Введение к работе
Актуальность темы. Качество передачи сообщений но телефонный каналам на большие, расстояния ограничено рядом факторов, среди которых одно из основных мест занимает метающее воздействие эффекта электрического era (ЭЭЭ). Дня борьбы с мешающим воздействием ЭЭЭ применяются эхоподавляюшие устройства (ЭПУ) различных типов, наибольшее распространение среда которых получили ехозаградители (ЭЗ) и эхокомпенсаторы (ЭК).
Включение в телефонный канал ЭПУ приводит к частичному ила полному устранению эффекта электрического эха, однако динамические характеристики канала при этом изменяются в соответствии с алгоритмом работы ЭПУ, искажая передаваемую информацию. Кроме того, существует ряд явлений, влияющих на работу ЭПУ таким образом, что качество телефонной передачи но эхозадищанному каналу (ЭЗК) в значительной мера снижается за счет их неправильной работы. При зтомвкдюченив ЭПУ-в телефонный канал о заштшга гаванцям воздействием ЭЭЭ коеэг в ряде случаев приводить к снжаенЕп общего качества телефонной передачи.
Функциональные возможности выпускаемых в настоящее время ЭПУ. диктуют необходимость их включения в каналы в непосредственной близости от оконечных дифференциальных систем, что йа Обдргосу-дарственной автоматически кошяутнруемой телефонной сети (0ІКТС) обуславливает низкую эффективность использования оборудования ЭПУ, закрепленных еа пучками каналов малой емкости.
Повышение эффективности и качества передачи информации по каналам ОАКТС с точки зрения копающего воздействия ЭЭЭ и специфических искажении,- вносикых в кавал со стороны ЭПУ, может быть достигнуто путам создания более соверяенннх ЭПУ о адаптивным управлением основными характеристиками о целью оптимизации качества телефонной переда1!!!, а также оптимальный управлением их вклв-
ченаем в юждугородвые каналы. Прк егом концентрация ЭПУ на уздах автоматической коммутации (УАК) на пучках каналов большой. еьжости позволит получить значительный экономический эффект за счет повшенжя эйзкгавяости ЕспользованЕя оборудования ЗПУ.
На современной этапе построения EACG, характеризующемся ин-твнсивяыыа тешами автоиешгаации иавдугородвой е кээднародной связи Е Еішиенкзм в автоматически кокдутируезиуз тело&онвуа сеть завалов, органкзовалвш:- через ИСЗ, с особой актуальностью встает задача сптшизацаа процесса уар&вяевш ЭПУ на ОЖГС с учетом Eces основных технико-вконошгзескаг аспектов н возмокноствй, а таете дкнашка развития сете связи.
Результата диссертаций' получены и. ходе ешолнзнея в Насков-свом паотетутв связа HEP,, относявдхся к теслу работ, проводтаы по важнаЕаеЗ тематика, пра непосредственном участии автора.
Цель работы и задаче исследований, Цбльв ядссертацЕОЕНОй: работы является решение задачи комплексной опгапзацш управления ЭПУ на (ШГЕС. Проблема оптишза-цея управления ЗПУ в прадедах предлагаемой концепции шзет два аспекта - управление подклэтенаем ЗПУ к телефонным каналам на основа оцєкхеї возюзяоети повзшвдия качества телефонной передачи с его поаэцьо п уцравлэнвэ характергеишамк вклвчэнного в канал ЭЕГ с польз обеспечения наиболее високого качества телефонной передачи по ЭЗК. Целыз управления ЭПУ является обеспеченна в целой по сетя трэбуеюго качества телефонной передачи с точке зрения защтн от ЭЭЭ с учзгом влвкнал характеристик ЭПУ. .
Данная пробяеьа обуславливает необходимость репання следую-ещх задач:
- разработка катода проведення експврвдшгальшес исследований по оценке влияния различных факторов на вероятность поязяапгя .-затруднений ирг разговоре по каналу с задашшм ансамблей харск-г
теристш;;
разработка метода определения точности оценки вероятности появления затруднений при разговора по каналу с заданным ансамблем характеристик;
экспериментальное исследование влияния основной группы факторов, характеризующих мешающее воздействии эфекга электрического эха я искажений, вносимых в канал со стороны ЭПУ, на вероятность появления затруднений при разговоре;
разработка критерия оценки необходимости включения ЭПУ в телефонное соединение;
разработка летода оценки времени концевой задержки; '
разработка принципов деіствия к алгоритма работы ЭЗ, адаптивного к влиянию характеристик эхотрактов (ЭТ);
разработка метода оценки эффективности алгоритмов управления ЭПУ на сети связи.
