där C är en konstant, Q(Z) en funktion som transformerar Z så att en viss ökning av dettransformerade värdet motsvarar en lika stor ökning av ljudstyrkan. S’ är enfrekvensviktfaktor vilken viktar Q(Z) enligt motsvarande värde på frekvensaxeln.

Baselementen för att bestämma ljudstyrkan visas i Figur 4:3.

T1206390-93/d03

Z Q(Z) Q(Z)

S′df

λLME

B′S

β0 K−

)LJXU (QNHOW IO|GHVGLDJUDP VRP YLVDU KXU OMXGVW\UNDQ UHODWHUDV WLOO VHQVDWLRQVQLYnQ>)LJXU$,7873@

)( 0’ ./%=

0(6 −−−= β


33

Observera att flödesdiagrammet i Figur 4:3 endast representerar baselementen då enuppskattningen av ljudstyrkan ska göras. Dessa baselement behöver ytterligare specificerasför att de ska vara unika. Till exempel kommer frekvenstätheten B’S bero på den individuellatalarens vokalnivå, testfrasen som han/hon använder och läpparnas avstånd och vinkel relativttelefonmikrofonen. På samma sätt kommer det mottagna spektrumets nivå bero på denaktuella lyssnaren och dennes frekvenskarakteristik samt anpassningen mellan örat ochtelefonhögtalaren.

Ekvation 4-3 kan skrivas som

∫ ⋅⋅⋅=2

1

’)(I

I

55GI6=4&λ

∫ ⋅⋅⋅=2

1

’)(I

I

X8GI6=4&λ

Där λU och λR representerar ljudstyrkan av talet genom den okända talvägen respektivereferens talvägen. ZU och ZR är motsvarande värden på sensationsnivån.

Med den okända talvägen menas den väg talet går mellan basstationen och telefonen.Referenstalvägen är talets väg mellan en referensbasstation och en telefon, referenstalvägendefinieras av IRS (Intermediate Reference System i ITU-T P.48).

Beräkningarna nedan utgår från att Q(Z) kan skrivas på formen

( )=P

WNRQV=4⋅⋅⋅= 10

110tan)(

(Basen 10 och faktorn 1/10 används för att Z ska kunna anges i dB)

Låt

)( 0’ .%= 652

−−= β (4-8

Sätt in ekvation 4-8 i ekvation 4-4.

80(528/== −= (4-9

50(525/== −=

Sätt in ekvation 4-9 och 4-10 i ekvation 4-5 och 4-6. Detta ger:


34

( ) ( )GI6& 5280(

=P/P

8

⋅⋅⋅= ⋅⋅−

∫ ’1010 101

101

λ (4-11

( ) ( )GI6& 5250(

=P/P

5

⋅⋅⋅= ⋅⋅−

∫ ’1010 101

101

λ

Förlusten i ljudstyrka, ∆x (oberoende av frekvensen) är det som måste kompenseras för i denokända vägen för att :

58λλ = (4-13

Figur 4:4 visar flödesdiagrammet för beräkning av SLR, ett motsvarande flödesdiagram förberäkningen av RLR finns i ITU-T P.79, (Figur A.5 c).

SLR

ZR λ R

JS

SU M J

SRMJ SRJE

m S′dfSRJE

λ UR

B′S

LRME Q ZR( ) Q ZR( )

SRMJ

xU R

β 0 K−Z RO

ZU R Q ZUR( ) Q ZUR( )xU R

SU M J

L URME

xR

xR

UR

Intermediate reference system

Sending partof “unknown”system [local

telephonesystem (LTS)]

Increment x

No

Yes

Commonfeatures

Print SLR

λ λR UR=Does

?

Figur 4:4 Flödesdiagram för beräkningen av SLR, [Figur A.5, ITU-T P.79 (03/93)].

Det är lämpligt att definiera en parameter G som består av de frekvensberoende parametrarnaB’S, 10log10S’, β0-K.

Sätt


35

( )

= ’10 10

16* 52

=P (4-14

Ersätt LUM med LUM - ∆x i ekvation 4-11:

( ) ( )∫∫ ⋅=⋅= −∆−⋅−

*GI*GI 50(80(/P[/P

8

101)(10

11010λ (4-15

Vilket ger

( ) ( )∫ ∫

−−⋅−=∆ −−−− *GIP*GIP[ 50(80(

/P/P 101

10110

1

101 10log1010log10 (4-16)

Utan att likheten ändras kan G skalas om så att

∫ = 1GI* (4-17)

G kan då behandlas som en viktfaktor.

[ ] _1 )( /*GI/ =⋅ΦΦ ∫− (4-18)

__________

50(80(//[ −=∆ (4-19)

Termerna LUME och LRME kan ses som viktade medelvärden av förlusten mellan mun och öra idet okända och referenssystemets talvägar.

Genom att approximera integralerna med summor kan vi skriva

( )∑ ∆⋅−= −−1

L

/P

80(I*P/ 80(10

1

101

_____

10log10

Den akustiska transmissionsförlusten i en talväg är en funktion av frekvensen och definierasav:

(

0

80( SS

/ 10log20=


36

Där pM är ljudtrycket vid MRP och pE är ljudtrycket vid ERP.

Genom en mängd balanstester av ljudstyrkan (λU = λR) har ITU-T bestämt värdet på G.Testerna har utförts på så sätt att ett antal låg- och högpass filter satts in mellan den sändandeoch den mottagande telefonen. Balanseringen utfördes sedan genom att ändratransmissionsförlusten i den okända delen. Värdet på ∆x (förlusten i ljudstyrka) beräknadesför varje filteruppsättning. Genom att interpolera mellan frekvenspunkter i intervallet 100-8000 Hz kunde ett värde på m beräknas.

m = 3/∆x (om man tar värdet på ∆x där det har samma värde för hög- och låg-pass filtret)

När m hade bestämts var det möjligt att beräkna ett värde på G. Resultatet finns i ITU-T P.79(tabell A.1). Det värde på m som bestämdes var m = 0.175.

Notera att LRME representerar transmissionsförlusten mellan mun och öra i referenssystemetoch LUME representerar samma väg men med filter insatta i talvägens mittendel istället för detverkliga systemet.

Då m = 0.175 tas som en konstant kan följande substitution göras

I*:L

∆⋅⋅−= 10log1,57 (4-22

Och då kan ekvation 4-20 förenklas till

∑ +−−=1

L

:/

80(

L80(/)(1.57

1

10

_____

10log1.57

Genom att använda referenssystemet IRS (definieras i ITU-T P.48 ) med dämpningen 0 dB,kommer en fix referenstalväg kunna skapas. Detta innebär att LRME blir konstant (d.v.s.oberoende av i) och ∆x kan skrivas som:

( )∑

+−−

⋅−=∆1

L

://L50(80(

[1.57

1

10 10log1.57

Förlusten i den okända vägen kan beräknas genom:

LUME = -(SUMJ + SUJE) (4-25)

För beräkning av SLR gäller:

LURME = -(SUMJ + SRJE) (4-26)


37

För beräkning av RLR gäller:

LRUME = -(SRMJ + SUJE) (4-27)

Vilket ger:

( )∑

−++⋅

⋅−=1

L

:/66L50(5-(80-

6/5

_____

1.571

10 10log1.57

( )∑

−++⋅

⋅−=1

L

:/66L50(50-8-(

5/5

_____

1.571

10 10log1.57

Genom att sätta_____

50(5-(L6/6:: −−=

_____

50(50-L5/6:: −−=

Kan ekvationerna skrivas

( ) ( )∑ −⋅⋅−=1

L

:6680-6/5 1.57

1

10 10log1.57

( )( )∑ −⋅⋅−=1

L

:668-5/5 1.57

1

10 10log1.57

Summationen går över de frekvenser som finns i ISO 3, R10 serien d.v.s. frekvenserna iTabell 2. Dessa ekvationer utgör definitionerna av SLR (Sending Loudness Rating) och RLR(Receiving Loudness Rating).

6DPPDQIDWWQLQJDYEHWHFNQLQJDUVRPDQYlQGVYLGKlUOHGQLQJHQDY6/5RFK5/5

Nedan finns en sammanfattning av de beteckningar som används.

SMJ Sänd känslighet (artificiell mun)

SmJ Sänd känslighet (vanlig mun)

SJE Mottagen känslighet (artificiellt öra)

SJe Mottagen känslighet (vanligt öra)

B’S Frekvenstätheten av tal relaterat till MRP, i decibel relativt 20 µPa (för ljud i luft ärdet standard att använda referenstrycket 20µPa).

β0 Tröskeln för hörbarhet av en kontinuerlig ton vid ERP, i decibel relativt 20 µPa.


38

K Ett numeriskt tal som behövs för att omvandla tröskeln för hörbarhet av enkontinuerlig ton till ett kontinuerligt ljudspektrum som t.ex. tal.

β0 - K Tröskeln för hörbarhet av ett kontinuerligt ljudspektrum vid ERP, i decibel relativt20µPa.

Z Sensationsnivå, i decibel, av den mottagna signalen vid en given frekvens.Sensationsnivån beskriver den del av den mottagna signalen som ligger övertröskelvärdet och är därmed medverkande till uppkomsten av ljudstyrkan.

S En monoton frekvensfunktion. En viss ökning av S ger motsvarande ökning avljudstyrkan.

S’ Derivatan av S m.a.p. frekvensen. S’ = dS/df. S’ kan ses som en frekvensviktfaktor

Q(Z) Transformerar sensationsnivån Z till ljudstyrka .

Q(Z) Viktat medelvärde av Q(z) relaterat till den totala ljudstyrkan i en mottagen talsignal.

m En parameter som kan användas för att definiera Q(Z). m representerar lutningen av10logQ(Z).

ZRO Värdet på Z då LME = 0 dB

λ Ljudstyrkan av det ljud som studeras.

LME Transmissionsförlusten mellan MRP och ERP.

SRMJ,

SRJE Värden på SMJ,SJE i referens systemet , d.v.s. NOSFER (se Appendix C) eller IRS(definierad i ITU-T P.48)

xJJ Transmissionsförlusten mellan två telefoner

6LGWRQHUDetta kapitel behandlar begreppet sidtoner. Sidtonernas transmissionsvägar är möjliga vägarsom en användare kan höra sin egen röst. Talaren kommer höra sin egen röst från fyra olikahåll (se Figur 4:5) vilka kallas sidvägar. Eftersom det är ljudvågor som färdas dessa vägarbrukar dessa vägar även kallas sidtonvägar.

