Содержание к диссертации
Введение
1. Эффект электрического эха на сетях мобильной связи, методы и средства борьбы с его мешающим воздействием 12
1.1. Эффект электрического эха и методы борьбы с его мешающим воздействием.. 12
1.1.1. Эффект электрического эха и его влияние на качество телефонной передачи. 12
1.1.2. Методы и средства борьбы с мешающим воздействием эффекта электрического эха 20
1.1.3. Анализ характеристик телефонного соединения, влияющих на качество телефонной передачи по эхозащищенному каналу 26
1.2. Эффект электрического эха в сетях мобильной связи 31
1.2.1. Анализ архитектуры типовой сети мобильной связи и характеристик оборудования, используемого на ВСС РФ, в аспекте формирования и подавления эффекта электрического эха 31
1.2.1.2. Взаимодействие федеральной сети GSM с сетями общего пользования .. 34
1.2.2. Анализ свойств основных источников эхосигналов и задержки, вносимой в сигнал функциональными узлами канала мобильной связи 34
1.3. Анализ алгоритмов управления эхоподавляющими устройствами на сетях мобильной связи и их влияние на обеспечиваемое качество телефонной передачи .41
Выводы по главе 1 44
2. Исследование свойств различных алгоритмов адаптации ЭК в условиях функционирования в составе МТ и их взаимодействия при совместном использовании 46
2.1. Разработка модели исследований 47
2.1.1. Разработка математической и машинной моделей эхокомпенсатора, функционирующего по алгоритму адаптации НМНСК 47
2.1.2. Разработка математической и машинной моделей ЭК, функционирующего по корреляционному алгоритму адаптации 49
2.1.3. Разработка математической и машинной моделей эхотракта 50
2.1.4. Разработка модели радиоканала 55
2.2. Исследование влияния характеристик сигналов и канала на свойства сходимости основных алгоритмов ЭК 59
2.2.1. Исследование динамики подавления эхосигналов ЭК, функционирующего по алгоритму НМНСК, в «чистом» канале ; 60
2.2.2. Исследование влияния характеристик речевого сигнала на сходимость алгоритма НМНСК 62
2.2.3.Исследование влияния характеристик эхотрактов на динамику подавления эхосигналов 67
2.2.4. Исследование влияния параметрических явлений в эхотракте на динамику подавления эхосигналов ЭК, функционирующим по алгоритму НМНСК 78
2.2.5. Исследование возможности использования и оптимизации характеристик алгоритма НМНСК для измерения времени концевой задержки 89
2.2.6. Исследование динамики подавления эхосигналов, возникающих в уплотнённых эхотрактах, эхокомпенсатором, функционирующим по алгоритму НМНСК 96
2.2.7. Исследование влияния шума на характеристики сходимости корреляционного алгоритма адаптации ЭК 99
2.2.8. Исследование и оптимизация влияния параметра р на сходимость корреляционного алгоритма адаптации ЭК в различных шумовых условиях 103
2.2.9. Исследование сходимости корреляционного алгоритма адаптации ЭК в отсутствии эхосигнала 105
2.2.10. Исследование влияния интерполяционной обработки на характеристики сходимости корреляционного алгоритма адаптации ЭК 109
2.2.11. Исследование влияния параметрических воздействий на динамику сходимости корреляционного алгоритма адаптации 111
Выводы по главе 2 121
Общий вывод по главе 2 126
3. Разработка архитектуры и концепции работы комбинированного эхоподавителя для систем мобильной связи 127
3.1. Разработка архитектуры комбинированного ЭК 127
3.2. Разработка математической модели комбинированного эхоподавителя 135
3.3. Разработка алгоритма взаимодействия функциональных узлов комбинированного эхокомпенсатора 138
3.4. Разработка программной модели комбинированного эхокомпенсатора 140
Выводы по главе 3 142
4. Исследование влияния характеристик каналов связи мобильных соединений на сходимость комбинированного ЭК и оптимизация его параметров 144
4.1. Разработка методики исследования влияния характеристик мобильных соединений на сходимость комбинированного ЭК 144
Выводы по главе 4 162
5. Разработка принципов управления эхоподавляющими устройствами на сетях связи 164
Выводы по главе 5 170
Заключение 172
Список литературы
- Анализ характеристик телефонного соединения, влияющих на качество телефонной передачи по эхозащищенному каналу
- Взаимодействие федеральной сети GSM с сетями общего пользования
- Разработка математической и машинной моделей ЭК, функционирующего по корреляционному алгоритму адаптации
- Разработка алгоритма взаимодействия функциональных узлов комбинированного эхокомпенсатора
Введение к работе
Актуальность работы
Последнее десятилетие в Российской Федерации характеризуется высокими темпами развития мобильной связи. Она обеспечивает потребности современного образа жизни: оперативность, коммуникабельность, доступность, мобильность. В связи с ростом спроса на услуги связи среди различных операторов возникает конкуренция, предполагающая борьбу за рынок. Чем выше качество предоставляемых оператором услуг связи, тем крепче его положение на телекоммуникационном рынке.
