автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Развитие теории и техники подавления эффекта электрического эха в телекоммуникациях

На правах рукописи

Шаврин Сергей Сергеевич

.. с...

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНИКИ ПОДАВЛЕНИЯ ЭФФЕКТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭХА В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯХ

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

□03462948

Москва-2009

003462948

Работа выполнена на кафедре многоканальной электросвязи Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Гордиенко Владимир Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Баринов Виктор Владимирович доктор технических наук, профессор Самойлов Александр Георгиевич доктор технических наук, старший научный сотрудник Цым Александр Юрьевич

Ведущая организация: Федеральное государственное

унитарное предприятие Научно-исследовательский институт радио (ФГУП НИИР)

Защита состоится « % » ¡Мь[ъвгЛ<Я2009 г. в /3 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 219.001.03 при МТУСИ по адресу: 111024, Москва, ул. Авиамоторная, д. 8а, ауд. А-455

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУСИ

Автореферат разослан « » г&рсиоЯ, 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного /

совета

----Т.П. Косичкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Электрическое эхо в совокупности с другими эффектами, вызванными его некорректным подавлением, превратилось в настоящее время едва ли не в доминирующий фактор мешающего воздействия в каналах телефонной связи.

Еще в недавнем прошлом единственным проявлением мешающего воздействия эффекта электрического эха считалось наличие эхосигналов, нарушающих естественность ведения телефонного разговора. Количественно степень мешающего воздействия оценивалась минимальным значением затухания эхосигналов, обеспечивающим приемлемое качество телефонной передачи, как функции времени их распространения. Вместо времени распространения часто указывалась протяженность соединения, поскольку основная задержка в сигнал вносилась линейным трактом систем передачи.

Для борьбы с мешающим воздействием эффекта электрического эха использовался заграждающий принцип, предполагающий внесение значительного затухания в обратное направление передачи при передаче речи в прямом. Эхоподавляющие устройства (ЭПУ), реализующие заграждающий принцип подавления эхосигналов, получили название эхозаградителей (ЭЗ). Они обеспечивали достаточно полное подавление эффекта электрического эха, а погрешности их работы хорошо маскировались шумами, перманентно действующими в каналах аналоговых систем передачи и коммутации, особенно в сетях доступа.

Развитие цифровых методов обработки сигналов и цифровой элементной базы открыло возможность реализации альтернативного заграждающему компенсационного принципа подавления эхосигналов, основанного на формировании копии эхосигнала и ее вычитании из смеси эхосигнала и полезного сигнала обратного направления передачи. Этот принцип реализуется в эхокомпенсаторах (ЭК).

В то же время цифровизация связи превратила борьбу с мешающим воздействием эффекта электрического эха в одну из наиболее важных проблем. Это связано со следующими обстоятельствами.

Шум практически исчез из цифровых телефонных соединений, унеся с собой эффект маскирующего действия на остаточный эхосигнал, вследствие чего заметность сигналов электрического эха значительно возросла.

На современной телефонной сети связи общего пользования России, построенной в соответствии с требованиями нормативных документов, последний из которых, касающийся вопросов подавления мешающего воздействия эхосигналов, датируется 1997 годом, эффект электрического эха превратился в привычное для абонентов явление. Если еще десять лет назад очень немногие были на практике знакомы с явлением электрического эха, то в настоящее время с ним знаком практически каждый. Мобильная связь, 1Р-телефония, средства интерполяционного уплотнения речи, многостанционный доступ к ИСЗ и многое другое, считавшееся экзотикой на момент разработки нормативных документов, превратились в обыденные и широко распространенные технологии,

обеспечившие, фактически, второе рождение проблемы эффекта электрического эха в телефонных каналах.

Значительно увеличилась доля каналов, требующих использования средств подавления эффекта электрического эха, за счет широкого использования на сетях связи цифровых методов обработки сигнала, связанных, главным образом, с блочным характером обработки. В частности, значительное распространение получили системы, использующие интерполяционные алгоритмы сжатия речи. На фиксированных сетях статус стандарта де-факто приобрел алгоритм CS-ACELP, обеспечивающий восьмикратное сжатие речи с незначительной потерей качества, а на сетях мобильной связи - GSM 06.10, реализуемый близкими к CS-ACELP процедурами и обладающий похожими свойствами.

