На правах рукописи

Нгуен Ань Туан

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ

ЭХОПОДАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ НА СЕТИ МОБИЛЬНОЙ

СВЯЗИ ВЬЕТНАМА.

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2012

Работа выполнена на кафедре многоканальной электросвязи Федерального государственного образовательного бюджетного учреждения высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики (ФГОБУ ВПО МТУСИ).

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Цыбулин Михаил Кронидович Официальные Хромой Борис Петрович оппоненты: доктор технических наук, профессор, ФГОБУ ВПО МТУСИ, заведующий кафедрой МСиИТС Кунегин Сергей Владимирович кандидат технических наук, доцент, ОАО «МГТС», начальник отдела управления качеством

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие научно-исследовательский институт радио (ФГУП НИИР)

Защита состоится 24 мая 2012 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д.219.001.03 на базе Московского технического университета связи и информатики по адресу: 111024, Москва, ул.

Авиамоторная, д. 8а, ауд. А-448.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУСИ.

Автореферат разослан 19 апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д. 219.001. к.т.н., доц. Ерохин С. Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Развитие мобильной связи в мире, сопровождающееся быстрыми темпами расширения спектра услуг, повысило к настоящему времени её конкурентоспособность и потребительские свойства до уровня свойств фиксированной связи.

При этом существенным фактором снижения качества передачи информации, по которому мобильная связь в настоящее время проигрывает фиксированной, является эффект электрического эха, ставший, к сожалению, привычным явлением для многих абонентов сетей мобильной связи как во Вьетнаме, так и в других странах.

Действующие нормативные документы МСЭ трактуют эхо как весьма значимый мешающий фактор, требующий применения эхоподавляющих устройств (ЭПУ). Как показывает практика, использование ЭПУ классического компенсационного типа (ЭК), встроенных в оборудование мобильных терминалов и центров коммутации, далеко не всегда обеспечивает эффективное подавление электрического эха, несмотря на облегчённые по сравнению, например, со спутниковой связью условия восприятия человеком эхосигналов.

Во многих случаях неспособность ЭПУ подавить эхосигналы преобразуется в другой эффект – эффект клиппирования передаваемой речи, также оказывающий значительное мешающее воздействие.

Опыт и результаты исследований, накопленных в ходе борьбы с мешающим воздействием эффекта электрического эха, в совокупности с современным уровнем развития микропроцессорной техники позволяет перевести проблему эффективного подавления эхосигналов в каналах мобильной связи в разряд решаемых, а поиск решений выдвинуть в качестве одной из актуальных задач отрасли связи Вьетнама.

Задача подавления эхосигналов в основном была решена для ЕСЭ РФ, в том числе для сетей мобильной связи, в часности благодаря научным исследованиям и практическим разработкам таких специалистов как Цыбулин М.К., Снегов А.Д., Шаврин С.С., Иванов В.И., Кунегин С.В., Шевелев С.В., Рогацкая М.В. и др. К сожалению, прямое использование полученных ранее решений в части подавления эхосигналов на сети мобильной связи Вьетнама, как показывает практика, не позволяет добиться желаемых результатов. В частности, это связано с тем, что эффективность работы ЭПУ зависит от структуры сети и особенностей информационных сообщений (языка). Поэтому в настоящей работе исследуются особенности работы ЭПУ на сети мобильной связи Вьетнама.

Цель и основные задачи работы.

Основной целью работы является исследование особенностей подавления эхосигналов на сети мобильной связи Вьетнама.

Реализация поставленной цели требует решения следующего круга задач:

- исследование особенностей вьетнамской речи, влияющих на работу эхоподавляющих устройств;

- анализ используемых на сетях мобильной связи Вьетнама технических решений по борьбе с мешающим воздействием эффекта электрического эха;

- исследование свойств различных методов компенсационного подавления эхосигналов в условиях эксплуатации, характерных для каналов мобильной связи Вьетнама;

- исследование влияния основной группы мешающих факторов, характерных для сетей мобильной связи Вьетнама, на характеристики подавления эхосигналов с использованием различных экокомпенсационных алгоритмов;

- разработка рекомендаций по реализации и использованию ЭК на сетях мобильной связи Вьетнама.

Объект исследования.

Объектом исследования является сеть мобильной связи Вьетнама, использующая различные технические решения по борьбе с мешающим воздействием электрического эха.

Методы исследования.

В диссертационной работе использовались методы математической статистики, теории информации и теории случайных процессов. Все эксперименты выполнены с использованием современной вычислительной техники на базе программного обеспечения, созданного в научноисследовательской лаборатории кафедры МЭС с участием автора.

Научная новизна.

1. Исследованы статистические характеристики вьетнамской речи, эхокомпенсационных алгоритмов и обеспечиваемую степень подавления мешающего воздействия эффекта электрического эха.

2. Разработаны модели, описывающие структуры каналов мобильной связи, эхотракты и взаимодействие сигналов и шумов на сети мобильной связи Вьетнама. Отличительной особенностью разработанных моделей является их построение на основе реальной статистики вьетнамской речи и характеристик каналов и эхотрактов сетей связи Вьетнама.

