Содержание к диссертации
Введение
1 Эффект электрического эха в каналах телефонной связи и анализ его мешающего воздействия 26
1.1 Механизм возникновения эффекта электрического эха в телефонных каналах 26
1.2 Анализ психофизических аспектов восприятия эхосигналов человеком.. 30
1.3 Разработка концепции и информационной модели субъективного восприятия эхосигналов 36
1.4 Анализ основных методов и средств оценки степени мешающего воздействия эффекта электрического эха 41
1.4.1 Метод мнений и практика его использования для оценки степени мешающего воздействия эффекта электрического эха 41
1.4.2 Метод заметности электрического эха и эффектов, вызванных включением в канал эхоподавляющих устройств 43
1.4.3 Исследование возможности использования Е - модели прогнозирования качества телефонной передачи для оценки степени мешающего воздействия эффекта электрического эха 45
1.4.4 Разработка метода оценки вероятности появления затруднений у абонентов при разговорах по каналам сети 50
1.4.5 Разработка метода оценки эффективности алгоритмов управления эхо подавляющими устройствами на сетях связи по критерию вероятности появления затруднений 55
1.5 Анализ характеристик эхосигналов и цепей их распространения, определяющих степень мешающего воздействия эффекта электрического эха 58
1.5.1 Анализ характеристик эхосигналов 58
1.5.2 Анализ основных цепей формирования и распространения эхосигналов 58
Выводы 61
2 Исследование и анализ основных источников и составляющих эхосигнала в телефонных каналах 65
2.1 Общие положения 65
2.2 Анализ основных источников задержки эхосигнала 66
2.2.1 Задержка, вносимая средой передачи 66
2.2.2 Задержка, вносимая оборудованием систем передачи 67
2.2.3 Задержка, вносимая оборудованием коммутационных станций 69
2.3 Анализ основных причин возникновения отражений и цепей, формирующих характеристики эхосигналов 69
2.3.1 Разработка модели формирования эхосигналов в несогласованной двухпроводной линии 69
2.3.2 Разработка моделей, описывающих характеристики передачи и формирование эхосигналов в эхотракте 73
2.4 Анализ основных причин возникновения эхосигналов за счет перехода с четырехпроводной части канала на двухпроводную 77
2.4.1 Пассивная оконечная трансформаторная дифсистема 77
2.4.2 Активные типы дифференциальных систем 78
2.5 Анализ влияния акустической связи между телефоном и микрофоном абонентского терминала на характеристики эхосигналов 81
2.5.1 Разработка общей модели формирования акустической составляющей эхосигнала в телефонных каналах 81
2.5.2 Акустическая связь в микротелефонных трубках мобильных абонентских терминалов. 86
2.5.3. Акустическая связь между телефоном и микрофоном в радиоудлинителях DECT 87
2.5.4 Акустическая связь в стационарных телефонных аппаратах 88
2.5.5 Акустическая связь в громкоговорящем режиме телефонных аппаратов 88
2.6 Анализ влияния оборудования сетей доступа на характеристики эхосигналов 90
2.6.1 Влияние четырехпроводных однополосных аналоговых систем передачи 90
2.6.2 Влияние двухполосных аналоговых систем передачи 91
2.6.3 Влияние цифровых систем передачи с ИКМ 92
2.6.4 Анализ влияния цифровых систем передачи, использующих интерполяционные механизмы сжатия речи 92
2.6.5 Влияние оборудования коммутационных станций 94
2.7 Разработка математических моделей эхотрактов 95
2.7.1 Математическая модель эхотракта, формируемого типовой аналоговой сетью доступа 95
2.7.2 Математическая модель эхотракта, формируемого типовой цифровой сетью доступа 97
2.7.3 Разработка модели нелинейности эхотракта 98
2.7.4 Разработка модели параметрических воздействий в эхотракте 99
2.7.5 Разработка моделей каналов, сигналов ошибки и шумов, используемых в процессе исследований 103
2.7.6 Разработка модели участка, уплотненного интерполяционными алгоритмами сжатия речи 105
Выводы 105
3 Исследование и разработка методов и средств борьбы с мешающим воздействием эффекта электрического эха .109
3.1 Анализ основных методов подавления эхосигналов в телефонных каналах и средств их реализации 109
3.1.1 Согласующий метод подавления эхосигналов 110
3.1.2 Разработка базовой математической модели заграждающего метода подавления эхосигналов 112
3.1.3 Анализ основных принципов, архитектуры и алгоритмов компенсационного метода подавления эхосигналов 126
3.2 Исследование влияния характеристик эхосигналов на качество телефонной передачи по эхозащищенным каналам 139
3.2.1 Исследование влияния характеристик эхосигналов и эхотрактов на работу эхозаградителя 139
3.2.2 Исследование влияния характеристик сигналов, каналов и эхотрактов на работу эхокомпенсатора 142
Выводы 164
4 Развитие основных принципов подавления эхосигналов, оптимизация их архитектуры и характеристик 170
4.1 Развитие архитектурных решений и оптимизация характеристик заграждающего принципа подавления эхосигналов 170
4.1.1 Развитие архитектурных решений заграждающего принципа подавления эхосигналов 170
4.1.2 Разработка методов и оптимизация процедуры измерения значения времени концевой задержки 174
4.1.3 Разработка рекомендаций по оптимизирующей коррекции номенклатуры динамических параметров заграждающего принципа подавления эхосигналов 175
4.1.4 Оптимизация адаптивного управления заграждающей функцией подавления эхосигналов 180
4.1.5 Развитие архитектуры исполнительных элементов заграждающей функции и оптимизация их характеристик 186
4.1.6 Развитие принципов обнаружения речевых сигналов в технике подавления эффекта электрического эха 190
4.1.7 Коррекция диаграммы уровней соединений как системная функция ЭПУ 194
4.1.8 Исследование влияния основной группы мешающих факторов на качество телефонной передачи по каналам, оборудованным усовершенствованными эхозаградителями 196
4.2 Развитие архитектурных решений и оптимизация характеристик компенсационного принципа подавления эхосигналов 198
4.2.1 Разработка метода и оптимизация процедуры измерения времени концевой задержки 198
4.2.2 Разработка компактных алгоритмов реализации корреляционного метода адаптивной настройки эхокомпенсатора 203
4.2.3 Оптимизация архитектурных решений и характеристик нелинейного процессора 205
4.2.4 Оптимизация функций и характеристик детекторов речи в составе архитектуры эхокомпенсатора 207
Выводы 209
5 Исследование и анализ основных проблем и особенностей подавления мешающего воздействия эффекта электрического эха в различных телекоммуникационных приложениях 214
5.1 Исследование и анализ характеристик эхосигналов, возникающих на фиксированной сети связи, и разработка рекомендаций по их подавлению.. 214
5.1.1 Цифровые сети доступа 214