Существенно изменились архитектура и характеристики абонентского оборудования.

Появились новые способы и средства передачи телефонных сообщений, выдвинувшие IP - телефонию на лидирующие позиции по степени мешающего воздействия эффекта электрического эха. Стремление к экономии средств и к передаче максимально возможного трафика при имеющейся пропускной способности шлюзов в сеть общего пользования заставляет операторов использовать максимальную емкость буфера сбора пакетов, часто усугубляя картину передачи сжатием речи по алгоритму CS-ACELP. Естественно, подобные меры приводят к увеличению времени распространения сигналов по каналам, и, как следствие, к необходимости применения ЭПУ.

Со времени самых первых испытаний ЭК и до настоящего момента одной из главных проблем полноценного и качественного компенсационного подавления эхосигналов является нелинейность, повсеместно встречающаяся в телефонных соединениях. В частности, перманентным и неустранимым источником нелинейности эхотрактов (ЭТ) является компандирование сигнала в цифровых системах передачи.

Еще одним столь же существенным фактором, как и нелинейность, влияющим на работу ЭК и обеспечиваемое качество телефонной передачи по эхозащищенным каналам, является параметрическое изменение характеристик ЭТ.

Импульсная помеха как фактор нарушения адекватности работы ЭПУ и причина клиппирования сигнала приобретает особое значение в каналах, обладающих свойством размножения ошибок, например, в каналах мобильной связи и в каналах, использующих интерполяционные механизмы сжатия речи или средства защиты информации.

Более того, в некоторых случаях ЭК сам становится источником эхосигналов в телефонных каналах, т.е. некорректная работа ЭК вызывает генерацию эхосигнала даже при его реальном отсутствии.

Таким образом, подавление эффекта электрического эха в современных условиях превратилось в сложную системную и сетевую задачу.

Проблемам исследования мешающего воздействия эффекта электрического эха и разработки средств его снижения посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных авторов.

Отечественная школа исследования проблемы электрического эха обязана своим основанием таким видным ученым, как А.П.Резвяков, В.Н.Тетерев, Н.А.Баев и др. Существенный вклад в ее развитие внесли М.К.Цыбулин, А.Д.Снегов, А.Г.Мурадян, М.А.Жарков, Г.В.Вемян, В.И.Иванов, П.Н.Муравчик, Раппопорт Э.З. и др.

Зарубежные исследования по данной проблеме связаны с именами таких исследователей, как М.М.5оп<Ж О.А.Вагк1еу, И^еИгтапп, -Шийег, ОЛУППатз, О.О.МезБегзсЬппи, К.Я.Шезг, М.Я.АзЬаг1^ Б.Ь.Стау, З.ТБиЩ, Т.РеШ1оп и др.

Однако результаты, представленные в известных источниках, носят узкоспециальный характер, т.к. цель системного решения проблемы электрического эха на сетях, включающего вопросы психофизиологических особенностей восприятия и сопоставимости степени мешающего воздействия основных факторов и явлений, сетевого взаимодействия, взаимного влияния ЭПУ и оборудования систем передачи и коммутации и т.п., в этих работах не ставилась.

Изложенные положения дают основание для включения проблемы электрического эха на сети связи в число наиболее важных и актуальных задач отрасли, требующих системного подхода и адекватных аппаратных, программных и сетевых решений.

Цель и основные задачи работы. Основной целью работы является разработка концепции системного решения проблемы подавления мешающего воздействия эхосигналов на сети связи РФ.

