Улучшение качества услуг, передаваемых в сетях с коммутацией пакетов

Факторы, влияющие на показатели качества IP-телефонии. Методы борьбы с мешающим действием токов электрического эха. Оценка методов эхоподавления способом имитационного моделирования на ЭВМ. Построение сети передачи данных на базе IP-телефонии в г. Алматы.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 30.08.2010
Размер файла 3,3 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

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 дсеl, 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.

Если разговор ведет только абонент А, то:

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.

где щс=р/ф;

ф - интервал между импульсами;

n - число импульсов.

Рисунок 2.6 - Схема линии задержки с регулируемыми отводами для создания компенсационного сигнала

Амплитуда сигнала в момент времени nф определяется как:

SA(nф) = an, (2.19)

Это следует непосредственно из того, что для каждого t=mф, где m - число отсчетов за время t (m - целое число), справедливо соотношение:

Полоса частот сигнала ограничена частотой fс=щс/2р. Эхосигнал en(t), возникающий от любого сигнала SA(t) с ограниченной полосой частот, может быть представлен аналогично выражению (2.18), т. е.

где h(mф) - импульсная реакция цепи эха (переходная функция дифф ренциальной системы).

Поскольку эхо не может опережать сигнал, то h(mф)=0 при отрицательной m. Так как система является устойчивой, то эхо через определенное время ф становится меньше некоторого заданного уровня, например помехи в тракте передачи. Поэтому практически суммирование в (2.21) ограничивается конечным числом членов m=0, 1, 2, ..., М. Сравнивая это с линией задержки с таким же числом отводов, можно записать следующее выражение для остаточной величины эхосигнала rn(t) от импульса сигнала an:

где gm - коэффициент передачи в цепи m-го отвода линии задержки, характеризуемый величиной и знаком.

Подбирая коэффициенты gm так, чтобы они равнялись h(mф), можно полностью скомпенсировать остаточное эхо.

Таким образом, компенсационный метод подавления токов электрического эха фактически приводит к увеличению затухания аэ.г за счет возрастания остаточного затухания обратного направления передачи аг обр только для эхосигналов, т. е. для e(t) (см. выражение (2.11)).

2.6 Метод эхозаграждения

Суть эхозаграждения заключается в том, что при появлении сигналов электрического эха в обратное направление передачи вносится дополнительное затухание, в результате чего возрастает затухание аг обр и, следовательно, затухание по петле. Вносимое затухание:

авн ? аэ доп - 2аат - 2ат - Ае дс, (2.23)

где авн - затухание, вносимое в обратное направление передачи;

аэ.доп - затухание, допустимое на пути токов эха и определяемое из графиков на рисунке 2.4;

аат - затухание абонентского тракта;

аг - остаточное затухание канала связи;

Аедс - затухание несогласованности дифсистемы слушающего (дальнего) абонента.

При проектировании и разработке устройств заграждения необходимое вносимое затухание рассчитывается для условия максимального значения аэ.доп и минимальных значений аат, аг и Ае дс.

Введение дополнительного затухания в обратное направление увеличивает остаточное затухание аг обр до такой степени, что ведение двустороннего разговора становится невозможным.

Таким образом, на время присутствия сигналов электрического эха при введении дополнительного затухания телефонный канал превращается из двустороннего в односторонний. Это, в свою очередь, снижает естественность речи, увеличивает время ведения переговора и делает совершенно невозможным передачу такого вида информации, который требует наличия двух направлений одновременно.

Любое эхозаградительное устройство, отвечающее современным требованиям, должно состоять из трех основных узлов: тракта передачи УТ пер; тракта приема УТ пр; устройства формирования сигнала управления УФСУ.

В состав УФСУ входят распознающие устройства РУ1 и РУ2, подключаемые к трактам передачи и приема ЭЗ, а также блок логики БЛ, на выходах которого появляются сигналы управления в зависимости от режима работы ЭЗ.

Функциональная схема ЭЗ представлена на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 - Функциональная схема ЭЗ

Распознающее устройство предназначено для выделения информационных сигналов из обоих направлений. Блок логики анализирует сигналы различных направлений и вырабатывает сигналы управления ключами в трактах передачи и приема.

Эхозаградительное устройство должно обеспечивать следующие четыре режима работы: покой, блокировку, перебой, нейтрализацию.

Режиму покоя соответствует такое состояние ЭЗ, при котором речевой сигнал полностью отсутствует как в тракте приема, так и в тракте передачи. В этом режиме дополнительное затухание в тракт передачи не вносится.