5.1.2 Аналоговые сети доступа 217
5.1.3 Системы многостанционного доступа 218
5.1.4 Статистические системы 221
5.1.5 Системы, использующие интерполяционные механизмы сжатия речи 228
5.1.6 Исследование влияния неподавленных эхосигналов на качество телефонной передачи по каналам систем, использующих интерполяционные алгоритмы сжатия речи 230
5.2 Исследование особенностей и анализ возможностей подавления
эхосигналов в сетях мобильной связи 232
5.2.1 Анализ характеристик эхоподавляющих устройств различных производителей, установленных на сетях подвижной связи стандарта GSM в России 232
5.2.2 Анализ особенностей архитектуры и оборудования мобильных сетей, определяющих условия формирования, восприятия и подавления эхосигналов 235
5.2.3 Исследование возможных причин недостаточной эффективности работы эхоподавляющих устройств, связанных с разбросом параметров эхотрактов типовой сети стандарта GSM 237
5.2.4 Разработка рекомендаций по архитектуре эхоподавляющих устройств для мобильных сетей и оптимизация их характеристик 240
5.2.5 Разработка математической модели комбинированного эхокомпенсатора для сетей подвижной связи 245
5.2.6 Разработка рекомендаций по оптимизации качества телефонной передачи на сетях мобильной связи с точки зрения мешающего воздействия эффекта электрического эха и явлений, вносимых в каналы со стороны эхоподавляющих устройств 249
5.3 Исследование особенностей подавления эхосигналов в системах связи, использующих блочные алгоритмы защиты информации от несанкционированного доступа 250
5.3.1 Анализ основных стандартов блочных алгоритмов защиты информации от несанкционированного доступа 250
5.3.2 Исследование влияния ошибок передачи защищенной информации на работу эхоподавляющих устройств 251
5.3.3 Разработка рекомендаций по архитектуре и алгоритмам функционирования эхоподавляющих устройств, устойчивых к воздействию ошибок передачи защищенной информации 258
5.4 Анализ особенностей подавления эхосигналов в системах IP телефонии 260
5.5 Анализ особенностей проявления эха в конференцсвязи и разработка рекомендаций по их подавлению 263
Выводы и рекомендации 266
6. Анализ взаимных влияний и взаимодействия эхоподавляющих устройств с сетевым оборудованием ...271
6.1. Анализ мировых тенденций развития и использования эхоподавляющих устройств 271
6.2. Анализ современного состояния размещения эхоподавляющих устройств на ЕСЭ РФ и управления их работой 281
6.2.1. Анализ действующей нормативной базы по вопросам борьбы с мешающим воздействием эффекта электрического эха 281
6.2.2. Анализ характеристик используемого оборудования эхоподавляющих устройств 283
6.2.3. Анализ архитектуры типовой сети подвижной связи и характеристик оборудования в аспекте формирования и подавления эффекта электрического эха 288
6.2.4. Анализ возможных причин недостаточной эффективности работы эхоподавляющих устройств, связанных с их размещением и управлением на сети стандарта GSM 291
6.2.5. Анализ топологии и архитектуры корпоративной сети с точки зрения условий формирования эхосигналов и подхода к их подавлению (на примере сети связи Российских Железных Дорог) 295
6.3. Разработка предложений по размещению эхоподавляющих устройств на ЕСЭ РФ и управления их работой 305
6.3.1. Разработка предложений по управлению ЭПУ на сетях подвижной связи стандарта GSM с целью повышения эффективности работы и использования эхоподавляющих устройств 305
6.3.2. Разработка рекомендаций по оснащению сети связи Российских Железных Дорог эхоподавляющими устройствами и по управлению их работой 307
6.4. Анализ возможностей управления эхоподавляющими устройствами со стороны сетевого оборудования, заложенных в основных типах систем сигнализации 311
6.5. Разработка концепции и стратегии размещения эхоподавляющих устройств на ЕСЭ РФ и системы принципов управления их работой 313
Выводы и рекомендации 318
Заключение 321
Список литературы
- Анализ основных методов и средств оценки степени мешающего воздействия эффекта электрического эха
- Анализ основных причин возникновения отражений и цепей, формирующих характеристики эхосигналов
- Разработка базовой математической модели заграждающего метода подавления эхосигналов
- Развитие архитектурных решений заграждающего принципа подавления эхосигналов
Введение к работе
Электрическое эхо в совокупности с другими эффектами, вызванными его некорректным подавлением, превратилось в настоящее время едва ли не в доминирующий фактор мешающего воздействия в каналах телефонной связи.
Еще в недавнем прошлом единственным фактором мешающего воздействия эффекта электрического эха считалось наличие эхосигналов, нарушающих естественность ведения телефонного разговора. Количественно степень мешающего воздействия оценивалась минимальным значением затухания эхосигналов, обеспечивающим приемлемое качество телефонной передачи, - как функции времени их распространения. Вместо времени распространения часто указывалась протяженность соединения, поскольку основная задержка в сигнал вносилась линейным трактом систем передачи [69].
Для борьбы с мешающим воздействием эффекта электрического эха использовался заграждающий принцип, предполагающий внесение значительного затухания в обратное направление передачи при передаче речи в прямом. С целью облегчения условий ведения встречного разговора при его возникновении в тракт прямого направления передачи предусматривалось внесение небольшого затухания или компрессии сигнала.
Эхоподавляющие устройства (ЭПУ), реализующие заграждающий принцип подавления эхосигналов, получили название эхозаградителей (ЭЗ) [80]; они обеспечивали достаточно полное подавление эффекта электрического эха, а погрешности их работы достаточно хорошо маскировались шумами, перманентно действующими в каналах аналоговых систем передачи и коммутации, особенно в сетях доступа. В целом же трафик по каналам, требующим защиты от мешающего воздействия эффекта электрического эха, составлял незначительную долю общего телефонного трафика, и проблема защиты не ставилась во главу угла.
Бытовало также мнение, что электрически или логически полностью четырехпроводное соединение является радикальным решением проблемы эффекта электрического эха на сетях связи.
Проблемам восприятия эффекта электрического эха и борьбы с его мешающим воздействием в каналах телефонной связи посвящено труднообозримое количество работ как отечественных, так и зарубежных исследователей; ссылки на наиболее значимые литературные источники по рассматриваемым вопросам приведены в соответствующих их тематике разделах диссертации.