Поставленная цель предполагает решение следующих основных задач:

- обобщение и систематизация имеющихся на настоящий момент результатов научных и экспериментальных исследований по проблемам подавления эхосигналов в различных сегментах Единой сети электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ РФ), а также по проблеме восприятия эхосигналов человеком и методам количественной оценки этого влияния;

- разработка метода, обеспечивающего наиболее адекватную оценку качества телефонной передачи по каналам связи с заметным мешающим воздействием эффекта электрического эха, учитывающую разнообразные аспекты и особенности его субъективного восприятия;

- разработка комплекса математических, имитационных и машинных моделей, предназначенных для проведения теоретических и экспериментальных исследований методов подавления эхосигналов и описывающих заграждающий и компенсационный принципы подавления эхосигналов, эхотракты, каналы передачи, взаимодействие сигналов и шумов в их системе; оптимизация характеристик ЭПУ по принятым параметрам и критериям;

- разработка концепции построения ЭПУ и конкретных рекомендаций по выбору принципов и средств подавления мешающего воздействия эффекта электрического эха, ориентированных на использование в различных сетевых приложениях;

- разработка стратегии размещения ЭПУ на сети связи страны и принципов управления их работой, обеспечивающих наиболее высокое качество телефонной передачи;

разработка предложений по коррекции нормативной базы, регламентирующей вопросы построения, проектирования и эксплуатации оборудования на сетях связи с позиций обеспечения полноценного подавления эффекта электрического эха.

Методы исследования. Исследования, проведенные в настоящей диссертационной работе, базируются на методах математической статистики, теории выбора и принятия решений, теории систем автоматического управления, теории случайных процессов и методах статистической радиотехники. В работе используются методы цифровой фильтрации, математического и компьютерного моделирования.

Исследования проводились с использованием программного обеспечения, разработанного автором.

Научная новизна.

1. Предложены концепция и информационная модель субъективного восприятия эхосигналов, отличающиеся выявленным наличием механизма компенсации эхосигналов в цепи отрицательной обратной связи процесса речеобразования и механизма адаптивного перераспределения пропускной способности логических каналов ввода/вывода информации, формирующего сигнал о наличии затруднений в случаях информационных перегрузок.

Предложенные концепция и модель позволяют объяснить сущность многих явлений, например, таких как ход зависимости степени мешающего воздействия эффекта электрического эха от времени задержки эхосигналов и других факторов, сопоставление степени мешающего воздействия гладкого шума, разборчивых и неразборчивых эхосигналов на говорящего и слушающего абонентов в различных условиях и др.

2. Предложен адекватный показатель качества телефонной передачи в условиях мешающего воздействия эффекта электрического эха - вероятность появления затруднений у абонентов при разговоре по каналу с заданным ансамблем влияющих факторов. Разработана методика его практического определения с требуемой точностью. Этот показатель может быть использован также для оценки эффективности и оптимизации стратегии размещения ЭПУ на сети связи страны и алгоритмов управления их работой.

3. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных на различных сегментах ЕСЭ РФ, синтезирован комплекс математических, имитационных и машинных моделей, описывающий: каналы, организованные с использованием систем передачи различных видов; эхотракты, характерные для аналоговых и цифровых сетей доступа; заграждающий и компенсационный принципы подавления эхосигналов; взаимодействие сигналов и шумов в их системе и др. Отличительной особенностью разработанного комплекса моделей является взаимный учет

характерных видов мешающих факторов с возможностью детализации исследования их влияния в системе на степень мешающего воздействия эффекта электрического эха и на функционирование сетей и систем передачи.

4. В результате анализа данных масштабных экспериментальных исследований, проведенных автором на реальных сетях связи, обоснована необходимость изменения номенклатуры динамических характеристик заграждающего принципа подавления эхосигналов с целью повышения качества телефонной передачи по эхозащищенным каналам.

5. Предложена новая концепция реализации заграждающего принципа подавления эхосигналов, адаптивного к влиянию характеристик ЭТ, отличающаяся механизмом компенсации временного сдвига между огибающими сигналов в трактах прямого и обратного направлений передачи. Предложенная концепция обеспечивает практически полное исключение эффекта ложного перебоя в каналах и возможность эксплуатации заграждающего принципа подавления эхосигналов в полнофункциональном режиме с размещением ЭЗ в различных точках соединения.

6. Предложено и обосновано комплексное решение, обеспечивающее повышение качества телефонной передачи при использовании заграждающего принципа подавления эхосигналов за счет снижения раздражающего действия ключевых эффектов. На основании результатов исследований определены требования к закону изменения и скорости внесения затухания, а также к статистическим характеристикам и способу генерации шума комфортности, что обеспечивает наиболее высокую субъективную оценку качества телефонной передачи.

