Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов борьбы с явлениями электрического эха в телекоммуншсационных системах 9
1.1 Постановка задачи 9
1.2 Анализ методов борьбы с эхо-сигналами в цифровых радиосетях стандарта gsm 9
1.3 Модель канала связи цифровой радиосистемы 34
1.4. Использование закона относительности для построения адаптивных фильтров 43
Выводы по первому разделу 50
2. Синтез адаптивньгх эхо-компенсаторов первого и второго порядков и анализ эффективности их работы 51
2.1 Постановка задачи 51
2.2 Синтез и анализ компенсатора первого порядка 52
2.3 Синтез и анализ компенсатора второго порядка 74
Выводы по второму разделу 95
3. Техническая реализация телекоммуникационных систем для одновременной двусторонней передачи сигналов 96
3.1 Постановка задачи 96
3.2 Техническая реализация эхо-компенсатора первого порядка в частотной области обработки 96
3.3 Техническая реализация эхо-компенсатора, реализованного во временной области обработки 104
3.4 Реализация группового эхо-компенсатора 112
Вьшоды по третьему разделу 121
4. Экспериментальное исследование адаптивной системы для одновременной двусторонней передачи сигналов 122
4.1 Постановка задачи 122
4.2 Выбор критерия эффективности 123
4.3 Выбор метода моделирования 124
4.4 Экспериментальное исследование разработанных эхо-компенсаторов 125
4.5 Результаты линейных испытаний компенсатора эхо-сигналов 143
Вьшоды по четвертому разделу 150
Заключение 151
Список используемых источников 154
Приложения 161
- Анализ методов борьбы с эхо-сигналами в цифровых радиосетях стандарта gsm
- Синтез и анализ компенсатора первого порядка
- Техническая реализация эхо-компенсатора первого порядка в частотной области обработки
- Экспериментальное исследование разработанных эхо-компенсаторов
Введение к работе
Рынок подвижной радиосвязи переживает во всем мире стремительное развитие. Генеральным направлением развития подвижной радиосвязи является разработка и внедрение единых международных стандартов и создание на их основе международных и глобальных систем общего пользования.
Различают несколько видов сетей: профессиональные системы подвижной радиосвязи; системы персонального радиовызова; системы сотовой подвижной радиосвязи; системы беспроводных радиотелефонов.
Опуская из рассмотрения первую, вторую и четвертую категорию, остановимся более детально на системах сотовой подвижной связи (ССПС). Такие системы запущены в эксплуатацию в конце 70, начале 80 годов прошлого столетия в Скандинавских странах (NMT-450) и CILLA(AMPS).
Сетевой принцип топологии сети с повторным использованием частот во многом решил проблему дефицита частотного резуса и в настоящее время является основным в создаваемых системах подвижной связи общего пользования. Стандартизация в области ССПС привела к тому, что на смену девяти отдельным аналоговым стандартам сотовой связи первого поколения пришли три цифровых стандарта второго поколения (GSM, Д - АМГО, YDS),oflHH из них — GSM — признан "глобальным ".
В соответствии с "Основными положениями развития взаимоувязанной сети связи (ВВС) "Российской Федерации" сети подвижной связи являются важнейшим компонентом инфраструктуры отрасли связи.
В последние годы одобрена "Концепция развития в России до 2010 года сетей сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования ".
Разработана концепция использования в России транкинговых систем при организации коммерческих систем связи.
В соответствии с технической политикой Минсвязи России перспективные сети подвижной связи будут создаваться на основе систем и средств соответствующих международных стандартов, прежде всего, принятых большинством стран Европейского континента. При этом будут решаться вопросы по конверсии радиочастотного спектра и электромагнитной совместимости новых средств с действующими в России радиосистемами.
Новые принципы построения цифровых радиосистем стандарта GSM не решили старых проблем работы аналоговых систем связи. Абонент цифровой радиосети стандарта GSM имеют возможность выхода на телефонную сеть общего пользования, которая характеризуется наличием эхо-сигналов. При работе телефонной сети общего пользования эхо-сигналы проявляются на протяженных магистралях. Особо опасными эхо-сигналы будут при одновременной цифровой передаче между двумя терминалами.