Состояние вопроса. Объективным показателем, характеризувдим эффективность управления ЭПУ на ОАКГС, является качество телефонной передачи, обзспечиваейое средствами борьбы с мешавщим воздействием зф^зкта электрического ста. Необходимой базой для решзния задачи оптимизация управления ЗПУ долявн явиться результаты исследований по оценке качаства телефонной парада--чи по каналам с закэтшш шизэдем воздайотвЕзы эффекта элзстрн-че$кого оха ддя двух условий: наличия и отоутсюшя з нааалз ЗПУ. Вопросы одоаки качества телзфонаой передачи по каналам с заметным дапаищим воздействием эффекта электрического оха и каналам, оборудовавши ЭПУ, расои&трнвадиеа в ряда отэчаственнзх н зарубежных рабог при некоторнх ограничтащах и упрощавдш: пологе-ниях. Одно из основних уяроіззЕий гакюталось в испольгошнии неодинаковых методов для оценки мешающего воздействия эффекта электрического еха а искажений, вносящее со стороны. ЭПУ, ""ведед-
ствие чего полученные в ходе исследований результаты не допускают сопоставления качества телефонной передачи в этих условиях и оценки эффективности включения ЭПУ в телефонный канал. Цель сравнения степени мешающего воздействия эффекта электрического эха с влиянием эффектов, сопровождающих включение ЭПУ в канал, а также цель оценки эффективности применения ЭПУ, в работах не ставились.
Значительное упрощение исследований заключалось в обеспечении близких к идеальным условий функционирования ЭПУ с точки зрения вероятности нарушения их правильной работы. Ее учитывалось воздействие ряда факторов (времени концевой задержки, длительности импульсной характеристики эхотракга и т.п.), которые могут оказывать доминирующее влияние на качество телефонной передачи по ЭЗК.
Результаты исследований, проведенных на реальных сетях, относятся к ЭЛУ конкретных типов без анализа влияния их параметров на качество передачи в различных условиях. Применение результатов ранее проведенных исследований в качестве базы для построения алгоритмов управления включением ЭПУ на ОАКГС недопустимо, поскольку приводит к необходимости оборудования сети неоправданно большим количеством ЭПУ; при втоы их включение в каналы в ряде случаев будет приводить к ухудшении качества телефонной передачи.
Особенностью проведенных ранее исследований является такие ограниченный подход к оптимизации характеристик ЭПУ, связанные с изменением структуры, алгоритма работы и номенклатуры нормируемых параметров. В имеющихся литературных источниках подход к оптимизации характеристик ЭШГ заграждавшего типа ограничен реализацией функции адаптивного перебоя в соответствии с затуханием эхо-тракта и введением в номенклатуру динамических параметров и режимов характеристик "быстрого" и "медленного" перебоя. Вопросы, связанные с реализацией ЭПУ, адаптивного к влиянию других харак-
теристик эхотракгов, в вдающихся работах не рассматривались.
Методы исследования. Исследования, проведенные в настоящей диссертационной работе, базируются на методах теории вероятности и математической статистики, теории исследования операций, теории выбора и принятия решений, теории случайных процессов и методах статистической радиотехники. В работе такке используются методы математического моделирования и цифровой обработки сигналов, а также моделирования на ЭВМ. Машинные экспериментальные исследования проводились на ЭВМ серии ЕС на основе программного обеспечения, разработанного автором.
Научная новизна. В процессе выполнения диссертационной работы получены следующие новые результаты.
-
Предложен метод комплексной, оптимизации управления ЭПУ на ОАКТС, отличающийся тем, что в качестве функции оптимизации используется среднее по сети значение вероятности появления затруднений у абонентов при разговорах. Комплексный характер оптимизации управления заключается в использовании единого критерия оптимизации для оценки необходимости включения ЭПУ в телефонные каналы и для автоматического управления характеристиками включенного в канал ЭПУ. Предложенный метод обеспечивает, возможность учета структуры сэчл, динамики ее развития и разброса характеристик входящих в ее состав каналов.
-
Синтезирован комплекс моделей, описывавших эхотракт, эхо-заградитель и взаимодействие сигналов и щумов и их система. Отличительной особенностью разработанных моделей является их построение на основе реальной статистики характеристик передачи зхотрак-тов при многообразии возможных принципов построения 33, включая вновь предлагаемые и используемые на сети. Комплекс моделей позволяет осуществить исследование и оптимизацию характеристик ЭЗ и принципов управления ими'по принятым критериям.