Sidtonljudstyrkan är ett värde som används för att beskriva gångvägsförlusten från denartificiella munnen till det artificiella örat på ett sådant sätt som det kommer att uppfattas aven talares egen röst då han/hon talar (talker sidetone beskrivs med sidetone masking rating –STMR) eller hur en lyssnare kommer att uppfatta bakgrundsbruset som plockas upp avmikrofonen (listener sideton rating – LSTR3).

Sidtonförlusten för en telefon är den transmissionsförlust som uppstår mellan telefonensmikrofon och telefonhögtalare.

Vid användandet av en telefon kommer talarens egen röst att nå hans/hennes egna öra genomett antal olika vägar. 3 Listener sidetone tester inkluderas inte i dessa tester


39

)LJXU2OLNDYlJDUVRPWDODUHQVHJQDOMXGYnJRUNRPPHUDWWQnKDQVKHQQHVHJQD|URQ>)LJXU,7873@

a) Genom telefonen, från mikrofon till högtalare, (ljudet transmitteras i telefonen pågrund av impedansmissanpassningar).

b) Genom personens huvud.c) Genom den akustiska vägen från munnen till öronen inklusive eventuellt läckage

mellan telefonen och örat.d) Genom den mekaniska vägen i telefonen.

De ovan nämnda sidtonvägarna resulterar i två huvudsakliga mätningar, a) + d) och b) + c) avljudet.

LMEST betecknas den förlusten som uppstår mellan mun och öra (MRP till ERP) p.g.a. ljudvågornas transmission i telefonen.LMEHS betecknas den förlusten som uppstår mellan mun och öra (MRP till ERP) p.g.a.

ljudvågornas transmission i och runt talarens huvud.

(LME betecknar förlusten mellan MRP och ERP. ST i LMEST betecknar telefonens SideTonepath och HS i LMEHS betecknar Human Sidetone path) .

Sidtonkänsligheten, SmeST till telefonen är en funktion av den sändande och den mottagandekänsligheten till telefonen men den beror även på t.ex. den aktuella abonnentlinjen ochtelefonens förmåga att hantera sidtoner, d.v.s. balansen i telefonen.

Sidton känsligheten, SmeST mäts m.h.a. en artificiell mun och ett artificiellt öra och beräknasenligt:

G%SS

6P

H

PH67

= 10log20 (4-34

Där pm och pe är ljudtrycket vid MRP och ERP då telefonen är placerad i LRGP. SMEST ärsidtonkänsligheten då en människas mun och öra används. Utifrån SmeST skulle ett estimat avSMEST kunna göras genom att addera förlusten som skiljer mellan SMEST och SmeST.


40

Beräkningsmetoden som används för att bestämma talarens sidtoner (STMR, SideToneMasking Rating) är analog med det beräkningsutförande som gjordes för SLR och RLR ikapitel 4.2. Beräkningsproceduren summeras av uttrycket nedan.

STMR = 10 10

10

10

10

10

10

10

10

10m

Z S f

Z S f

l

log

log

log

m

m

+ ′

+ ′∑

∑

∆

∆ (4-35)

Där

+−−−=

−−

−−

101010

’

’0

1010log100(+66 /.

(PH676//%=

ββ

(4-36

och

+−−++=

−−

−1010

10’

’0

1010log100(+66

/.

(5-H5P-6O/66%=

ββ

m = 0.225

Se kapitel 4.2 för beskrivning av ovanstående beteckningar.

LmeST Den transmissionsförlust som uppstår i telefonen p.g.a. av sidtoner (se kapitel 4.3 och5.4).

LE Förlusten som blir då man använder ett riktigt öra jämfört med ett artificiellt öra.

Ekvationerna ovan kan på samma sätt som vid beräkningarna av SLR och RLR snyggas tillett lättare uttryck enligt:

STMR = – 101010

10

1mm L L W

M

NmeST E Mlog ( / ) ( )− − −

=∑ (4-38

Eller om sidtonkänsligheten är uppmätt:

STMR = – 101010

10

1mm S L W

M

NmeST E Mlog ( / ) ( )− −

=∑

Viktfaktorn WM har beräknats av ITU-T och antar värdena i Tabell 3.

(NRI|UOXVWFör att säkerställa en god audiokvalité behövs ett mått på den förlust som uppstår i telefonen.Detta kapitel förklarar varför mätningen av en GSM-telefons ekoförlust bör göras.


41

EL (Echo Loss) är ett mått som beskriver förlusten som uppstår mellan den till telefoneninkommande digitala signalen och den från telefonen utgående digitala signalen. Denutgående signalen är i detta fall samma signal som skickats in men som i telefonen utsatts förreflektioner vilket gör att signalen ändrats.

Det finns två huvudsakliga anledningar till varför eko uppstår:

Akustiskt eko.

Akustiskt eko uppstår i den akustiska vägen mellan mikrofon och högtalare inutitelefonen.

Elektriskt eko.

Uppstår p.g.a. kopplingsförluster i telefonens mekanik mellan mikrofon och högtalare.

Akustiskt eko genereras i alla telefoner, bortsett från de som är speciellt konstruerade för attminimera just akustiskt eko. Generellt sett är elektriskt eko mycket kort tidsmässigt ochakustiskt eko ofta längre och tidsvariabelt vilket gör det svårare att korrigera för akustiskt ekoän för elektriskt.

)LJXU)LJXUHQEHVNULYHUPlWXSSNRSSOLQJHQGnHNRI|UOXVWHQNRSSOLQJVI|UOXVWHQVNDPlWDVLWHOHIRQHQ

Ekoförlusten är den gångvägsförlust som uppstår mellan ingången till referenstalkodaren påSS (systemsimulatorn) och utsignalen på referenstalavkodaren i SS. I detta mätsystemkommer utgången och ingången till referenstalkodarens utgöras av ingång och utgång till/frånEB8005. För att mäta ekoförlusten beräknas alltså skillnaden mellan den signal som sänds tilltelefonen och den som mottages.

En talkodare är olinjär vilket gör att den förstör signalen. Detta mätsystem kommer p.g.a.systemets linjäritet att vara strängare i detta avseende, d.v.s. om en telefon klarar gränsen EL> 46 dB, i detta mätsystem så gör den det med största sannolikhet även då en talkodareanvänds.

6WDELOLWHWVPDUJLQDODen mottagna överförda stabilitetsmarginalen är ett mått på den förstärkning som insattmellan tur- och returvägen till referenstalkodaren i systemsimulatorn (i detta mätsystem,mellan tur- och returvägen till det digitala gränssnittet) ger rundgång. Då man ökarförstärkningen upptäcks i praktiken att utsignalen ofta börjar svänga med allt större amplitud.Detta fenomen kallas instabilitet och visar sig i detta fall som ett tjutande ljud .

gränssnitt Systemsimulator

Vut

V in


42

Det är inte svårt att intuitivt förstå anledningen till instabilitet, med tanke på systemetsdynamiska natur (dynamiskt system: insignalens värde just nu inverkar även på utsignalensframtida värden). Instabilitet är naturligtvis inget önskat fenomen, däremot är en stor marginalmot instabiliteten önskvärd. Stabilitetsmarginalen är just marginalen mot instabilitet (Glad &Ljung 1989).

'LVWRUVLRQDen sända signalens distorsion är ett mått på sändarutrustningens linjäritet (exklusivetalkodare). Det finns olika sorters distorsion.

Elektroakustisk distorsion

Elektroakustisk distorsion uppstår när elektriska komponenter överbelastats och därför intekan förstärka eller överföra signaler linjärt (utan distorsion).

Kvantiseringsdistorsion

En samplad signal överförs till en digital signal i en A/D-omvandlare. Detta innebär att varjesampelvärde representeras med ett antal nollor och ettor, vilket i sin tur innebär att signalenblir amplituddiskret. Signalen kvantiserats till ett visst antal nivåer. Hur noggrann dennarepresentation blir bestäms av hur många bitar som används vid den digitala representationen.Om N bitar används erhålls 2N möjliga värden för den digitala signalen. Omvandlingen frånanalogt till digital medför alltså ett visst fel, kvantiseringsdistorsion.

Harmonisk distorsion

Begreppet harmonisk distorsion anger hur mycket övertoner som bildas och läggs till denursprungliga vågformen (den rena tonen). Dessa övertoner skapas och uppfattas tydligast vidhöga volymer.

Som distorsionsmått används signal-brusförhållande (SNR) och definieras som:

EUXVHIIHNWXVHIIHNWLPDO

615sinmax= (4-40)

Maximal sinuseffekt är effekten av den rena signalen och bruseffekten är effekten avfelsignalen (d.v.s. allt utom nyttosignalen).

Den maximala sinuseffekten mäts vid EB8005:s analoga ingång. Vid utgången skasinussignalen filtreras bort och bruseffekten mätas. I ITU-T o.132 definieras detbandspärrfilter som rekommenderas för filtreringen.


43

$XGLRPlWQLQJDUYLG*60W\SSURYQLQJHQDetta kapitel beskriver hur audiomätningarna som utförs vid GSM-typprovningen bör utförasenligt rekommendationerna i GSM 11.10. Jämförelser och skillnader med det system sombyggts upp kommenteras också.

6lQGDQGHNlQVOLJKHW6HQGLQJVHQVLWLYLW\IUHTXHQF\UHVSRQVHEnligt kapitel 4.1 definieras den sändande känsligheten enligt:

3D9UHOG%SP

-

P-

96 /1log20 10⋅=

Där VJ är spänningen vid det digitala gränssnittet och pm ljudtrycket vid MRP.

Enligt rekommendationerna i ITU-T P.64 ska ljudtrycket vid MRP mätas på ett sådant sätt attljudvågorna kan utbreda sig i en begränsad fri rymd (se kapitel 2.4). Detta innebär attljudtrycket vid MRP måste bestämmas i frånvaro av telefonen vid de frekvenser sommätningen ska utföras vid. Figur 5:1 visar hur ljudtrycket vid MRP bör mätas.

Hz

G = 25 mm

VAM

Oscillatoror signalsource

Frequency meter

Equalizedsoundsource

SP

= – 4,7 dB rel. 1 Pa

Standard half-inchpressure microphone

Measuringamplifier

)LJXU0lWQLQJDYDNXVWLVNWWU\FNSPYLG053>)LJXU,7873@

Det rekommenderas även i ITU-T P.64 att använda frekvenskorrigeringsutrustning till denartificiella munnen så att ljudtrycket vid fri rymd kan hållas konstant vid MRP underpågående mätning.