В этой связи исследование вопросов компенсации эхо-сигналов в радиосети общего пользования стандарта GSM является актуальным и своевременным.
Существуют методы борьбы с явлением электрического эха на сетях общего пользования. Эти методы борьбы получили название компенсацион- ных методов. Суть работы компенсационного метода заключается в искусственной выработке сигналов эха в дополнительных четырехполюсниках и, в дальнейшем, их компенсации.
Большой вклад в решении проблемы компенсации электрического эха внесли работы отечественных авторов: С. А. Курицына, А. Д. Снегова, А. 3. Цыпкина, Р. Л. Стратановича, В. И. Тихонова, а также работы зарубежных авторов — Г. Бостелмана, М. И. Сондхи, Д. А. Беркли и многих других.
Однако известные алгоритмы адаптивной эхо-компенсации, работа которых основана на идентификации параметров неизвестной системы, критичны к корреляционным связям между сигналами приема и эхо-сигналами. Сами алгоритмы, основанные на использовании линейной или круговой свертки, сложны и характеризуется большим уровнем не скомпенсированного эхо-сигнала. Даже при частичной коррелированности сигналов двух направлений эхо-компенсатор начинает компенсировать сигналы приема, делая двухсторонний режим работы невозможным. Известные алгоритмы эхо-компенсации представленны в неконструктивной форме, малопригодной для практического использования.
Проблеме компенсации эхо-сигналов в цифровых радиосетях и повышения помехоустойчивости принимаемых сигналов, посвящена настоящая диссертационная работа.
Цель работы. Основной целью работы является разработка и исследование методов борьбы с явлением электрического эха в цифровых сетях стандарта GSM.
Для этого: проведен анализ работы известных эхо-компенсаторов, выявлены сильные и слабые стороны их работы; разработана модель дуплексного эха-тракта, позволяющая определить место включения эхо-компенсаторов и рассчитать верхние оценки величины шумов недокомпенсации; синтезированы структуры эхо-компенсаторов первого и второго порядков, использующие в своей работе сопоставление эхо-сигналов на соседних временных интервалах или блоках обработки, взятых непосредственно из канала связи; проведен анализ работы синтезированных эхо-компенсаторов по величине остаточного шума и интервала адаптации; разработаны структуры эхо-компенсаторов при их технической реализации во временной и частотной областях обработки; методом математического моделирования с использованием современных программных средств исследовано поведение разработанных компенсаторов во временной и частотной областях обработки, показана идентичность полученных результатов и теоретических исследований.
Методы исследования. В диссертационной работе использован математический аппарат линейной алгебры, теории функции комплексной переменной, теории матриц, вычислительной математики и теории вероятностей.
Экспериментальное исследование разработанных алгоритмов эхо-компенсаторов проводилась при помощи ПК и натурного эксперимента.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие результаты: разработана модель работы цифрового терминала в сети стандарта GSM, определено место включения эхо-компенсаторов для получения максимального подавления эхо-сигнала и вычислена оценка степени подавления; для повышения качественных характеристик работы эхо-компенсаторов предложено использовать свойства относительности эхо-тракта; для линейных эхо-трактов разработан и детально исследован относительный компенсационный метод (ОКМ), при его реализации в частотной области обработки; определены основные качественные характеристики компенсаторов ОКМ первого и второго порядков; в соответствии с алгоритмами работы компенсаторов ОКМ первого и второго порядков при обработке во временной и частотной областях разработаны структуры устройств разделения сигналов двух направлений.
Практическая ценность. Разработанные структуры эхо-компенаторов, принцип работы которых основан на сопоставлении эхо-сигналов на соседних временных интервалах, позволило скомпенсировать эхо-сигналы в цифровых радиосистемах стандарта GSM.