Одним из факторов, влияющим на качество мобильной связи, является эффект электрического эха (ЭЭЭ), ставший, к сожалению, привычным явлением для абонентов сетей подвижной связи. Проблемам исследования мешающего воздействия ЭЭЭ и разработки средств его снижения посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных авторов. Среди отечественных авторов можно выделить работы М.К. Цыбулина, А.Д. Снегова, М.А. Жаркова, П.Н. Муравчика, В.И. Иванова, СВ. Кунегина, С.С. Шаврина и др. Среди зарубежных авторов следует отметить исследования M.M.Sondhi, D.A.Barkley, D.G.Messerschmitt, S.L.Gay, S.Tsujii, T.Petillon и др. Следует отметить, что исследования, проведенные в указанных работах, практически не учитывали специфики подавления эхосигналов на сетях мобильной связи.
Использование для борьбы с ЭЭЭ эхоподавляющих устройств (ЭПУ) классического компенсационного типа, встроенных в оборудование мобильных терминалов и центров коммутации, далеко не всегда обеспечивает его эффективное подавление. В связи с вышеизложенным, актуальной является задача построения ЭПУ с характеристиками, удовлетворяющими психологическому восприятию абонентом и возможности технической реализации ЭПУ. Создание подобного ЭПУ позволит повысить комфортность ведения разговора абонентами сетей подвижной связи. Ранее вводимые ограничения:
- не учитывалось ограниченное и не чрезмерно высокое значение времени распространения эхосигнала, не требующее применения специальньк мер по подавлению эхосигналов, обусловленных наличием неустранимой нелинейности цифрового канала, вносимой кодеком А87.6/13;
- не учитывалось отсутствие этой нелинейности в тракте акустической связи телефон - микрофон мобильного терминала;
- не учитывалось влияние сгруппированного размножения ошибок передачи, вносимого кодеком GSM 06.10, на работу нелинейного процессора эхокомпенсатора (ЭК);
- задача изменения архитектуры ЭК в работах не ставилась.
Цель и основные задачи работы
Основной целью работы является разработка принципов и средств подавления эхосигналов, ориентированных на использование в каналах мобильной связи и обеспечивающих компенсационное подавление эхосигналов, при котором достигается приемлемое с точки зрения абонентов качество связи.
Реализация поставленной цели требует решения следующего круга задач:
- анализ эффективности используемых на сетях мобильной связи технических решений по борьбе с мешающим воздействием эффекта электрического эха и современного состояния оснащённости сетей средствами эхоподавления;
- исследование свойств основных известных методов компенсационного подавления эхосигналов в условиях эксплуатации, характерных для каналов мобильной связи; разработка принципов построения эхоподавляющего устройства, ориентированного на устранение эффекта электрического эха и клиппирования речевых сигналов и шумов канала;
- исследование ключевых характерных свойств разработанной концепции и исследование влияния основной группы мешающих факторов, характерных для сетей мобильной связи, на обеспечиваемые характеристики подавления эхосигналов; - разработка рекомендаций по реализации эхокомпенсаторов в соответствии с предложенной концепцией построения, а также по их использованию на сетях мобильной связи.