3. Проведён цикл экспериментальных исследований по оценке влияния характеристик вьетнамской речи и основной группы мешающих факторов на сходимость основных эхокомпенсационных алгоритмов, позволивший оптимизировать их характеристики, в частности параметры адаптации и динамики, для условий сети мобильной связи Вьетнама.

4. Показано, что на мобильных сетях Вьетнама наиболее эффективно использование ЭК комбинированного типа без использования заграждающей функции нелинейного процессора.

5. На основе результатов проведенных исследований предложено изменение структуры и функциональных характеристик детектора одностороннего разговора, обеспечивающее повышение стабильности работы компенсационных механизмов на сигналах вьетнамской речи.

Практическая ценность.

1. Предложена схема комбинированного ЭК для сети мобильной связи Вьетнама, обеспечивающая требуемое качество передачи телефонной информации за счет устранения эффекта клиппирования речевых сигналов и шумов канала.

2. Результаты исследования границ эффективности функционирования компенсационного механизма подавления эхосигналов на сетях мобильной связи являются основой для рекомендаций по обеспечению двустороннего подавления эхосигналов в каналах мобильной связи ЗАО «Вит Телеком» на сети «Билайн Вьетнам».

3. Результаты, полученные в ходе подготовки диссертации, использованы в учебном процессе МТУСИ на кафедре МЭС и ЗАО «Связьпром», что подтверждено актами о внедрении в учебный процесс.

Апробация работы.

Основные положения и результаты исследований докладывались и опубликованы в виде трудов и тезисов докладов конференций «Телекоммуникационные и вычислительные системы» в рамках Международного форума информатизации МФИ-2009 и МФИ-2010 (Москва), международной научно-технической конференции «Физика и 10-ой радиоэлектроника в медицине и экологии» - ФРЭМЭ - 2010 (Владимир), 3-ей международной научно-практической конференции «Наука и современность – 2010» (Новосибирск), Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения»

INTERMATIC – 2010 (Москва), 5-й отраслевой научно-технической конференции «Технологии информационного общества» (Москва) и др.

Результаты диссертации также опубликованы в журналах «T-Сomm Телекоммуникации и транспорт », «Естественные и технические науки» и «Объединенный научный журнал».

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 6 статей и 10 тезисов докладов на НТК различного уровня.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Использование результатов проведенных исследований обеспечит более высокое качество защиты мобильных соединений Вьетнама от мешающего воздействия эффекта электрического эха.

2. Архитектура эхоподавляющего устройства без использования заграждающей функции, включающая комбинацию звеньев, адаптирующихся по нормализованному алгоритму наименьших средних квадратов и корреляционному алгоритму, обеспечивает возможность компенсационного неклиппирующего подавления эхосигналов в каналах мобильной связи Вьетнама.

3. Значение параметра адаптации звена, функционирующего по нормализованному алгоритму наименьших средних квадратов, обеспечивающее наиболее высокую скорость сходимости на начальном этапе адаптации, для вьетнамской речи лежит в пределах 0.04…0.07.

4. Значение параметра адаптации корреляционного звена, обеспечивающее достаточную степень подавления эхосигнала на фоне шумов, для вьетнамской речи должно устанавливаться в пределах 12…14.

5. Тенденция к расхождению компенсационных алгоритмов в паузах речи при воздействии шума, в большой степени проявляющаяся для вьетнамской речи по сравнению с русской, требует дополнительной остановки адаптации на время задержки сигнала в трансверсальном фильтре.

6. Введение гистерезиса в работу детектора одностороннего разговора обеспечивает повышение стабильности подавления эхосигналов компенсационными механизмами на вьетнамской речи.

Структура и объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка принятых сокращений, списка литературы и приложения. Работа содержит 191 страницу, в том числе 155 страниц основного текста, 71 рисунок, 36 таблиц. Библиография включает 83 наименования. Приложения размещены на 22 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулированы цели, задачи работы, перечислены основные научные результаты диссертации, определена их практическая ценность и области применения, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены основные категории качества обслуживания абонентов сотовой подвижной связи, особенность его оценки, поддержки и контроля на сети связи Вьетнама. Представлен свод требований, предъявляемых администрацией связи Вьетнама к качеству услуг мобильной связи. Проведен анализ статистики претензий абонентов к качеству услуг мобильной связи на сети Вьетнама. Показано, что статистика претензий абонентов по качеству каналов мобильной связи при всех видах соединений дает основание считать проблему эхосигналов одной из доминирующих на современном этапе развития сети связи Вьетнама. Проведен анализ факторов, определяющих качество телефонной передачи по каналам мобильной связи, и методов оценки качества.

Проведен подробный анализ структуры вьетнамского языка и речевых сигналов, обеспечивший возможность правильного определения основных параметров, отличающих сигналы вьетнамской речи от русской.

В русском языке насчитывается 42 звука речи — 6 гласных и согласных, во вьетнамском языке насчитывается 38 звуков речи — 16 гласных и 22 согласных.