Режиму блокировки соответствует такое состояние ЭЗ, при котором отсутствует речевой сигнал со стороны слушающего абонента и присутствует сигнал в тракте приема, со стороны же тракта передачи через время tэт (время распространения сигнала по эхотракту) появляется отраженный сигнал электрического эха. В этом режиме в тракт передачи (обратное направление) должно быть внесено дополнительное затухание.

Режиму перебоя соответствует такое состояние эхозаградителя, при котором речевой сигнал имеется как в тракте приема, так и в тракте передачи, при этом в последнем одновременно присутствует и сигнал электрического эха. В этом режиме вносимое ранее в тракт передачи дополнительное затухание устраняется, одновременно в тракт приема может быть внесено небольшое затухание для уменьшения токов эха и облегчения условия перебоя.

Режиму нейтрализации соответствует такое состояние ЭЗ, при котором либо из тракта передачи или из тракта приема, либо одновременно с обоих трактов подается сигнал частотой 2100 Гц с определенным уровнем и определенной длительностью. Дополнительные затухания в тракты приема и передачи не вносятся. Режим нейтрализации необходим в случаях использования телефонных каналов под вторичное уплотнение.

Зависимость вносимого затухания от режима работы ЭЗ приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Зависимость вносимого затухания от режима работы ЭЗ

Режим работы ЭЗ

Затухание тракта, дБ

передачи

приема

Покой

0

0

Нейтрализация

0

0

Перебой

0

7 (максимум)

Блокировка

50 (минимум)

0

Работоспособность ЭЗ, в отличие от ЭК, практически не зависит от условий функционирования, вероятных для IP-телефонии. Даже в предельных ситуациях не происходит полной потери работоспособности ЭЗ, хотя ухудшается качество его работы. Таким образом, с точки зрения работоспособности, метод ЭЗ является более приемлемым для применения в IP-телефонии. Однако, низкая абонентская оценка качества работы протяженных телефонных каналов, оборудованных ЭЗ, не позволяет рекомендовать данный метод эхоподавления в качестве перспективного для использования на IP-сетях.

2.7 Эподавление в структуре IP-телефонии

IP-телефония представляет собой совокупность IP-шлюзов, серверов конференций, IP-маршрутизаторов, каналов и линий телефонной сети и оконечных абонентских устройств (терминалов Н.323).

Эхоподавители ЭП, ЭК или ЭЗ размещаются в DSP-модулях [6] (модули обработки сигналов) IP-шлюзов, функциональная схема которого показана в приложении Г.

Аналоговый сигнал от телефонной линии или от телефонного аппарата проходит дифференциальную систему, аналогово-цифровой преобразователь и преобразуется в цифровой поток 64 кбит/с по «А№ закону (ITU-T G.711). Эхокомпенсатор удовлетворяет требованиям Рекомендации ITU-T G.165. Новыми элементами является адаптивное изменение порога чувствительности детектора двойного переговора, позволяющее работать с уровнями эхосигнала белее -6 дБ, и управление скоростью схождения коэффициентов исходя из результатов анализа параметров сигнала. Благодаря этому эхокомпенсатор способен понижать скорость адаптации на сигналах с узкополосным спектром, таких как сигналы телефонной сигнализации или вокализованные участки речи. Далее сигнал проходит автоматическую регулировку усиления (АРУ) и речевое кодирование.

Реализованы следующие алгоритмы вокодеров: CELP кодек со скоростью 4,6 кбит/с, имеющий улучшенный механизм интерполяции потерянных пакетов (разборчивость речи сохраняется вплоть до 15% одиночных потерь) и быстрый поиск в алгебраической кодовой книге [6], CS-ACELP кодек со скоростью 8 кбит/с (G.729А), MP-MLQ/ACELP кодек (G.723.1) со скоростями 6,3 и 5,3 кбит/с. Все речевые кодеки имеют встроенный детектор речевой активности (VAD), позволяющий понижать скорость выходного потока в паузах практически до нуля и тем самым снижать загрузку сети. Выполнение рекомендаций G.723.1 и G.729А полностью соответствует контрольным тестовым последовательностям. Параллельно кодированию осуществляется анализ входных сигналов на предмет обнаружения служебной сигнализации АТС: ответа станции, контроля посылки вызова, сигнала «занято» или посылок тонового набора номера (DTMF). Детектор DTMF сигналов работает в диапазоне входных уровней от 0 до -25 дБ·м, он устойчив к речевым сигналам. Далее формируются пакеты речевых данных, содержащие временную метку и тип речевого кадра. Затем они отправляются приложению в ПК и далее - в IP-сеть с использованием UDP-протокола.