En artificiell mun har (nästan) linjär faskarakteristik vilket gör att korrigeringen avtestsignalens amplitud vid olika frekvenser inte är nödvändig eller åtminstone liten. Vid


44

användning av en enkel datorhögtalare kommer dock denna kompensation för högtalarensolinjäritet ej vara försumbar.

I det LabVIEW-program som utvecklats finns möjlighet att ange vilken amplitud somsinussignalen ska ha vid de olika frekvenserna. Sinussignalens amplitud rekommenderas iGSM 11.10 vara sådan att ljudtrycket vid MRP är -4,7 dB relativt 1 Pa. Genom attmätmikrofonens känslighet [V/Pa] är känd, samt det voltvärde (rms-värdet) som DAQ-kortetavläser att mikrofonen avger, kan ett approximativt värde på ljudtrycket beräknas vid en vissmatningsspänning till högtalaren.

I LabVIEW-programmet kompenseras den sändande känsligheten för D/A-omvandlingens]HURRUGHUKROG påverkan. En samplad bandbegränsad signal återskapas i teorin exakt omsamplingsteoremet är uppfyllt. Då förutsätts emellertid ideal rekonstruktion. När zero-order-hold används hålls utsignalen konstant mellan samplen och en typisk trappa uppstår. Dettapåverkar signalens spektrum (samma utsignal faltat med en sinc) vilket man vill kompenseraför. Korrigeringen görs genom att dra bort (i decibel) sinc(x) = sin(x)/x där x = fiπ/fsamp vidfrekvenserna fi, som den sändande känsligheten beräknas vid. Samplingsfrekvensen är fsamp =8000 Hz.

Noggrannheten (enligt ITU-T P.64) på ljudtrycksmätningen bör vara ±1 dB ifrekvensintervallet 100-8000Hz. Det får inte uppstå avvikelser på mer än ±2 dB i intervallet200-4000Hz och i övrigt inga avvikelser på mer än +2/-5 dB.

För att få korrekta mätningar är det nödvändigt att telefonens mikrofon är placerad på ettsådant sätt som den skulle ha varit vid en riktig användning av telefonen. Detta uppnås t.ex.genom att placera telefonens mikrofondel korrekt med avseende på ERP, i den definieradeställningen LRGP.

En kontinuerlig ton med ett ljudtryck på -4,7dBPa (d.v.s. -4,7 dB rel. 1 Pa) vid MRP ska alltsåkomma från den artificiella munnen vid frekvenserna i Tabell 1 (BK20124 frekvensernaanvänds i detta mätsystem).

Utsignalen (d.v.s. utsignalnivån från telefonens PCM-bitström) mäts för varje testfrekvensoch det sändande frekvenssvaret beräknas enligt ekvation 5-1 och presenteras i en graftillsammans med de gränsvärden som gäller.

*UlQVHU

Den sändande känsligheten mellan MRP och det digitala gränssnittet bör ligga inomgränserna i Figur 5:2 (tabellvärdena finns i Tabell 4). Maskerna har bildats genom att linjärtinterpolera mellan frekvenspunkterna i Tabell 4.

4 BK2012 frekvenserna är rekommenderade i GSM 11.10 för att användas vid beräkning av känsligheten.


45

)LJXU*UlQVHUI|UGHQVlQGDQGHNlQVOLJKHWHQHQOLJW*60

0lWUHVXOWDW

Vid mätningen av den sändande känsligheten ska ljudtrycket från den artificiella munnenhållas konstant (rekommenderas till –4,7 dB Pa) med en noggrannheten på ±1 dB (det fårabsolut inte uppstå några avvikelser på mer än ±2 dB).

Den tillgängliga mätutrustningens kvalitet medgav inte mätningar med den rekommenderadeprecisionen. Försök att hitta den drivspänning5 till högtalaren (den artificiella munnen) sommedförde konstant ljudtryck vid MRP gjordes, men lyckades inte. Begränsningar påsignalgeneratorn, högtalaren och mikrofonen gjorde detta omöjligt. Signalgeneratorn kan baragenerera en begränsad amplitud, 0.1-10 Vpp, högtalarens frekvenskarakteristik var intetillräckligt linjär och mikrofonens mätvärden för små för att det ska gå att mäta i mätkortetsminsta mätintervall (±1,25V).

0RWWDJHQNlQVOLJKHW 5HFHLYLQJ6HQVLWLYLW\IUHTXHQF\UHVSRQVHEnligt kapitel 4.1 definieras den mottagna känsligheten som:

93DUHOG%(S

6-

H

-H/1log20

2110=

Där pe är ljudtrycket vid ERP och ½EJ (= Vrms) är värdet av den spänning som applicerastelefonen via PCM-bitströmmen.

Telefonen bör placeras i LRGP med högtalaren tätt tillsluten kanten på det artificiella örat.

Om man inte har ett riktig artificiellt öra och mun som i SECTRA:s fall måste korrigering förmätmikrofonens frekvenskarakteristik göras. Mätresultaten kommer trots detta inte 5 Genom att mätmikrofonens känslighet, [V/Pa], är känd (finns i datablad) samt det Vrms-värdet som DAQ-kortetavläser att mikrofonen avger är känt kan ett (approximativt) värde på ljudtrycket beräknas vid en vissmatningsspänning till högtalaren.


46

överensstämma med mätningar utförda med ett artificiellt öra, eftersom ingen kompensationför hur människans öra fungerar görs. Storleken av denna avvikelse är dock svårbedömd.

En PCM-bitström ekvivalent med en kontinuerlig ton med en nivå på –16 dBm0 ska överförasöver det digitala audiogränssnittet till telefonen. Förstärkningen genom EB8005 ADC är13.75 dB. Av den anledningen kommer –29,75 dBm (d.v.s. 25,22 mVrms) att ge –16 dBm0 påEB8005:s ingång. Vid ett relativt mätsystem som detta kan insignal (sinussignal) amplitudenökas. En ökning av den signal som PCM-generatorn (EB8005) matas med resulterar i attljudtrycket i telefonens högtalare ökar vilket kan vara önskvärt då mätrummets brusnivå ärrelativt stort. EB8005 analoga ingång har ett intervall på ±2,75 vilket utgör begränsningen påhur stor spänning som kan läggas på.

Mätningen ska utföras för varje frekvens i Tabell 1, dvs ljudtrycket från det artificiella öratska mätas vid varje frekvens i Tabell 1.

Enligt kapitel 3.1 finns det olika sorter av artificiella öron vilka mäter vid olikareferenspunkter. Dessa olikheter medför en skillnad vid beräkningen av den mottagnakänsligheten. Typ1 örat ger exakta mätningar av den mottagna känsligheten i telefonen menöverensstämmer inte helt med ljudtrycksmätningar vid ERP på ett riktigt öra. Typ 1 öratkompenserar inte för det akustiska läckage, LE, mellan telefonhögtalaren och det riktiga örat.

Vid användning av typ 1 örat måste därför en korrigering göras enligt:

SJE = SJe – LE

SJE mottagen känslighet (riktigt öra), specificerad vid en speciell frekvens (eller i ett smaltfrekvensband).

SJe mottagen känslighet (artificiellt öra), specificerad vid en speciell frekvens (eller i ettsmalt frekvensband).

LE är det akustiska läckage som beskrevs ovan och SJE är den mottagna känsligheten bestämdgenom att göra mätningar med ett stort antal mänskliga öron. ITU-T har utfört mätningar föratt bestämma korrektionen LE, resultatet finns i Tabell 5.

Vid användning av det artificiella örat typ 3.2 behövs inte denna korrigering eftersom detakustiska läckage är inbyggt i örat. Detta medför att korrektionstermen LE kan sättas till noll. ILabVIEW-programmet finns möjlighet att välja mellan typ 1 och typ 3.2 öronen.


47

Hz

600 Ω

SH

Oscillatoror signalsource

Frequency meter

(M = –12 dBrel. 1 V

(constant withfrequency)

Measuringamplifier

Receiving part of acommercial telephone

system (or IRS)

½(M = –18 dBrel. 1 Vin 600 ohms Standard

microphone

Artificial ear

)LJXU0lWQLQJDYDNXVWLVNWWU\FNYLG(53>)LJXU,7873@

Figur 5:3 visar mätningen av ljudtrycket pe i det artificiella örat då telefonen är ansluten tillspänningskällan och PCM-generatorn (EB8005). Spänningskällan rekommenderas genereraen signalnivå på –12 dB relativt 1 V (d.v.s. 0,2512Vrms). Enligt GSM standarden användsalltid rms-värden (om inget speciellt anges) vilket i detta fall innebär att spänningskällansrms-värde ska vara –12 dB rel 1 V.

Genom att öka nivån på systemets insignal (PCM-bitströmmen) ökas ljudtycket vidtelefonhögtalaren och mikrofonen kommer därmed avge en större spänning. Detta kan göras iett relativt mätsystem för att t.ex. minska inverkan av mätrummets brusnivå. Det är då viktigtatt notera vilken signalnivå som används. Gränsvärdena för den mottagna känsligheten ochRLR gäller vid den rekommenderade signalnivån (-16 dBm0) vilket gör att endast relativamätningar med dessa värden som referenser går att utföra.

Utsignalen (ljudtrycket vid telefonhögtalaren) mäts för varje frekvens i Tabell 1. SJe

presenteras i en graf tillsammans med det gränser som gäller.

*UlQVHU

Den mottagna känsligheten från telefonens digitala gränssnitt till ERP bör ligga inomgränserna som ges av Figur 5:4 (samt av Tabell 6).


48

)LJXU*UlQVHUI|UGHQPRWWDJQDNlQVOLJKHWHQHQOLJW*60

0lWUHVXOWDW

Vid mätning av den mottagna känsligheten mäts ljudtrycket från telefonhögtalaren. Dettaljudtryck är relativt litet vilket gör att det ljudtrycket som mikrofonen känner av också är litet.Användning av ett artificiellt öra fångar upp ljudet från telefonhögtalaren på ett betydligtbättre sätt än vid försök att mäta med än enkel mikrofon. Det artificiella örat är också enligttidigare konstruerat för att mäta detta ljudtryck.