Научная новизна
1. Разработан комплекс моделей, описывающих канал мобильной связи, эхокомпенсаторы, эхотракты. Отличительной особенностью разработанного комплекса моделей является его построение на основе реальной современной статистики характеристик каналов и эхотрактов сети связи Российской Федерации, включая условия формирования эхосигналов в мобильных терминалах и уплотнённых эхотрактах фиксированной сети.
2. Предложен принцип построения комбинированного эхокомпенсатора для сетей мобильной связи, состоящего из двух звеньев, адаптирующихся по нормализованному алгоритму наименьших средних квадратов (начальное быстрое подавления эхосигнала и локализация значимой части импульсной характеристики эхотракта) и корреляционному (подавление эхосигнала на значимой части импульсной характеристики эхотракта до уровня ниже мешающего воздействия шума, действующего в канале).
3. Проведен цикл экспериментальных исследований по оценке влияния основной группы мешающих факторов на сходимость эхокомпенсатора, построенного по предлагаемому принципу, с целью оптимизации его характеристик.
4. Предложена система принципов управления эхоподавляющими устройствами на сетях мобильной связи во взаимодействии с фиксированной сетью и разработаны рекомендации по реализации предложенных принципов как в рамках полной версии системы сигнализации ОКС № 7, так и в условиях ограниченных возможностей, предоставляемых используемой в настоящее время подсистемой пользователя ISUP-R.
Практическая ценность
1. Реализация эхокомпенсаторов в соответствии с предложенной концепцией обеспечивает возможность исключения заграждающей функции нелинейного процессора для мобильных и подавляющего большинства местных соединений, устраняя клишшрование речевых сигналов и шумов канала и повышая тем самым общее качество телефонной передачи.
2. Анализ результатов исследования границ эффективности функционирования компенсационного механизма подавления эхосигналов на сетях мобильной связи явился основой для рекомендаций по обеспечению двустороннего подавления эхосигналов в каналах мобильной связи, использованных ЗАО «Связыгоом» на сети ОАО «Вымпелком».
3. Результаты исследований взаимодействия сетевого оборудования и эхоподавляющих устройств, проведённых в рамках научно-исследовательской работы по заказу Ассоциации российских операторов сетей GSM, вошли в итоговый отчёт в виде рекомендаций по управлению эхоподавляющими устройствами на сетях подвижной связи.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Повышенный уровень шума, попадающего в микрофон мобильного терминала, может явиться причиной проникновения в обратное направление передачи эхосигналов даже при отсутствии акустической связи между телефоном и микрофоном.
2. Подавление эхосигналов, обеспечиваемое эхокомпенсатором, адаптирующимся по алгоритму нормализованных наименьших средних квадратов, не зависит ни от затухания, ни от формы импульсной характеристики эхотракта в пределах допустимого по условиям эксплуатации разброса. Средняя мощность остаточного эхосигнала на выходе тракта передачи эхокомпенсатора в этих условиях весьма близка к средней мощности шума, действующего на его входе.
3. При проникновении шума в микрофон мобильного терминала адаптивная настройка трансверсального фильтра эхокомпенсатора должна осуществляться только на активном одностороннем разговоре со стороны дальнего (по отношению к эхокомпенсатору) абонента, и прекращаться на всё время пауз в речи, длительность которых превышает 2 мс.
4. Мешающее воздействие остаточного эхосигнала, обусловленного влиянием неустранимой нелинейности компандера А87.6/13 при местных соединениях на сетях мобильной связи, имеет допустимый уровень и не требует использования функции нелинейного процессора.
5. Использование корреляционного алгоритма адаптации эхокомпенсатора обеспечивает возможность снижения мешающего воздействия остаточного эхосигнала в каналах мобильной связи до незначимого уровня по отношению к уровню шума, действующего в тракте передачи, при усреднении корреляционной функции не менее, чем по 512 отсчётам при значении параметра адаптации р = 5 ... 10.
Анализ характеристик телефонного соединения, влияющих на качество телефонной передачи по эхозащищенному каналу
Основным фактором, влияющим на качество телефонной передачи, является время распространения сигналов.
