Улучшение качества услуг, передаваемых в сетях с коммутацией пакетов

Запаздывание сигналов при передаче их на большие расстояния обусловлено конечной скоростью распространения электрических сигналов в линейных трактах, а также в аппаратуре оконечной и промежуточной станций из-за наличия в различных ее узлах реактивных элементов. Речь идет об абсолютном запаздывании, т. е. о равномерном по спектру замедлении группового времени прохождения сигнала. Неравномерность в замедлении группового времени распространения db/d=const приводит к изменению формы сигнала, т. е. к его искажению. Для всех видов связи, за исключением телефонной, абсолютное запаздывание на несколько миллисекунд или даже на долю секунды не играет никакой роли. Однако при телефонной связи абсолютное запаздывание сигнала более чем на 1,8 с значительно снижает качество связи [5], так как контактность ведения переговора резко падает.

Схема телефонной связи с учетом существующих временных задержек в распространении информационных сигналов изображена на рисунке 2.2.

Как видно из схемы, отражение сигналов может возникнуть в различных точках трактов. Основными из этих точек являются: места соединения абонентского тракта с дифференциальной системой и телефонного аппарата с абонентским трактом, а также микротелефонная трубка телефонного аппарата (источник акустического эха). Однако могут быть и дополнительные точки отражения внутри абонентского тракта, особенно при использовании аппаратуры систем передачи по городским соединительным линиям. Причины появления отраженных сигналов кроются в рассогласовании характеристических сопротивлений трактов в перечисленных выше местах соединения. Количественно степень рассогласования оценивается коэффициентом отражения:

где Zл и Zб - характеристические сопротивления трактов в месте их со единения.

Рисунок 2.2 - Схема телефонной связи с учетом существующих временных задержек в распространении информационных сигналов

t'а т, t”а т - времена задержки в абонентских трактах;

а1, а2 - затухания прямого и обратного трактов;

Z б1, Z б2 - балансные сопротивления дифсистем;

t'л т , t”л т - времена задержки в прямом и обратном направлениях линейного тракта.

В технике связи степень рассогласования может оцениваться величиной затухания несогласованности, определяемой выражением:

Как видно из приведенных выражений, степень рассогласования будет тем меньше, чем ближе будут величины характеристических сопротивлений соединяемых трактов. Мощность отраженного сигнала пропорциональна квадрату коэффициента отражения, т.е.

где Pэ - мощность эхосигнала (отраженного сигнала);

Рс - мощность информационного сигнала.

Таким образом, для снижения мощности отраженных сигналов и устранения их мешающего воздействия необходимо обеспечить согласование характеристических сопротивлений в места соединений различных узлов и трактов канала связи. Если в канале имеется несколько точек отражения, то общая мощность эхосигнала может быть определена как сумма мощностей отраженных от различных точек. Для схемы, изображенной на рисунке 2.2, при наличии двух точек отражения n и m мощность эхосигнала на входе с удлинителя с затуханием а1 будет:

где Рс - мощность информационного сигнала на выходе усилителя Ус2; адс - затухание дифференциальной системы от двухпроводного тракта к прямому и обратному направлениям передачи;

n и m - коэффициенты отражения в точках n и m.

На основании полученного выражения можно получить обобщенную формулу при любом числе точек отражения для эхосигнала:

Даже поверхностный анализ выражения (2.9) показывает, что около 80% мощности эхосигнала приходится на составляющую первой точки отражения. Поэтому особое внимание с точки зрения возникновения эхосигнала следует обращать именно на эту точку. В то же время необходимо учитывать то обстоятельство, что все составляющие суммарной мощности эхосигнала появляются неодновременно. Это вызывает дополнительные сложности при решении проблемы подавления отраженных сигналов.

Итак, подводя итог, можно сделать вывод о том, что наибольшее мешающее действие эхосигналы будут оказывать на абонента, у которого собеседник находится в непосредственной близости от междугородной телефонной станции (близкий абонент), а канал связи организован либо через ИСЗ, либо имеет значительную протяженность.

2.3 Возможные способы борьбы с эхосигналом

Мешающее воздействие токов электрического эха тем больше чем меньше затухание на их пути и чем больше абсолютное время распространения этих токов. Для оценки мешающего влияние эхосигналов были получены экспериментальные субъективные кривые зависимости затухания на пути токов эха от времени их распространения по этому пути. На рисунке 2.3 приведены кривые зависимости аэmin=(tз). Ниже кривых находится область недопустимого мешающего действия электрического эха, а выше кривых - область допустимого влияния эха.

Рисунок 2.3 - Кривые зависимости аэmin=(tз): а - для проводных линий связи; б - для линий связи с использованием ИСЗ.

