Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время успеиное развитие экономики страны невозможно без развития соответствующей информационной инфраструктуры. Дальнейший рост сети связи страны и международной сети приводит к увеличению относительного числа каналов, имеющих значительное время распрастрвнения сигнала. Это каналы, организованные с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ), и часть каналов, организованных с помощью наземных (проводных, радиорелейных и т.п.) линий связи. Обычно данные каналы называют протяженными.
Одним из факторов, приводящих к значительному снижению качества передачи телефонной информации по протяженным каналам, является мешающее воздействие эффекта электрического эха. При этом время ведения переговоров увеличивается из-за переспросов, повторов, в отдельных случаях переговоры вообще становятся невозможными.
Устранение мешающего воздействия эффекта электрического эха достигается с помощью оборудования протяженных телефонных каналов эхоподавителями. Помимо основных регламентируемых соответствующими Рекомендациями МККТТ требований по необходимой степени устранения мешающего воздействия эффекта электрического эха, к эхоподавителям часто предъявляются требования низкой стоимости ввиду массовости их на сети связи. Для выполнения данного требования разработчику приходится накладывать ограничения на сложность технической реализации эхоподавителя.
В настоящее время применяются две основные конфигурации эхоподавителей. Эхозаградители (33), обладая относительной простотой технической реализации, не обеспечивают высоких качественных характеристик эхоподавления при работе на спутниковых телефонных каналах. Эхокомпенсаторы (ЭК), имеющие более высокий балл абонентской оценки качества работы, обладают недостаточной функциональной надежностьг К неработоспособности ЗК могут привести конкретные уело' эксплуатации, такие как возможная нелинейносп нестационарность эхотракта ОТ), наличие не' воздействий. Подобные тяжелые условия эксплуатациг вероятны для Общегосударственной автоматически комм телефонной сети (ОАКТС). Попытка учета данных существующей конфигурации ЭК приводит к э'
- A ~
усложнении его технической реализации.
Целью диссертационной работы является решение актуальной задачи разработки и исследования комбинированного метода эхоподавления, балл абонентской оценки качества эхоподавления которого был бы высок при высокой функциональной надежности в условиях эксплуатации, характерных для Общегосударственной автоматически коммутируемой телефонной сети COflKTC). Сложность технической реализации (вычислительная сложность) эхоподавителя, выполненного на основе комбинированного метода эхоподавления, не должна значительно превышать сложности технической реализации существующих эхоподавителей.
Состояние вопроса и задачи исследования. Хорошо известна структура 33, содержащая упоавляемые ключ, удлинитель и устройство формирования сигналов управления СЫФСУ). ЭЗ при относительной простоте технической реализации обладает малой зависимостью работоспособности от условий функционирования, т.е. высокой функциональной надежностью. . Однако балл абонентской оценки качества работы 33 ниже чем ЭК.
ЗК представляет собой устройство синтеза копии эхосигнала. В большинстве случаев ЗК содержит адаптивный трансверсальный фильтр (ЙТФ), вектор весовых коэффициентов которого корректируется устройством адаптации по некоторому алгоритму адаптации. В большинстве случаев это метод наименьиих квадратов (МНЮ, обладающий минимальной вычислительной сложностью из всех алгоритмов адаптации. Далее данную структуру будем называть ЙТФ-МНК. Структура ЙТФ-МНК обладает достаточной для целей эхокомпенсации скоростью и точностью адаптации при условии функционирования с эхотрактами ОТ), являющимися линейными инвариантными по времени системами. Однако ЭК со структурой ЙТФ-МНК обладает существенным недостатком, способным свести на нет его основное преимущество перед 33 - высокий балл абонентской оценки. Этим недостатком является относительно низкая функциональная надежность, т.е. значительная зависимость работоспособности ЭК со структурой ЙТФ-МНК от условий Функционирования. Например, нелинейность, нестационарность ЭТ, наличие гармонических помех в ЭТ приводит к тому, что правильная адаптация структуры ЙТФ-МНК становится невозможной и ЭК оказывается неработоспособен. Опыт эксплуатации ЭК со структурой ЙТФ-МНК на зарубежных сетях показал, что
- 5 -вероятность появления таких условий функционирования ЭК значительна. Возможно предположить, что при эксплуатации эхсподавителя на ОЙКТС подобные тяжелые условия фуцкционирования будут возникать по крайней мере не реве, чем на зарубежных сетях. Вместе с тем, попытка учета подобных условий функционирования введением в структуру АТО-ННК соответствующих дополнительных блоков (усложнением алгоритма работы) или переход к другой структуре приводит к неоправданному росту слоаности технической реализации ЭК.
Анализ состояния вопроса позволяет сделать вывод о том, что зарубежные разработчики эхоподавителей идут по пути устранения конкретных недостатков ЭК наращиванием сложности алгоритмов обработки и, следовательно, словности их технической реализации. Нсилия отечественных разработчиков были направлены на техническую реализацию эхозаградителей ввиду отсутствия до недавнего времени элементной базы, позволяющей реализовать более сложные алгоритмы обработки. Таким образом, ранее не предпренимались попытки комплексного подхода к анализу методов эхоподавления с точки зрения создания метода, обеспечивающего как высокое качество эхоподавления, так и высокую функциональную надежность без существенного увеличения сложности технической реализации по отношению к существующим методам. Отсюда вытекают следующие задачи исследований по достижению поставленной цели разработки комбинированного метода эхоподавления:
-
Провести анализ существующих методов борьбы с мешающим воздействием эхосигналов.