Согласно рекомендации G.114 при применении адекватных методов эхоподавления, что означает достижение приемлемого качества передачи речи, задержка распространения в одном направлении составляет: - О ... 150 мс: для большинства конкретных применений. Некоторые случаи передачи голосовой информации в интерактивном режиме и данных может вносить задержку ниже 150 мс. - 150 ... 400 мс: применимо при условии обеспечениями Администрациями соответствующей задержки и соответствующего качества передачи для пользовательского оборудования. К примеру, международные спутниковые соединения с задержкой распространения ниже 400 мс могут считаться приемлемыми. - свыше 400 мс: неприменимо для общих целей частотного планирования, за исключением некоторых случаев превышения этих пределов. К таким случаям относятся неизбежное двукратное спутниковое соединение, использование спутников для восстановления маршрутизации, соединения между фиксированными спутниковыми и цифровыми сотовыми сетями, видеотелефония по спутниковым сетям, а также сверхдлинные международные соединения двух цифровых сотовых сетей.
Шумы канала связи. Вследствие особенностей кодирования GSM 6.10 поражение одного символа в закодированном сигнале способно вызвать поражение большего числа бит в принятом сигнале, что нарушает адекватный приём цифрового сигнала. Ниже приведён ряд факторов, влияющих на качество телефонной передачи с точки зрения функционирования ЭК.
Существенная нелинейность. Особенно принципиальное значение имеет для ЭК. Со времени самых первых испытаний ЭК и до настоящего момента одной из главных сложностей полноценного и качественного компенсационного подавления эхосигналов является нелинейность, повсеместно встречающаяся в телефонных соединениях. Линейный характер трансверсального фильтра, используемого в архитектуре ЭК для формирования копии эхосигнала, принципиально не обеспечивает возможности генерации нелинейных продуктов, лишая ЭК способности подавления нелинейных (гармонических и комбинационных) составляющих эхосигнала и стимулируя пропускание на их фоне линейной составляющей эквивалентной мощности. Между тем мешающее воздействие неразборчивого (невнятного) эха, формируемого нелинейными составляющими эхосигнала (безотносительно к объединению с линейными) нисколько не уступает мешающему воздействию обычных эхосигналов.
Учитывая, что нелинейность даже обычного нормально настроенного телефонного канала может достигать 10%, следует ожидать неподавленных нелинейных составляющих эхосигнала с уровнями на 20дБ ниже уровня исходного речевого - при том, что их субъективное мешающее воздействие может превышать даже мешающее воздействие обычного эхосигнала. В реальных условиях нелинейность эхотракта может достигать значительно больших величин, особенно в точке отражения от телефонного аппарата.
Одной из важных причин появления нелинейности на сетях СПС может явиться избыточный уровень сигналов, перегружающий входные цепи кодеров. Следует также иметь в виду, что уровни сигналов в чисто мобильных соединениях выше (» на 7 дБ), чем в местных и междугородных соединениях за счет отсутствия цепей, формирующих остаточное затухание. Заметность же неподавленных нелинейных составляющих в чисто мобильных соединениях выше, чем, например, в местных, за счет вдвое большего времени распространения сигнала.
Значительное влияние на качество телефонной передачи имеет нелинейный процессор (НП), предусматриваемый для подавления остатков эхосигналов, включающих линейную и нелинейные составляющие. Амплитудная характеристика НП, приведенная на рисунке 1.9, соответствует характеристике ключа для сигналов с уровнем ниже порогового. Реализуя, фактически, заграждающий принцип подавления остаточных эхосигналов, НП вносит в канал специфические динамические пропадания отрезков передаваемого речевого сигнала, получившие название клиппирования или заиканий, которые могут в значительной степени усугубляться влиянием импульсной помехи и перекосами диаграммы уровней.
В качестве одного из частных случаев нелинейности следует рассматривать наличие в эхотракте систем сжатия речи, использующих предиктивные механизмы. Восстановленный после прохождения через систему кодер - декодер речевой сигнал по мгновенным значениям значительно отличается от исходного, и, как показьшают результаты исследований, не может быть скомпенсирован никакой линейной функцией исходного сигнала. Предельная степень подавления эхосигнала, прошедшего процедуры сжатия и восстановления, не превышает 10 ... 12 дБ [23].