Реализация результатов исследования построения эхо-компенсаторов первого и второго порядков позволило на практике добиться существенного снижения уровня нескомпенсированного эхо-сигнала во встречном направлении, который является одним из основных мешающих факторов работы цифровой радиосети. Практически важный результат диссертационной работы состоит также в том, что при помощи разработанного алгоритма адаптивного эхо-компенсатора, реализованного в частотной области, можно существенно упростить процесс компенсации эхо-сигналов с одновременным улучшением качества принимаемых сигналов.
Реализация результатов. Исследования, проведенные в работе, являются составной частью ряда НИР по созданию высокоэффективных устройств преобразования сигналов (УПС) с цифровой обработкой сигналов, проводимых на кафедре многоканальной электрической связи и оптических систем Новосибирского электротехнического института связи имени Н.Д.Псурцева-СибГАТИ-СибГУТИ, а также на ЗАО «Сибирские сотовые системы ССС-900» при участии автора. Основные результаты диссертационной работы оформлены в виде научно технических расчетов в НПО «Красная заря», КБ «Кабель», «ССС-900».
Использование результатов исследования подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Результаты, полученные в диссертационной работе на разных этапах ее выполнения, докладывались и обсуждались на:
Международном семинаре «Инфокоммуникации Сибири и Дальнего Востока. Проблемы и перспективы» (Иркутск, 2001);
Международном семинаре « Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникации» - (Омск, 2001);
Международной конференции «2001 Microwave Electronics, Measurment, Identification, Application - Mia - Me 2001» (Новосибирск 2001); ежегодных Российских НТК, посвященных дню радио (Новосибирск, 2001,2002,2003).
Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать работ, в том числе 7 статей и одно положительное решение по заявке на изобретение.
Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту: универсальная модель двусторонней одновременной передачи сигналов в цифровых радиосетях и расчет основных характеристик; методика синтеза компенсаторов ОКМ при их реализации в частотной области обработки и анализ основных технических характеристик. методика синтеза компенсаторов ОКМ во временной области обработки на основе использования блоков памяти и анализ основных технических характеристик; методика синтеза группового компенсатора сигнала в стандартном потоке Е1.
Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и трех приложений.
Первый раздел посвящен анализу существующих методов разделения сигналов двух направлений. Приведены алгоритмы компенсационного метода. Показаны преимущества известных алгоритмов и их недостатки. Указаны мешающие факторы, приводящие к расстройке их работы. Разработана модель двухсторонней одновременной передачи сигналов в цифровой радиосети, позволяющая производить анализ качественных показателей известных алгоритмов и вновь разрабатываемых. На основе выявленных недостатков существующих алгоритмов одновременной двухсторонней передачи сигналов предложено использовать свойство относительности эхо-тракта для построения разделителей сигналов двух направлений. Метод назван относительным компенсационным методом (ОКМ). Выявлены преимущества ОКМ, связанные с постоянной адаптацией параметрам эхо-тракта. Определены верхние оценки уровня шумов недокомпенсации ОКМ, которые существенно меньше аналогичных величин известных компенсаторов.
Во втором разделе синтезированы компенсаторы ОКМ первого и второго порядков, реализованные в частотных областях обработки. Найдены расчетные соотношения, позволяющие оценить количество итераций при заданных значениях относительного среднеквадратического отклонения сигнала недокомпенсации и величины коэффициента передачи аттенюатора. Показа- но, что с увеличением порядка компенсатора ОКМ наблюдается уменьшение величины нескомпенсированного эхо-сигнала.
Третий раздел посвящен синтезу технических решений устройств разделения сигналов двух направлений и анализу их работы. Синтезирован компенсатор ОКМ, работающий на основе использования блоков памяти. Определены структуры таких компенсаторов, передаточные характеристики и кривые сходимости. При обработке сигналов в частотной области синтезирован компенсатор первого порядка. Такой компенсатор имеет два канала обработки: основной и дополнительный. Синтезирован групповой эхо-компенсатор, позволяющий компенсировать эхо-сигнал в стандартных потоках Е1.