На приемной стороне происходит адаптивная буферизация принятых пакетов для сглаживания неравномерностей времени их доставки по сети, сортировка пакетов по времени синтеза и интерпретация отсутствующих пакетов либо как паузных, либо как потерянных. После этого осуществляется декодирование с интерполяцией потерянных кадров, цифро-аналоговое преобразование и выдача звукового сигнала в абонентскую линию.

Поскольку тип вокодера на приемной стороне определяется автоматически по типу пришедшего кадра, скорость соединения может переключаться без разрыва сессии связи. Через шлюз абонент дополнительно получает голосовые сообщения, которые поступают от ПК и смешиваются с выходным речевым потоком.

Вероятность того, что соединение между любой парой абонентов окажется неудовлетворительным с точки зрения эха говорящего, должна быть менее 1%. В IP-сеть (протяженный телефонный канал) включается, как правило, два полукомплекта ЭП по возможности ближе к оконечным дифсистемам (ДС) канала. В соединения, которые не требуют включения ЭП, последние включаться не должны.

В протяженном телефонном соединении неудовлетворительным с точки зрения эффекта электрического эха и оборудованном ЭП, можно выделить два характерных участка рисунок 2.8. Это непосредственно протяженный телефонный канал и два эхотракта (ЭТ) со стороны абонентов А и Б.

23

Рисунок 2.8 - Протяженное телефонное соединение

Протяженный телефонный канал образуется элементами IP-сети и характеризуется значительным (более 50 мс) суммарным временем распространения сигнала. К протяженным телефонным каналам относятся все каналы, организованные с использованием искусственных спутников земли ИСЗ, и каналы, организованные с помощью наземных линий связи при длине соединения, превышающей 8000 км.

Параметры ЭТ определяются параметрами его составных частей, а именно длинной и диаметром жил кабеля АЛ, типом используемого ТА, типом IP-оборудования, соединительных линий (СЛ), а также степенью износа данного оборудования.

Большой интерес с точки зрения эхоподавления представляет импульсная характеристика ЭТ (ИХ ЭТ). Такие параметры ИХ ЭТ, как общая длительность, характер изменения, скорость спада, инвариантность по времени в значительной мере определяют сложность алгоритмов обработки, применяемых в том или ином ЭП. Общая длительность ИХ ЭТ определяется временем распространения сигнала в ЭТ. Скорость спада ИХ ЭТ - наличием в составе ЭТ соединительных линий, выполненных на основе стандартных каналов систем передачи с резким ограничением полосы частот передаваемых сигналов. Причиной возможной зависимости ИХ ЭТ от времени (ИХ такого вида имеют так называемые нестационарные ЭТ) может являться использование систем передачи с не синхронизированным генераторным оборудованием для организации в составе ЭТ соединительных линий. При этом наблюдается эффект “качания фазы”, обуславливающий гармоническое изменение значений отсчетов ИХ ЭТ во времени.

Также большое значение в эхоподавлении имеет характер сигналов, действующих в ЭТ. Наряду с речевыми сигналами ближнего и дальнего абонентов в ЭТ действуют шумовые сигнал, обусловленные рядом причин. Это может быть шум из-за дребезга контактов коммутационного оборудования, шум длительно эксплуатируемого угольного микрофона ТА, шумы квантования при наличии в составе ЭТ соединительных линий, выполненных на основе каналов ЦСП. Кроме того, это могут быть помехи, обусловленные возможным внешним влиянием или взаимным влиянием каналов. К помехам за счет внешнего и взаимного влияния можно отнести импульсные помехи за счет управляющих сигналов АТС (сигналы набора номера и т.п.) и гармонические помехи в спектре частот телефонного канала за счет остатков несущих частот, частот вызова, от источника питания и т.п. В некоторых случаях значительное влияние на работоспособность ЭП может оказать степень нелинейности ЭТ.

Так как рассмотренные выше методы защиты от мешающего воздействия электрического эха не очень эффективны для IP-телефонии, то необходима разработка и использование комбинированных методов эхоподавления с учетом рассмотренных выше особенностей функционирования эхоподавителей.

