Улучшение качества услуг, передаваемых в сетях с коммутацией пакетов

2.8.1 Комбинированный метод эхоподавления (КМЭ 1)

Комбинированный метод эхоподавления (КМЭ 1) - сочетание методов эхокомпенсации и эхозаграждения. Обобщенный алгоритм данной компенсации представлен на рисунке 2.9.

Для текущего момента телефонного разговора определяются: отсутствие речевых сигналов в обоих направлениях передачи - режим покоя (блок 1); наличие встречного разговора - детектирование перебоя (блок 2) и, в зависимости от принятого решения, запрещается (блок 3) или разрешается (блок 4) адаптация ЭК к текущему ЭТ. Затем определяется (блоки 5 и 6) настроен ли ЭК на подключенный ЭТ. Если это так, то производится операция (блоки 7 и 8), аналогичные эхокомпенсации: формирование первоначальной структуры АТФ, адаптация, синтез копии ЭС, ее вычитание из сигнала обратного направления передачи. Если ЭК в отсутствии перебоя не настроен на текущий ЭТ, то в обратное направление передачи вносится дополнительное затухание (блок 9). При наличии перебоя дополнительное затухание в обратное направление не вносится, а вносится небольшое затухание в тракт приема (порядка 6 дБ) для облегчения условий перебоя (блок 10).Очевидно, что данный метод является комбинацией методов эхозаграждения и эхокомпенсации. При условиях функционирования, в которых работоспособен ЭК, эхосигнал подавляется по методу эхокомпенсации; иначе ЭС подавыляется по методу эхозаграждения.

Рисунок 2.9 - Алгоритм комбинированного метода эхокомпенсации и эхозаграждения

Разработанная на основе обобщенного алгоритма структурная схема комбинированного метода эхоподавления показана на рисунке 2.10.

В данной модели комбинированного ЭП совокупность блоков МА, ТФ и вычитателя образуют структуру ЭК. Функции детектора перебоя структуры ЭК и устройства формирования сигналов управления структуры ЭЗ выполняет совокупность блоков РУ1-2, ПУ1-3, ЛЗ1-3 и БЛ, образующая совместно с блоками УТпр и УТпер структуру ЭЗ. Совокупность блоков РУ3, ПУ4, ЛЗ4, БЛ и К реализует алгоритм управления взаимодействием структур ЭЗ и ЭК.

Рисунок 2.10 - Структурная схема комбинированного метода эхоподавления (КМЭ 1)

где УТпер - устройство тракта передачи;

УТпр - устройство тракта приема;

РУ - распознающие устройства;

ПУ - пороговые устройства;

ЛЗ - линии задержки;

БЛ - блок логики;

ФУ - формирующее устройство;

ТФ - трансверсальный филтр;

МА - механизм адаптации;

К - коммутатор;

xk - входной сигнал со стороны протяженного телефонного канала;

R(xk) - выходной сигнал тракта приема (входной сигнал ЭТ);

R(*) - оператор обработки УТпр;

yk - выходной сигнал ЭТ;

S(yk) - выходной сигнал структуры ЭЗ;

S(*) - оператор обработки УТпер;

rik, i = 1...3 - выходные сигналы распознающих устройств;

Vik, i = 1...4 - первичные управляющие сигналы с выходов ПУ;

lik, i = 1...4 - входные сигналы БЛ;

Wik, i = 1...4 - окончательные управляющие сигналы;

еk - выходной сигнал структуры ЭК;

y^k - синтезированная копия ЭС на выходе ТФ;

H^k - вектор весовых коэффициентов ТФ;

Uп1 - порог чувствительности структуры ЭЗ;

Uп2 - порог чувствительности к неподавленному ЭС;

zk - выходной сигнал.

Рассмотрим подробнее назначение и функционирование блоков комбинированного ЭП. Распознающее устройство реализует здесь три последовательные операции над входным сигналом:

где Sk - вектор входного сигнала;

rk - выходной сигнал РУ;

Т(*) - операция взвешивания входного сигнала согласно усредненной спектральной плотности мощности телефонной речи;

D(*) - операция идеального детектирования, реализуемая с помощью взятия абсолютного значения текущей величины;

J(*) - операция нижнечастотной фильтрации.