Отечественная школа исследования проблемы электрического эха обязана своим основанием таким видным ученым, как П.К.Акульшин, И.А.Кощеев, К.Е.Кульбацкий, К.П.Егоров, А.П.Резвяков, В.Н.Тетерев, Н.А.Баев и др. Существенный вклад в ее развитие внесли М.К.Цыбулин, А.Д.Снегов, А.Г.Мурадян, М.А.Жарков, Г.В.Вемян, В.И.Иванов, П.Н.Муравчик, Э.З.Раппопорт, С.В.Кунегин и др. Первой отечественной публикацией по рассматриваемой проблеме следует считать, по-видимому, работу [1].
Зарубежные исследования по проблеме связаны с именами таких исследователей, как M.M.Sondhi, D.A.Barkley, R.Wehrmann, W.Koch, J.Hutter, G.Williams, L.S.Moye, D.G.Messerschmitt, R.R.Riesz, E.T.Klemmer, M.R.Asharif, S.H.Ardalan, S.L.Gay, S.Tavathia, S.Tsujii, J.Chao, T.Petillon и др.
Цифровизация связи дала новый мощный импульс борьбе с мешающим воздействием эффекта электрического эха, превратив ее в системную проблему.
Развитие цифровых методов обработки сигналов и цифровой элементной базы открыло возможность реализации альтернативного заграждающему компенсационного принципа подавления эхосигналов, основанного на формировании копии эхосигнала и ее вычитании из смеси эхосигнала и полезного сигнала обратного направления передачи. Как только уровень развития микропроцессорной элементной базы обеспечил возможность серийного выпуска эхоподавляющих устройств компенсационного типа, - эхокомпенсаторов (ЭК), - в приемлемых стоимостных рамках, заграждающий принцип подавления был предан забвению. Последняя редакция рекомендации МСЭ-Т G.164 [178], регламентирующей характеристики ЭЗ, относится к 1984 году.
Параллельно эхоподавляющим устройствам развивались принципы и средства построения систем передачи. Шум практически исчез из цифровых телефонных соединений, унеся с собой эффект маскирующего действия на остаточный эхосигнал. Заметность сигналов электрического эха значительно возросла, что привело к возобновлению исследований по количественной оценке степени их мешающего воздействия, вылившиеся в многократные ревизии рекомендаций МСЭ-Т G. 121 и G.131 [49, 50, 51,52,53, 174, 176, 177].
Результаты проведенных исследований потребовали также ревизии нормативного значения времени распространения сигналов, превышение которого требует включения в канал эхоподавляющих устройств; в настоящее время оно составляет 25 миллисекунд в одном направлении [177].
Значительно увеличилась доля каналов, требующих использования средств подавления эффекта электрического эха, - и не столько за счет ревизии нормативного значения времени задержки, сколько за счет широкого использования на сетях связи цифровых методов обработки сигнала, связанных, главным образом, с блочным характером обработки.
Широкое и повсеместное распространение получили статистические системы передачи и в еще большей степени — системы, использующие интерполяционные алгоритмы сжатия речи. На фиксированных сетях статус стандарта де-факто приобрел алгоритм CS-ACELP [183], обеспечивающий восьмикратное сжатие речи с незначительной потерей качества, а на сетях мобильной связи — RPE-LTP (GSM 06.10) [153], реализуемый близкими к CS-ACELP процедурами и обладающий близкими свойствами.
Наблюдается значительная диспропорция в развитии междугородной и местных сетей [129]. Междугородная (транспортная) сеть в настоящее время построена практически полностью на цифровом оборудовании. Местные же сети (сети доступа), даже МГТС, имеют преимущественно аналоговую структуру, причем достаточно часто используется архаичное оборудование, например, двухполосные системы. С транспортной сети ушла в прошлое традиционная трансформаторная оконечная дифференциальная система; функция перехода с четырехпроводной части канала на двухпроводную в современных коммутационных станциях выполняется кофидеками, которые с транспортной сети переместились на сети доступа. Как показывает практика, функция настройки балансных контуров оконечных дифференциальных систем, пребывавшая в небрежении на междугородной сети, совсем потерялась в процессе перехода на сети доступа, для обслуживающего персонала которых понятие эффекта электрического эха является в значительной степени экзотикой, а программирование кофидеков не отражено в должностных инструкциях. Результатом такого подхода является повышенный разброс значений переходного затухания [86, 111, 115].
Изменился вид диаграммы уровней телефонного соединения за счет изменения значений относительных уровней виртуальной точки четырехпроводной коммутации с минус 3,5 дБ до 0 дБ. Использование на сети старого оборудования, не допускающего необходимых подстроек характеристик, часто приводит к перекосам диаграммы уровней, влияющим на стабильность работы ЭПУ.
Существенно изменились архитектура и характеристики абонентского оборудования. Изменение геометрии микротелефонных трубок и применяемых при их изготовлении материалов привели к повышению роли акустической составляющей эхосигнала (возникающей вследствие акустической связи телефон — микрофон), особенно в мобильных терминалах и радиоудлинителях DECT.
Телефонные аппараты строятся в настоящее время на основе активных элементов, усугубляющих нелинейность эхотрактов; многие аппараты оснащаются функцией громкоговорящей связи, еще в большей степени усиливающей роль акустической составляющей в эхосигнале.
Появились новые методы и средства передачи телефонных сообщений, выдвинувшие IP — телефонию на лидирующие позиции по степени мешающего воздействия эффекта электрического эха. Стремление к экономии средств и к передаче трафика максимально возможного объема при имеющейся пропускной способности шлюзов в сеть общего пользования заставляет операторов использовать максимальную емкость буфера сбора (джиттера) пакетов, часто усугубляя картину передачи сжатием речи по алгоритму CS-ACELP. Естественно, подобные меры приводят к увеличению времени распространения сигналов по каналам, и, как следствие, к необходимости применения эхоподавляющих устройств.
Подавление эффекта электрического эха в изменившейся обстановке превратилось в сложную системную и сетевую задачу, обеспечивающую практическое знакомство с его мешающим воздействием едва ли не каждого абонента телефонной сети.
Со времени самых первых испытаний эхокомпенсаторов 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 эхокомпенсатора для формирования копии эхосигнала, принципиально не обеспечивает возможности генерации нелинейных продуктов, лишая эхокомпенсатор способности подавления нелинейных составляющих эхосигнала и стимулируя пропускания 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.
Для подавления остатков эхосигналов, включающих линейную и нелинейные составляющие, в архитектуре эхокомпенсатора предусмотрен нелинейный процессор (НП). Реализуя, фактически, заграждающий принцип подавления остаточных эхосигналов, НП вносит в канал специфические динамические пропадания отрезков передаваемого речевого сигнала, получившие название клиппирования, которые могут в значительной степени усугубляться влиянием импульсной помехи и перекосами диаграммы уровней.