В четвертом разделе с помощью современных программных средств приведен анализ работоспособности предложенных алгоритмов и определены основные технические параметры. Для компенсаторов реализованных во временной области на основе использования блоков памяти с помощью билинейного преобразования рассчитаны АЧХ и ФЧХ в зависимости от величины управляющего коэффициента. Найдены передаточные характеристики таких корректоров и определена сквозная АЧХ «Компенсатор-корректор», представляющая высокодобротный фильтр верхних частот. Приведен детальный анализ процесса сходимости компенсаторов при отсутствии сигналов приема и их наличии. Показано, что параметры компенсаторов от подключенного канала связи и наличия сигнала приема не зависят, определено время адаптации компенсаторов. Все экспериментально снятые характеристики согласуются с теоретическими оценками, полученными в предыдущих разделах диссертации. В этом же разделе приведены экспериментально снятые характеристики оборудования устройств разделения сигналов двух направлений.
В заключении приведены общие результаты выполненной в диссертации работы и даны некоторые рекомендации по их использованию.
В приложениях приведены программы расчетов характеристик компенсаторов ОКМ различных порядков.
Анализ методов борьбы с эхо-сигналами в цифровых радиосетях стандарта gsm
Борьба с явлениями электрического эха в телекоммуникационных системах началась с изобретения в 1908 году дифференциальной системы. До сих пор эта проблема до конца не решена. Из-за наличия дифференциальных систем возникают эхо-сигналы, которые могут привести к срыву работы телекоммуникационных систем. Использование на магистральных сетях связи эхо-подавителей приводит к искажению речевых сообщений. При цифровой передаче использование эхо-подавителей ухудшает параметры систем связи.
В последнее десятилетие теоретически обоснован другой метод подавления сигналов эха. Суть метода заключается в вычитании эхо-сигналов, поступающих по паразитным цепям на вход приемника, специальной копией такого же эхо-сигнала.
Для того чтобы выявить сильные и слабые стороны работы подобных эхо-компенсаторов, необходимо провести анализ их работы; процесса сходимости; устойчивости алгоритмов к расхождению при воздействии помех; сложности реализации и возможности работы в реальном масштабе времени. Любой анализ систем связи невозможен без модели дуплексного канала связи. Подобная модель должна отражать особенности работы телекоммуникационных систем — ближнее и дальнее эхо. Помимо этого модель канала связи должна позволить производить расчет основных характеристик исследуемых эхо-компенсаторов во временной и частотной областях обработки. Подобный анализ производится при помощи средств вычислительной техники. Поэтому модель дуплексного канала связи должна быть ориентирована на такую обработку и иметь структуру специализированного цифрового фильтра, При построении адаптивных эхо-компенсаторов необходимо использовать свойство эхо-трактов — оставаться неизменными на соседних временных интервалах или блоках обработки. В силу того, что преобразование сигналов из временной области в частотную является линейной операцией, то построение адаптивных эхо-компенсаторов возможно в различных областях обработки. Решению этих задач посвящен данный раздел диссертации. Явление электрического эха возникло с момента появления в 1908 году дифференциальных систем в средствах связи. Данная проблема оказалась мало-решенной до сегодняшнего дня. Характеристики работы дифференциальных систем определяют качественные характеристики системы связи в целом, раздражает пользователей сети, иногда делая передачу сообщений невозможной. Особенно остро проблема эха сказывается при работе цифровых радиосистем. В этой связи необходимо провести анализ построения подобных радиосистем и выявить места появления эхо-сигналов. В режиме передачи речевого сообщения или данных взаимодействия подвижного объекта с сетью осуществляется через соответствующее терминальное оборудование МТ — Mobile Telephone и ТЕ — Terminal Equipment, как показано на рисунке 1.1. Подвижная станция состоит из МТ и ТЕ. Оконечное оборудование МТ обеспечивает функции, связанные с управлением радиоинтерфейсом Um .