Mätning av ljudtrycket i rummet visade att mikrofonen samlade in ett värde avstorleksordningen 0,00669 Vrms. Vid insamling av riktiga mätvärden (då telefonen matas meden PCM-bitström med värdet -16.0 dBm0 vid 1000 Hz) kunde en spänning från mikrofonenav storleksordningen 0,00698 Vrms registreras. Skillnaden mellan dessa är allt för liten för attmätningarna ska kunna anses tillförlitliga. En mikrofonförstärkare är alltså nödvändig för attfå acceptabla värden.

Den största bruskällan är CMD:ns fläktljud vilket är oacceptabelt högt (CMD:ns fläktljud ärbetydligt högre än t.ex. datorns fläktljud). Vid relativa mätningar är dock brusnivån, så längeden är konstant, inget större hinder. Kombinationen av en mätmikrofon som inte är tätttillsluten telefonhögtalaren och en hög brusnivå är däremot inte bra då dessa mätningar utförs.

Under en begränsad tid kunde ett mixerbord lånas för att användas som mikrofonförstärkare.Den mottagna känsligheten mättes och resultatet visas i Figur 5:5.


49

)LJXU0lWUHVXOWDWDYGHQPRWWDJDQGHNlQVOLJKHWHQ

Mätresultatet i Figur 5:5 kan vid en första anblick tyckas vara ej tillfredsställande men vidanalysen av resultatet får det inte glömmas bort att testsignalen inte passerat någonreferenstalkodare. En talkodare är enligt tidigare olinjär. Detta systems linjäritet är visserligeninte till fullo undersökt (PCM-generatorn, EB8005 är linjär) men det kan vara en orsak till attmätresultatet vid de högre frekvenserna inte ligger inom gränserna.

En tydlig spik kan ses i närheten av 250 Hz. Denna spik är antagligen kopplat just till dentesttelefon6 som användes under mätningen. Flera mätningar av den mottagna känslighetenutfördes och liknande spikar kunde då registreras.

Tyvärr har inga absoluta mätningar genomförts vilket gör att ingen slutsats av mätningensduglighet i ett relativt perspektiv kan göras.

(OHNWULVNDPlWQLQJDUQD

Eftersom mätningarna inte utförts (el. kommer att utföras) i en akustisk kammare utan i ettvanligt kontorsrum undersöktes möjligheten att genomföra mätningen helt elektriskt. På såsätt skulle det omgivande bruset inte påverka mätningen.

Elektriska mätningar av den mottagna känsligheten gav värden som var ca 7,7 dB förstora.Anledningen till att värdena är större än vad som egentligen är tillåtet är antagligen förutomavsaknaden av en referenstalkodare att inga förlustfaktorer är medräknade. Förlustfaktorernasom finns vid en akustisk mätning är t.ex. den akustiska impedansförändringen somljudvågorna utsätts för mellan luften och örats akustiska impedans. Denna impedansändringgör att ljudvågornas energi minskar.

Vid elektriska mätningar mäts den spänning som driver telefonhögtalaren. I LabVIEW-programmet kompenseras sedan för högtalarens drivspänning (här ca 1.2 V). Denna

6 Den aktuella testtelefonen bestod endast av ett skal innehållande en mikrofon och en högtalare. Resterandedelarna av telefonen var monterade på ett kretskort utanför telefonskalet. Eftersom telefonen var så gott somihålig kunde resonansljud (kraftigt brusande ljud) höras vid vissa frekvenser. Vid dessa resonansfrekvenserökade ljudtrycket vid mätmikrofonen kraftigt och spikarna i Figur 5:5 kunde registreras.


50

kompensation utgör naturligtvis en tänkbar felkälla. Med största sannolikhet är den inte exakt1.20 V, men det har inte funnits möjlighet att mäta med större noggrannhet.

Genom att avläsa telefonhögtalarens känslighet ([Pa/V]) ur databladet för telefonens högtalarekunde ett värde på antalet pascal den skulle ha avgivit vid matning med en viss spänningapproximativt beräknas. Enligt resonemanget om det artificiella örats utformning och denakustiska impedansen överensstämmer detta värde alltså inte med det värde som mäts upp avett artificiella öra vilket också kan vara en bidragande orsak till de för stora värdena.

Telefonhögtalarens känslighetsvärden är uppmätta vid ett speciellt (okänt) avstånd frånhögtalaren vilka sedan bildar den graf som avlästs och använts som kompensationsvärden.Vid den elektriska mätningen görs inga kompensationer för detta avstånd eller för detavrundningsfel som uppstår. Man måste vara medveten om att de värden som används förkompensationen av telefonhögtalaren inte är helt korrekta.

Känslighetskurvans form såg bra ut (förutom att den ligger 7,7 dB för högt), d.v.s. kurvansform följer gränsvärdenas form i Figur 5:4.

7HOHIRQHQVOMXGVW\UNDYLGVlQGQLQJRFKPRWWDJQLQJ6/5RFK5/5

Detta kapitel behandlar begreppen SLR (Sending Loudness Rating) och RLR (ReceivingLoudness Rating). SLR och RLR mäter samma sak men i sänd och mottagen riktning.

SLR är ett mått på förlusten i ljudstyrka mellan sändarens (talarens) mun och det elektriskagränssnittet till nätverket.

RLR är ett mått på förlusten i ljudstyrka mellan det elektriska gränssnittet och ljudstyrkanvid telefonhögtalaren.

Den uppskattade ljudstyrkan uttrycks i termer av hur stor transmissionsförlust som måsteintroduceras i referenssystemet. Introduktion av transmissionsförlusten i referenssystemetutförs för att säkerställa att ljudstyrkan är densamma i sändande/mottagande riktning som ompersonerna konverserade med varandra på 1 meters avstånd från varandra (se Appendix C förbeskrivning av NOSFER).

6/5

Den sändande känsligheten (kapitel 5.1) beräknas för varje av de 14 frekvenserna som ärlistade i Tabell 7. Tabell 7 innehåller även den viktkonstant som behövs för beräkningen avSLR.

Känsligheten SmJ, uttrycks i dBV/Pa. Enligt kapitel 4.2 beräknas SLR enligt:


51

( )

⋅−= ∑

=

−⋅2

1

1.010log10 1

1L

:6PLL

P6/5

)(

175.0

LP-L)66

P

==

Summationen ovan görs över frekvenserna i Tabell 7.

Förutom att telefonen ska vara försatt i testläge för audio bör telefonen placeras i dendefinierade ställningen LRGP.

Vid beräkning av SLR (och RLR) behöver bara de frekvenser som en verklig talsignal harinkluderas i beräkningen. Av denna anledning utförs beräkningen endast för frekvenserna200-4000 Hz.

5/5Den mottagna känsligheten i kapitel 5.2 beräknas för de 14 frekvenserna som är listade iTabell 7. Tabell 7 innehåller även den viktkonstant som behövs vid beräkningen.

På samma sätt som i SLR-mätningen ska telefonen vara försatt i testläge för audio ochplacerad i LRGP.

Känsligheten är uttryckt i termer av dBPa/V. Enligt kapitel 4.2 beräknas RLR enligt:

( )

)()(

175.0

10log10 2

1

1.0

L(L-(L

1

1L

:6P

)/)66

P

P5/5 LL

−==

⋅−= ∑

=

−⋅

(5-4

Den mottagna känsligheten måste korrigeras för det akustiska läckage (enligt kapitel 3.1)beroende på vilket artificiellt öra som används. I LabVIEW-programmet finns möjlighet attvälja mellan typ 1 och typ 3.2 öronen. Denna korrektion görs m.h.a. LE termen. Värdena påLE finns i Tabell 5.

*UlQVHUI|U6/5

SLR skall vara 8 ± 3dB.

*UlQVHUI|U5/5Enligt GSM 11.10 bör RLR uppfylla följande krav:


52

Om telefonen som testas inte har någon volymregleringsenhet rekommenderas RLR vara2±3dB. Om testtelefonen har en volymreglerare ska RLR uppnå gränsvärdena för minst eninställning på volymregleraren. Detta värde kommer senare att refereras till och kallas då detnominella värdet.

Då volymregleraren är inställd på max bör inte RLR vara mindre än –13dB.

0lWUHVXOWDW

Av samma anledning som vid mätningen av den sändande känsligheten gick det inte att utföranågra mätningar av SLR.

Vid mätningen av RLR får frekvenssvaret ett lite annorlunda utseende jämfört med grafen iFigur 5:5 anledningen är att denna beräkning utförs vid betydligt färre antal frekvenspunkter.Kurvans form överensstämmer dock väl med Figur 5:5.

)LJXU0lWUHVXOWDWDYGHQPRWWDJQDNlQVOLJKHWHQRFK5/5

I Figur 5:6 kan resultatet ses och RLR-värdet avläsas till -34,28 vilket är ett alldeles för litetvärde, enligt GSM 11.10 gäller –13 dB < RLR. Anledningen till det allt för låga värdet är enföljd av att kurvans värden ligger långt utanför gränserna vid de högre frekvenserna.

P.g.a. att inga absoluta mätningar utförts kan mätningens relativa duglighet ej bestämmas.

7DODUHQVVLGWRQ7DONHUVLGHWRQHVid mätning av telefonens hantering av sidtoner mäts enligt kapitel 4.3 det ljud somtransmitteras mellan mun och öra så väl i som utanför telefonen. Mätningen relateras till hurtalaren själv hör sin egen röst.


53

Enligt GSM 11.10 ska telefonen placeras i den definierade ställningen LRGP medtelefonhögtalaren tätt intill det artificiella örat (enligt ITU-T P.51). En kontinuerlig ton medett ljudtryck på –4.7 dBPa ska appliceras vid MRP så som det beskrivs i ITU-T P.64 (då mananvänder en artificiell mun). Telefonens digitala audiogränssnitt ska vara kopplat till DAI-boxen som i sin tur är sammankopplad med EB8005. EB8005 sänder ut en PCM-bitströmkodad med värdet 1R (d.v.s. det digitala värdet 1, motsvarar en spänningen som är mycketnära 0 V) över det digitala audiogränssnittet till telefonen. STMR ska mätas med så liteinterferens som möjligt från PCM-bitströmmen. Ett alternativ är att lägga 0 Vdc och 0 Vac påingången till ADC. På detta sätt kommer ingen interferens från PCM-bitströmmen att uppståoch STMR kommer endast att mätas mellan den artificiella munnen och det artificiella örat.För varje frekvens i Tabell 7 ska ljudtrycket från det artificiella örat och ljudtrycket vid MRPmätas.