Еще одним частным видом нелинейности эхотрактов является сдвиг спектра эхосигнала по отношению к исходному сигналу, вызванный погрешностью восстановления частоты в двухполосных двухпроводных системах передачи по соединительным линиям местных сетей (например, систем КРР). Такой вид нелинейности может привести к расхождению ЭК, а абоненту представить усиленное эхо с биениями с частотой, соответствующей удвоенной погрешности восстановленной частоты.
Параметрические явления в эхотракте. Характеристики эхотракта, как показывает практика, нестабильны во времени. Колебания сопротивления угольных микрофонов, «мерцание контакта» на механических коммутационных станциях, переключение с одного телефонного аппарата на другой, колебания акустической составляющей эхосигнала и т.п. явления приводят к хаотическим изменениям вида импульсной характеристики эхотракта в текущем соединении. На каждое такое изменение ЭК реагирует отрезком эхосигнала с длительностью, соответствующей времени адаптации, возвращающимся к говорящему абоненту. И часто еще одним отрезком эхосигнала при восстановлении импульсной характеристики.
Взаимодействие федеральной сети GSM с сетями общего пользования
Для анализа источников эхосигналов и задержки, вносимой в сигнал функциональными узлами канала мобильной связи, рассмотрим функциональные схемы каналов связи при реализации различных соединений.
Функциональные схемы канала мобильной связи приведены ниже: - местное соединение (рисунок 1.11); - мобильное соединение в пределах одного оператора или при прямой связи между МЦК операторов одного стандарта (без приведения к 64 кбит/с) (рисунок 1.12); - междугородное/международное соединение (рисунок 1.13), где ЭК -эхокомпенсатор; МТ - мобильный терминал; РК - радиоканал; Д GSM - декодер GSM; К GSM - кодер GSM; Да711 - декодер G.711; KG.711-KOflepG.711; СПС - сеть подвижной связи; АМТС - автоматическая междугородная телефонная станция; УАК - узел автоматической коммутации.
При местном соединении основным источником задержки сигнала является преобразование в паре кодер - декодер GSM (кодек GSM 6.10), использующийся для преобразования сигнала из вида 8 000 отсчётов по 13 разрядов в секунду в сигнал вида GSM 6.10 (13 кбит/с, блоки по 260 бит с частотой 50 Гц). Задержка, вносимая обработкой сигнала кодеком GSM 6.10, составляет 100 мс.
Основной источник эхосигнала - акустическая связь телефон - микрофон МТ, превышение времени задержки распространения 100 мс, а также точка перехода с двухпроводной части тракта на четырёхпроводную (дифференциальная система). Основной источник нелинейности - две пары кодеков G.711 А87.6/13. Шумы в данном соединении определяются окружающими шумами МТ, не содержащими нелинейных составляющих при адекватной работе МТ. Неадекватная работа мобильных ЭПУ МТ может быть обусловлена, главным образом, следующими причинами: - использованием некачественных МТ, не обеспечивающих необходимую степень подавления эхосигналов вследствие отсутствия или некачественной работы встроенного эхоподавителя; - несоответствие электрических характеристик МТ характеристикам сигналов в каналах СПС (главным образом, уровней), вызывающих перегрузки акустического тракта МТ, приводящие к расстройке работы ЭК, особенно при использовании МТ в громкоговорящем режиме; - повышенным уровнем окружающего шума; - эффектом Доплера при использовании МТ в движении; - ошибками, возникающими при передаче сигналов, закодированных по стандарту GSM, по радиоканалу; - высоким уровнем нелинейных составляющих эхосигнала при изменении громкости или в громкоговорящем режиме.
Основной источник параметрических воздействий - параметрическое изменение характеристик акустического канала за счет изменения усилий, прикладываемых к корпусу МТ, и площади контакта с телом.