Еще одним столь же существенным фактором, как нелинейность, влияющим на работу эхокомпенсатора и обеспечиваемое качество телефонной передачи по эхозащищенным каналам, является параметрическое изменение характеристик эхотрактов [114, 220]. Источники параметрических изменений на сетях достаточно многочисленны — это и «мерцание контакта» на механических коммутационных станциях, и изменение усилий, прикладываемых абонентом к телефонной трубке в процессе разговора, и переключение на другой телефонный аппарат, и изменение сопротивления угольного микрофона и многое другое.
Импульсная помеха как фактор нарушения адекватности работы НП и причина клиппирования сигнала приобретает особое значение в каналах, обладающих свойством размножения ошибок.
Свойством сгруппированного размножения ошибок передачи обладают системы защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа, использующие блочные (блоковые) алгоритмы [35, 36, 39, 90, 120], а также системы, использующие интерполяционные механизмы сжатия речи [65, 115, 153]. Особенно остро проблема размножения ошибок (и связанная с ней некорректность работы НП) стоит в системах мобильной связи вследствие высоких значений коэффициента ошибок передачи по радиоканалу в сложных условиях приема.
Неподавленные эхосигналы, в свою очередь, могут оказывать значительное влияние на корректность работы систем передачи, часто имеющее неожиданные проявления, например, такие, как пропадания отрезков передаваемой речи значительной (более 1с) длительности в системах статистического уплотнения [12, 60, 108] или характерное металлическое звучание в системах, использующих интерполяционные алгоритмы сжатия речи [20, 65].
Дублируя эхотракт, в некоторых случаях эхокомпенсатор сам становится источником эхосигналов в телефонных каналах.
Изложенные положения дают основание для включения проблемы электрического эха на сети связи в число главнейших и актуальнейших задач отрасли, требующих системного подхода и адекватных аппаратных, программных и сетевых решений.
Цель и основные задачи работы. Основной целью работы является разработка концепции системного решения проблемы подавления мешающего воздействия эхосигналов на сети связи РФ.
Поставленная цель предполагает решение следующих основных задач: - обобщение и систематизация имеющихся на настоящий момент результатов научных и экспериментальных исследований по проблемам подавления эхосигналов в различных сегментах ЕСЭ РФ, а также по проблеме восприятия эхосигналов человеком и методам количественной оценки этого влияния;
- разработка метода, обеспечивающего наиболее адекватную оценку качества телефонной передачи по каналам связи с заметным мешающим воздействием эффекта электрического эха, учитывающую разнообразные аспекты и особенности его субъективного восприятия;
- разработка комплекса математических, имитационных и машинных моделей, предназначенных для проведения теоретических и экспериментальных исследований методов подавления эхосигналов и описывающих заграждающий и компенсационный принципы подавления эхосигналов, эхотракты, каналы передачи, взаимодействие сигналов и шумов в их системе; это обеспечит возможность оптимизации характеристик ЭПУ по принятым параметрам и критериям;
- разработка концепции построения ЭПУ и конкретных рекомендаций по выбору принципов и средств подавления мешающего воздействия эффекта электрического эха, ориентированных на использование в различных сетевых приложениях;
- разработка стратегии размещения ЭПУ на сети связи страны и принципов управления их работой, обеспечивающих наиболее высокое качество телефонной передачи;
разработка предложений по коррекции нормативной базы, регламентирующей вопросы построения, проектирования и эксплуатации оборудования на сетях связи с позиций обеспечения полноценного подавления эффекта электрического эха.
Методы исследования. Исследования, проведенные в настоящей диссертационной работе, базируются на методах математической статистики, теории выбора и принятия решений, теории систем автоматического управления, теории случайных процессов и методах статистической радиотехники. В работе используются методы цифровой фильтрации, математического и компьютерного моделирования.
Исследования проводились с использованием программного обеспечения, разработанного автором.
Научная новизна.
1. Предложены концепция и информационная модель субъективного восприятия эхосигналов, отличающиеся выявленным наличием механизма компенсации эхосигналов в цепи отрицательной обратной связи процесса речеобразования и механизма адаптивного перераспределения пропускной способности логических каналов ввода/вывода информации, формирующего сигнал о наличии затруднений в случаях информационных перегрузок.
Предложенные концепция и модель позволяют объяснить сущность многих явлений, например, таких как ход зависимости степени мешающего воздействия эффекта электрического эха от времени задержки эхосигналов и других факторов, сопоставление степени мешающего воздействия гладкого шума, разборчивых и неразборчивых эхосигналов на говорящего и слушающего абонентов в различных условиях и др.
2. Предложен адекватный показатель качества телефонной передачи в условиях мешающего воздействия эффекта электрического эха - вероятность появления затруднений у абонентов при разговоре по каналу с заданным ансамблем влияющих факторов. Разработана методика его практического определения с требуемой точностью. Этот показатель может быть использован также для оценки эффективности и оптимизации стратегии размещения ЭПУ на сети связи страны и алгоритмов управления их работой.
3. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных на различных сегментах ЕСЭ РФ, синтезирован комплекс математических, имитационных и машинных моделей, описывающий: каналы, организованные с использованием систем передачи различных видов; эхотракты, характерные для аналоговых и цифровых сетей доступа; заграждающий и компенсационный принципы подавления эхосигналов; взаимодействие сигналов и шумов в их системе и др. Отличительной особенностью разработанного комплекса моделей является взаимный учет характерных видов мешающих факторов с возможностью детализации исследования их влияния в системе на степень мешающего воздействия эффекта электрического эха и на функционирование сетей и систем передачи.
4. В результате анализа данных масштабных экспериментальных исследований, проведенных автором на реальных сетях связи, обоснована необходимость изменения номенклатуры динамических характеристик заграждающего принципа подавления эхосигналов с целью повышения качества телефонной передачи по эхозащищенным каналам.
5. Предложена новая концепция реализации заграждающего принципа подавления эхосигналов, адаптивного к влиянию характеристик эхотрактов, отличающаяся механизмом компенсации временного сдвига между огибающими сигналов в трактах прямого и обратного направлений передачи. Предложенная концепция обеспечивает практически полное исключение эффекта ложного перебоя в каналах и возможность эксплуатации заграждающего принципа подавления эхосигналов в полнофункциональном режиме с размещением ЭЗ в различных точках соединения.
6. Предложено и обосновано комплексное решение, обеспечивающее повышение качества телефонной передачи при использовании заграждающего принципа подавления эхосигналов за счет снижения раздражающего действия ключевых эффектов. На основании результатов исследований определены требования к закону изменения и скорости внесения затухания, а также к статистическим характеристикам и способу генерации шума комфортности, что обеспечивает наиболее высокую субъективную оценку качества телефонной передачи.