Данная последовательность соответствует вычислению огибающей входного сигнала Sk. Операция Т(*) реализует ТФ, ИХ которого является одним из входных параметров модели:

где НТтф - импульсная характеристика взвешивающего ТФ.

Операция J(*) осуществляется рекурсивным фильтром нижних частот второго порядка.

Пороговые устройства производят операцию мгновенного сравнения абсолютных значений сигналов на их входах

где аk,bk - входные сигналы i-го ПУ.

Пороговые устройства ПУ1 и ПУ3 сравнивают выходные сигналы РУ1 и РУ2, r1k и r2k с пороговой величиной Uп1, а ПУ2 - сигналы r1k и r2k между собой, определяя текущий режим работы ЭЗ и вырабатывая первичные сигналы управления Vik.

Линии задержки ЛЗ1-ЛЗ4 реализуют следующий алгоритм обработки первичных сигналов управления:

где N1, N2 - параметры ЛЗ, определяющие время срабатывания (переход 0>1) и время отпускания (переход 1>0) устройства.

Динамические соотношения при смене рабочих сигналов выбираются в соответствии с Рекомендацией МККТТ.

Формирующее устройство предназначено для создания первоначальной структуры ТФ, определяемой числом звеньев линии задержки (ЛЗ-ТФ). ФУ дает возможность оптимизировать первичную структуру АТФ (его порядок), т.е. определить то количество отводов ЛЗ, которое позволяет с достаточной степенью точности создать копию ИХ практически любой абонентской структуры. Кроме того, ограничение числа элементов ЛЗ (устранение избыточности), приводит к снижению уровня собственных помех АТФ, и, следовательно, к созданию более точной копии ЭС. Количество элементарных звеньев ЛЗ-ТФ зависит от времени задержки сигнала в ЭТ и времени задержки одного звена. Таким образом, число звеньев ЛЗ-ТФ составит

где tэт - время задержки сигнала в ЭТ;

фз - время задержки одного звена ЛЗ-ТФ.

Очевидно, что чем больше порядок фильтра N, тем больше предельная длительность ИХ ЭТ, которую способен моделировать ЭК. Окончательная структура ТФ считается сформированной после определения коэффициентов передачи отводов ЛЗ-ТФ.

Трансверсальный фильтр ТФ реализует следующий алгоритм: для текущего вектора входного сигнала Xk = {xk, xk-1, ..., xk-N+1} вычисляется значение копии

Затем определяют сигнал ошибки адаптации для текущего значения входного сигнала с выхода ЭТ yk (алгоритм работы вычитателя)

После этого вектор весовых коэффициентов

HТk = {h0k, h1k, ..., h(N-1)k}

корректируется по одному из следующих алгоритмов работы МА:

где 2µ - коэффициент адаптации, влияющий на скорость сходимости ЭК.

Данные алгоритмы оптимальны с точки зрения сходимости (в отличие от других возможных вариантов [7]) и дают возможность не только подавить ЭС, но и предотвратить расстройку при смене ситуации в процессе ведения разговора.

Далее процесс повторяется для новых значений Xk и yk, причем вычисления по формулам (2.29) - (2.31) должны быть завершены до поступления на вход новых значений Xk и yk. В реальных условиях вычисления должны быть завершены за время, не превышающее периода дискретизации Т=125 мкс.

Устройство УТпер предназначено для внесения в обратное направление передачи большого (более 55 дБ) дополнительного затухания, УТпр - в прямое направление (тракт приема) небольшого затухания для уменьшения уровня ЭС во время перебоя. При соответствии

Wik="H"-Wik=0;

Wik="B"-Wik=1,

где "Н" и "В" - соответственно низкий (неактивный) и высокий (активный) логический сигнал, операторы обработки УТпер и УТпр можно записать как

S(yk)=Wik ? yk;

R(xk)=(1-0,5W2k)? xk, (2.32)

При этом УТпр вносит затухание 6 дБ (независимо от уровня входного сигнала xk).