При мобильном соединении без преобразования к 64 кбит/с в точках коммутации основным источником задержки сигнала является преобразование в паре кодер - декодер GSM (кодек GSM 6.10). Задержка составляет 100 мс.
Шумы в данном соединении определяются окружающими шумами МТ, не содержащими нелинейных составляющих.
Основной источник параметрических воздействий - параметрическое изменение характеристик акустического канала за счет изменения усилий, прикладываемых к корпусу МТ, и площади контакта с телом.
При мобильном соединении с преобразованием к 64 кбит/с в точках коммутации основным источником задержки сигнала является преобразование в двух парах кодер - декодер GSM. Задержка составляет 200 мс.
Основной источник нелинейности - две пары кодеков G.711 А87.6/13.
Шумы в данном соединении определяются окружающими шумами МТ, не содержащими нелинейных составляющих.
Основной источник параметрических воздействий - параметрическое изменение характеристик акустического канала за счет изменения усилий, прикладываемых к корпусу МТ, и площади контакта с телом.
При междугородном/международном соединении основным источником задержки сигнала является преобразование в паре кодер - декодер GSM, где задержка составляет 100 мс, а также участок транспортной сети, вносящий задержку в соответствии со своей протяженностью. Основной источник эхосигнала - точка перехода с двухпроводной части тракта на четырёхпроводную (дифференциальная система). Основной источник нелинейности - две пары кодеков G.711 А87.6/13. Шумы в данном соединении определяются окружающими шумами МТ, не содержащими нелинейных составляющих.
Основной источник параметрических воздействий - параметрическое изменение характеристик акустического канала за счет изменения усилий, прикладываемых к корпусу МТ, и площади контакта с телом.
Разработка математической и машинной моделей ЭК, функционирующего по корреляционному алгоритму адаптации
В соответствии с результатами экспериментальных исследований, проведенных на реальных сетях мобильной связи [17], импульсная характеристика эхотракта на современных сетях сосредоточена в диапазоне 5...7 отсчётов, за исключением эхотрактов, образованных бесшнуровыми радиоудлинителями стандарта DECT. При использовании радиоудлинителей DECT импульсная характеристика эхотракта может иметь 2 участка значимой части, разделенных интервалом 20 мс.
В то же время положение значимого участка ИХ на оси времени может иметь весьма широкий разброс - от 0 до 64 мс и более.
Принимая во внимание действующие нормы [16] на допустимое значение времени концевой задержки для ЭК, предназначенных для использования в составе сетей мобильной связи, предлагается представление эхотракта в виде матрицы (таблицы) значений отсчётов ИХ gj,j = 0...511, что соответствует регламентированному значению времени концевой задержки, равному 64 мс.
Таблицы gj для разных эхотрактов предлагается хранить в виде отдельных файлов на жестком диске на ПК, отнеся функцию имитации параметрических воздействий в отдельный блок программной обработки.
Вычисление значения отсчета эхосигнала (без учета наличия шума или сигнала встречного разговора), прошедшего через эхотракт, в предлагаемой модели осуществляется в соответствии с выражением: где N=512 - порядок фильтра, имитирующего эхотракт; gj - отсчёты ИХ ЭТ; Xj - отсчеты сигнала на входе ЭТ; kjj , j = 0...N-1 - матрица коэффициентов, учитывающих изменение j-того отсчёта ИХ ЭТ в момент времени і (при вычислении і-того отсчёта эхосигнала).
В целях снижения трудоемкости разработки программной части моделей, сложности и объёма эксперимента, для моделирования систем кодер - декодер А87.6/13 G.711 предлагается использование штатных встроенных средств преобразования звукового редактора CoolEdit 96, а для имитации работы систем передачи, использующих предиктивные алгоритмы сжатия речи -специализированное ПО рекомендации G.729, предназначенное для настройки кодеков [13].
Ввиду значительной инерционности механических процессов, формирующих параметрические воздействия на акустический тракт распространения эхосигналов через материал корпуса МТ, по сравнению с процессом обработки сигналов, представляется допустимым использование линейной аппроксимации при имитации параметрических явлений в ЭТ МТ.