7. Выявлены основные причины и механизмы неадекватной работы эхоподавляющих устройств в каналах, оборудованных средствами защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа, использующими блочные криптографические алгоритмы.

Обоснованы концепция, архитектура и алгоритм функционирования ЭК, обеспечивающие существенное снижение клиппирования передаваемой речи в каналах, защищенных от несанкционированного доступа, и отличающиеся принципом определения границ участков сигнала, пораженных ошибками передачи, с учетом эффекта их размножения блочным алгоритмом криптозащиты.

8. Выявлены основные причины неадекватной работы эхоподавляющих устройств в мобильных соединениях, механизмы и количественные характеристики влияния основных факторов на качество телефонной передачи.

Предложена концепция комбинированного ЭК, предназначенного для устойчивой работы в мобильных соединениях, отличающаяся совмещением двух алгоритмов адаптивной настройки трансверсального фильтра (нормализованных наименьших средних квадратов и корреляционного) и возможностью устранения источника клиппирования речи ближнего абонента.

9. Предложена и обоснована концепция стратегии размещения ЭПУ на сети и принципов управления их работой, обеспечивающая наиболее корректное подавление мешающего воздействия эхосигналов на развивающейся сети связи страны, учитывающая потенциальные возможности используемых систем

сигнализации и концепцию интерцепции управляющего сигнала (бита С) для нейтрализации активности транзитных ЭПУ.

Практическая ценность

1. Предложенная автором номенклатура динамических характеристик ЭЗ:

- вошла в отраслевой стандарт «Аппаратура эхозаграждения и эхокомпенсации для линий связи» ОСТ 45.97-97;

- легла в основу алгоритмов функционирования серийно выпускавшихся эхозаградителей КЭЗ-А.001...КЭЗ-А.004 и более поздних моделей КЭЗ-А.Ц01...КЭЗ-А.Ц02, выпускаемых в настоящее время.

2. Указанные выше модификации ЭПУ вошли в отраслевой РД «Требования по установке эхоподавляющих устройств. Руководящий документ по Системе автоматизированной телефонной связи общего пользования» как «эхозаградители с улучшенными динамическими характеристиками».

Разработка отмеченных ЭПУ удостоена премии Ленинского Комсомола в области науки и техники за 1990 год.

3. Предложенные архитектура и алгоритм работы ЭПУ реализованы в серийно выпускаемых в настоящее время моделях цифровых эхозаградителей КЭЗ-А.Ц02, отмеченных Постановлением Коллегии Государственного Комитета Российской Федерации по связи и информатизации №2 - 1 от 26.01.99 как пример конкурентоспособной продукции Российских производителей.

4. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс МТУСИ в курсах «Микропроцессоры в цифровых системах передачи», «Многоканальные цифровые системы передачи и средства их защиты от несанкционированного доступа», а также в качестве тем многих дипломных проектов и магистерских диссертаций.

5. Внедрение результатов диссертационной работы с указанием достигнутых эффектов подтверждено актами внедрения, полученными от фирмы - производителя эхозаградителей ЗАО «Связьпром», отзывами от эксплуатирующих организаций ОАО Ростелеком, ОАО «Артелеком», ОАО «ММТ», ОАО «Коминком», ЗАО «Комбеллга», ОАО Электросвязь Оренбургской области, ЗАО «Телепорт -ТП» и др.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы широко обсуждались на международных и межрегиональных конференциях, секции «Радиоэлектроника» при Центральном Доме Ученых РАН, в рамках совместного семинара ИПК МТУСИ и журнала «Вестник связи» (Вестник связи, 2005, №4, с. 80-84) на конференциях и сессиях НТОРЭС им A.C. Попова, на конференциях профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ, а также опубликованы в ряде научных журналов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 99 работ, из них 17 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК, в общем числе 30 работ без соавторства.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 340 страницах машинописного текста.