Во вьетнамском языке важным фактором является тон, каким произносится слово или фраза. Одно слово, произнесенное разной интонацией, может иметь до шести значений; выделяют шесть «тонов», то есть типов слогов (см. рис 1.).

Рисунок 1. Речевые сигналы и степени подъема языка слогоморфемы «ma»

Вьетнамские слова могут быть односложными, двухсложными и многосложными. Большинство вьетнамских слов - односложные. В речевом потоке имеются звуки с различными длительностями, межфразовые, межслоговые и внутрислоговые (межзвуковые) паузы. Внутрислоговые паузы вьетнамского языка являются более сложными по сравнению с русским языком категорией и обладают иной статистикой длительности. Паузы во вьетнамской речи по сравнению с русской в статистике возникают чаще, а их длительность существенно выше.

Мнение операторов по качеству каналов мобильной связи при всех видах соединений дает основание считать проблему эхосигналов одной из доминирующих на современном этапе развития сети связи Вьетнама.

Как показывает практика, свойства речевого сигнала и длительность пауз влияют на результат подавления эхосигнала при использовании эхоподавляющих устройств. Технические решения, принятые для компенсационного подавления эхосигналов на сети связи Российской Федерации, не будут обеспечивать оптимального качества телефонной передачи для вьетнамской речи. Исследование влияния характеристик вьетнамских речевых сигналов на динамику подавления эхосигнала является основной задачей настоящей работы и проводится в следующих главах.

Во второй главе проведен анализ факторов, определяющих степень мешающего воздействия эффекта электрического эха в каналах мобильной связи Вьетнама.

Основными факторами, влияющими на качество телефонной передачи, являются: время распространения сигналов и их затухание; шумы канала связи;

существенная нелинейность; параметрические явления в эхотракте;

избыточный уровень сигналов, перегружающих входные цепи кодеров.

Проведен анализ основных факторов, определяющих качество телефонной передачи по каналам, оборудованным эхоподавляющими устройствами. В рамках анализа рассмотрено влияние характеристик оборудования, формирующего канал, на характеристики сходимости основных эхокомпенсационных алгоритмов.

МЦК УАК УАК

ЛЦК ЛЦК СПС

Д К Д К Д К

ЦАП РК РК АЦП

УАК УАК

К Д К Д К Д

АЦП РК РК ЦАП

Показано, что значительное влияние на качество телефонной передачи оказывает нелинейный процессор (НП), предусматриваемый для подавления остатков эхосигналов, включающих линейную и нелинейные составляющие.

Реализуя, фактически, заграждающий принцип подавления остаточных эхосигналов, НП вносит в канал специфические динамические пропадания отрезков передаваемого речевого сигнала, получившие название клиппирования или заиканий, которые могут в значительной степени усугубляться влиянием импульсной помехи и перекосами диаграммы уровней.

Рассмотрены географическая и логическая структуры сети связи Вьетнама (рисунок 2). Транзитная сеть Вьетнама представляет собой совокупность транзитных центров коммутации сотовой подвижной связи (ТЦК СПС), размещаемых в 3 центральных городах Социалистической Республики Вьетнама (СРВ) - Ханой, Дананг, Хошимин и цифровых каналов (трактов), соединяющих ТЦК СПС между собой по полносвязной схеме («каждый с каждым»). Транзитная сеть предназначена для объединения сетей отдельных операторов в единую Всевьетнамскую структуру сети GSM.

Среднее время распространения сигнала на участке канала GSM Вьетнама, входящего в сеть общего пользования в реальных условиях лежит в пределах 100…106мс. При этом в соединение должны включаться либо два полукомплекта ЭПУ, либо полный комплект ЭПУ. В рамках анализа источников эхосигналов и задержки, вносимой в сигнал функциональными узлами канала мобильной связи, рассмотрены функциональные схемы каналов связи при реализации различных соединений.

Возможные варианты схем каналов мобильной связи при различных типах соединений представлены на рисунке 3. Показано, что ограничение времени распространения сигнала при местных соединениях по каналам мобильной связи значением 100 мс открывает возможность обеспечения приемлемой с точки зрения общего качества телефонной передачи, степени подавления эхосигналов, возникающих на фиксированной сети, чисто компенсационным механизмом, без использования функции нелинейного процессора.

Возможность ограничения времени распространения сигнала на сети связи Вьетнама при местных соединениях по каналам мобильной связи значением 100 мс открывает перспективу обеспечения приемлемой с точки зрения общего качества телефонной передачи степени подавления эхосигналов, возникающих на фиксированной сети, чисто компенсационным механизмом, без использования функции нелинейного процессора. Исключение функции нелинейного процессора позволит избежать клиппирования передаваемой речи и шумов помещения абонентов в процессе разговора, что обеспечит существенный позитивный вклад в общее качество телефонной передачи по каналам сетей мобильной связи.

Нетипичные условия формирования сигналов на сети связи Вьетнама требуют проведения экспериментальных исследований с целью поиска путей для оптимальной компенсации.