Эти функции включают радиопередачу и прием информационных сигналов, сигналов управления радиоканалами, защиту от ошибок, кодирование/декодирование речи, текущий контроль и распределение данных пользователя и вызовов, адаптацию по скорости передачи между радиоканалом и данными, обеспечение параллельной работы нагрузки (терминалов), обеспечение непрерывной работы в процессе движения. Используются три типа оконечного оборудования подвижной станции: МТО — подвижная станция, в состав которой входит терминал данных, позволяющий передавать сигналы данных и речевые сигналы; МТ1-подвижная станция с возможностью связи через терминал ISDN;MT2- подвижная станция с возможностью подключения терминалов для связи по протоколу МККТТ V или X серий. При любых модификациях структуру подвижной связи можно представить в следующем виде (рисунок 1.2). Структура мобильной станции состоит из четырех составных частей: приемо-передагощего блока; синтезатора частот; коммутатора; логического блока совместно с дисплеем и клавиатурой. Коммутатор с частотой более 200Гц производит переключение в антенне тракта передачи и тракта приема, делая тем самым режим работы с разделением во времени. Приемо-передающий блок включает в себя тракты передачи и приема. На передаче аналоговый сигнал S(t) в АЦП преобразуется в сигнал S(nT). Кодек речи устраняет избыточность из сигнала S(nT) по определенному закону с целью сокращения его объема. Кодер канала добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодека речи избыточный сигнал для защиты от ошибок. Для этого производится переупаковка (перемежение) отсчетов сигнала. Помимо этого в информационный сигнал добавляется служебный управляющий сигнал с логического блока. Сформированный пакет цифровых сигналов поступает со скоростью 16 Кбит/с на модулятор, производящий эффективное преобразование в заданную область частот для работы по радио интерфейсу. Такое преобразование осуществляется в паре с генераторным оборудованием. Тракт приема немного отличается от тракта передачи. Принятый радиосигнал, перестраиваемый по частоте, поступает в демодулятор МТ, где производится преобразование радиосигнала в сигнал промежуточной частоты. Эта операция производится демодулятором совместно с генератором, гетеродином и смесителем. С помощью эквалайзера, или адаптивного фильтра устраняются амплитудно-частотные искажения в принимаемом сигнале. В этом же блоке осуществляется преобразование сигнала промежуточной частоты в двоичный сигнал. Декодер канала устраняет избыточность сигнала приема и производит операцию, обратную операцию перемежения. Помимо этого, декодер канала выводит служебные сигналы и выдает их в логический блок. Декодер речи производит полное восстановление сигнала приема, который в дальнейшем, с помощью ЦАП превращается в аналоговое напряжение и выводится потребителю сообщений.
Из краткого анализа работы МТ видно, что его структура аналогична структуре любой системы передачи с временным делением канала.
Синтез и анализ компенсатора первого порядка
Проведен детальный анализ работы различных компенсаторов сигналов передачи в тракте своего приема для организации одновременной двухсторонней передачи сигналов. Анализ проведен во временной и в частотной областях. Приведены алгоритмы работы Винера-Хопфа и алгоритм Калмана. Показаны существенные преимущества алгоритмов обработки в частотной области перед обработкой во временной области по критерию времени сходимости и качеству работы. 2. В случае использования блоков памяти для построения компенсаторов существенно уменьшаются вычислительные затраты, делая процесс настройки одномерным. Для таких алгоритмов разработаны методы первоначальной настройки и методика рабочего цикла. 3. Для анализа работы различных алгоритмов компенсации разработана модель канала связи для одновременной двусторонней передачи сигналов, учитывающая как появление ближнего эха, так и дальнего эхо-сигнала. Помимо этого разработанная модель канала позволяет с общих позиций статистической радиотехники делать анализ принимаемых сигналов на фоне передаваемых сигналов. Разработанная модель канала универсальна, так как позволяет вести анализ работы компенсаторов во временной и в частотной областях. Проведен анализ поведения всех алгоритмов компенсации при первоначальном вхождении в связь и рабочем цикле. 