Основные положения, выносимые на защиту;

1. Отраженные сигналы в телефонных каналах - электрическое эхо -приобрели в настоящее время статус одного из доминирующих факторов мешающего воздействия на сетях связи, которое на практике может проявляться как:

- эффект электрического эха, который может иметь разборчивый или неразборчивый, непрерывный или пропульсивный характер, и оказывать влияние как на говорящего, так и на слушающего абонента;

- клиппирование передаваемых речевых сигналов, вызванное либо ключевыми элементами, входящими в архитектуру ЭПУ, при возникновении условий, нарушающих их нормальную работу, либо ключевыми эффектами, вносимыми другими видами оборудования, например, оборудованием статистических систем передачи при возникновении перегрузок, вызванных влиянием эхосигнадов;

- специфический металлический призвук во время встречного разговора, вызванный влиянием эхосигналов на адекватность преобразования речевых сигналов в системах сжатия, например, использующих предиктивные алгоритмы, такие как С8М06.10 или Св-АСЕЫ>;

- коммутация шума в телефонах абонентов в процессе разговора ключевыми элементами эхоподавляющих устройств и др.

2. В акустическом восприятии человека действует механизм компенсации эхосигналов на этапе, предшествующем передаче звуков в фазу семантической обработки. Механизм компенсации эхосигналов, действующий в акустическом восприятии человека, в частности, поддерживает:

- функции структур адаптивных фильтров КИХ и БИХ структур;

- память (длину) фильтров, соответствующую времени распространения эхосигнала до точки отражения 25..30 мс без привлечения дополнительных ресурсов.

Петля отрицательной обратной связи механизма речеобразования человека не привязана к какому-либо эталонному источнику звука, а механизм слуховой реакции человека на собственную речь минимизирует вычислительные ресурсы мозга, задействованные для ее обработки.

3. Вероятность появления затруднений при разговоре является базовым показателем качества телефонной передачи, обеспечивающим адекватную сравнительную оценку мешающего воздействия эффекта электрического эха и явлений, обусловленных работой в канале эхоподавляющих устройств. Среднее по сети значение этой вероятности может быть определено с требуемой точностью на конечной выборке наблюдений в соответствии с предложенной методикой и использовано в качестве функции оптимизации характеристик ЭПУ, стратегии их размещения на сети связи страны и принципов управления их работой.

4. Разработанный комплекс математических и машинных моделей каналов передачи, эхотрактов, методов подавления эхосигналов и основных факторов, оказывающих влияние на их функционирование, обладая взаимным соответствием представлений, обеспечивает возможность адекватного исследования и оптимизации характеристик ЭПУ и принципов управления ими по принятым критериям для широкого круга сетевых приложений, включая мобильную связь, защищенные системы, 1Р - телефонию и др.

5. Проблема электрического эха на ЕСЭ РФ требует системного подхода. С точки зрения борьбы с мешающим воздействием отраженных сигналов сеть связи страны представляет собой сверхсложную систему, локальные действия по подавлению эхосигналов в которой далеко не всегда обеспечивают позитивный результат, а в некоторых случаях результат может оказаться негативным. Ни один оператор, подключаясь к сети связи общего пользования, не в состоянии решить проблему электрического эха для своих абонентов собственными силами и ресурсами. Подключение каждого нового оператора или увеличение объема его среднего трафика требует, как правило, дооборудования всех АМТС сети ЭПУ, или, как минимум, изменений в размещении имеющихся ЭПУ и управлении их работой.

6. Важным условием успешного решения проблемы электрического эха на сети связи является изменение правил оборудования сети ЭПУ и алгоритмов управления их работой в соответствии с предложенными концепциями, целевой функцией которого должно быть обеспечение минимального среднего по сети значения вероятности появления затруднений при разговорах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, изложены основные научные результаты, приведены сведения об апробации работы и положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведено теоретическое исследование механизма и основных психофизических аспектов восприятия человеком сигналов электрического эха.

Проведен сравнительный анализ основных методов субъективной оценки качества телефонной передачи, используемых в настоящее время для измерения степени мешающего воздействия эффекта электрического эха и различных явлений, обусловленных некорректной работой ЭПУ в каналах связи.