функционирования базовых эхокомпенсационных алгоритмов при подавлении эхосигналов вьетнамской речи. Исследования носят сравнительный – по отношению к русской и французской речи – характер, при этом эффективность оценивается по скорости сходимости и достижимой степени подавления эхосигналов.

В качестве базовых выбраны корреляционный алгоритм (как обеспечивающий наиболее высокую степень подавления эхосигналов на стационарном участке настройки, вплоть до субъективно полного подавления на фоне шумов) и нормализованный алгоритм наименьших средних квадратов (НМНСК - как обеспечивающий наиболее высокую начальную скорость сходимости при сравнительно простой реализации вычислительной процедуры).

Исследования проводятся методами компьютерного моделирования. Схема модели исследования представлена на рисунке 4. В состав модели включены:

- источник речи;

- модель эхокомпенсатора;

- модель эхотракта;

- модель системы передачи;

- источник шумового сигнала – генератор шума.

Исследования проводятся на реальном речевом сигнале, поэтому источник речи предоставлен речевыми файлами, оцифрованными с частотой дискретизации 8000 Гц с разрешающей способностью 16 бит. Для обеспечения необходимой точности результатов моделирования используются 30 отрезков речевого сигнала, 15 мужского и 15 женского голоса на вьетнамском языке, масштабируемых по мощности в соответствие с характеристиками отрезка речи, принятого в качестве опорного.

В роли опорного используется фонетически и энергически сбалансированный файл женской французской речи, рекомендованный МСЭ-Т для настройки и отладки вокодерных систем. Для сравнения результатов, полученных для вьетнамской речи, с результатами получаемыми для русской речи используется файл мужской русской речи, ранее сформированный по результатом исследований и обеспечивающий усредненные для языка характеристики сходимости эхокомпенсационных алгоритмов.

Для моделирования характеристик эхосигналов используется модель эхотракта, включающего акустический и электрический тракты формирования эхосигналов с возможностью имитации медленных параметрических воздействий. Импульсная характеристика эхотракта в модели эксперимента соответствовала по форме типовой для г. Ханоя, затухание эхосигналов было установлено равным 12дБ.

Модель системы передачи имитирует воздействие основных факторов, дестабилизирующих процессы адаптации эхокомпенсационных механизмов.

Моделируется только та часть системы, которая подключена к станционной стороне ЭК; она включает задержки, а также кодеры и декодеры А87.6/13 по спецификации рекомендации G.711, и систем передачи, использующих предиктивные алгоритмы сжатия речевых сигналов.

Генератор шума моделируется длиной (>64 Мбайт) шумовой реализацией, оцифрованной аналогично речевым файлам. Во избежание влияния эффекта периодичности, характерного для генераторов псевдослучайных последовательностей, в процессе моделирования используется шум, аппаратно сформированный генератором шума Г2-47 и оцифрованный звуковой картой компьютера. Уровень оцифрованного шума составляет минус 12дБм0, необходимые значения уровней шума масштабируются в сторону уменьшения средствами программного комплекса Adobe Audition 3.

Функциональная модель эхокомпенсатора представлена на рисунке 5 в виде адаптивного трансверсального фильтра, формирующего копию эхосигнала i, которая вычитается из сигнала обратного направления передачи.

Моделируются два алгоритма адаптации.

СУММАТОР

адаптации НМНСК.

Где – параметр адаптации, изменяемый в процессе эксперимента;

m 5 104 - величина, используемая для предотвращения деления на ноль.

Дисперсия сигнала на входе тракта приема ЭК:

действующие в пределах модели сигналов:

хi - принимаемый отсчет сигнала прямого направления;

ei - эхосигнал;

уi - сигнал обратного направления;

Выходной сигнал обратного направления Модель эхокомпенсатора, функционирующего по корреляционному алгоритму адаптации.

Функциональная схема эхокомпенсатора, функционирующего по корреляционному алгоритму адаптации, аналогична представленной на рисунке 5, с трансверсальным фильтром меньшего порядка.

Адаптация коэффициентов hi производилась в соответствии с выражением (7).

Модельная реализация эхокомпенсаторов, основанных на методе НМНСК и корреляционном методе, отличается только способом адаптации коэффициентов в отводах. Дисперсия сигнала и действующие в пределах модели сигналы аналогичны описанным для алгоритма НМНСК.

где – параметр адаптации, изменяемый в процессе эксперимента;

М – интервал усреднения функции взаимной корреляции;

Процесс сходимости в динамике анализируется как по чистому остаточному эхосигналу ri, так и по суммарному с шумом сигналу zi на выходе тракта передачи ЭК по критерию потери разборчивости и слышимости на фоне шума.

Разностный сигнал, характеризующий степень подавления эха Сигналы в основных точках модели в целях сокращения объёма вычислений сохраняются в накопителе ПК в виде файлов, допускающих использование на многих этапах экспериментальных исследований.

Проведено исследование влияния пауз различной длительности на подавления эхосигналов ЭК.