4. Для уменьшения вычислительных затрат, уменьшения среднеквад-ратической ошибки недокомпенсации предложено в алгоритмах компенсации использовать свойство относительности. При использовании свойств относительности во временной и в частотной областях, возможно, построить компенсаторы, позволяющие производить разделение сигналов двух направлений и одновременно автоматически вести постройку под параметры эхо -тракта. В алгоритмах названных "относительным компенсационным методом", постоянная подстройка под эхо - тракт производится независимо от корреляционных связей сигналов двух направлений, что принципиально отличает его от известных. 2. Синтез адаптивных эхо-компенсаторов первого и второго порядков и анализ эффективности их работы 2.1 Постановка задачи Как показано в /1 - 17/, при разделении сигналов двух направлений с помощью адаптивных фильтров требуется выполнить огромное количество операций умножения. Если адаптивный фильтр реализован во временной области обработки, то требуемое количество операций умножения равно 2N2, где N —- объем выборки. В каналах связи, а следовательно, и в эхо-трактах величина N может достигать нескольких сотен или даже тысяч отсчетов. Реализовать подобный адаптивный фильтр в реальном масштабе времени крайне сложно, даже на самой современной элементной базе. При другом подходе — обработке в частотной области — требуемое количество операций умножения уменьшается и становится равным N —log., N + 2N. Именно уменьшение требуемых операций умножения делает обработку сигналов в частотной области более привлекательной. Как следует из анализа работы классических алгоритмов работы адаптивных эхо-компенсаторов, наиболее существенным недостатком их работы является их критичность к корреляционным связям сигналов двух направлений. В идеальном случае сигналы передачи и приема должны быть некорре-лированьт, то есть находиться в различных частотных диапазонах. Выполнить это условие практически невозможно, так как сигналы передачи и приема имеют обитую полосу частот. Следствием коррелированности сигналов двух направлений является то, что адаптивные эхо-компенсаторы компенсируют сигналы приема совместно с эхо-сигналами, делая дуплексный режим работы невозможным. Выше сказанное указывает на то, что необходимо синтезировать алгоритмы работы адаптивных эхо-компенсаторов, которые, во-первых, были бы некритичны к корреляционным связям сигналов двух направлений, во-вторых, использовать обработку таких эхо-компенсаторов в частотной области и, в-третьих, работа таких эхо-компенсаторов должна основываться на сопоставлении эхо-сигналов на соседних временных интервалах.
Так как обработка в частотной области предполагает блочную обработку, то выполнение второго и третьего требований приводит к сопоставлению эхо-сигналов на соседних блоках обработки.
Для реализации таких алгоритмов в частотной области необходимо найти инварианты, на которые эхо-тракт не воздействует.
Помимо этого, известные алгоритмы адаптивной эхо-компенсации основаны на идентификации параметров неизвестной системы и представляют собой замкнутую следящую структуру. С общих позиций цифровой фильтрации любая обратная связь в цифровом фильтре определяет его область функционирования. Такие цифровые фильтры будут рекурсивными с бесконечной импульсной реакцией и возможностью самовозбуждения. В этой связи требуется синтезировать алгоритм адаптивной фильтрации, который бы имел нерекурсивную структуру, сопоставлял эхо-сигналы на соседних блоках обработки и производил такую обработку в частотной области.
Техническая реализация эхо-компенсатора первого порядка в частотной области обработки
В первом разделе диссертации проведён анализ природы возникновения эхо-сигналов и существующих методов борьбы с этим явлением. Доказано, что сопоставление эхо-сигналов на соседних временных интервалах и и, в дальнейшем, вычитании данного вида помех улучшает характеристики эхо-компенсаторов и, в конечном итоге, увеличивает отношение сигнал/шум на входе приемного устройства.
Во втором разделе синтезированы компенсаторы первого и второго порядков, принцип работы которых основан на сопоставлении эхо-сигналов не соседних временных интервалах. Определены технические характеристики работы подобных эхо-компенсаторов. В частности, показано,что по времени сходимости и величине относительного среднеквадратического отклонения величины недокомпенсации разработанные структуры эхо-компенсаторов существенно превосходят известные алгоритмы.