Анализ результатов ранее проведенных исследований выявил неполноту известных теорий и моделей акустического взаимодействия человека с окружающей средой в части психофизики субъективного восприятия отраженных акустических сигналов.

Предложена новая информационная модель субъективного восприятия эхосигналов, которая отличается от известных:

- выявленным наличием в цепи отрицательной обратной связи процесса речеобразования механизма компенсации эхосигналов, поддерживающего функцию структур адаптивных фильтров как с конечной, так и с бесконечной

импульсной характеристикой, и минимизирующего вычислительные ресурсы мозга, задействуемые для семантической обработки произносимых звуков;

- включением механизма адаптивного перераспределения пропускной способности логических каналов ввода/вывода информации, формирующего сигнал о наличии затруднений в случаях информационных перегрузок.

Разработанная модель обеспечивает адекватное объяснение и описание таких эффектов, как зависимость степени мешающего воздействия эффекта электрического эха от времени задержки эхосигналов и других факторов, сопоставление степени мешающего воздействия гладкого шума, разборчивых и неразборчивых эхосигналов на говорящего и слушающего абонентов в различных условиях, гистерезис в восприятии человеком эффекта электрического эха на пороге заметности мешающего воздействия и др. Эта модель позволила выявить первичный признак реакции человека на снижение качества телефонной передачи, обусловленное информационной перегрузкой эхосигналами, -появление затруднений при разговоре, а также определить требования к динамике подавления эхосигналов.

Результаты исследований, проведенных с использованием независимой Е -модели прогнозирования качества телефонной передачи на перспективных (проектируемых) сетях связи, подтверждают основные положения предложенной информационной модели субъективного восприятия эхосигналов.

Базой для сравнительного анализа мешающего воздействия эха говорящего и эха слушающего абонентов могут служить показатели /,„, и Iäl€, входящие в общий показатель R качества телефонной передачи в виде субтрактивных составляющих с одинаковым весом. При проведении исследований принимались равными значения WEPL взвешенного затухания эхотрактов на разных концах канала, а задержка сигнала по петле, образованной каналом и двумя ЭТ, принималась равной удвоенному значению среднего времени распространения сигнала в одном направлении от говорящего абонента до точки отражения. После математических упрощений и с учетом рекомендованных значений для ряда параметров выражения для исследуемых показателей приведены к следующему виду:

Idu =(ш + -jLbe2 +100 -1)- (1 - e"r), (1)

1 + J1

где Lbe = 12.38 +1.25 • WEPL + Ktr, Ktr = 50 ■ lg-ÜL + 7.5 • e "°J r".

1Ш = Lei + 4Ш1 +169, где (2)

Lei = 47.38 - 5.25 ■ {WEPL + 7) ■ (2 ■ T +1) ~025 . В выражениях (1) и (2) T - значение среднего времени распространения сигнала от абонента до точки отражения.

Анализ результатов проведенных исследований дает основание сформулировать ряд выводов.

При любых равных уровнях громкости эхосигналы оказывают более значительное мешающее воздействие на слушающего абонента, чем на

говорящего, если время распространения в одном направлении Т не превышает 30 мс, а при Г > 200 мс его влияние на разницу в восприятии эхосигналов говорящим и слушающим абонентом постепенно нивелируется. Этот вывод иллюстрируется представленной на рисунке 1 зависимостью показателей и от времени распространения Т при \VEPL = 27 дБ.

70 60

50 40

30 20 10

0 200 400 600 800

Т, МС

Рисунок 1. Влияние эхосигншюв на говорящего и слушающего абонентов.

Кроме того, адекватность разработанной информационной модели косвенно подтверждается наличием оптимума зависимости качества телефонной передачи от уровня местного эффекта. Этот оптимум соответствует привычным для человека условиям формирования эхосигналов в природе.

Показано, что в рамках концепции разработанной информационной модели субъективного восприятия эхосигналов первичным показателем влияния эхосигналов на качество телефонной передачи является факт появления затруднений у абонентов при разговоре. Предложена методика оценки вероятности появления затруднений при разговоре по каналу, обеспечивающая возможность адекватной количественной сравнительной оценки качества телефонной передачи для широкого круга условий, включая мешающее воздействие эффекта электрического эха и явлений, сопровождающих включение в канал ЭПУ. Выведенные соотношения, доказывая возможность получения на конечной выборке наблюдений состоятельной несмещенной оценки вероятности появления затруднений, позволяют определить точность полученных оценок.

