AMR-WB (Adaptive Multi-Rate Wideband)
В сетях сотовой связи система базовых станций является распределенной в силу необходимости обеспечения качественным радио покрытием как можно более широкой территории. При этом до каждой базовой станции (BTS) необходима организация транспортного канала и часто их протяженность может достигать нескольких десятков километров. В силу того, что строительство и эксплуатация линий связи – это достаточно большая статья расходов необходимо как можно более рационально использовать имеющиеся каналы связи. Одним из возможных вариантов увеличения эффективности использования транспортных каналов является уменьшение общего объема передаваемых по ним данных. Добиться этого можно за счет сжатия данных. Главным видом передаваемых по системам сотовой связи данных является голосовая информация. Речь является природным источником информации и поэтому обладает избыточностью. Причем в зависимости от используемого языка избыточность может достигать несколько десятков раз. Проблема остается лишь в том, чтобы найти способ устранить избыточность из голосового потока и, тем самым, уменьшить нагрузку на транспортную сеть.
Для целей сжатия речи используются голосовые кодеки или вокодеры. На сегодняшний день используется достаточно много различных кодеков, например: FR (Full Rate), HR (Half Rate), EFR (Enhanced Full Rate). Обычно, степень сжатия кодека оценивается по уменьшению скорости речевого потока относительно 64 кбит/сек – стандартной скорости передачи сигнала в цифровой форме (ОЦК). Для FR скорость сжатого сигнала составляет 13,2 кбит/сек, HR – 5,6 кбит/сек, EFR – 13,2 кбит/сек (с более высоким качеством, чем FR). Главным недостатком перечисленных кодеков является невозможность динамически изменять их характеристики в зависимости от условий передачи. Один из возможных вариантов динамического распределения транспортных ресурсов является использование режима Dual Rate (DR). Принцип его работы заключается в том, что пока абонентская нагрузка в сети не высока для новых соединений используется Full Rate, а при превышении определенного порога новые соединения используют Half Rate. Однако DR не дает возможности динамического распределения ресурсов в широком диапазоне. Усовершенствованием режима Dual Rate можно считать кодек AMR (Adaptive Multi Rate). Он предусматривает 8 различных скоростей от 4.75 до 12.2 кбит/сек. При этом одновременно оцениваются нагрузка в сети и качество соединений. При этом скорость кодирования может изменяться каждые 20 мс. Этот кодек нашел очень широкое применение во всех системах телефонии: фиксированной и мобильной, в том числе и в системах сотовой связи, например в стандарте GSM.
Однако для стандартов 3G (например, UMTS), скорость передачи данных в которых гораздо выше, уже нет необходимости сильно сжимать сигнал. Появляется другая необходимость - обеспечивать высокое качество сервиса. В связи с этой потребностью организацией по стандартизации 3GPP был разработан новый кодек - Adaptive Multi-Rate Wideband (AMR-WB). В его основу положен тот же алгоритм, что и во многих других кодеках, применяемых в системах сотовой связи, т.е. CELP (Code Excited Linear Prediction) - кодек линейного предсказания речи. Конкретно в AMR-WB используется MR-ACELP (Multi-Rate Algebraic Code Excited Linear Prediction), аналогичный AMR. Единственное отличие заключается в используемых для кодирования скоростях. В AMR-WB применяются скорости кодирования: 6.60, 8.85, 12.65, 14.25, 15.85, 18.25, 19.85, 23.05, 23.85 кбит/сек. Причем в качестве исходного потока берется речевой сигнал, ограниченный верхней частотой – 7кГц, а не 3,4 кГц, как это делалось в обычном AMR. Эти два фактора: высокая скорость и широкая полоса исходного сигнала обеспечивают высокое качество сигнала, не уступающего по качеству услугам стационарной телефонии.
В 2004 году вышел в свет первый релиз стандарта нового кодека: AMR-WB+. В этом кодеке развита идея увеличения скорости цифрового потока. Так для моно аудио потока скорость варьируется в пределах: от 6 до 36 кбит/сек, а для стерео: от 7 до 48 кбит/сек. Этот кодек был создан специально для широкополосных систем сотовой связи третьего поколения, таких как UMTS. AMR-WB+ предполагается использовать не только для предоставления высококачественной телефонии, но и для других мультимедийных сервисов: потоковое аудио, мобильное TV, аудио книги и т.п.
К настоящему времени кодек AMR остается одним из самых перспективных и самых распространенных кодеков, которые применяются в стандартах сотовой связи от 2G до 4G, в том числе и в системах стандарта LTE.