Однако нерешённой задачей является использование алгоритмов в технических устройствах. Во втором разделе алгоритмы разделителей сигналов двух направлений синтезированы в области комплексной переменной. Все реально существующие изделия работают в действительной области обработки сигналов. Исходя из вышесказанного, необходимо разработать компенсатор первого порядка, использующий в своей работе сопоставление амплитудно-фазовых спектров на входе и выходе. Помимо этого, необходимо разработать омпенсатор сигналов эха, работающий во временной области на основе свойств относительности эхо-тракта. Наконец, необходимо разработать групповой эхо-компенсатор, работающий со стационарным цифровым потоком Е1. Решению данных задач посвящен данный раздел диссертации. Техническая реализация эхо-компенсатора первого порядка в частотной области обработки Покажем, как разработанные в предыдущих разделах диссертации, принципы разделения сигналов двух направлений реализованы в конкретном устройстве разделения сигналов. Устройство содержит /рисунок 3.1/ — входной блок; 2 — коммутатор; 3 — первый цифро-аналоговый преобразователь; 4 — аналого-цифровой преобразователь; 5 — блок обучения: 6 — первый блок Быстрого Преобразования Фурье; 7 — генератор; 8 — второй блок Быстрого Преобразования Фурье; 9 — пятый накопитель; 10 — делитель; 11 — второй цифро-аналоговый преобразователь; 12 — блок синфазной обработки; 13 - блок квадратурной обработки, 14 — Блок Обратного Быстрого Преобразования Фурье; 15 — одновибратор; 16 — пятый вычислитель. Блок синфазной обработки /рис 3.2/ содержит 17 — первый накопитель; 18 — первый вычислитель; 19 — первый вычитатель; 20 — первый сумматор; 21 — второй накопитель; 22 — второй вычислитель; 23 — первый аттенюатор. Блок квадратурной обработки (Рисунок 3.3) содержит 24 — третий накопитель; 25 — третий вычислитель; 26 — второй вычитатель; 27 — второй сумматор; 28 — четвертый накопитель; 29 — четвертый вычислитель; 30 — второй аттенюатор. Устройство работает следующим образом: Сразу после включения устройства производится принудительное обнуление всех используемых накопителей. Управляющий сигнал, поступающий на второй вход коммутатора 2 подключает выход формирователя 5 обучающих сигналов к входу одновибрато-ра 15, который вырабатывает кратковременный управляющий сигнал обнуления для первого 17 накопителя в блоке 12 синфазной обработки, и для третьего 24 накопителя в блоке 13 квадратурной обработки. После окончания обнуляющего сигнала с выхода одновибратора 15 первый 17 и третьий 24 накопители готовы к работе. Помимо этого, на весь период обучения принудительно обнуляются второй 21 и четвертый 28 накопители в блоках синфазной 12 и квадратурной 13 обработки соответственно. После окончания сигнала обнуления с выхода одновибратора 15 начинается первоначальная адаптация к подключенному каналу связи. Блок 5 обучения выдает в цифровой форме все используемые двоичные комбинации Ui(nT). Здесь подстрочный индекс означает i-тый блок обучения, а пТ - дискретное время.
Обучающий сигнал Uj(nT) в блоке 8 Быстрого Преобразования Фурье (БПФ) преобразуется в отсчеты частоты. Преобразование производится блоками, по «N» отсчетов в каждом блоке. Таким образом N отсчетов сигнала во временно области Ui(nT) преобразуютя в блоке 8 БПФ в N отсчетов частоты
Экспериментальное исследование разработанных эхо-компенсаторов
Для определения эффективности работы любой сложной системы необходимо подвергнуть ее экспериментальному исследованию, в ходе которого проверяется качество функционирования отдельных узлов, их взаимодействия и удовлетворение характеристик системы заданным требованиям.