Поскольку в круг задач, решаемых в настоящей главе, не входит задача разработки и оптимизации детекторов активности речи, представляется допустимым проведение дальнейших исследований на речевом сигнале с искусственно с формированными паузами. Использование таких сигналов будет, очевидно, эквивалентно включению в архитектуру ЭК некоторого идеального детектора речи (пауз), обеспечивающего безошибочную блокировку процесса адаптации во время действия паузы..

Длительность естественных пауз в использованных речевых фрагментах не превышала 1с. При обработке максимальная длительность пауз была ограничена значениями 100 мс, 50 мс, 20мс и 2 мс.

Рисунок 6. Осциллограммы остаточного эхосигнала вьетнамской речи для различных значений максимальной длительности пауз при уровне шума минус По результатам проведённых исследований, можно сделать следующие выводы:

1. Алгоритм НМНСК чрезвычайно чувствителен к наличию пауз в сигнале тракта приёма при воздействии шума в тракте передачи. Паузы длительностью, более 50мс (типичные для вьетнамской речи) способны привести ЭК к значительным перегрузкам, имеющим необратимый характер при наличии в речевом сигнале.

В качестве примера на рисунке 6 представлены осциллограммы остаточного эхосигнала при различных значениях ограничений длительности пауз при низком на уровне минус 35дБм0 – шуме в обратном направлении передачи. Интегральное подавление эхосигналов ЭК, функционирующим по алгоритму НМНСК, в представленных – типовых для вьетнамской речи – условиях не перевешает 10дБ.

2. Корреляционный алгоритм адаптации ЭК обеспечивает несколько более стабильное подавление эхосигналов на вьетнамской речи по сравнению с алгоритмом НМНСК, которое, однако, не может считаться достаточным с точки зрения требований к качеству телефонной передачи.

Результаты проведенных исследований продемонстрировали возможность повышения стабильности подавления эхосигналов в рассматриваемых условиях управлением активностью процесса адаптации. В качестве мер повышения стабильности подавления эхосигналов предлагается:

- дополнительная остановка процесса адаптации на время задержки сигнала в трансверсальном фильтре ЭК;

- введение гистерезиса в работу детектора одностороннего разговора, управляющего активностью процесса адаптации ЭК.

Проведено исследование влияния уровня шума и вида импульсной характеристики эхотракта на сходимость базовых эхокомпенсационных алгоритмов ЭК.

Исследования проведены на активной речи с искусственно удаленными паузами. Уровень шума в процессе исследований устанавливался в диапазоне минус 55 … минус 25 дБм0.

В рамках представленных исследований проведены эксперименты по оценке влияния гладкого шумового сигнала, влияния затухания и вида импульсной характеристики эхотракта (при АЭ = 3, 6, 12, 18, 24 дБ и ) в присутствии шума на динамику подавления эхосигналов ЭК, функционирующими по алгоритму НМНСК и по корреляционному алгоритму адаптации.

Анализировались три вида мощности остаточного эхосигнала rj:

- Рср средняя мощность на всем интервале отрезка, РПик50мс усредненная мощность на интервале 50 мс (порог внятности восприятия слогов 50-200 мс), РПик2мс пиковая мощность, усредненная на интервале 2 мс, не удовлетворяющем условию разборчивости слогов.

Зависимости среднего и пикового уровней мощности остаточного эхосигнала rj (стационарной участки) от уровней мощности шума в тракте передачи ЭК по двумя алгоритмами – НМНСК и корреляционному - показаны в рисунке 7 для сигнала вьетнамской речи.

РСР, РПИК, дБ Рисунок 7. Зависимости среднего и пикового уровней мощности остаточного эхосигнала rj (стационарный участок) от уровней мощности шума в тракте передачи ЭК: а) по алгоритму НМНСК - б) по корреляционному алгоритму.

Анализ результатов проведенных исследований дает основание сформулировать следующие выводы:

1. Аналогично результатам, полученные ранее для русской речи, подавление эхосигналов вьетнамской речи при воздействии шума обратного направления передачи слабо зависит от затухания и формы импульсной характеристики эхотракта.

2. Средний уровень остаточного эхосигнала, обеспечиваемый ЭК, функционирующим по алгоритму НМНСК, примерно равен среднему уровню шума, действующего на входе обратного направления передачи.

3. Подавление эхосигналов ЭК, функционирующим по корреляционному алгоритму, примерно на 10lgM выше по сравнению с обеспечиваемым НМНСК (где M – количество отчетов, по которым производится усреднение значения корреляции).

Проведено исследование влияния параметров адаптации на динамику сходимости ЭК.

Следующим шагом исследований становится оптимизация параметров адаптации (для алгоритма НМНСК) и (для корреляционного алгоритма), настройка параметров адаптации в диапазоне 0,005…0,2 и в диапазоне 1…100.

Зависимости среднего и пикового уровней мощности остаточного эхосигнала rj (стационарный участок) показаны в рисунке 8 для сигналов вьетнамской (сплошные линии) и русской речи (штриховые линии). Стрелки показывают оптимальные значения параметров адаптации и.

Рисунок 8. Зависимости среднего и пикового уровней мощности разностного сигналы ri на стационарном участке от параметра адаптации и.