2.8 Комбинированные методы эхоподавления

Создание комбинированных методов эхоподавления - один из путей повышения качества передачи. Потенциально более высокое качество телефонной передачи по каналам, оборудованным ЭП, обеспечивает ЭК, благодаря отсутствию переключений в трактах, снижению искажений от токов обратной связи и т.п. В то же время качество передачи по реальным каналам, оборудованным ЭК, в сильной степени зависит от внешних факторов, к основным из которых относятся:

- нелинейные процессы в ЭТ, включая квантование сигнала;

- проскальзывание цикла в ЦСП;

- сдвиг частот, вносимый оборудованием систем передачи в эхосигнал (ЭС);

- применение устройств обработки речи, например интерполяторов и др

Указанные факторы могут привести к неправильной адаптации ЭК. Особую актуальность проблема потери работоспособности ЭК приобретает по мере цифровизации магистральной первичной сети ВСС Республики Казахстан и внедрения электронного управления междугородных и международных коммутационных станций. Использование для этих целейразнотипного оборудования и его частичная функциональная несовместимость может привести к возникновению ситуаций, препятствующих выполнению ЭК своих основных функций.

Применяемые в настоящее время модели ЭК чаще всего выполняют в виде адаптивного трансверсального фильтра (АТФ), вектор весовых коэффициентов которого корректируются по определенному алгоритму адаптации. Обычно используется алгоритм адаптации по методу наименьших квадратов (МНК), обладающий, по сравнению с другими алгоритмами, наименьшей вычислительной сложностью при удовлетворительной скорости и точности адаптации. Большинство существующих на сегодняшний день ЭК, особенно входящих в состав коммутационных станций, часто разработаны с учетом ограниченного допустимого разброса характеристик ЭТ и способны моделировать лишь независимую от времени импульсную характеристику (ИХ) ЭТ, в то время как на практике часто встречаются нелинейные и нестационарные ЭТ, форма ИХ которых существенно изменяется во времени.

Указанные особенности функционирования ЭК на ВСС Республики Казахстан влекут за собой ухудшение качества передачи, причем вероятность возникновения таких ситуаций значительно превышает допустимую в соответствии с Рекосендацией МККТТ вероятность (равную 1%) того, что текущее соединение будет неудовлетворительно из-за мешающего воздействия эхосигналов.

Несмотря на относительную простоту технической реализации эхозаградитель (ЭЗ), он имеет более низкую абонентскую оценку качества эхоподавления, чем ЭК. Поэтому метод эхозаграждения нельзя рекомендовать как перспективный способ борьбы с мешающим воздействием эффекта электрического эха.

Основной метод воздействия на главный источник эха (дифференциальную систему) - улучшить настройку балансного контура, т.е. возможность подстройки под данную абонентскую линию (АЛ). Все это требует существенных схемных изменений в таком "массовом" элементе как СДС. Из-за сложности технической ренализации и высокой стоимости данный метод не нашел широкого применения в качестве самостоятельного метода эхоподавления.

Таким образом, необходима разработка нового комбинированного метода эхоподавления, аккумулирующего в себе все положительные качества существующих методов. Необходима оптимизация такого метода по критерию эффективности для достижения наилучшей абонентской оценки качества передачи информации и максимизации объема пространства условий функционирования. Рассмотрим возможные варианты построения комбинированных ЭП.

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.

д) осуществляется выбор режима: комбинированный эхоподавитель, эхозаградитель, эхокомпенсатор, нейтрализация.

Работа программы завершается звуковым сигналом. При работе программы автоматически создаются файлы, в которые записывается соответствующие данные: outet - выходной сигнал эхотракта, out - выходной сигнал с эхоподавителя, outru1, outru2, outru3 - выходные сигналы соответственно с РУ-1, РУ-2, РУ-3.

Выход из программы осуществляется нажатием клавиши “X”.

3. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
3.1 Анализ условий труда
3.1.1 Анализ помещений
Аппаратно-программный комплекс для работы IP-телефонии включает в себя оборудование:
а) телефонный шлюз;
б) управляющий сервер;
в) сервер адресов;
г) транспортная сеть IP,

которое питается от сети напряжением 220 В, частотой 50 Гц, полная мощность 1,5 кВт и состоит из восьми штативов размером 185 м87 м80 м (высотадлинаширина) и двух стоек размером 185 м261 м80 м.

Данное оборудование находится в помещении автоматного зала размером 10 м5 м4,5 м, объемом 175 м3. В комнате находятся два световых проема размером 3,7 м2,5 м, выходящие на запад. План помещения представлен в приложении Н.

Под операторской имеется помещение с размерами 10 м5 м4,5 м, где также находятся два световых проема размером 3,7 м2,5 м, выходящие на восток. В помещении имеется семь рабочих мест операторов, оснащенных персональными компьютерами. По санитарным нормам на одного человека рабочая зона составляет 5 м2. Так как в операторской постоянно находятся шесть человек, то размеры помещения удовлетворяют вышеуказанным условиям.