С помощью коммутатора К на выход комбинированного ЭП подается выходной сигнал структуры ЭЗ или ЭК. В рассматриваемой модели алгоритм К имеет вид:

Zk=S(yk)(1-W3k)+ekW3k, (2.33)

Блок логики БЛ реализует алгоритм, предусматривающий однозначное соответствие входных lik и выходных Wik сигналов.

2.2.2 Комбинированный метод эхоподавления (КМЭ 2)

Комбинированный метод эхоподавления (КМЭ 2) - сочетание методов эхокомпенсации и СДС. Алгоритм данной модели представлен на рисунке 2.11. Для текущего момента телефонного разговора детектируется состояние покоя (блок 1). После определения времени задержки сигнала в ЭТ дифсистема подстраивается под текущую абонентскую линию (блок 2), детектируется перебой (блок 3), запрещается (блок 4) или разрешается (блок 5) адаптация ЭК к данному ЭТ. Затем происходит формирование первоначальной структуры АТФ (блок 6), синтез копии ЭС и ее вычитание из сигнала обратного направления передачи (блок 7).

Данный метод, очевидно, является комбинацией методов эхозаграждения и СДС. Его структурная схема приведена на рисунке 2.12. Помимо основных блоков (смотрите пояснение к рисунку 2.10), в схему введены дополнительные устройства: ДП - детектор перебоя и ПерУ - переключающее устройство.

Работа блоков ФУ, ТФ и МА не отличается от работы аналогичных блоков в предыдущей модели. ФУ реализует алгоритм (2.28), ТФ - алгоритм (2.29), МА - один из алгоритмов (2.31). С учетом сигнала Дп, приостанавливающего адаптацию ЭК во время перебоя, алгоритм (2.31) можно записать

где Сk = 1 при отсутствии перебоя;

Сk = 0 при наличии перебоя.

Рисунок 2.11 - Алгоритм комбинированного метода эхокомпенсации и СДС

Рисунок 2.12 - Структурная схема комбинированного метода эхоподавления и СДС

Переключающее устройство обеспечивает настройку балансного контура на длину данной АЛ и удерживает текущее состояние балансного контура до конца разговора.

Легко заметить, что отличие от КМЭ 1, данный метод эхоподавления предполагает совместную работу обоих устройств (ЭК и СДС) при любом телефонном разговоре независимо от структуры ЭТ.

2.2.3 Комбинированный метод эхоподавления (КМЭ 3)

Комбинированный метод эхоподавления (КМЭ 3) - сочетание методов эхозаграждения и СДС. Алгоритм данной модели представлен на рисунке 2.13. Для текущего момента телефонного разговора осуществляется детектирование покоя (блок 1), затем (после определения времени задержки сигнала в ЭТ) - подстройка дифсистемы под текущую абонентскую линию (блок 2) и после этого - детектирование перебоя (блок 3). При отсутствии перебоя в обратное направление передачи вносится дополнительное затухание (блок 5), а при его наличии - небольшое затухание в тракт приема (блок 4).

Рисунок 2.13 - Алгоритм комбинированного метода эхозаграждения и СДС

Данный метод служит комбинацией методов эхозаграждения и СДС. Структурная схема метода показана на рисунке 2.14 (смотрите пояснения к рисунку 2.10 и рисунку 2.12). Здесь распознающие устройства реализуют алгоритм (2.24), пороговые устройства - алгоритм (2.26), линии задержки - алгоритм (2.27).

Блок логики в данном случае осуществляет несложную перекодировку входных сигналов lik, i = 1 ...3 и вырабатывает окончательные сигналы управления:

Рисунок 2.14 - Структурная схема комбинированного метода эхозаграждения и СДС

Оценка эффективности применения комбинированных методов эхоподавления. Из всех рассмотренных выше моделей ЭП комбинированного типа наибольшим пространством функционирования (работоспособностью на любых ЭТ) обладают КМЭ 1 и КМЭ 3. Поскольку основу КМЭ 2 составляет метод эхокомпенсации, то можно считать, что данный метод будет неработоспособен на некоторой части абонентских трактов. Балансировка СДС в КМЭ 2 может дать некоторый положительный эффект, однако если задержка в АЛ составит порядка 1,5 мс, то балансировка СДС потеряет смысл.