STMR (Sidetone Masking Rating) beräknas från sidtonfrekvenssvaret enligt ekvation 5-5.Vid denna mätning görs ingen korrektion för LE, d.v.s. ingen förlustkorrektion mellan detartificiella örat och ett riktigt öra.

Hz VAEOscillatoror signalsource

Frequency meter

Local telephone systemincluding subscriber’s line

and feeding bridge

Equalizedsoundsource

Artificial ear

Arrangement forholding the handsetin position

SH at ERP

)LJXU0lWQLQJDYVLGWRQNlQVOLJKHWHQXWI|UVJHQRPDWWEHVWlPPDOMXGWU\FNHWSHYLG(53GnHQUHNRPPHQGHUDGWRQPHQOMXGWU\FNHWSPDSSOLFHUDVYLG053>)LJXU,7873@

( )

⋅==

=

⋅−= ∑

=

−⋅

P

H

LPH67L

1

1L

:6P

S

S)66

P

P6705 LL

log20)(

225.0

10log10 2

1

1.0

Där pe och pm är ljudtrycket vid ERP respektiver MRP. Viktfaktorn Wi finns i Tabell 7.Summationen görs över frekvenserna i Tabell 7 och det slutliga värdet av STMR presenterassedan i LabVIEW-programmet.

Härledningen av STMR är analog med härledningen av SLR och RLR med skillnaden att m =0,225.


54

*UlQVHUEnligt GSM 11.10 ska

8 dB < STMR < 18 dB

Då en volymreglerare används på testtelefonen ska STMR ligga inom gränserna ovan för deninställningen som gav det nominella värdet på RLR (2+/- 3 dB) se kapitel 5.3.2.

Det rekommenderas att talarens sidton är oberoende av telefonens volymreglerare.

0lWUHVXOWDW

Saknas

(NRI|UOXVW(FKRORVVVid mätningen av ekoförlusten ska telefonens digitala gränssnitt och EB8005 varaihopkopplade och ett normalt samtal (d.v.s. telefonen ska ej vara försatt i testläge för audio)vara uppkopplat mellan telefonen och SS (i SECTRA:s fall blir det mellan CMD:n ochtelefonen).

Telefonen ska placeras i LRGP med telefonens högtalare tätt tillsluten det artificiella örat. Dåett volymreglage används på telefonen ska denna vara satt på maximum.

0lWDOWHUQDWLY[enligt GSM 11.10 ver 4.13.0]

En artificiell röst (definierad i ITU-T P.50) ansluts till den digitala eller den analoga ingångenpå referenstalkodaren på systemsimulatorn (detta kommer inte att kunna göras i dettamätsystem eftersom ingen referenstalkodare används). Den artificiella rösten består antingenav en mjukvaruprogrammerad realtidsalgoritm som liknar riktigt tal eller av en i förväginspelad röst. För att resultatet ska bli så bra som möjligt rekommenderas att utföra testernamed både en mans och en kvinnas röst.

Steg ett i detta mätalternativ är att applicera ett tiosekunds segment av den artificiella’manliga’ rösten till referenstalkodaren. Därefter beräkna insignalens effekt inom entredjedels oktavband. Observera att här beräknas inte ekoförlusten. Direkt efter det en andraomgång av ett tiosekunders segment av den artificiella rösten applicerats vid referenstalkodaren ska ekosignalmätningen utföras. Mätningen av ekosignaleffekten utförs vidfrekvenserna 300-3400 Hz i Tabell 1. Det första tiosekund segmentet är till för att telefonensinterna ekodämpning ska anpassas till ekovägen. Skillnaden mellan insignaleffekten ochutsignaleffekten (i tredjedels oktavbanden) används för beräkning av ekoförlusten.

0lWDOWHUQDWLY[Enligt GSM 11.10 ver 3.18.0]


55

En analog eller digital signalgenerator ska generera en signal ekvivalent med en kontinuerligton på 0 dBm0 (d.v.s. 0,1594 Vrms i detta mätsystem) och kopplas till motsvarande analogaeller digitala ingång på referenstalkodaren på SS som i detta fall är till EB8005.

Vid varje frekvens ska nivån vid referenstalavkodarens utgång på SS (EB8005 utgången)mätas i bandet 300-3400 Hz i Tabell 1. Ekoförlusten utgör sedan skillnaden mellan insignaloch utsignal mätt i decibel.

*UlQVEkoförlusten från ingången till utgången på referenstalkodaren ska vara minst 46 dB (d.v.s.EL>46 dB).

0lWUHVXOWDW

Saknas

6WDELOLWHWVPDUJLQDOHQVWDELOLW\PDUJLQDen mottagna överförda stabilitetsmarginalen är enligt kapitel 4.5 ett mått på den förstärkningsom skulle vara tvungen att sättas in mellan tur- och returvägen till referenstalkodaren i SS(EB8005) för att det ska uppstå rundgång då telefonens högtalare och mikrofon är vändanedåt parallellt med en hård plan yta.

En förstärkning lika med den minst godkända stabilitetsmarginalen (6 dB) ska sättas in mellanin- och utgången till referenstalkodaren (i detta mätsystem, mellan in- och utgången påEB8005). Detta resulterar i att den ljudsignal som kommer tillbaka från telefonen förstärksmed en faktor 6 och loopas sedan tillbaka till telefonen igen. Om rundgång uppstår klarar intetelefonen testet.

För att utföra stabilitetsmarginalmätningen behövs alltså en enhet (extern hårdvara) somförstärker utsignalen från telefonen med 6 dB samt adderar insignal och utsignal.

)LJXU%HVNULYQLQJDYXSSNRSSOLQJHQI|UPlWQLQJDYVWDELOLWHWVPDUJLQDOPlWQLQJHQ

EB8005

ear_gain

mic_gain

Sidetone_gain


56

Testsignalen ska vara aktiv i 1 sek för att sätta igång eventuell rundgång. Signalgenerator somanvänds i detta mätsystem går inte att stänga av efter exakt en sekund genom styrning viaGPIB. P.g.a. av denna begränsning rekommenderas manuell borttagning av insignalen (bryterinsignalen) till EB8005 från signalgeneratorn efter en sekund. Alternativt kan en switchbyggas som automatiskt bryter efter en sekund.

Testsignalens7 rekommenderade nivå är –10dBm0 och en varaktighet på 1s. Signalen bestårav en sinussignal med frekvensen 1020 eller 820 Hz.

Om testtelefonen är utrustad med volymreglage ska det vara inställt på maximal volym.

250

250Reference point

)LJXU7HOHIRQHQVNDYDUDSODFHUDGSnHWWSODQWKnUWXQGHUODJHQOLJWILJXUHQ>)LJXU%,7873@

Telefonen ska vara placerad på en hård plan jordad yta med både högtalare och mikrofonriktad ner mot ytan. Enligt ITU-T P.310 ska tre ortogonala ytor (0.5 m2) sättas ihop. På en avytorna ska en diagonal linje ritas upp samt en referenspunkt 25 cm från hörnet. Vidmätningarna ska telefonen ligga på diagonallinjen och telefonhögtalaren vara placerad vidhörnet.

7 De testsignaler som rekommenderas i GSM 11.10 definieras i ITU-T O.131 och ITU-T O.132. Testsignalen iITU-T O.132 är enkelt beskrivet en sinus med en viss frekvens (1020 eller 820 Hz) och med en amplitud somska ge -10dBm0 ut från EB8005 (d.v.s. PCM–bitströmmens värde ska vara –10dBm0).


57

$OWHUQDWLY$OWHUQDWLYXWDQH[WHUQKnUGYDUDEtt alternativ skulle kunna vara att öka telefonens förstärkningfaktorer (programmerbara påtelefonens knappsats) med 6 dB t.ex. genom att öka telefonens mikrofonförstärkning med 6dB för att se om det fungerar.

$OWHUQDWLY.Testning av om telefonen klarar en förstärkning större än +6dB. T.ex. kan en förstärkning på13.75 - 6.06 dB = 7,69 dB (EB8005 förstärker i A/D riktningen med +13.75 och i D/Ariktningen med –6.06 dB) användas, då endast en enhet som multiplicerar insignal ochutsignal krävs.

*UlQVStabilitetsmarginalen får inte vara mindre än 6 dB och då ska det inte höras någon oscillation,d.v.s. ingen rundgång.

0lWUHVXOWDW

Saknas

'LVWRUVLRQ6lQGQLQJGLVWRUVLRQVHQGLQJDen sända signalens distorsion är enligt kapitel 4.6 ett mått på sändarutrustningens linjäritet(exklusive talkodare). Detta kapitel redogör för hur denna mätning bör utföras enligtrekommendationen i GSM 11.10.

Telefonen ska var placerad i LRGP med telefonhögtalaren tätt tillsluten kanten på detartificiella örat. En sinusvåg med frekvensen i intervallet 1004–1025 Hz ska appliceras vidMRP. Nivån på denna signal justeras tills PCM-bitströmmen vid det digitala gränssnittetsutgång motsvarar –10dBm0. Signalnivån vid MRP kallas den akustiska referens nivån (ARL).

Testsignalen ska appliceras vid följande nivåer:

-35, -30, -25, -20, -15, -10, -5, 0, 5, 10 dB relativt ARL.

Kvoten av signalen och den totala distorsionseffekten mäts vid det digitala gränssnittet.Mätvärdena ska även viktas med psophometrisk viktning (enligt ITU-T O.41) vid varje signalnivå.

Mätningarna bör kunna utföras utan att ljudtrycket överskrider +10 dBPa.


58

*UlQV

Kvoten mellan signalen och den totala distorsionseffekten mätt vid det digitala gränssnittetmed psophomtrisk viktning (enligt tabell 4 ITU-T G.223) ska vara över gränsvärdena som gesav Tabell 8. (Gränser för de mellanliggande nivåerna fås genom att linjärt interpolera mellanpunkterna i tabellen.)

0lWUHVXOWDW

Saknas


59

0lWQLQJDUXWRP*60W\SSURYQLQJDetta kapitel behandlar mycket kortfattat de mätningar som finns med i GSM 11.10 men sominte utförs vid GSM-typprovningen.

'LVWRUVLRQ0RWWDJQLQJ

Den mottagna signalens distorsionskvot är ett mått på mottagarutrustningens linjäritet.