Анализ результатов проведенных исследований дает основание сформулировать следующие выводы:

1. Значение параметра адаптации алгоритма НМНСК, обеспечивающее наиболее высокое качество телефонной передачи по эхозащищенным каналам на вьетнамской речи, лежит в пределах 0,04...0,07, что несколько выше оптимального значения для русской речи.

2. Значение параметра адаптации корреляционного алгоритма, оптимизирующее качество телефонной передачи для вьетнамской речи, должно установляться в пределах 12...14, что несколько ниже оптимального значения для русской речи.

В четвертой главе рассмотрены вопросы выбора архитектуры комбинированного ЭК (кЭК) для сети связи Вьетнама, исследование и оптимизация его характеристик. Критерии выбора и оптимизации, опираются на результаты, предоставленные в предшествующих главах.

Архитектура комбинированного эхокомпенсатора, для сети мобильной связи Вьетнама представлена на рисунке 9; она включает элементы адаптивной компенсации эхосигналов по двум алгоритмам НМНСК и корреляционному, и также механизм поддержки управления активностью адаптации ЭК при возникновении пауз в речи прямого направления передачи. Использование комбинированного ЭК обеспечит положительный эффект для станционных ЭК и также встроенных ЭК мобильных терминалов.

В рамках работы проведены экспериментальные исследования характеристик кЭК выбранной архитектуры на вьетнамском речи.

Исследования проводились при значениях параметров адаптации =0,05 и =12, ранее определенных как оптимальные для вьетнамской речи при затухании эхосигналов АЭ=12дБ при условии, что импульсная характеристика эхотракта сосредоточена на отрезке времени, перекрываемом трансверсальными фильтрами обоих ЭК.

Исследования комбинированного ЭК проводятся аналогично в главе 3, в том числе: исследование влияния уровня шума на динамику подавления эхосигналов кЭК; исследование влияния затухания эхотрактов на динамику подавления эхосигналов кЭК.

Зависимости среднего и пикового уровней мощности от уровней мощности шума в тракте передачи кЭК для сигнала вьетнамской речи по результатам проведённого эксперимента представлены на рисунке 10.

Рисунок 10. Зависимости среднего и пикового уровней мощности остаточного эхосигнала rj (стационарный участок) от уровней мощности шума в тракте передачи ЭК. (1- Рср; 2- РПик50мс; 3- РПик2мс) Также проведено сравнение комбинированного ЭК с ЭК по двумя алгоритмами – НМНСК и чисто корреляционному при разных значениях уровня шума Pш в тракте передачи на этапе адаптации (РСР.адап) и на стационарном участке (РСР подав.). Результаты исследований сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты исследований для сигнала вьетнамской речи Уровни мощности остаточного эхосигналы rj, дБм РСР.адап. РСР подав. РСР.адап. РСР подав. РСР.адап. РСР подав.

Спектры сигналов вьетнамской речи при использовании ЭК представлены на рисунке 11.

Рисунок 11. Спектры сигналов вьетнамской речи при использовании ЭК.

Предложенные в рамках главы 3 меры повышения стабильности подавления эхосигналов: дополнительная остановка процесса адаптации на время задержки сигнала в трансверсальном фильтре ЭК и введение гистерезиса в работу детектора одностороннего разговора, управляющего активностью процесса адаптации ЭК, формализованы применительно к описанию сигнала на выходе детектора одностороннего разговора, которой будет представлен выражением:

Dx(i), Dy(i) – текущие значения дисперсии сигналов, соответственно прямого и обратного направлений передачи;

U0 – пороговая чувствительность детектора;

Uг (i) – напряжение гистерезиса;

P – порядок трансверсального фильтра ЭК.

Предлагаемые изменения алгоритма работы детектора одностороннего разговора потребовали проведения исследований, преследующих цель определения значения Uг, обеспечивающего необходимую стабильность подавления эхосигналов.

В рамках исследования решается оптимизационная задача максимизации скорости сходимости комбинированного ЭК при обеспечении субъективно полной степени подавления эхосигналов вьетнамской речи. В качестве параметров оптимизации рассматриваются интервалы усреднения значений дисперсий Dx(i) и Dy(i), пороговая чувствительность детектора U0 и напряжение гистерезиса Uг.

Показано, что для сигналов вьетнамской речи пороговая чувствительность детектора одностороннего разговора U0 должна устанавливаться на уровне минус 31 дБм0, а оценка значений дисперсии сигналов прямого и обратного направлений передачи при детектировании одностороннего разговора должна проводиться усреднением по 16 отсчетам.

Напряжение гистерезиса Uг (i) должно вычисляться в соответствии в выражением:

Результаты экспериментальных исследований, преследующих цель оптимизации скорости сходимости комбинированного ЭК сведены в таблицу и представлены в виде графиков на рисунке 12.

Представленные результаты дают основание установить в качестве оптимального в принятом смысле для сигналов вьетнамской речи значения параметра Кг =0,5.

Основными выводами проведенных исследований являются следующие.