Приведенные зависимости определены экспериментально и подтверждены соответствующими исследованиями, проведенными в ряде стран. Они учитывают влияние первого эха на говорящего абонента, при этом другие возможные влияния не учитываются. Сейчас проводятся эксперименты по оценке мешающего действия токов эха не только от двух факторов (затухания и времени распространения), но и от других не менее важных: структуры абонентских трактов, вида помех линейных и абонентских трактов, мощности этих помех, акустических помех и т. д. Такой многофакторный анализ даст возможность еще полнее вскрыть причины мешающего воздействия отраженных сигналов на качество передачи информации и найти новые нетрадиционные способы устранения (подавления) эхосигналов.

Остановимся подробнее на известных в настоящее время методах борьбы с мешающим действием токов эха. Как показывают приведенные на рисунке 2.3 зависимости, ослабить или вообще исключить мешающее действие токов электрического эха в телефонных каналах можно путем либо уменьшения времени распространения электрических сигналов в линиях связи до величины менее 30 мс, либо увеличения затухания на пути токов эха аэ. Первый путь практически нереализуем, так как скорости распространения электромагнитной волны в различных средах имеют конечную величину. Второй же путь широко используется на практике.

Самым эффективным способом устранения мешающего действия токов эха явился бы переход от телефонного канала, представляющего собой замкнутую систему, к каналу с разделенными прямым и обратным трактами передачи, т. е. на четырехпроводную систему связи с устраненной акустической связью между микрофоном и телефоном абонентского аппарата. Однако на данном этапе такой переход экономически неоправдан, так как стоимость линейных сооружений канала составляет значительную часть (порядка 60%) общей его стоимости. Поэтому изыскиваются технические возможности увеличения затухания на пути токов электрического эха. Величина такого затухания по отношению к говорящему абоненту определяется выражением:

где aг пр, aг обр - остаточные затухания между точками n и k, k и n;

Ае дс - затухание несогласованности дифференциальной системы слушающего абонента;

Aеm, Aеn - затухание несогласованности в точках m и n.

Все обозначения в (2.10) введены согласно рисунку 2.2.

Как видно из (2.10), затухание на пути токов эха зависит от затухания абонентских трактов, остаточных затуханий прямого и обратного направлений передачи и от затуханий несогласованности двухпроводного тракта дальнего (слушающего) абонента. Рассмотрим за счет каких составляющих возможно увеличить aэ.г. Естественно, что последнее нельзя делать за счет устройств, которые включены в тракт прямого (неотраженного) информационного сигнала (a'ат, aг пр). Следовательно, увеличить затухание на пути эхосигналов возможно за счет затуханий Aе дc и aг обр. Остаточное затухание ar обр желательно увеличивать только для сигналов электрического эха и оставлять постоянным для информационного сигнала слушающего абонента. Практически такой способ, получивший название компенсационного, реализуем, но связан с большими техническими трудностями.

Одновременное увеличение ar обр для эхосигналов и информационных сигналов обеспечить проще, но при этом возникают некоторые неудобства при ведении двустороннего разговора (оба абонента говорят одновременно - режим перебоя). Эти неудобства состоят в том, что при увеличении затухания ar обр телефонный канал на время введения дополнительного затухания превращается из двустороннего в односторонний, а это затрудняет прерывание говорящего абонента слушающим. В данном случае слушающий абонент может говорить лишь в моменты межслововых или межфразовых пауз другого абонента. С целью обеспечения возможности быстрого перебоя предусматривают снижение затухания ar обр до его первоначального значения (7 дБ) в момент появления информационного сигнала от перебивающего абонента. При этом одновременно с полезным сигналом будут приниматься и эхосигналы, воздействующие на абонента как помеха. Влияние такой помехи зависит от уровня сигнала перебоя. Однако, как показывает практика, оно незначительно из-за стремления перебивающего абонента повысить голос при перебое. Рассмотренный выше способ получил название эхозаградительного. Итак, подводя итог можно выделить три основных метода борьбы с мешающим воз действием токов электрического эха:

- метод самобалансирующейся дифсистемы (увеличение затухания не согласованности Aе дc);

компенсационный (увеличение остаточного затухания обратного направления передачи аг обр только для сигналов электрического эха);

метод заграждения (увеличение остаточного затухания o6paтного направления передачи aг обр для отраженного и информационного сигналов).

2.4 Метод самобалансирующейся дифсистемы

При этом методе на пути токов электрического эха вносится дополнительное затухание за счет увеличения затухания несогласованности Aе дc, определяемое выражением:

Обозначения в выражении (2.11) введены согласно рисунку 2.4.

Анализ выражения (2.11) показывает, что увеличить балансное затухание дифсистемы Aе дc возможно либо за счет согласования характеристических сопротивлений в точках отражения k и l, либо за счет увеличения затухания абонентского тракта а”ат, что крайне нежелательно, так как это обстоятельство приведет к снижению громкости разговора. Наиболее эффективно повышение затухания Aek. Если принять условие, что либо а”ат=, либо Аеl =, то Ае дс= Аеk.