-
Доказана возмокносгь существенного повышения качества телефонной передачи по каналам, оборудованным ЭЗ, за счет изменения динамики работы ЭЗ - времени перехода из режима "перебой" в режим "блокировка". Результата проведенных исследований показали, что оптимальным значением этого параметра, минимизирующим среднюю длительность и амплитуду отрезков остаточного эхосигнала, является 3,2 ыо. При этом выигрыш по принятому критерию для среднестатистической характеристики ЭТ достигает 20 раз.
-
Предложен способ оценки значения времени концевой задержки, основанный на анализе взаимокорредяционной связи между огибающими речевого сигнала и вызванного им эхосигнала в телефонном канале. .Предложенный способ, не оказывая влияния на передававше сигналы, позволяет обеспечить хорошую устойчивость к воздействию шумов и речевых сигналов ближнего абонента, а также вида импульсной характеристики эхотракта. Способ обеспечил возможность реализации 33, адаативного к влиянию времени концевой задержки.
-
Разработана система принципов управления Э1Г/ на ОАКТС. Отличительной особенностью системы является возмохшость учета эволюции средств борьбы с мешающим воздействием эффекта электрического эха, изменений структура сети, а также возможностью оптимизации качества телефонной передачи по критерию вероятности появления затруднений при разговоре. Реализация предлагаемых принципов, обеспечивая преемственность средств управления ЭБУ на различных этапах развития сети, позволяет сократить затраты на ее оборудование эхоподавляющнда устройствами и ускорить получение экономического эффекта.
Основные положения, представленные к защите:'
I. Вероятность появления затруднений при разговоре является адекватной j«spofi сравнительной оценки качества телефонной пере-
дачи в условиях мешающего воздействия эффекта электрического эха и искажений, вносимых в канал со стороны ЭПУ. При этом среднее по сети связи значение вероятности появления затруднений может служить юрой оценки эффективности алгоритмов управления ЭПУ.
-
Сравнительная-оценка качества телефонной передачи по каналу с заметным мешающим воздействием эффекта электрического эха в условиях наличия и отсутствия 33 в канале адекватна при учете вретави'распространения и затухания эхосигналов, шумов в телефонах абонентов и в точках подключения ЭЗ, значений эквивалентов затухания абонентских трактов и их асимметрии, времени концевой задержки к вида импульсной характеристики эхотрактов. Учет этих факторов позволяет получить оптимальное решение задачи управления по принятым критериям.
-
Функция взаимной корреляции мевду огибающими речевых сигналов прямого и обратного направления передачи в точках подключения ЗЛУ, усраднепная на выфрке из 128 отсчетов, взятых с интервалом 4 мс, имеет один глобальный максимум в точке, соответствующей значению времени концевой задержки. Поведение этой функции в диапазоне + 100 мс вокруг глобального максимума может быть аппроксимировано прямой линией с погрешностью, не превышающей 3%.
-
Реализация алгоритма работы ЭЗ, адаптивного к влиянию задержки сигнала в эхотракте, возможна при обеспечении измерения звачения времени концевой задержки с абсолютной погрешностью, не превышающей значения времени установления режима "перебой" ЭЗ, при условии, что .ютинноэ значение времени концевой задержки не превышает вносимое в тракт обработки сигнала ЭЗ. Процесс измерения времени концзі.. й задержки при этом не должен оказывать мешающего воздействия на обмен сообщениями по каналу.
Личный вклад. Все результаты, представленные в работе, получены автором лично.
Практическая ценность.. Результаты, полученные в работе, могут быть использованы как рекомендации по динамике внедрения средств ж принципов автоматического управления ЭПУ на ОАКГС с реализацией на каждом этапе имеющихся возможностей по борьбе с мешающим воздействием эффекта электрического эха при обеспечении преемственности средств управления ЭПУ на различных этапах; такое внедрение позволит сократить затраты на оборудованже сети эхоподавляицами устройствами и ускорить получение экономического эффекта. Разработанные рекомендации позволят учесть при построении 0ІКГС ряд технологических особенностей управления ЗПГ, связанных с их влиянием на передачу сигналов управления установлением соединения, с необходимостью включения в ряде случаев в точки канала с нестандартным относительным уровнем и т.п.