Разработанная модель ЭТ обеспечивает возможность имитации трёх наиболее типичных видов параметрических воздействий: а. Общее изменение затухания сигналов в ЭТ. б. Параметрическое изменение условий распространения или отражения эха одной точки (неоднородности). в. Параметрическое изменение формы ИХ ЭТ при сохранении значения общего затухания эхосиналов, представленное в модели как «перетекание» точки отражения на другую позицию по шкале времени. Параметры воздействия ко 1, Ті и Т2 (Ті Т2) устанавливаются экспериментатором вручную по запросу программы.
Параметрические изменения ИХ ЭТ в рамках разработанной модели вводятся после вычисления отсчета Є;.
Сигналы в основных точках модели в целях сокращения объёма вычислений сохраняются в накопителе ПК в виде файлов, допускающих использование на многих этапах экспериментельных исследований.
Блок-схема алгоритма моделирования ЭТ представлена на рисунке 2.5. Текст программы на языке Фортран приведен в Приложении А.
Ввод и вывод сигналов осуществляют в шестнадцатиразрядной сетке в формате Intel, их представление в программе реализовано в формате Real, преобразуемом из вводимого формата, интерпретируемого как Integer-2.
Моделирование процесса распространения сигнала через радиоканал производится в три этапа: 1). Преобразование сигнала в формат GSM встроенными средствами редактора CoolEdit 96 с сохранением результатов в отдельных файлах. 2). Внесение ошибок в преобразованный сигнал. 3). Преобразование пораженного ошибками сигнала средствами редактора CoolEdit 96 с сохранением результата в отдельном файле.
Разработка моделей речевых сигналов, сигналов ошибки и шумов, используемых в процессе исследований.
В рамках представленной модели исследований предлагается проведение экспериментов на реальных речевых сигналах. В качестве основного речевого сигнала предлагается использование отрезка речи, рекомендованного МСЭ-Т для настройки систем передачи, использующих предиктивные алгоритмы сжатия речи. Для обеспечения необходимой точности результатов моделирования используются 30 отрезков речевого сигнала, 15 мужского и 15 женского голоса на русском, английском и французском языках, масштабируемых по мощности в соответствие с характеристиками отрезка речи, принятого в качестве основного. Такой подход представляется правомерным, поскольку основной отрезок речи учитывает статистику уровней, активности и пикфактора речевых сигналов в реальных телефонных каналах.
Моделирование и оптимизация характеристик детекторов речи и встречного разговора не являются целью работы и не входят в круг задач, решаемых в её рамках; в этом свете представляется допустимым в экспериментах, относящихся к активной речи, удалять из речевого отрезка паузы вместо замораживания процессов обработки (и, в частности, адаптации ЭК) на время действия пауз.
Разработка алгоритма взаимодействия функциональных узлов комбинированного эхокомпенсатора
В соответствии с предложенным алгоритмом функционирования комбинированного эхокомпенсатора, блок-схема которого представлена на рисунке 3.4, разработана программа имитационного моделирования ЭК. Аналогично ранее описанным разработанным программам корреляционного ЭК и ЭК, адаптирующегося по алгоритму НМНСК, настоящая программа написана на алгоритмическом языке Фортран 90. Текст программ ek_comb.for приведён в Приложении. Исполняемый модуль ekcomb.exe рассчитан на автономную работу в любой директории персонального компьютера. Файлы входных данных должны размещаться в той же директории, что и исполняемый модуль ek_comb.exe, в противном случае ввод имён файлов исходных данных должен осуществляться с указанием полного пути их размещения.
Аналогично ранее использованным программам ek_mnsk.exe и ek_cor.exe, файлы входных сигналов должны быть представлены в шестнадцатиразрядном формате INTEL (младший байт слова отсчёта расположен в файле ранее старшего), моно, с частотой дискретизации 8 кГц.
Запуск программы ek_comb.exe на выполнение осуществляется без указания ключей и параметров (двойным нажатием левой клавиши мыши или клавиши Enter). Запущенная на выполнение программа организует диалог с пользователем на предмет указания имён файлов входных/выходных сигналов/данных и ввод значений параметров. Имена файлов следует вводить в апострофах, при этом генерируемые программой выходные файлы будут размещены в той же директории, что и программа ekcomb.exe.