För att mäta denna distorsion bör telefonen placeras i LRGP med telefonhögtalaren tätttillsluten det artificiella örats kant. En PCM-bitström motsvarande en sinussignal med olikanivåer (-45, -40, -35, -30, -25, -20, -15, -10, -5, 0 dBm0) ska skickas till telefonen. Detuppmätta ljudtrycket i det artificiella örat ska sedan viktas på ett sätt som motsvarar öratskänslighet (psophometrisk viktning) vid varje signal nivå.

6LGWRQ

Sidtondistorsionen beskriver linjäriteten av telefonens sidtoner (se kapitel 5.4 för beskrivningav sidtoner). Även vid denna mätning bör telefonen placeras i LRGP med det artificiella örattätt tillslutet kanten på telefonhögtalaren. Ett samtal ska kopplas upp mellan CMD:n ochtelefonen vilken därmed försätts i testläget för audio.

En PCM bitström ekvivalent med värdet 1R sändas till telefonen samtidigt som ensinussignal med nivån –4,7 dBPa och frekvenserna 315 Hz, 500 Hz och 1000Hz applicerasvid MRP. För varje frekvens ska sedan distorsionen mätas enligt kapitel 4.6.

)UHNYHQVHUXWDQI|U+]EDQGHW2XWRIEDQGVLJQDOVTelefonens förmåga att hantera signaler innehållande frekvenser utanför 200-4000 Hzstuderas i sändande och mottagande riktning.

I den sändande riktningen studeras speciellt frekvensintervallet 4,6-8 kHz. Den uppmättasignalnivån vid det digitala audiogränssnittet (d.v.s. PCM-bitströmmens värde) ska då vara ettvisst antal decibel under referensnivån vid 1kHz (-4,7 dBPa).

I den mottagande riktningen mäts de RXWRIEDQG signaler som generats i det artificiella örat.Dessa signaler härrör från signaler i det tillåtna frekvensområdet. Mätningar av dessaslumpmässiga signalerna ska utföras selektivt i det artificiella örat. Genom att applicera ensinussignal med frekvensen 300-3400 Hz och signalnivån 0 dBm vid det digitala gränssnittetkommer dessa slumpmässiga signaler att uppstå.


60

%UXVPlWQLQJDU,GOHFKDQQHOQRLVH6lQGDQGH

Brusnivån i den sändande riktningen är den ekvivalenta brusnivån producerad vid det digitalgränssnittet då MRP befinner sig i en tyst omgiving. Ingen signal överförs till telefonen viadet digitala audiogränssnitt. Däremot mäts bruset från telefonens digital audiogränssnitt.

0RWWDJQLQJ

Brusnivån i den mottagande riktningen är det akustiska ljudtrycket som uppstår i detartificiella örat då en PCM-bitström med värdet 1R skickas till telefonen samtidigt sommikrofonen befinner sig i en tyst omgivning.


61

'LVNXVVLRQNULQJPlWV\VWHPHWDetta kapitel behandlar bl.a. mätsystemets noggrannhet, begränsningar förbättringar somskulle kunna göras, i vissa fall måste göras, för att systemet ska vara brukligt.

1RJJUDQQKHWMånga av mätsystemets noggrannhetsaspekter har redan diskuterats i rapportens respektivedelar. Detta kapitel behandlar de viktigaste noggrannhetsbegränsningarna.

Vid nästan alla mätningar rekommenderas telefonen att placeras i den definierade ställningenLRGP. I detta mätsystem finns inte denna testanordning utan telefonen placeras i enreklamhållare, reklamhållaren fixerar telefonen relativt bra för att mätmikrofonen ochhögtalaren ska kunna placeras framför telefonen. Enligt ITU-T bör anordning ha en toleranspå ±0.5° för de vinklar som beskrivs i kapitel 3.3. Denna precision är inte uppfylld men p.g.a.att mätsystemet är avsett för relativa mätningar bör inte telefonens orientering vara någonavgörande felkälla. Det är dock viktigt att samma orientering används vid efterföljandemätningar.

Testhuvudet bör placeras avskiljt från större bruskällor och reflekterade ytor. Vid de utfördamätningarna har denna separation av telefon och bruskällor inte varit möjligt (p.g.a. begränsatutrymme mm).

De mätvärden som behandlas i LabVIEW har omvandlats mellan digital och analog form ettantal gånger8 beroende på om det är mätvärden som härhör från telefonens sändande ellermottagande riktning. Dessa omvandlingar påverkar mätresultatets noggrannhet (men inte såmycket).

Den utrustning som bör användas för att mäta ljudtryck gäller en noggrannheten på ±1 dB ifrekvensintervallet 100 till 8000Hz. Det får inte uppstå några avvikelser på mer än ±2 dB iintervallet 200-4000Hz och i övrigt inga avvikelser på mer än +2/-5 dB. Dessanoggrannhetsmått är inget som går att mäta upp eller följa i detta mätsystem.

%HJUlQVQLQJDUI LabVIEW-programmen används drivrutiner för den signalgenerator (HP33120A) som fannsatt tillgå under examensarbetets utförandetid. Vid användandet av en annan signalgeneratorbehöver modifiering av programmen göras för att den nya signalgeneratorn ska kunna styrasvia GPIB.

8 Mätkortets A/D omvandlare har en upplösning på 215 = 32768 bitar. EB8005 A/D omvandlare har enupplösning på 217 = 131072 bitar och D/A omvandlare har en upplösning på 212 = 4096 bitar.


62

HP33120A:s minsta amplitudvärden är 0.1 Vpp vilket gör att det inte går att få 25,22 mV somär en rekommenderad amplitud vid flera mätningar. Genom att använda en dämpsats påfunktionsgeneratorns utgång tillsammans med en högre amplitud kan den önskade amplitudensom ger 25.22 mVrms (behövs t.ex. vid mätning av den mottagna känsligheten) erhållas.

Mjukvaran LabVIEW är utvecklad av företaget National Instrument vilket medför att ettDAQ-kort tillverkat av ett annat företag (t.ex. Computerboards) inte kan använda de befintligafunktionerna för datainsamling. Speciella drivrutiner för det använda DAQ-kortet har använtsoch krävas vid användning av de mätprogram som utvecklats under examensarbetets gång.Det är alltså inte möjligt att använda det implementerade mätprogrammet på en dator med ettNational Instrument DAQ-kort.

.RPSOHWWHUDQGHXWUXVWQLQJDetta kapitel behandlar de tillägg som måste göras för att mätsystemet ska bli komplett ochkunna användas på ett sådant sätt som önskas.

För att kunna utföra relativa mätningar (eller absoluta mätningar, vilket bör vara målet med etteget mätsystem) måste en artificiell mun, förstärkare till den artificiella munnen, ett artificielltöra, testställning och ljudnivåmätare köpas in.

I GSM 11.10 påpekas vid alla mätningar (utom specialfall) att telefonen ska placeras idefinierad position (LRGP). Vinsten av att placera telefonen i LRGP m.h.a. en testställning ärsvårbedömd eftersom det inte funnits möjlighet att utföra mätningarna med en sådan men litesunt förnuft säger dock att telefonens orientering har en avgörande betydelse för mätningarnasresultat.

För mätning av ljudtrycket vid MRP och vid ERP behövs en ljudtrycksmätare. Då ljudtrycketi det artificiella örat ska mätas kräver mikrofonen i det artificiella örat (liksom många andrakondensatormikrofoner) en viss polarisationsspänning (200 V). Mikrofonen fungerar som enkondensator vilken måste ha en grundspänning över membranen för att fungera. Enligtuppgifter från B&K ska denna spänning vara 200 V (vid användning av deras artificiella öra)och levereras av den utrustning som man kopplar mikrofonen till. Det finns också s.k.förpolariserade mikrofoner (elektretmikrofoner) där mikrofonen har en inbyggd laddning övermembranen från fabrik. Dessa mikrofoner behöver då ingen 200 V polarisationsspänning.Tyvärr finns inte idag någon förpolariserad mikrofon att använda för s.k. tryckfält, vilketskulle behövas i det artificiella örat. En sådan mikrofon är dock under utveckling.

Det finns en referentalkodare till CMD:n (en option till CMD:n) som går att köpas till. Genomatt investera i en referenstalkodare skulle rekommendationerna i GSM 11.10 kunna följas påett korrektare sätt. Signalerna som skickas till EB8005 i detta system ska vid användandet aven referenstalkodare anslutas till denna istället.

En annan förbättring är att uppgradera LabVIEW för avancerad användning, då finns :En ”Third Octave Toolkit” som innehåller funktioner avsedda att mäta ljud, vibrationer ochbrussignaler (som samlats in av ett mätinsamlingskort). LabVIEW-paket för avanceradanvändning innehåller även filterfunktioner mm.


63

Om SECTRA väljer att bygga vidare på detta mätsystem kommer det behövas extern hårdvaraför att utföra t.ex. stabilitetsmarginalmätningen (en förstärkare och mux), samt en switch sombara låter signalgeneratorns ingång vara aktiv i 1 sekund (Se kapitel 5.6 för närmarebeskrivning).

.DOLEUHULQJVXWUXVWQLQJFör att systemet ska vara trovärdigt bör det vara kalibrerat. Vid inköp av artificiell mun,artificiellt öra mm bör även kalibreringsutrustning köpas in.

0lWUXPEftersom ingen akustisk kammare finns att tillgå på SECTRA bör ett tyst rum, där datorer ochandra störande utrustning inte står i närheten av mätplatsen skapas. Ett bättre mätresultatskulle eventuellt erhållas genom användning av längre sladdar mellan de störande enheterna.

7\VWRFKHNRIULWWUXP$QHFKRLFVKLHOGHGFKDPEHUI GSM 11.10 rekommenderas att ett tyst och ekofritt rum (anechoic shielded chamber)används för simulering av fri rymd.

I GSM 11.10 finns rekommendationer på hur ett sådant rum ska byggas. Bl.a. ska det vara15x5x10m, väggar och tak ska vara beklädda med ett absorberande material med ettpyramidliknande utseende (1 m tjock) även golvet består av absorberande material.

7HVWVLJQDOValet av testsignal i detta mätsystem är inte optimalt. En mer tallik signal vore att föredra.

Det finns två typer av artificiella röster, kvinnlig och manlig röst. För att utföra t.ex.ekoförlustmätningen enligt GSM 11.10 bör både en manlig och en kvinnlig röst användas.Dagens mobiltelefoner är konstruerade så att manliga röster hörs bättre än kvinnliga. Detta äroacceptabelt och bör naturligtvis undvikas i framtida utveckling av mobiltelefoner.