Предложенный в работе метод оценки времени концевой задержки по речевому сигналу открывает возможность реализации алгоритма работы ЭЗ, адаптивного к влиянию характеристик эхотрактов, позволяя повисеть качество телефонной передачи по ЭЗК.
Использование предложенного алгоритма работы ЭЗ, адаптивного к влиянии характеристик ЭТ, обеспечивает, помимо повышения качества телефонной передачи, возможность размещения ЭЗ на узлах автоматической коммутации, и их сосредоточения на пучках каналов брлызой зккостн, что снизит обшую потребность в оборудовании ЭЗ на ОАКГС за счет повышения их использования, и даст значительный экономический эффект. ,
Предаагаеше жзюнение динамики работы ЭЗ позволяет достичь значительного улучшения качества телефонной передачи по ЗЗК. Ее-слояная модернизация широко распространенных эхоэаградителей СЗЗ--36 позволнт привести их динамические характеристики в соотвэтсг-вие с разработанными рвковдндедЕяма.
Предложенный метод оценки эффективности алгоритмов управления ЭПУ на сета может быть еспользоезд для исследования качества я оптимизации перспективних видов ЭПУ, а также как независимый метод для сравнения и оценки качества телефонной передачи, обеспечиваемого каналами с отличающимися характеристиками. При зтоы метод обеспечивает возможность учета конкретних технологических условий применения разрабатываемых алгоритмов управления на ОАКТС таких как структура сети, характеристики каналои, ЭТ ж 33 с учетом их разброса и коммутации.
Реализация результатов исследован и а. Результаты диссертационной работы в части новой номенклатуры динамических параметров были внедрены на сети связи СССР в виде "методики модернизации эхозаградителей СВЗ-36 с цепью улучшения их динамических характеристик" (на МТС-34). Внедрение этой методики при несложной модернизации комплектов ЭЗ обеспечивает получение экономического эффекта около 26 тысяч рублей в год в расчете на одну стойку за счет улучшения качества телефонной передачи. Новая номенклатура динамических параметров используется з выпускаемых в настоящее время промышленностью для Министерства связи СССР эхозаградителях ЭЗ-А.
Результаты работы в части изменения режимов работы ЭЗ для обеспечения возможности их включения в автоматически коммутируемые каналы вошли в "Методическое руководство по проектированию РД I.239-1-85. Эхозаградители на междугородной телефонной сети в составе АМТС и УАК (для объектов строительства 1985-1995 гг) Москва, Гипросвязь, 1985 г.", и внедрены на сети на МТС-5 в виде "Рекомендаций для предприятий связи, по внесению коррекции в оборудование стоек эхозаградителей СЭЗ-36 для включения кошлектов эхозаградителей в каналы станций АМГС-ІМ, АМТС-2 и АМТС-3" и "Методики модернизации эхозаграднтельЕЫХ устройств СЭЗ-36 моднії
фикацик PT2.I5B.034-010 с целью обеспечения возможности юс нормального функционирования на автоматически коммутируемых каналах".
В части управления ЭЗ на ОАКТС результаты работы вошли в Руководящий документ по Общегосударственной системе автоматизированной телефонной связи (ОГСТфС) Книга I, часть I. Издание второе. Москва, 1987 (пункт 3.8.4).
В части рекомендаций но возможности включения ЭЗ в точки с нестандартными значениями относительных уровней результаты работ внедрены в проектах Ш1И "Наземная станция космической связи системы "Интерспутник" - на соединительных линиях в г. Хошимин, заказ 84195 и "Дооборудование приемной станции "Орбита-2" в г. Курильске передающим комплексом", заказ 83091 в виде "Методики настройки эхозаградительных устройств при их включения в точки телефонного канала, относительный уровень которых может отличаться от номинального для ЭЗУ".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях профессорско-преподавательского состава МЭИС в 1986, 1988 гг, на ХІУ Московской городской научно-технической конференции, посвященной Дню радио (Москва, 1988 г.), на Всесоюзных научных сессиях, посвященных Дню радио (ШП, XXXI, ХХХУІ, ХХХУШ, XUI) и на Второй Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов отрасли связи (Москва, І979 г.).
Разработка стойки эхозаградителей ЭЗ-А, выполненная при непосредственном участии автора, удостоена премии Ленинского Комсомола в области науки и техники за 1990 год.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в отчетах по НИР, по материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ.
Структура иобьем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Содержит 144 страниц текста, из иих 40 рисунков, список литературы из ІП наименований и приложений на 107 страницах.