1. Вид импульсной характеристики эхотракта не оказывает существенного влияния на сходимость кЭК на вьетнамской речи. При отсутствии в эхотракте существенных нелинейности и параметрических воздействий степень подавления эхосигналов вьетнамской речи комбинированным ЭК определяется, главным образом, уровнем шума в обратном направлении передачи.

2. На сигналах вьетнамской речи средний уровень эхосигнала, обеспечиваемый комбинированным ЭК, ниже среднего уровня шума, действующего в тракте передачи, на 17 … 19 дБ, что может обеспечить субъективно полное подавление эхосигналов за счет маскировки шумом обратного направления. Комбинированный ЭК на вьетнамском речи обеспечивает более высокую степень подавления на 3..5дБ и быстрее сходится по сравнению с корреляционным алгоритмом.

интерполяционные алгоритмы обработки речи, недопустимо, поскольку приводит к нарушению сходимости базовых эхокомпенсационных алгоритмов.

Предельная степень дополнительного подавления эхосигналов ЭК при включении в эхотракт такого оборудования не превышает 10..11дБ на вьетнамском речи.

4. Оценка значений дисперсии сигналов прямого и обратного направлений передачи при детектировании одностороннего разговора должна проводиться усреднением по 16 отсчетам для вьетнамской речи.

Пороговая чувствительность детектора одностороннего разговора должна устанавливаться для сигналов вьетнамской речи на уровне минус 31дБм0.

При соблюдении этих условий оптимальное значение коэффициента К г, определяющего гистерезис работы детектора одностороннего разговора, может быть для вьетнамской речи принято равным 0,5. Управление напряжениям гистерезиса в соответствии с выражением U (i) 0,5 D (i), будет оптимальным для сигналов вьетнамской речи в смысле максимизации скорости сходимости комбинированного ЭК при обеспечении достаточной для субъективно полной маскировки шумами обратного направления передачи степени подавления эхосигналов.

В Приложении диссертационной работы приведены таблица оценки качества основных услуг мобильной связи 7-х операторов мобильной связи во Вьетнаме и тексты программ, используемых для обработки сигналов.

1. Архитектура комбинированного эхокомпенсатора, предназначенного для использования на сети мобильной связи Вьетнама, должна включать:

- звено компенсации, адаптирующееся по алгоритму НМНСК;

- звено компенсации, адаптирующееся по корреляционному алгоритму;

- управляемую линию задержки;

- управляющее устройство;

- детектор одностороннего разговора.

Звено компенсации, адаптирующееся по алгоритму НМНСК, размещено ближе к источнику эхосигнала и выполняет две функции – измерение импульсной характеристики эхотракта с целью локализации значимого участка и быстрое начальное подавление эхосигнала.

Звено компенсации, адаптирующееся по корреляционному алгоритму, выполняет функцию окончательного подавления эхосигнала до субъективно незаметного уровня.

Управляемая линия задержки обеспечивает работу звена компенсации, адаптирующегося по корреляционному алгоритму, на значимом участке импульсной характеристики эхотракта.

Управляющее устройство выполняет функцию локализации значимого участка импульсной характеристики эхотракта на основании анализа содержимого H-регистра.

Детектор одностороннего разговора управляет активностью адаптации обоих звеньев.

Такое решение обеспечит:

- быструю начальную сходимость, учитывающую особенности динамики вьетнамской речи;

- высокую степень и стабильность подавления эхосигналов в характерных для сети мобильной связи Вьетнама условиях;

- предотвращение расстройки ЭК во время пауз в речи прямого направления передачи, характерных для вьетнамской речи.

2. Алгоритм НМНСК чрезвычайно чувствителен к наличию пауз в сигнале тракта приёма при воздействии шума в тракте передачи. Паузы длительностью, более 50мс (типичные для вьетнамской речи) способны привести ЭК к значительным перегрузкам, имеющим необратимый характер при наличии в речевом сигнале.

3. Корреляционный алгоритм адаптации ЭК обеспечивает несколько более стабильное подавление эхосигналов на вьетнамской речи по сравнению с алгоритмом НМНСК, которое, однако, не может считаться достаточным с точки зрения требований к качеству телефонной передачи.

4. Аналогично результатам, полученные ранее для русской речи, подавление эхосигналов вьетнамской речи при воздействии шума обратного направления передачи слабо зависит от затухания и формы импульсной характеристики эхотракта.

5. Средний уровень остаточного эхосигнала вьетнамской речи, обеспечиваемый ЭК, функционирующим по алгоритму НМНСК, примерно равен среднему уровню шума, действующего на входе обратного направления передачи.

6. Подавление эхосигналов ЭК вьетнамской речи, функционирующим по корреляционному алгоритму, примерно на 10lgМ выше по сравнению с обеспечиваемым НМНСК (где М – количество отчетов, по которым производится усреднение значения корреляции).

7. Значение параметра адаптации алгоритма НМНСК, обеспечивающее наиболее высокое качество телефонной передачи по эхозащищенным каналам на вьетнамской речи, лежит в пределах 0,04...0,07, что несколько выше оптимального значения для русской речи.