3UHVHQWDWLRQHQDYPlWUHVXOWDWHQResultatpresentationen kan exempelvis förbättras genom fler frekvenspunkter i känslighets-graferna. Eventuellt skulle realtidsgrafer kunna implementeras. Med realtidsgrafer skullemätpunkterna ritas in i grafen direkt efter det att mätvärdet mätts upp och respektiveberäkning utförts. I nuvarande grafer presenteras inte mätresultaten innan dess att allamätvärden beräknats.


64

$QWDOHWPlWQLQJDUMätningarna som beskrivs kortfattat i kapitel 6 skulle kunna implementeras i systemet.

7HOHIRQHQVDXGLRDQVOXWQLQJFör att ansluta DAI-boxen till telefonen måste Tiger telefonen öppnas och speciella trådarlödas in för att senare kunna anslutas till det digitala gränssnittet på DAI-boxen. Dettagränssnitt kan med fördel förenklas9 vid en nykonstruktion.

SECTRA har påbörjat ett samarbete med Ericsson där det eventuellt finns möjlighet attanvända deras mätsystem. För att SECTRA:s telefon/telefoner ska kunna anslutas tillEricssons mätsystem kommer troligtvis ett speciellt gränssnitt behövas.

'(&7XW|NQLQJLiknande audiomätningar som görs vid GSM-typprovningen utförs vid typprovningen för enDECT-telefon. SECTRA Tiger är som beskrevs i kapitel 1 även en DECT-telefon. Behovet avett mätsystem som gäller DECT-telefoner finns alltså redan hos SECTRA.

Liknande implementationer i LabVIEW som gjorts för audiomätningarna i detta mätsystemskulle relativt enkelt kunna göras för DECT-audiomätningar. (Det ska påpekas att inga studiergjorts angående DECT-mätningarna.)

$OWHUQDWLYDPlWV\VWHPDet finns ett antal befintliga mätsystem för audio i GSM, bl.a. ett som heter CAS(Communication Analysis System). CAS har tagits fram av företaget HEAD acoustics. I dettasystem finns möjlighet till att göra audiomätningar för både GSM och DECT.

Ett annat system som heter ”ESP GSM Audio tester” vilket är ett system som tagits fram avföretaget ESP. Detta system innehåller inte något artificiellt öra och inte heller någonartificiell mun. Systemet är dock förberett med en förstärkare till den artificiella munnen och

9 En ide´ är att de aktuella signalerna skulle kunna kopplas in till mätsystemet via handsfree ingången. Då skulleinte telefonen behöva öppnas vilket gör det lättare att testa flera olika telefoner. Denna ide´ är dock inte lämpligeftersom SECTRA:s telefoner inte får avge något rös (röjande signaler) vilket skulle bli fallet om de aktuellasignalerna kunde nås från handsfree ingången.


65

två analoga ingångar för B&K mikrofoner. Det finns kompletterande programvara om enartificiell röst önskas.

Brel & Kj r marknadsför bl.a. audiomätsystemet 6712. EB8005 (DAI Interface i Figur 7:1)är en del i detta system. DAI-boxen (Intermediate Box) och GSM telefonen är inte en del imätsystemet. ”Air Interface” enheten motsvarar CMD:n, d.v.s. den enhet som bl.a. användsför att koppla upp samtal mot, samt som skickar Layer 3 (försätter telefonen i audiotestläge)meddelandet till telefonen. Motsvarigheten till SECTRA:s mätsystems signalgenerator ärAnalyzer 2144+/Generator 3108 enheten i Figur 7:1. Den signalgenerator som dettamätsystem använder är för närvarande består bara av en generator, och analyseringsdelenutgörs av PC:n innehållande LabVIEW-program och mätinsamlingskort.

Air Interface

Power AmplifierWQ1105

Analyzer 2144 +Generator 3108

Test Head4602B

PC

'$,,QWHUIDFH

To Mouth Simulator 4227

From Ear Simulator 4185/4195

3108 OutB

2144 Input B 3108 OutA

Audio In

Audio Out

2144 Input A

'87

*60

0RELOHControl Clock

SsData MeData

,(((

DAC Output 25 Air Intf Output

Input to ADC 25 Input to Air Intf

,QWHU

PHGLDWH

%R[

1RWLQFOXGHGLQ

(TXLSPHQW

15

15

15

15

)LJXU%HVNULYQLQJDY´*609RLFH7HVWLQJ6\VWHP7\SH´>%UHO.M U@

Test Head 4602B i Figur 7:1 är den utrustning som består av en artificiell mun, artificiellt öraoch utrustning för att hålla telefonen i definierad position (LRGP).

Power Amplifier WQ1105 i Figur 7:1 är en förstärkare till den artificiella munnen.(Signalgeneratorn måste enligt Brüel & Kjær kunna ge 10Wrms och 50 W toppvärde. För attdetta ska vara möjligt behövs en förstärkare.)


66

5HVXOWDWExamensarbetets mål var ett mätsystem dugligt för att utföra relativa audiomätningar iöverensstämmelse med de krav som gäller för absoluta mätningar enligt GSM 11.10 samt ökaSECTRA:s kunskap kring dessa audiomätningar. I GSM 11.10 definieras hur mätningarna börgenomföras och vilka krav som ställs på mätresultaten för att mobiltelefonen ska få bli engodkänd GSM-telefon.

$QYlQGEDUKHWUtifrån den mätutrustning som fanns att tillgå (se kapitel 3.8) har ett mätsystem byggts upp.Under arbetets gång har det dock konstaterats att den tillgängliga utrustningens möjligheteroch noggrannhet inte var tillräcklig för att målet skulle kunna uppfyllas till fullo. Endast ettmindre antal av de mätningar som utförs vid GSM-typprovningen kunde göras med detnuvarande mätsystemet.

Huvudanledningen till att mätsystemet inte fungerade tillfredsställande var att en elektriskmun (artificiell mun) och ett elektriskt öra (artificiellt öra) inte fanns att tillgå. Till en börjaninsågs inte vikten av en artificiell mun och öra utan bedömningen gjordes att det skulle gå attanvända en enkel datorhögtalare och mikrofon (som fanns att tillgå) istället. Mätningar meddessa visade tillsammans med den höga brusnivån i mätrummet ge mätvärden med allt förstor onoggrannhet. Noggrannheten är mycket viktig för att beräkningar och analys avmätvärdena ska ge rimliga och jämförbara resultat med de som rekommenderas i GSM 11.10.

Andra faktorer som gjorde mätsystemet osäkert för dessa precisionsmätningar var bl.a.avsaknaden av en ljudnivåmätare (ljudtrycksmätare), referenstalkodare och testställning. Vidflera mätningar ska ljudnivån vid referenspunkter intill det artificiella örat och munnen mätas.Då detta ljudtryck inte kan mätas med rekommenderad precision (enligt ITU-T) blir resultatetosäkert och svårigheter av bedöma mätresultatets rimlighet uppstår.

I GSM 11.10 utgås det från att audiomätningarna utförs med en mätutrustning som uppfyllerITU-T rekommendationerna och kraven i GSM 11.10 är bestämda utifrån detta. Att med enutrustning som inte är ämnad för audiomätningar och inte uppfyller ITU-Trekommendationerna är det alltså mycket svårt att utföra dessa mätningar.

5HNRPPHQGDWLRQHUI|UIRUWVDWWDUEHWHExamensarbetet har visat att kvaliteten på mätutrustningen är av stor betydelse förmätresultaten. Kvalitet kostar ofta relativt mycket pengar, därför är det viktigt attmätsystemet får UlWWkvalitet för det behov som finns på SECTRA. Jag rekommenderar att vidfortsatt arbete i syfte att bygga upp och/eller komplettera detta eller något annat mätsystem enekonomisk analys (förutom den tekniska) av olika mätsystem. Genom att ta hänsyn tillSECTRA:s behov och kostnaderna för olika audiomätsystem kommer bästa resultat erhållas.


67

Det mätsystem som byggts upp under examensarbetet är ej komplett för att utföra detmätningar som önskas utan behöver kompletteras. Mätsystemet måste t.ex. utrustas med deför ett audiomätsystem grundläggande enheterna: en artificiell mun, artificiellt öra,ljudnivåmätare, referenstalkodare och en testställning. Eventuellt kommer även en annansignalgenerator vara nödvändig för att den artificiella munnen ska kunna drivas på ett korrektsätt. Vid vissa mätningar kommer extern hårdvara behövas.

Slutsatsen är att detta mätsystem måste kompletteras med utrustning av god kvalitet för atterhålla önskad funktionalitet. Eventuellt är det bättre att investera i komplett på marknadenbefintligt audiomätsystem för GSM (och DECT) där möjligheten till alla audiomätningarenligt GSM 11.10 är implementerade, kalibrering och tillräcklig noggrannhet finns.


68

5HIHUHQVHU

ITU-T Recommendation P.50, (03/93), Artificial voice

ITU-T Recommendation P.51, (08/96), Artificial mouth

ITU-T Recommendation P.57, (08/96), Artificial ears

ITU-T Recommendation P.64, (04/97), Determination of sensitivity/frequency characteristicsof local telephone systems

ITU-T Recommendation P.76, Determination of loudness ratings; fundamental principles

ITU-T Recommendation P.79, (03/93), Calculation of loudness ratings for telephone sets

ITU-T Recommendation G.122, (03/93), Influence of national systems on stability and talkerecho in international connections

ITU-T Recommendation O.132, Quantizing distorsion measuring equipment using asinusoidal test signal

Supplement 11 to ITU-T Series P Recommendations, Some effects of sidetone

GSM 11.10-1 Version 4.13.0, ETS 300 607-1:March 1996

GSM 11.10 Version 3.18.0, (July 1994)

GSM DAI Box User’s Manual, rev 1.23 (13 Aug 1998), Analog Devices

F.Alton Everest, The master Handbook of Acoustics 3 rd edition

Sune Söderkvist och Lars-Erik Ahnell (1994), Tidsdiskreta Signaler och System

Torkel Glad och Lennart Ljung (1989), Reglerteknik grundläggande teori

Paul H. Young, Electronic Communication Techniques Third Edition


69


70

A. Telefonens audiodelI telefonen finns två processorer, (ett chipset) AD6421 (Voiceband Baseband CoDec) ochAD6422 (GSM Processor). Figur A:1 nedan visar på höger sida de in- och utgångar som finnspå AD6421.