При организации и проведении испытаний систем связи можно ориентироваться на получение всех характеристик путем физического моделирования. С этой целью создается макет, который подвергается испытаниям в реальных условиях. Физическое моделирование обычно используется на заключительном этапе создания систем связи, В процессе же разработки системы и проведения научно-исследовательских работ применение физического моделирования нецелесообразно вследствие его трудоемкости и низкой экономической эффективности /90/.
Анализ результатов второго и третьего раздела показывает, что одновременную двустороннюю систему передачи следует рассматривать как сложную, поскольку она удовлетворяет следующему определению /90, 91/: — сложную систему можно расчленить на конечное число подсистем, а каждую подсистему в свою очередь - на конечное число более простых подсистем и т.д. до тех пор, пока не получатся элементы системы, которые не подлежат расчленению на части; — элементы сложной системы функционируют во взаимодействии друг с другом; — свойства сложной системы определяются не только свойствами отдельных элементов, но и характером взаимодействия между элементами. Даже ограниченные натурные испытания сложной системы требуют длительного времени и больших материальных затрат. Поэтому на этапе научно-исследовательских работ для исследования параметров систем связи можно воспользоваться либо анализом математической модели системы в виде некоторого формального соотношения, либо имитационным моделированием, получившим широкое распространение благодаря развитию вычислительной техники, В этой связи необходимо произвести расчет основных характеристик работы эхо-компенсаторов на основе использования технических средств. Однако завершением любой научно-исследовательской работы является синтез устройства, проверка его работоспособности и получение основных характеристик в реальных условиях. Решению этих задач посвящен данный раздел диссертации. Качество функционирования сложной системы принято оценивать при помощи показателей эффективности. Основным вопросом в задаче оценки эффективности разработанной системы связи является вопрос о выборе критерия, который должен отразить сложную взаимосвязь факторов, влияющих на функционирование системы. Множество способов определения эффективности породило и множество критериев оценки /15/. Это вызывает определенные трудности в выборе приемлемого критерия, позволяющего решать задачу, связанную со сравнением нескольких систем. В /17/ предложено учитывать изменение объема сигнала до и после проведения мероприятий по повышению достоверности принятой информации. В /18/ предложено за критерий эффективности принимать минимальную стоимость программной реализации алгоритма.
Для систем передачи цифровой информации критерии, характеризующие ее работу, можно условно разбить на три больших класса /102/. К первому классу относятся информационные критерии, оптимизирующие вероятностно-временные характеристики (вероятность своевременной доставки, вероятность среднего времени доставки и т.д.). Ко второму классу относятся критерии, оптимизирующие внешние параметры, такие, как скорость передачи информации, достоверность, занимаемую полосу частот, отношение сигнал/помеха на входе решающего устройства и т.д.
К третьему классу относятся экономические критерии, учитывающие капитальные затраты и срок окупаемости. Неоднозначность первого и второго классов критериев приводят к тому, что одно и то же значение эффективности может быть получено при разных исходных значениях. В свою очередь третий класс критериев не допускает интерпретации в технических терминах. Последнее затрудняет сделать правильные выводы и наметить мероприятия по оптимизации системы в целом. В /16/ предлагается объединить информационные критерии (т.е. первый и второй классы) с экономическими критериями. Обобщенный критерий позволяет учитывать как вероятностные характеристики, так и экономические характеристики предлагаемых новых систем.
Информационные свойства любой системы связи характеризуются количеством и качеством переданной информации за единицу времени. Поэтому в качестве приемлемого критерия эффективности адаптивной системы передачи можно использовать добротность/16/, определяемую как количество переданной информации, умноженное на некоторый коэффициент качества (достоверность).
Для более полной оценки системы можно ввести несколько критериев качества, характеризующих основные, наиболее существенные показатели системы. Однако совершенно очевидно, что учет большого количества критериев сложно реализуем. Поскольку основным требованием, предъявляемым к одновременным двусторонним системам передачи дискретных сигналов, является обеспечение минимально возможной вероятности ошибки, критерием оценки эффективности исследуемой системы являются зависимости вероятности ошибки от уровня помех, действующих в канале (при заданной скорости передачи).