-
Для сравнительной оценки различных методов эхоподавления, ввиду существенных различий их характеристик, разработать единый многокомпонентный критерий эффективности метода эхоподавления, отражающтй его основные характеристики. Разработать параметр, являющийся численной мерой функциональной надежности метода эхоподавления.
3. Разработать математические и имитационные модели
эхоподавителей (эхозаградителя и эхокомпенсатора). эхотрак-
и источников внешних воздействий. Провести с помг
имитационного моделирования сравнительную оценку ме'
эхокомпенсации и эхозаграждения по критерию эффективное
-
Разработать обобщенный алгоритм комбиниг метода эхоподавления и алгоритм комбин* эхоподавителя.
-
Разработать математическую и имитаци
комбинированного эхоподавителя. Провести на их основе оценку и оптимизацию комбинированного эхоподавителя по критерию эффективности.
6. Произвести анализ возможности реализации комбинированного эхоподавителя на современной элементной базе,
Методы исследования. Исследования, проведенные в настоящей диссертационной работе, базируются на методах теории систем автоматического регулирования, теории цифровой обработки сигналов, теории случайных процессов. В работе использовались методы математического моделирования и имитационного моделирования на ЭВМ. Исследования методом имитационного моделирования проводились на ППЭВН IBM PC AT на основе программного обеспечения, разработанного автором.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
На основе предложенного понятия функциональной надежности метода эхоподавления, отражающего способность метода эхоподавления выполнять свои функции в различных условиях эксплуатации, разработан единый, многокомпонентный составной критерий эффективности метода эхоподавления, отражающий показатели качества подавления электрического эха, сложности технической реализации и функциональной надежности метода эхоподавления.
-
Для оценки методов эхоподавления по критерию эффективности разработана система математических и имитационных моделей эхоподавителей и среды их Функционирования, позволяющие проводить анализ существующих методов эхоподавления по разработанному критерию эффективности.
-
Для количественной меры функциональной надежности метода эхоподавления обосновано использование величины процентного увеличения суммарной длительности неподавленного эхо-сигнала на выходе эхоподавителя по сравнению с суммарной длительностью неподавленного эхосигнала на выходе эхоподавителя при настройке на линейный ЭТ.
4. Разработан обобщенный алгоритм оптимального по критерию эффективности комбинированного метода эхоподавления. Разработаны математическая и имитационная модели комбинированного эхоподавителя, реализующего комбинированный метод эхоподавления,позволяющий провести оптимизацию характе-истик комбинированного эхоподавителя по критерию эффективное-
- 7 -ти.
Основные полояения. представляєш^ к защите:
і. Адекватной мерой Функциональной надеяности метода эхоподавления является величина процентного увеличения суммарной длительности неподавленного зхосигнала на выходе эхоподавителя по сравнению с суммарной длительностью неподавленного зхосигнала на выходе эхоподавителя при настройке на линейный ЗТ.
2. Эффективность метода эхоподавления определяется
единым, многокомпонентным составным критерием, отраяаЕщим
показатели качества подавления электрического эха, слояности
технической реализации и функциональной надеяности метода
эхоподавления.
3. Комбинированный метод эхоподавления, предполагавши
управление выбором алгоритма эхоподавления, основанный на
оценке по критерию эффективности, обеспечивает наилучиее для
заданных условий Функционирования качество эхоподавления при
высокой функциональной надеяности и относительно малой
слояности технической реализации эхоподавителя.
4. Математические и имитационные модели эхоподавителей и
их среды функционирования, построенные на основе
использования единого критерия, позволяют проводить
сравнительную оценку и оптимизацию методов эхоподавления по
критерию эффективности.
Личный вклад. Бее результаты представленные в работе, получены автором лично.
Практическая ценность работы состоит в том, что на основе разработанного комбинированного метода эхоподавления возмояно построение алгоритмов эффективного комбинированного эхоподавителя как для стандартного процессора цифровой обработки сигналов, так и для однокристального специализированного вычислителя. Это позволит обеспечить при относительно невысокой вычислительной слояности эхоподавителя высокую абонентскую оценку качества эхоподавления и высокую надеяность функционирования, включая те 20 эхотрактов ОЙКТС, на которых возаояна неработоспособность эхокомпенсаторов.
Реализация результатов исследо-в а н и ' й. Результаты исследований в виде алгоритма комбинированного подавления эхосигналов и иакета эхоподавляющего устройства, реализующего разработанный
*г*
- 8 -алгоритм эхоподавления, использованы Московским научно-исследовательским институтом радиосвязи (МНИИРС) при разработке спутниковой системы телефонной связи в рангах работ по договору с А/0 "Компракт". Результаты исследований в виде алгоритма комбинированного эхоподавителя использованы малым предприятием "Телефонные средства связи" при разработке эхоподавителя в составе цифровой коммутационной станции. Результаты работы внедрены в учебный процесс МТНСИ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях профессорско-преподавательского состава МИС в 1987 и 1992 гг, Uffl Всесоюзной студенческой научно-технической конференции (Москва-Свердловск, 1988 г.), IU научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (Ростов-на-Дону, 1991 г.), XLUII научной сессии, посвященной Дни радио (Москва, 1992 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 печатных работ, из них 1 авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, у глав, заключения и прилоаений. Содержит І95 страниц текста, из них 25 рисунков, список литературы из <2 3 наименований и приложений на AT страницах.
Похожие диссертации на Разработка и исследование комбинированного метода эхоподавления в телефонных каналах