7. Выявлены основные причины и механизмы неадекватной работы эхоподавляющих устройств в каналах, оборудованных средствами защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа, использующими блочные криптографические алгоритмы. Обоснованы концепция, архитектура и алгоритм функционирования ЭК, обеспечивающие существенное снижение клиппирования передаваемой речи в каналах, защищенных от несанкционированного доступа, и отличающиеся принципом определения границ участков сигнала, пораженных ошибками передачи, с учетом эффекта их размножения блочным алгоритмом криптозащиты.
8. Выявлены основные причины неадекватной работы эхоподавляющих устройств в мобильных соединениях, механизмы и количественные характеристики влияния основных факторов на качество телефонной передачи. Предложена концепция комбинированного ЭК, предназначенного для устойчивой работы в мобильных соединениях, отличающаяся совмещением двух алгоритмов адаптивной настройки трансверсального фильтра (нормализованных наименьших средних квадратов и корреляционного) и возможностью устранения источника клиппирования речи ближнего абонента.
9. Предложена и обоснована концепция стратегии размещения ЭПУ на сети и принципов управления их работой, обеспечивающая наиболее корректное подавление мешающего воздействия эхосигналов на развивающейся сети связи страны, учитывающая потенциальные возможности используемых систем сигнализации и концепцию интерцепции управляющего сигнала (бита С) для нейтрализации активности транзитных ЭПУ.
Практическая ценность
1. Предложенная автором номенклатура динамических характеристик ЭЗ: вошла в отраслевой стандарт «Аппаратура эхозаграждения и эхокомпенсации для линий связи» ОСТ 45.97-97 [3];
- легла в основу алгоритмов функционирования серийно выпускавшихся эхозаградителей КЭЗ-А.001...КЭЗ-А.004 и более поздних моделей КЭЗ-А.Ц01 ...КЭЗ-А.Ц02, выпускаемых в настоящее время.
2. Указанные выше модификации ЭПУ вошли в отраслевой РД «Требования по установке эхоподавляющих устройств. Руководящий документ по Системе автоматизированной телефонной связи общего пользования» как «эхозаградители с улучшенными динамическими характеристиками» [78]. Разработка отмеченных ЭПУ удостоена премии Ленинского Комсомола в области науки и техники за 1990 год.
3. Предложенные архитектура и алгоритм работы ЭПУ реализованы в серийно выпускаемых в настоящее время моделях цифровых эхозаградителей КЭЗ—А.Ц02, отмеченных Постановлением Коллегии Государственного Комитета Российской Федерации по связи и информатизации №2 - 1 от 26.01.99 как пример конкурентоспособной продукции Российских производителей. Эхозаградитель КЭЗ-А.Ц02 выполнен в идеологии загружаемых платформ и поддерживает различные системные функции, например:
- полную поддержку взаимодействия с протоколами ОКС-7, 2ВСК, 1VF, МККТТ №5, Q.50, EDSS1 (PRI) и др.;
- возможность эксплуатации в полнофункциональном режиме при времени концевой задержки до 1020 мс, включая работу в системах спутниковой связи в режиме многостанционного доступа и в системах мобильной связи в режиме подавления эхосигналов, возникающих в абонентских терминалах;
- возможность измерения значения времени концевой задержки и вида импульсной характеристики эхотракта;
- возможность поддержки видеоконференции и др.
4. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс МТУСИ в курсах «Микропроцессоры в цифровых системах передачи», «Многоканальные цифровые системы передачи и средства их защиты от несанкционированного доступа», а также в качестве тем многих дипломных проектов и магистерских диссертаций.
5. Внедрение результатов диссертационной работы с указанием достигнутых эффектов подтверждено актами внедрения, полученными от фирмы - производителя эхозаградителей ЗАО «Связьпром», отзывами от эксплуатирующих организаций ОАО Ростелеком, ОАО «Артелеком», ОАО «ММТ», ОАО «Коминком», ЗАО «Комбеллга», ОАО Электросвязь Оренбургской области, ЗАО «Телепорт —ТП» и др.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы широко обсуждались на международных и межрегиональных конференциях, секции «Радиоэлектроника» при Центральном Доме Ученых РАН, в рамках совместного семинара ИПК МТУСИ и журнала «Вестник связи» (Вестник связи, 2005, №4, с. 80-84) на конференциях и сессиях НТОРЭС им А.С. Попова, на конференциях профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ, а также опубликованы в ряде научных журналов.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 99 работ, из них 17 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК, в общем числе 30 работ без соавторства.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Отраженные сигналы в телефонных каналах — электрическое эхо — приобрели в настоящее время статус одного из доминирующих факторов мешающего воздействия на сетях связи, которое на практике может проявляться как:
- эффект электрического эха, который может иметь разборчивый или неразборчивый, непрерывный или пропульсивный характер, и оказывать влияние как на говорящего, так и на слушающего абонента;
- клиппирование передаваемых речевых сигналов, вызванное либо ключевыми элементами, входящими в архитектуру ЭПУ, при возникновении условий, нарушающих их нормальную работу, либо ключевыми эффектами, вносимыми другими видами оборудования, например, оборудованием статистических систем передачи при возникновении перегрузок, вызванных влиянием эхосигналов;
- специфический металлический призвук во время встречного разговора, вызванный влиянием эхосигналов на адекватность преобразования речевых сигналов в системах сжатия, например, использующих предиктивные алгоритмы, такие как GSM06.10 или CS-ACELP;
- коммутация шума в телефонах абонентов в процессе разговора ключевыми элементами эхоподавляющих устройств и др.
2. В акустическом восприятии человека действует механизм компенсации эхосигналов на этапе, предшествующем передаче звуков в фазу семантической обработки. Механизм компенсации эхосигналов, действующий в акустическом восприятии человека, в частности, поддерживает:
- функции структур адаптивных фильтров КИХ и БИХ структур;
- память (длину) фильтров, соответствующую времени распространения эхосигнала до точки отражения 25..30 мс без привлечения дополнительных ресурсов.
Петля отрицательной обратной связи механизма речеобразования человека не привязана к какому-либо эталонному источнику звука, а механизм слуховой реакции человека на собственную речь минимизирует вычислительные ресурсы мозга, задействуемые для ее обработки.
3. Вероятность появления затруднений при разговоре является базовым показателем качества телефонной передачи, обеспечивающим адекватную сравнительную оценку мешающего воздействия эффекта электрического эха и явлений, обусловленных работой в канале эхоподавляющих устройств. Среднее по сети значение этой вероятности может быть определено с требуемой точностью на конечной выборке наблюдений в соответствии с предложенной методикой и использовано в качестве функции оптимизации характеристик ЭПУ, стратегии их размещения на сети связи страны и принципов управления их работой.
