Full Rate (FR)
В системах сотовой связи самым распространенным видом передаваемых данных является речь. Голосовые данные изначально являются аналоговым типом данных, как и от всех других природных источников информации. Однако передача речи в аналоговой форме обладает низкой помехозащищенностью. В свою очередь передача в цифровом виде позволяет внедрять процедуры шифрования и помехоустойчивого кодирования. Также цифровые системы связи позволяют внедрять множество дополнительных услуг и более эффективно использовать пропускную способность канала связи. Поэтому большинство современных систем телефонной связи являются цифровыми.
Для передачи речи в цифровом виде обычно применяется ОЦК со скоростью 64 кбит/сек. В системах сотовой связи, из-за особенностей построения и необходимости охвата широких территорий радио покрытием, транспортные каналы к отдельным сетевым элементам (BTS или BSC) могут достигать десятков километров. При этом целесообразно как можно более эффективно использовать имеющиеся транспортные ресурсы. Радио ресурсы между MS и BTS также являются ценным ресурсом, который необходимо экономить. Одним из вариантов увеличения числа одновременно передаваемых телефонных соединений в канале связи является сжатие передаваемых данных. Для этих целей используются речевые кодеки. Одним из первых речевых кодеков, который начал применяться в системах сотовой связи является Full Rate. Он позволяет сжимать данные до скорости 13,2 кбит/сек, почти без потери качества речевых данных. Разработкой FR занимается ETSI (European Telecommunications Standards Institute) – европейский институт по стандартизации в сфере телекоммуникаций. Первый релиз данного кодека появился в 1992 году и впервые был использован в системах стандарта GSM.
Как уже отмечалось выше, задачей любого речевого кодека, в том числе и Full Rate, является сжатие голосовых данных. Основным способом сжатия является удаление избыточности из данных. В основу кодека FR положен алгоритм линейного предсказания (Long Term Prediction). Принцип его работы основан на том, что передаваемые данные в голосовом потоке в текущий момент являются зависимыми от данных передаваемых до текущего момента. Если выражаться научным языком, то голосовые данные обладают ненулевой функцией корреляции. Причем зависимость достаточно высока, на столько что можно «спрогнозировать» какие данные будут передаваться сейчас на основе данных, передаваемых до этого. Общий алгоритм работы кодека следующий: данные разбиваются на сегменты равной длинны: 20 мс. Небольшой размер фрейма позволяет сохранять минимальные задержки, которые могут внести кодирование и декодирование сигнала. Далее для каждого сегмента вычисляется набор параметров, необходимый для восстановления этого сегмента на приемном конце. Также берется небольшой отрезок этого сегмента, содержащий несколько первых отсчетов. Он необходим для инициализации синтезирующего фильтра. Таким образом, по каналу связи передается уже не сама речь, а лишь ее параметры. Причем такой способ кодирования практически не вредит узнаваемости собеседника, естественности речи, а также пониманию смысла речи.
Рассмотренные выше процедуры кодека Full Rate выполняют транскодер со стороны BSS и мобильный телефон со стороны абонента. В Core Network голосовые данные коммутируются и передаются со стандартной скоростью 64 кбит/сек. Благодаря внедрению FR достигается четырехкратная экономия транспортных ресурсов в системе BSS и ресурсов радио интерфейсе между мобильным телефоном и базовой станцией.