Каждое рабочее место организовано с учетом ГОСТ 21958-76 “Система “человек-машина”. Зал и кабины операторов. Расположение рабочих мест. Общие эргономические требования” [11].

Функционирование машины направлено на преобразование информации и состоит в упорядоченной совокупности машинных операций, предназначенных для решения предписанной задачи.

Размещение технических средств и кресла оператора в рабочей зоне должно обеспечивать удобный доступ к основным функциональным узлам и блокам аппаратуры, исключение случайного приведения в действие средств управления и ввода информации, удобную рабочую позу и позу отдыха.

3.1.2 Режим труда и отдыха

В соответствии с требованиями СНиП режим труда и отдыха организовывается в зависимости от вида и категории трудовой деятельности при работе на персональном компьютере (ПК).

Виды трудовой деятельности приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Виды трудовой деятельности

Большую часть рабочего времени операторы находятся в помещении операторской, но периодически операторам приходится находится в помещении автоматного зала. Для обеспечения оптимальной работоспособности и сохранения здоровья пользователей на протяжении рабочей смены устанавливаются регламентированные перерывы, продолжительность которых зависит от длительности рабочей смены, вида и категории трудовой деятельности. Перерывы входят в общее рабочее время и указаны в таблице 3.2.

Продолжительность работы с ПК без перерыва не превышает двух часов.

Рабочий день операторов составляет восемь часов. При работе с ПК в ночную смену (с 22 до 6 часов) независимо от категории и вида трудовой деятельности, продолжительность перерывов увеличивается на 60 минут.

Помещение IP-телефонии соответствует категории 1а - легкая физически, так как работа производится сидя и не требует физического напряжения, а энергозатраты организма (расход энергии при выполнении работы) составляют менее 138 ккал/ч [12].

Таблица 3.2 - Категория условий труда

Категория работы с ПК

Уровень нагрузки за рабочую смену

Суммарное время регламентированных перерывов

Группа А, кол. знак.

Группа Б, кол. знак.

Группа В, час.

При 8-ми часовой смене

При 12-ти часовой смене

до 20000

до 15000

до 2,0

30

60

Помещение автоматного зала, где располагается оборудование является помещением с повышенной опасностью, так как имеет следующие признаки:

а) температура воздуха до 300С;

б) влажность до 60%;

в) наличие токопроводящего пола.

3.1.3 Требования к оборудованию помещений

Так как при поступлении на аккумуляторную приходит переменный ток напряжением 380/220 В и при выпрямлении в постоянный ток напряжением 58/60 В подается на оборудование IP-телефонии, то все оборудование является электро- и пожароопасным и подлежит защитному заземлению. Соответствие устройств защитного заземления требованиям ГОСТ 12.1.030-81 “Электробезопасность. Защитное заземление, зануление” [13] устанавливается при приемо-сдаточных испытаниях после их монтажа на месте эксплуатации.

В данном случае для обеспечения электробезопасности все оборудование заземлено к выносному контурному заземлителю, расположенному по периметру здания.

В зависимости от взрывопожарной и пожарной опасности здания и помещения подразделяют на категории А, Б, В, Г, Д.

В зависимости от категории определяются соответствующие нормы по огнестойкости строительных конструкций, планировке зданий, оснащенности устройствами противопожарной защиты и другими мероприятиями.

Помещение опраторской IP-телефонии соответствует категории В (пожароопасное), так как в нем используются горючие и трудногорючие жидкости.

Учитывая высокую стоимость оборудования, а так же специфику загорания ПК в помещении установлены десять дымовых датчиков. Каждый датчик соединен с электронным блоком, который оповещает в каком помещении произошло возгорание. Согласно условиям размещения датчиков этого достаточно для данной площади помещения (один извещатель может контролировать площадь 5 м2. Так же в помещении для обеспечения пожаробезопасности установлены порошковые огнетушители типа ОП-5 и ОП-10.

В зависимости от пределов огнестойкости строительных конструкций, СНиП 2.01.02-85 “Противопожарные нормы” [14], установлено восемь степеней огнестойкости зданий. Данное помещение относится к первой степени огнестойкости, так как оно находится в здании, построенном из несгораемых и трудносгораемых материалов. Минимальные пределы огнестойкости строительных конструкций первой степени приведены в таблице 3.3

Таблица 3.3 - Минимальные пределы огнестойкости строительных конструкций.

Час

Степень огнестойкости

Стены

Колонны

Лестничные пло-щадки, ступеньки

и балки


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.