4. Разработанный комплекс математических и машинных моделей каналов передачи, эхотрактов, методов подавления эхосигналов и основных факторов, оказывающих влияние на их функционирование, обладая взаимным соответствием представлений, обеспечивает возможность адекватного исследования и оптимизации характеристик ЭПУ и принципов управления ими по принятым критериям для широкого круга сетевых приложений, включая мобильную связь, защищенные системы, IP - телефонию и др.
5. Проблема электрического эха на ЕСЭ РФ требует системного подхода. С точки зрения борьбы с мешающим воздействием отраженных сигналов сеть связи страны представляет собой сверхсложную систему, локальные действия по подавлению эхосигналов в которой далеко не всегда обеспечивают позитивный результат, а в некоторых случаях результат может оказаться негативным. Ни один оператор, подключаясь к сети связи общего пользования, не в состоянии решить проблему электрического эха для своих абонентов собственными силами и ресурсами. Подключение каждого нового оператора или увеличение объема его среднего трафика требует, как правило, дооборудования всех АМТС сети ЭПУ, или, как минимум, изменений в размещении имеющихся ЭПУ и управлении их работой.
6. Важным условием успешного решения проблемы электрического эха на сети связи является изменение правил оборудования сети ЭПУ и алгоритмов управления их работой в соответствии с предложенными концепциями, целевой функцией которого должно быть обеспечение минимального среднего по сети значения вероятности появления затруднений при разговорах.
Анализ основных методов и средств оценки степени мешающего воздействия эффекта электрического эха
Ввиду сугубо субъективного характера мешающего воздействия эффекта электрического эха в рамках круга задач, поставленных в настоящей работе, подробному анализу подлежат методы оценки качества телефонной передачи, относящиеся к категории субъективных.
К субъективным методам, используемым для оценки степени мешающего воздействия эффекта электрического эха и явлений, обусловленных некорректным функционированием средств его подавления, относятся метод мнений, метод заметности, метод оценки по тесту «напряженность внимания», метод парных сравнений, метод затруднений [15, 16,28,29,33, 146, 161, 190, 191, 218,231 и др.].
Метод мнений, изначально ориентированный на интегральную оценку качества телефонной передачи для широкого круга мешающих факторов, преследует цель максимально правдоподобного воссоздания эксплуатационных условий при лабораторных исследованиях. Невзирая на высокую технологическую сложность и трудоемкость, этот метод наиболее часто используется для оценки как степени мешающего воздействия эффекта электрического эха, так и качества телефонной передачи, обеспечиваемого при использовании различных видов ЭПУ.
Под оценкой по методу мнений в отечественных литературных источниках обычно понимается смещенная на 1 балл вниз оценка по показателю MOSc (Mean Opinion Score, conversational test), использующего процедуру двустороннего осмысленного разговора между парами неподготовленных абонентов по испытуемому каналу [190, 191].
В современной регламентации испытания по методу мнений могут быть реализованы как в режиме двустороннего разговора, так и в режиме одностороннего с участием одного абонента, говорящего и одновременно анализирующего на слух реакцию испытуемой системы на свою речь, а также в режиме прослушивания третьей стороной [190, 191]. В качестве субъектов испытаний может выступать как неподготовленный персонал (ежедневно пользующийся телефонной связью, но не относящийся к специалистам в этой области и не привлекавшийся к субъективным испытаниям более полугода), так и подготовленный, имеющий опыт испытаний по субъективной оценке качества телефонной передачи (но не занимающийся этим постоянно) и способный выделить основные факторы мешающего воздействия и подробно описать их характер (при этом не относясь к специалистам по вопросам борьбы с мешающим воздействием эффекта электрического эха и качества телефонной передачи).
Подготовленный персонал в качестве субъектов испытаний обычно используется для целей диагностики оборудования, выявления номенклатуры значимых (с точки зрения обеспечения качества) параметров системы и определения условий проведения эксперимента, а неподготовленный - для получения конкретных оценок качества телефонной передачи в заданных условиях.
Двусторонний разговор обычно рассматривается в качестве основной формы проведения испытаний, односторонний разговор и прослушивание третьей стороной используются либо для снижения сложности эксперимента, либо при необходимости детализации или управления характеристиками сигналов или процесса диалога, например, статистикой встречного разговора. Анализируя опыт использования метода мнений с точки зрения обозначенных в настоящей работе целей, следует констатировать, что этот метод при очень большом количестве респондентов дает возможность хорошей интегральной оценки качества сети или какого-то оборудования. Появление в последнее время серийных измерительных приборов, поддерживающих функцию выражения результатов измерения качества передачи в баллах MOS, также способствует распространению метода мнений и выработке у операторов и проектировщиков привычки к использованию этих единиц. Разработанный в недавнем прошлом новый показатель качества телефонной передачи R, рекомендованный для прогнозирования качества в условиях одновременного воздействия нескольких мешающих факторов в рамках Е-модели [167, 168, 169], МСЭ счел необходимым дополнить правилами пересчета в те же баллы абонентской оценки MOS.
Можно тем не менее констатировать, что оценки, выносимые по методу мнений разными абонентами, имеют существенный разброс, связанный со значительной субъективностью таких категорий, как «отлично», «хорошо», «удовлетворительно».
Однако основное неудобство оценок MOS заключается в отсутствии математического аппарата, поддерживающего конструктивные виды обработки информации, представленной в баллах абонентской оценки. Так, например, эти оценки весьма затруднительно использовать в качестве критериев оптимизации алгоритмов управления эхоподавляющими устройствами на сетях связи.
Анализ основных причин возникновения отражений и цепей, формирующих характеристики эхосигналов
Цепь распространения эхосигналов включает оборудование и каналы сети доступа говорящего абонента, оборудование коммутационных станций и систем передачи, линейный тракт и эхотракт.
Основную задержку в эхосигнал вносит оборудование систем передачи и линейный тракт, определяя как степень мешающего воздействия эффекта электрического эха, так и необходимость использования средств его подавления.
Основное затухание, а также основную долю линейных, параметрических и нелинейных искажений в эхосигнал вносит эхотракт.
Анализ результатов исследований, проведенных на ЕСЭ РФ, дает основание выделить две основных составляющих эхосигнала в телефонных каналах — электрическую и акустическую.
Электрическая составляющая эхосигнала возникает вследствие различных причин проникновения электрического сигнала из прямого направления передачи в обратное. Главной причиной проникновения электрических сигналов в обратное направление передачи на фиксированной сети является неполная развязка в точках перехода с четырехпроводнои части канала на двухпроводную, а также отражения от неоднородностей в двухпроводной части. Формирование эхосигнала в такой ситуации рассмотрено в п. 1.5.2.