Рисунок 2.4 - Функциональная схема абонентского тракта

Однако в реальных ситуациях чаще встречается другой случай, когда а”ат0, а Aek и Аеl - конечные величины, неравные ни 0, ни . Тогда выражение (2.11) принимает вид:

Таким образом, при коротких абонентских трактах с малым затуханием мощность отраженных сигналов зависит одновременно от затуханий несогласованности во всех возможных точках отражения. Выполнение условия согласования лишь в одной точке в данном случае недостаточно. Так, если в выражении (2.12) принять Aek= , то Ае дс=Аеl, и если Аеl=, то Ае дс=Aek. Из схемы, приведенной на рисунке 2.4, видно, что максимальному изменению подвержено входное сопротивление телефонного аппарата Z”тa. Величина его меняется во время ведения переговора в широких пределах. В меньшей степени изменяется входное сопротивление абонентского тракта Z”л. Следовательно, в балансном контуре должна быть предусмотрена возможность компенсации и Z”л и Z”тa.

Как известно, сопротивление балансного контура Zб подбирается под среднестатистический абонентский тракт и обеспечивает требуемое затухание несогласованности Ае дс. Таким образом, если считать, что Zб=const и дифференциальная система симметрична, т. е. Z”вх=Zб, то изменение структуры абонентского тракта (характеристической постоянной передачи q и характеристических сопротивлений Zc1 и Zc2) и величины сопротивления телефонного аппарата Z”тa приводит к непостоянству затухания несогласованности Ае дс. Следовательно, можно считать, что:

Итак, метод самобалансирующейся дифсистемы предусматривает замену статического балансного контура динамическим, т. е. контура у которого:

где Zдк - сопротивление динамического балансного контура;

Z”л - входное сопротивление абонентской линии;

A'е дс - нормируемая величина затухания несогласованности дифсистемы, при которой эхосигнал не оказывает мешающего действия.

Входное сопротивление абонентской линии Z”л связано с сопротивлением телефонного аппарата Z”та, соотношением:

где А, В, С, D - А параметры четырехполюсника (абонентского тракта).

Для получения малой величины токов эха только за счет баланса дифференциальной системы затухание несогласованности А'е дс должно быть практически более 50 дБ. Если для подавления токов эха и можно найти способ изготовления точных балансных цепей, все же они будут нуждаться в устройствах автоматической регулировки, так как сопротивление двухпроводной линии Z”л меняется не только от соединения к соединению, но и в одном соединении под влиянием изменения сопротивления телефонного аппарата Z”тa.

Применение автоматических настраиваемых дифсистемы для борьбы с мешающим воздействием электрического эха экономически невыгодно из-за сложности технической реализации и большого их числа на телефонных сетях магистральной дальней связи.

2.5 Компенсационный метод

Сохранение двусторонней системы передачи по телефонному каналу при наличии токов электрического эха возможно, если для устранения мешающего воздействия этих токов использовать метод компенсации. Суть этого метод заключается в следующем. Из информационного сигнала S(t) поступившего в тракт приема, путем соответствующего преобразования формируется сигнал e(t), подобный эхосигналу e(t). Затем производится вычитание из эхосигнала e(t) подобного ему сигнала e(t). Остаток эхосигнала r(t)=e(t)-e (t) характеризует степень подавления токов электрического эха.

Схема, поясняющая процесс подавления токов эха методом компенсации, представлена на рисунке 2.5.

r (t) = e (t) - к (t), (2.16)

где e{t) =SA(t)h(t) и e(t) =SA(t)h*(t) - эхосигнал и подобный ему сигнал;

SA(t) - речевой сигнал абонента А в тракте приема абонента Б;

h(t) - передаточная функция дифсистемы;

h*(t) - передаточная функция дополнительного четырехполюсника.

Если разговор одновременно ведут оба абонента, то:

r (t) = SБ (t) + e (t) - к (t), (2.17)

где SБ (t) - речевой сигнал абонента Б.

23

Рисунок 2.5 - Схема поясняющая компенсационный метод подавления сигналов электрического эха

Применение метода компенсации для уменьшения действия токов электрического эха осложняется тем, что требует решения довольно трудоемкой инженерной задачи: создания сигнала e(t), подобного сигналу эха e(t). Для получения из SА(t) сигнала e(t) необходимо сигнал SА(t) пропустить через четырехполюсник, передаточная функция которого соответствовала бы передаточной функции дифсистемы в направлении от тракта приема к тракту передачи, т. е. h* (t) h (t).

Сигнал, возвращаемый в виде эха, обычно подвергается существенным изменениям вследствие амплитудных и фазовых искажений. Токи компенсации эхосигнала должны быть искажены таким же образом. Функцию создания компенсирующих токов эха может выполнить линия задержки с отводами, схема которой приведена на рисунке 2.6.

Для того чтобы показать, что она может отображать при достаточно большой задержке цепи амплитуду эха и его амплитудные и фазовые искажения, предполагается, что система связи линейная. Теорема дискретизации утверждает, что информационный сигнал SА(t) с ограниченной полосой частот может быть представлен последовательностью импульсов sin х/х, т. е.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9