Очевидно, что самую высокую абонентскую оценку получил КМЭ 1, поскольку в его основе лежит ЭК, работоспособность которого (благодаря ЭЗ) будет гарантирована на ЭТ практически любой структуры.

Основной недостаток КМЭ 2 и КМЭ 3 - необходимость схемных изменений в СДС, к которой мало применим групповой принцип использования, повышающий эффективность применения ЭЗ и ЭК. Кроме того, поскольку АЛ представляет собой протяженную неоднородную цепь, то повышение балансного затухания становится затруднительным и может произойти разбалансировка СДС.

Для проведения полной оценки эффективности применения комбинированных ЭП необходима оценка их качественных (качество передачи информации), стоимостных и эксплуатационных (масса, габариты, энергопотребление, надежность, ремонтопригодность и т.п.) характеристик. Очевидно, что все эти характеристики в значительной мере противоречивы, и поэтому следует определить такую характеристику, по которой будет проводиться оптимизация модели ЭП комбинированного типа (с ограничениями на другие характеристики). В нашем случае главными критериями оптимизации будут: качество передачи информации и работоспособность на любых ЭТ при ограничении на стоимость.

Даже поверхностный теоретический анализ представленных моделей комбинированных ЭП позволяет выбрать наиболее оптимальный - КМЭ 1, как имеющий высокое качество эхоподавления, работоспособность практически на 100% АЛ, приемлемые стоимость (благодаря возможности группового построения) и сложность технической реализации (применение микропроцессоров).

Таим образом, проведенный анализ различных моделей эхоподавителей комбинированного типа позволяет делать следующие выводы:

а) повышение качества передачи информации по эхозащищенным каналам связи можно добиться путем создания новых эхоподавляющих устройств, основанных на комбинации нескольких методов эхоподавления;

б) разрабатываемые устройства должны учитывать особенности построения и развития не только IP-сетей, но и ВСС Республики Казахстан;

в) из представленных моделей кобинированных эхоподавителей оптимальным по критерию эффективности является КМЭ 1;

г) повышение качества передачи происходит благодаря расширению пространства условий функционирования ЭК,что позволяет считать устройство на основе КМЭ 1 работоспособным практически на любых ЭТ;

д) необходимо проведение более точной оценки эффективности использования разрабатываемых моделей эхоподавителей по обобщенному критерию эффективности.

Для выше рассмотренных моделей эхоподавления разработана программа на языке Си и скомпилирована в исполняемые файлы с помощью встроенного компилятора. Работа с программами осуществляется в системе Norton Commander.

Программа ЕК_МАIN моделирующая работу эхоподавителей запускается следующим образом:

а) осуществляется запрос входного файла (вход приема ЭП). В качестве входного файла используется файл: гаусовского шума или равномерно распределенного шума. На запрос необходимо ввести имя файла и нажать “ENTER”.

б) программа спрашивает: “Будет ли файл аддитивной помехи (y/n) ?”. Если пользователь нажмет клавишу “y”, то необходимо будет ввести имя файла аддитивной помехи. В качестве аддитивной помехи используется: импульсная, тональная, с Гаусовским шумом, с равномерно распределенным шумом или константа. Затем необходимо указать время включения файла аддитивной помехи от 0 до 150 мс.

в) программа спрашивает: “Будет ли нелинейность в эхотракте (y/n) ?”. при ответе утвердительно, программа предлагает выбрать тип нелинейных искажений. Выбор осуществляется цифрами от 1 до 6. В зависимости от выбранного типа НИ необходимо будет ввести: коэффициент нелинейных искажений (%), степень ограничения по максимуму или минимуму (дБ).

г) программа спрашивает “Будут ли параметрические явления в эхотракте (y/n)?”. Если “y” то необходимо ввести частоту флуктуаций отсчетов в пределах от 0 до 20 Гц.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9