Акустическая составляющая эхосигнала, характерная как для фиксированной сети, так и для сетей подвижной связи, является следствием наличия акустической связи между телефоном и микрофоном в абонентских терминалах.
Электрическая и акустическая составляющие эхосигнала действуют независимо одна от другой и могут влиять как одновременно, так и с некоторым разносом по времени (например, в абонентских радиоудлинителях DECT).
На фиксированной сети известную долю затухания и линейных искажений вносит абонентская линия. Влияние абонентской линии следует рассматривать с двух точек зрения.
С одной стороны, абонентская линия, являясь для абонента фиксированной сети одной из цепей распространения сигнала, оказывает ослабляющее и искажающее воздействие и на передаваемый речевой сигнал и на эхосигнал. С другой стороны, абонентская линия как часть эхотракта, вносящая в сигнал задержку и критичная к согласованию, может являться причиной появления дополнительных точек отражения сигнала и таким образом влиять на форму импульсной характеристики эхотрактов.
Настоящая глава посвящена анализу и исследованию характеристик основных звеньев, составляющих эхотракт, и моделированию основных процессов формирования эхосигналов в каналах сетей связи, как с точки зрения психофизического воздействия, так и с позиций подавления мешающего воздействия эффекта электрического эха.
В аналоговых системах передачи главной причиной задержки сигналов в телефонных каналах являлась конечная скорость распространения электромагнитных колебаний в линейных трактах, оконечной и промежуточной аппаратуре, а мешающее влияние сигналов электрического эха проявлялось главным образом при международных и междугородных соединениях.
С развитием цифровых систем передачи число телефонных каналов с временем распространения, превышающим 25 мс, увеличилось. Основной причиной задержек сигналов стало распространение различных систем цифровой обработки сигналов, оперирующих блоками отсчетов - систем сжатия речи, транскодирования, криптозащиты и др., вследствие чего мешающее влияние сигналов электрического эха стало зачастую проявляться даже при местных соединениях.
Значение времени задержки, вносимой в сигнал основными видами линейных трактов с учетом задержки в регенераторах и промежуточных усилительных пунктах, представлены в таблице 2.1 [172, 173]:
В IP - ориентированных приложениях время распространения сигнала по текущему соединению (аппаратной части) зависит от размера пакета, используемого для передачи, организации протокола обмена на уровне между сетевым и логическим уровнями и емкости буфера сбора (джиттера) пакетов. Если размер пакета соответствует размеру кадра передачи сжатого речевого сигнала или каждый кадр передается в новом пакете, то значение времени задержки Т при передаче может быть рассчитано в соответствии со следующими выражениями:
Т = 2F + L, если пакет второго (логического) уровня формируется из пакета третьего (сетевого) уровня без задержки, связанной с буферизацией, например, при работе по протоколу Ethernet; и T = 3F + L- при использовании буферизации между уровнями, например, при модемной передаче. Здесь F - размер кадра передачи сжатого речевого сигнала, L — время предобработки. Если в одном IP пакете передаются N кадров, то значение времени задержки, вносимой за счет формирования пакетов (на передаче) может быть рассчитано в соответствии со следующими выражениями: Т = (N +1) F + L, если буферизация не используется, и Т = (2N + Y)-F + L, при использовании буферизации между уровнями.
Значение времени задержки, вносимой в сигнал оборудованием приема в IP -ориентированных приложениях определяется емкостью буфера сбора (джиттера) пакетов. Современное оборудование обычно поддерживает работу как с постоянным значением емкости буфера, так и с адаптивной подстройкой емкости в соответствии с реальной статистикой разброса времени распространения пакетов на сети. В последнем случае время распространения сигнала по каналу претерпевает медленные изменения. Наиболее распространенным на ЕСЭ РФ вариантом эксплуатации IP — оборудования является использование полной емкости буфера сбора пакетов, при этом в сигнал обычно вносится задержка в 300 мс.
2.2.3 Задержка, вносимая оборудованием коммутационных станций Оборудование коммутационных станций вносит в сигнал небольшую по сравнению с ранее рассмотренными видами оборудования задержку, способную, тем не менее, влиять на форму импульсной характеристики эхотракта. Значения времени задержки, вносимой основными типами коммутационных станций, приведены в таблице 2.4 [172, 173].
Разработка базовой математической модели заграждающего метода подавления эхосигналов
В соответствии с действующей классификацией [178], ЭЗ представляет собой управляемое голосом устройство, размещаемое на четырехпроводном участке цепи и используемое для внесения затухания в тракт передачи для подавления эхосигналов.
Как архитектурные решения, так и номенклатура характеристик ЭЗ, претерпели в процессе развития ряд модификаций, отраженных в рекомендациях [54, 178]. К заграждающим могут быть также отнесены устройства, выполненные в соответствии с [55], реализующие функцию защиты каналов связи от самовозбуждения VODAS (Voice Operating Device Against Summering). Последняя по времени из этих рекомендаций принималась в несколько сумбурной обстановке в надежде на последующие исправления и усовершенствования. Однако случившийся в тот период времени скачок в развитии цифровых сигнальных процессоров привел к началу серийного выпуска эхокомпенсаторов, и, как следствие, к потере интереса к устройствам заграждающего типа. Таким образом была увековечена архитектура ЭЗ, иллюстрируемая на рисунке 3.1.
Архитектура ЭЗ, представленная на рисунке 3.1, относится к так называемому ЭЗ с адаптивной дифференциальной чувствительностью перебоя [178], являющейся дополнительной по отношению к базовой архитектуре ЭЗ функцией. Базовая архитектура ЭЗ, ориентированная в том числе на аналоговую реализацию, не включает блок ИЗ, а решение об управлении ключами принимаются по результату сравнения огибающих на выходах блоков ДОІ и Д02.
Активность режимов устанавливается границами статической диаграммы состояний ЭЗ (СДС), а динамика смены режимов регламентируется номенклатурой динамических параметров [178].
Развития заграждающего принципа подавления эхосигналов представляется целесообразным привести в математическом описании, начиная с базовой архитектуры в настоящем разделе. Описание функционирования базовой архитектуры, ориентированной (в том числе) на аналоговую реализацию, целесообразно представить в аналоговом времени с привязкой к ранее разработанной математической модели [94]. Функциональная модель базовой архитектуры ЭЗ, положенная в основу ітематической модели, представлена на рисунке 3.2.