De analoga insignalerna VINNORP, VINNORN, VINAUXP och VINAUXN kommer från telefonensmikrofon och handsfree mikrofon. De analoga utgångarna VOUTNORP, VOUTNORN,VOUTAUXP och VOUTAUXN går till telefonens högtalare och handsfree högtalare. BUZZER ärden högtalare som används för ljud som telefonen själv vill avge t.ex. pipljud vid tryckningarpå telefonens knappar. På bildens vänstra sida är de bortkopplade (från AD6422 vid audiotest)in- och utsignalerna från AD6421 utritade. Dessa signaler (plus GND10, TMS11, DAI012, ochDAI1) ansluts till DAI-boxen.

)LJXU$'HWDOMHUDWEORFNVFKHPD|YHUDXGLRGHOHQVLQRFKXWJnQJDUSn$'

VSCLK En 104 kHz seriell data klocka

VSDI Högtalarsignal till D/A

VSDO Mikrofonsignal från A/D

VSFS 8 kHz frame synk

VSDI och VSDO signalerna består av 13 bitars PCM-data. Varje PCM paket klockas medVSFS och varje databit klockas med VSCLK.

I Figur A:0:1 finns bl.a. en PGA (Programmer Gain Amplifier) vilken är en programmerbarförstärkare som förstärker signalen som kommer från/till mikrofonen/högtalaren. (SECTRA:stelefon Tiger har t.ex. en högtalarförstärkning på +6 dB och en mikrofonförstärkningen på+27 dB.) Vid audiomätningarna får man naturligtvis inte ändra dessa förstärkningskonstanterutan alla mätningar måste utföras under samma förutsättningar d.v.s. med sammaförstärkningskonstanter.

De digitala filtren som sitter i ADC och DAC-vägen i Figur A:0:1 är av samma typ. Filtrenbestår av ett fjärde ordningens elliptiskt IIR högpass och ett åttonde ordningens elliptiskt IIRlågpass filter.

10 GND, jord (0V)11 TMS, SS reset signal12 DAI0 och DAI1, testkontrollbitar


71

B. Förkortningar

ADC Analog Digital Converter

B&K Brel & Kj rEtt företag som tillverkar audioutrustning.

CMD Är den enhet som används för att koppla upp ett samtal istället för att göra detvia en riktig basstation.

DAQ Data acquisition

DAC Digital Analog Converter

DECT Digital European Cordless TelecommunicationsDECT är en europeisk standard för trådlös telefoni med räckvidd på cirka 200meter och överföring upp till 384 kbit/s.

ERP Ear Reference Point

GPIB General Purpose Interface BusEn GPIB-bus används för att överföra data mellan dator och mätinstrument.

GSM Global System for Mobile Communications

IEC International Electrotechnical Commission

IRS Intermediate Reference SystemReferensvägen mellan en sändande telefon och en mottagande telefondefinieras i ITU-T P.48

Layer 3 För att telefonen ska försättas i testläge (i detta fall DAI-läge) måste ettspeciellt meddelande (ett speciellt protokoll) skickas till telefonen. Dettameddelande ligger på lager 3 (Layer 3) i OSI-modellen (se OSI nedan). Layer3 meddelandet skickas till telefonen från CMD:n.

LRGP Loudness Rating Guard-ring Position

MRP Mouth Reference Point

NOSFER Nouveau syste’me fondamental pour la determination des equnalents dereferenceSe appendix C.

OSI Open Systems InterconnectionOSI-modellen är ett sätt att beskriva och standardisera nätverk genom att delaupp dem i sju skikt.


72

PCM Pulse Code ModulationPCM är en teknik som används för att översätta analoga signaler till digitalinformation.

RMS Root Mean Squared

RLR Receiving Loudness Rating

STMR Sidetone Masking Rating

SLR Sending Loudness Rating

SS Systemsimulator


73

C. Begrepp

3&0

PCM (Pulce Code Modulation) är en teknik för att konvertera analog information till en binärkod som ska användas för transmission över en digital kommunikations kanal. I PCMkommer informationssignalen att samplas likformigt och varje sampel ges en n-bitars digitalkod motsvarande amplituden på samplet.

I telefonsystem sker sampling och kodning i codec:ens (coder/decoder) överföringsdel. Efteröverföringen kommer de kodade n-bitar samplen att demoduleras av mottagarens codec.

)LJXUELWDUV3&0GDWDJHQHUHUDVIUnQHQNRQWLQXHUOLJVLJQDO>)LJXU(OHFWURQLF&RPPXQLFDWLRQ7HFKQLTXHV@

126)(5

NOSFER (Nouveau syste’me fondamental pour la determination des equnalents de reference)

En referens som används för att efterlikna det frekvenssvar som finns mellan två talare då debefinner sig på 1 meters avstånd från varandra på en öppen plats. I telefonsammanhangeftersträvas en ljudkvalitet där ljudnivån är likt denna. D.v.s. ett samtal bör höras lika bra somom personerna som talar med varandra befinner sig på en meters avstånd mellan varandra.

)LJXU$SSUR[LPDWLYW126)(5IUHNYHQVVYDU


74

D. Tabeller

7DEHOORNWDYIUHNYHQVHU,625,GHWWDPlWV\VWHPDQYlQGV%.IUHNYHQVHUQD

%. %.n 10((n+0,5)/40) 10(n/40)

0 102,92 100,001 109,02 105,932 115,48 112,203 122,32 118,854 129,57 125,895 137,25 133,356 145,38 141,257 153,99 149,628 163,12 158,499 172,78 167,88

10 183,02 177,8311 193,87 188,3612 205,35 199,5313 217,52 211,3514 230,41 223,8715 244,06 237,1416 258,52 251,1917 273,84 266,0718 290,07 281,8419 307,26 298,5420 325,46 316,2321 344,75 334,9722 365,17 354,8123 386,81 375,8424 409,73 398,1125 434,01 421,7026 459,73 446,6827 486,97 473,1528 515,82 501,1929 546,39 530,8830 578,76 562,3431 613,06 595,6632 649,38 630,9633 687,86 668,3434 728,62 707,9535 771,79 749,8936 817,52 794,3337 865,96 841,4038 917,28 891,2539 971,63 944,0640 1029,20 1000,0041 1090,18 1059,2542 1154,78 1122,0243 1223,21 1188,5044 1295,69 1258,9345 1372,46 1333,52


75

46 1453,78 1412,5447 1539,93 1496,2448 1631,17 1584,8949 1727,83 1678,8050 1830,21 1778,2851 1938,65 1883,6552 2053,53 1995,2653 2175,20 2113,4954 2304,09 2238,7255 2440,62 2371,3756 2585,23 2511,8957 2738,42 2660,7358 2900,68 2818,3859 3072,56 2985,3860 3254,62 3162,2861 3447,47 3349,6562 3651,74 3548,1363 3868,12 3758,3764 4097,32 3981,07

7DEHOORNWDYIUHNYHQVHU,625

100125160200250315400500630800

1000125016002000250031504000

7DEHOO9LNWIDNWRUQ:0I|U6705%3

Frekvens[Hz]

WM Frekvens[Hz]

WM

100 110,4 1000 49,1

125 107,7 1250 50,6

160 104,6 1600 51,0

200 98,4 2000 51,9

250 94,0 2500 51,3


76

315 89,8 3150 50,6

400 84,8 4000 51,0

500 75,5 5000 49,7

630 66,0 6300 50,0

800 57,1 8000 52,8

7DEHOO.UDYSnGHQVlQGDQGHNlQVOLJKHWHQHQOLJW*60

Frekvens [Hz]

Övregräns

[dB]

Undregräns

[dB]

A = 100 -12 -∞ B = 200 0 -∞ C = 300 0 -∞ D = 1000 0 -12

E = 2000 4 -6

F = 3000 4 -6

G = 3400 4 -9

H = 4000 0 -∞

7DEHOO'HWDNXVWLVNDOlFNDJH/(PHOODQWHOHIRQK|JWDODUHQRFKGHWULNWLJD|UDW>,7873WDEHOO@

Frekvens[Hz]

LE

[dB]Frekvens[Hz]

LE [dB]

100 20 800 -3.2125 16,5 1000 -2.3160 12,5 1250 -1.2200 8.4 1600 -0.1250 4.9 2000 3.6315 1.0 2500 7.4400 -0.7 3150 6.7500 -2.2 4000 8.8630 -2.6

7DEHOO*UlQVHUI|UGHQPRWWDJQDNlQVOLJKHWHQHQOLJW*60

Frekvens[Hz]

Övregräns[dB]

Undregräns[dB]

A = 100 -12 -∞


77

B = 200 0 -∞C = 300 2 -7

D = 500 *) -5

E = 1000 0 -5

F = 3000 2 -5

G = 3400 2 -10

H= 4000 2 -∞*) gränsen vid mittfrekvensen ligger på en linjärt interpolerad linje mellan de givna värdena.

7DEHOO9LNWQLJVIDNWRUHU:LI|U6/55/5RFK6705IUHNYHQVHUQDlURNWDY>,7873WDEHOO@Frekvens[Hz]

Wsi Wri WMsi

200 76,9 85,0 98,4

250 62,6 74,7 94,0

315 62,0 79,0 89,9

400 44,7 63,7 84,8

500 53,1 73,5 75,5

630 48,5 69,1 66,0

800 47,6 68,0 57,1

1000 50,1 68,7 49,1

1250 59,1 75,1, 50,6

1600 56,7 70,4 51,0

2000 72,2 81,4 51,9

2500 72,6 76,5 51,3

3150 89,2 93,3 50,6

4000 117,0 113,8 51,0

7DEHOO*UlQVHUI|UVLJQDOWLOOWRWDOGLVWRUVLRQNYRWVlQGQLQJYLGVLQXVYnJPHWRGHQ

Nivå dB relativtARL

Nivåkvot

-35 dB 17,5 dB-30 dB 22,5 dB-20 dB 30,7 dB-10 dB 33,3 dB0 dB 33,7 dB7 dB 31,7 dB10 dB 25,5 dB

Mätsystem för audio i GSM Susanne Loh Reg nr: LiTH-ISY-EX ... · telefonens högtalare och...

Documents

Transcript of Mätsystem för audio i GSM Susanne Loh Reg nr: LiTH-ISY-EX ... · telefonens högtalare och...