Помимо имён файлов, входными параметрами являются коэффициенты р и Р, определяющие скорости сходимости корреляционного алгоритма и алгоритма НМНСК соответственно.
Ввод этих параметров должен осуществляться в формате REAL. Если значение р не содержат дробной части, в конце числа следует, тем не менее, ставить десятичную точку.
Вывод выходного сигнала y(t) осуществляется программой в формате INTEL аналогично формату входных данных.
Вывод отсчётов импульсной характеристики эхотракта осуществляется по результатам её измерения трансверсальным фильтром, адаптирующемся по алгоритму НМНСК, выводом содержимого его h-регистра в формате REAL. Для контроля в другой файл в аналогичном формате выводится содержимое h-регистра трансверсального фильтра, адаптирующегося по корреляционному алгоритму; эта информация является более точным отражением формы импульсной характеристики эхотракта и может быть использована для оценки влияния внешних факторов на погрешность измерений и поиска глобального по модулю экстремума импульсной характеристики.
В целях ускорения работы программы в некоторых экспериментах работа детектора одностороннего разговора заблокирована, а в файлах входного сигнала тракта приёма произведено устранение пауз, способных привести к расстройке ЭК, как это было показано ранее в главе 2. Такое решение обеспечивает возможность сопоставительного анализа результатов, полученных при использовании разных файлов входных сигналов, на отрезках активной речи.
Обработка сигналов программой ek_comb.exe ведётся в формате REAL с предоставлением сигналов в диапазоне амплитуд ±32767 (без масштабирования к диапазону ±1): при этом значение малой константы В (см. выражение (3.14)), используемой для предотвращения деления на ноль, принято равным 16.
При реализации корреляционного алгоритма адаптации деление на дисперсию перенесено в процедуру вычисления функции взаимной корреляции, что превращает эту процедуру в вычисление коэффициентов корреляции. Вычисление корреляционных коэффициентов в целях ускорения работы программы и с перспективой возможности её дальнейшей реализации на микропроцессорной элементной базе в конкретных схемах ЭК осуществляется по компактному алгоритму, описанному в [25].
Выполнение программы не накладывает специальных требований к операционной системе ПК и может осуществляться как под MS DOS, так и в среде Windows 95 ...ХР.
Выводы по главе 3.
1. В рамках предлагаемой концепции построения комбинированного ЭК для систем мобильной связи узел, осуществляющий измерение импульсной характеристики эхотракта (с целью локализации её значимого участка) и адаптирующийся по алгоритму НМНСК, должен размещаться ближе к источнику эхосигналов, чем узел, адаптирующийся по корреляционному алгоритму и отвечающий за окончательной подавление остаточного эхосигнала.
2. Минимальный порядок трансверсального фильтра, достаточный для обеспечения требуемого качества подавления эхосигналов в каналах сетей мобильной связи, составляет, согласно имеющейся статистике, 5 ... 7; при этом задержка сигналов в отводах трансверсального фильтра должна быть привязана к значимому участку импульсной характеристики эхотракта.
3. Локализация значимого участка импульсной характеристики эхотракта требует более высокого порядка трансверсального фильтра - 512 при современных требованиях и допустимому на сети разбросу значений времени концевой задержки.
4. Простое прямое каскадирование двух узлов трансверсальных фильтров разного порядка, адаптирующихся по разным алгоритмам, -корреляционному и НМНСК, - не обеспечивает требуемого и ожидаемого качества подавления эхосигналов в каналах сетей мобильной связи. Причиной такого явления выступает влияние сигналов в отводах трансверсального фильтра, не являющихся общими для обоих используемых в архитектуре комбинированного ЭК алгоритмов адаптации.
5. Для обеспечения требуемого качества подавления эхосигналов комбинированным ЭК порядок и границы задержки сигналов в отводах трансверсальных фильтров, адаптирующихся по разным алгоритмам, должны быть приведены к единой номенклатуре при формировании копии эхосигнала, использующейся для целей компенсации.