В состав рассматриваемой модели входят следующие функциональные единицы эхозаградителя: узел тракта приема 1, логический блок 2, два распознающих устройства 3, узел тракта передачи 4. Использование таких наименований узлов, как распознающее устройство, узел тракта передачи и узел тракта приема вместо представленных на рисунке 3.1 детектора огибающей, ключей и компрессора, обусловлено применением в результате развития метода более сложных устройств в соответствующих цепях. Более конкретные данные об архитектуре и свойствах этих узлов представлены далее в разделе 4 применительно к их развитию.
Источником входного сигнала X(t) тракта приема ЭЗ является выход тракта приема канала тональной частоты. Сигнал Y(t), поступающий на вход тракта передачи, формируется эхотрактом.
Эхозаградитель представляет собой сложную динамическую систему с памятью, характеристики которой зависят от его режима работы. Режим работы ЭЗ S(t) определяется значениями двоичных управляющих сигналов
В состав рассматриваемой модели входят следующие функциональные единицы эхозаградителя: узел тракта приема 1, логический блок 2, два распознающих устройства 3, узел тракта передачи 4. Использование таких наименований узлов, как распознающее устройство, узел тракта передачи и узел тракта приема вместо представленных на рисунке 3.1 детектора огибающей, ключей и компрессора, обусловлено применением в результате развития метода более сложных устройств в соответствующих цепях. Более конкретные данные об архитектуре и свойствах этих узлов представлены далее в разделе 4 применительно к их развитию.
Источником входного сигнала X(t) тракта приема ЭЗ является выход тракта приема канала тональной частоты. Сигнал Y(t), поступающий на вход тракта передачи, формируется эхотрактом.
Развитие архитектурных решений заграждающего принципа подавления эхосигналов
В условиях значимого (более 5мс) времени концевой задержки весьма существенную отрицательную роль играет другой динамический параметр ЭЗ, -время отпускания после перебоя, - изначально введенной для смягчения клиппирования. Влияние этого параметра заключается в затягивании режима ложного перебоя на 100... 15Оме, что способствует повышению разборчивости и мешающего воздействия отрезков эхосигнала, проникающего в обратное направление передачи.
Отличить речь перебивающего абонента от задержанного эхосигнала была призвана более поздняя мера - введение режима частичного перебоя [178], использующего в качестве признаков отличия длительность состояния встречного разговора и соотношение уровней сигналов в направлениях передачи в динамике. Алгоритм с частичным перебоем явился достаточно эффективным средством при характерных для наземных цифровых сетей низких уровнях шума и в особенности импульсной помехи, однако в условиях эксплуатации на реальных сетях связи он не обеспечил радикального решения проблем ложного перебоя и клиппирования речи.
Таким образом следует констатировать, что в современных архитектурных решениях и динамике управления заграждающей функцией подавления эхосигнала заложены принципиальные моменты, подчиняющие динамику канала алгоритму работы ЭЗ и заметно снижающие комфортность ведения телефонного диалога, и, в конечном итоге, достижимое качество телефонной передачи. Развитию заграждающего принципа подавления эхосигналов с позиции противодействия влиянию рассмотренных эффектов посвящен настоящий раздел.
С учетом результатов, представленных в третьей главе, в качестве эффективной меры подавления эффекта ложного перебоя может быть предложена компенсация временного сдвига между эхосигналом и вызвавшим его возникновения ложного перебоя, однако эта мера привела к не менее существенному повышению вероятности клиппирования речи при попытках перебоя за счет «срезания» начальных отрезков речи перебивающего абонента. Для многих языков, в том числе для русского, этот фактор оказался весьма значимым в статистике претензий абонентов к качеству телефонной передачи.
В условиях значимого (более 5мс) времени концевой задержки весьма существенную отрицательную роль играет другой динамический параметр ЭЗ, -время отпускания после перебоя, - изначально введенной для смягчения клиппирования. Влияние этого параметра заключается в затягивании режима ложного перебоя на 100... 15Оме, что способствует повышению разборчивости и мешающего воздействия отрезков эхосигнала, проникающего в обратное направление передачи.
Отличить речь перебивающего абонента от задержанного эхосигнала была призвана более поздняя мера - введение режима частичного перебоя [178], использующего в качестве признаков отличия длительность состояния встречного разговора и соотношение уровней сигналов в направлениях передачи в динамике. Алгоритм с частичным перебоем явился достаточно эффективным средством при характерных для наземных цифровых сетей низких уровнях шума и в особенности импульсной помехи, однако в условиях эксплуатации на реальных сетях связи он не обеспечил радикального решения проблем ложного перебоя и клиппирования речи.
Таким образом следует констатировать, что в современных архитектурных решениях и динамике управления заграждающей функцией подавления эхосигнала заложены принципиальные моменты, подчиняющие динамику канала алгоритму работы ЭЗ и заметно снижающие комфортность ведения телефонного диалога, и, в конечном итоге, достижимое качество телефонной передачи. Развитию заграждающего принципа подавления эхосигналов с позиции противодействия влиянию рассмотренных эффектов посвящен настоящий раздел.
С учетом результатов, представленных в третьей главе, в качестве эффективной меры подавления эффекта ложного перебоя может быть предложена компенсация временного сдвига между эхосигналом и вызвавшим его сигналом прямого направления передачи в точке формирования режима ЭЗ. Вопросы, связанные с практической реализацией предлагаемой меры, подробно рассмотрены в [92]. Показано, что компенсация временного сдвига может быть обеспечена внесением задержки в цепь обработки сигнала прямого направления передачи на время, равное значению времени концевой задержки. Определены требования к погрешности оценки значения времени концевой задержки, выполнение которых обеспечит практически полное (на уровне значимости психофизического восприятия) исключение эффекта ложного перебоя.
Ключевым моментом реализации предложенной меры является поиск возможности измерения с необходимой точностью значения времени концевой задержки без перерыва связи на реальном речевом сигнале, не обладающем приемлемой степенью стационарности. Решение такой задачи в реальном времени обеспечит возможность реализации адаптивного характера настройки ЭЗ в соответствии с задержкой эхосигнала, вносимой эхотрактом в текущем соединении.
Помимо подавления эффекта ложного перебоя, предлагаемое решение открывает перспективу существенного снижения степени клиппирования передаваемой речи при использовании заграждающего принципа подавления эхосигналов. Компенсация в точке принятия решения временного сдвига между двумя нестационарными процессами, - эхосигналом и вызвавшим его сигналом прямого направления передачи, - обеспечивает возможность измерения значения затухания эхосигналов с необходимой точностью и использования механизма отрицательной обратной связи для повышения точности и стабильности адаптивной настройки статической диаграммы состояний (СДС). Кроме того, скорость адаптивной настройки СДС может быть существенно повышена относительно рекомендуемого в настоящее время значения, поскольку предлагаемая компенсация временного сдвига обеспечит устойчивость процесса адаптации при использовании механизма отрицательной обратной связи.