8. Значение параметра адаптации корреляционного алгоритма, оптимизирующее качество телефонной передачи для вьетнамской речи, должно установляться в пределах 12...14, что несколько ниже оптимального значения для русской речи.

9. Статистика длительности и частоты появления пауз в активной вьетнамской речи требует изменений в алгоритме управления активностью адаптивной настройки эхокомпенсаторов. В качестве мер повышения стабильности подавления эхосигналов предлагается:

- дополнительная остановка процесса адаптации на время задержки сигнала в трансверсальном фильтре ЭК;

- введение гистерезиса в работу детектора одностороннего разговора, управляющего активностью процесса адаптации ЭК.

Решена задача оптимизации характеристики детектора одностороннего разговора с целью максимизации скорости сходимости комбинированного ЭК при обеспечении субъективно полной степени подавления эхосигналов вьетнамской речи. В качестве параметров оптимизации рассматриваются интервалах усреднения значений дисперсий Dx(i) и Dy(i), пороговая чувствительность детектора U0 и напряжение гистерезиса Uг.

1. Нгуен Ань Туан. Сравнение процесса сходимости различных принципов эхоподавления в сети мобильной связи // T-Сomm - Телекоммуникации и транспорт. №2 - 2011 - С. 58 - 60.

2. Нгуен Ань Туан. Устройство контроля качества передачи речевой информации по каналам мобильной связи // Естественные и технические науки. №2 – 2011. - С. 363 - 366.

3. Нгуен Ань Туан. Исследование влияния параметров адаптации на процесс подавления электрического эха в сети мобильной связи // T-Сomm Телекоммуникации и транспорт. №6 - 2011 - С. 59 - 61.

4. Нгуен Ань Туан, Цыбулин М.К. Особенность структуры вьетнамского языка // Международный форум информатизации (МФИ-2009): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» М.:МТУСИ – 2009 – С. 203-204.

5. Нгуен Ань Туан. Развитие вьетнамского сотовой рынка и качества услуг связи // Экономика и финансы. – 2010. № 3 (171) – С. 45 - 47.

6. Нгуен Ань Туан. Компенсационный принцип подавления эхосигналов в сети связи // Объединенный научный журнал. – 2010. №4 (239) – С. 56 – 57.

7. Нгуен Ань Туан. Структура сети GSM Вьетнама // Объединенный научный журнал. – 2010. №4 (239) – С. 58 – 59.

8. Нгуен Ань Туан. Сравнение методов эхоподавления: заграждение и компенсации // Девятая международная научно-техническая конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии» - ФРЭМЭ 2010 – Владимир: ВлГУ, 2010: Материалы конференции – С. 339 - 342.

9. Нгуен Ань Туан. Особенности оценки качества речи в мобильной связи // Девятая международная научно-техническая конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии» - ФРЭМЭ 2010 – Владимир: ВлГУ, 2010: Материалы конференции – С. 343 - 346.

10. Нгуен Ань Туан. Исследование принципов подавления электрического эха в мобильных сетях // Третья международная научно-практическая конференция "Наука и современность – 2010 " – Новосибирск: ЦРНС, 2010:

Материалы конференции – Часть 2. – С. 168 - 173.

11. Нгуен Ань Туан. Разработка имитационной модели оценки качества речи по каналам мобильной связи // Третья международная научнопрактическая конференция "Наука и современность – 2010" – Новосибирск:

ЦРНС, 2010: Материалы конференции – Часть 2. – С. 173 - 178.

12. Нгуен Ань Туан, Цыбулин М.К. Разработка принципов управления эхоподавляющими устройствами на сетях мобильной связи // Международный «Телекоммуникационные и вычислительные системы» - М.:МТУСИ – 2010 – С.160 – 161.

13. Нгуен Ань Туан, Цыбулин М.К. Анализ влияния электрического эха на качество телефонной передачи // Международный форум информатизации (МФИ-2010):Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» - М.:МТУСИ – 2010 – С.162 – 163.

14. Нгуен Ань Туан, Цыбулин М.К. Архитектура комбинированного эхоподавителя для систем мобильной связи // Материалы Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC - 2010). Под ред. А.С.

Сигова. В 3-х частях. – М.: «Энергоатомиздат», 2010, ч.3. С. 257 – 259.

15. Нгуен Ань Туан, Цыбулин М.К. Исторические аспекты развития направления эхоподавления // Пятая отраслевая научно-техническая конференция «Технологии информационного общества», посвященная 90летию МТУСИ, 09-10 февраля 2011 г., г. Москва. – В журнале «T-Сomm Телекоммуникации и транспорт. №8 – 2011» – М.: Инсвязьиздат, 2011 г. – с.: ил. – С. 79 - 80.

16. Нгуен Ань Туан. Применение цифровых эхокомпенсаторов в сетях связи // Пятая отраслевая научно-техническая конференция «Технологии информационного общества», посвященная 90-летию МТУСИ, 09-10 февраля 2011 г., г. Москва. В журнале «T-Сomm - Телекоммуникации и транспорт. №8 – 2011» – М.: Инсвязьиздат, 2011 г. – 130 с.: ил. – С. 81 - 82.