Предложено использование среднего по сети или сегменту сети значения вероятности появления затруднений как критерия оценки степени снижения качества телефонной передачи за счет мешающего воздействия эффекта электрического эха или некорректной работы ЭПУ.

Разработанный на основе предложенного критерия метод оценки эффективности алгоритмов управления и оптимизации характеристик ЭПУ

обеспечивает возможность учета структуры сети связи, динамики ее развития и разброса характеристик входящих в ее состав каналов.

Во второй главе проведен анализ основных источников и составляющих эхосигналов в телефонных каналах на ЕСЭ РФ и влияния характеристик основных узлов сетевого оборудования на характеристики эхосигналов.

На основании результатов проведенных исследований синтезирован комплекс математических и машинных моделей, описывающий наиболее важные (с точки зрения восприятия и возможностей подавления эхосигналов) факторы воздействия на сети - нелинейность, шумы и параметрические отклонения. В основу моделей легли результаты исследований, проведенных в реальных сетевых условиях.

В частности, модель ЭТ, образованного аналоговой сетью доступа, основана на статистике частотных характеристик переходного затухания оконечных дифференциальных систем Л;/(/) = -1п|/Сдг| для сетей связи г. Москвы. Пример типичной характеристики А„{/) представлен на рисунке 2.

Ап= - 1п |КД0|

Рисунок 2. Пример типичной частотной характеристики затухания эхотракта. Форма импульсной характеристики ЭТ описывается выражением:

8Д(')= ]оисо)-е^с1(о + ^ (3)

_ОО 1*0

где £)(/<а) - комплексный коэффициент передачи эхосигнала непосредственно через неуравновешенную дифференциальную систему; //Душ) - комплексный

коэффициент передачи эхосигнала, отраженного от /-ой неоднородности; г, -концевая задержка эхосигнала, отраженного от /-ой неоднородности. При этом Я,(у'а») на значимом участке определяется в несколько этапов.

На первом этапе выделяется составляющая Дуги), имеющая «гладкий» характер зависимости от частоты; ее модуль и фаза определяются численно в соответствии с выражениями:

|ДС/«а, +/„,ы)/2]| = ехр{-Л«[(/^ +/-ы)/2]} (4)

^Ж», + /вМУ2] = я ■ (/„, + /вм) / (/„,« -/,„,) (5)

гДе /««1 - значение частоты, соответствующей /-ому экстремуму характеристики А„{/).

Вклад остальных точек отражения Н0Ца>) определяется решением системы уравнений:

И/,,„) + н. (/„,,) = ехр[- Ап (/.„,) \ для максимумов А„ (/) (6)

= для минимумов АПУ) (7)

На следующих этапах аналогичная процедура вычислений итеративно применяется к составляющей | Нс (со) | до тех пор, пока колебательный характер ее частотной зависимости не войдет в пределы допустимой погрешности представления.

Результаты проведенных исследований, в частности, показали, что импульсная характеристика ЭТ может быть с приемлемой точностью описана структурой фильтра с конечной импульсной характеристикой. При этом длительность значимой части импульсной характеристики может быть для подавляющего большинства ЭТ ограничена 5...7 точками.

Принимая во внимание действующие нормы на допустимое значение времени концевой задержки для ЭК, предназначенных для использования в составе сетей связи, предлагается представление ЭТ в виде матрицы (таблицы) значений отсчётов импульсной характеристики ^,7 = 0...511, что соответствует регламентированному значению времени концевой задержки, равному 64 мс.

Таблицы для разных ЭТ предложено хранить в виде отдельных файлов на жестком диске на ПК, отнеся функцию имитации параметрических воздействий в отдельный блок программной обработки.

Вычисление значения отсчета эхосигнала, прошедшего через ЭТ, без учета наличия шума или сигнала встречного разговора в предлагаемой модели осуществляется в соответствии с выражением:

где N = 512 - порядок фильтра, имитирующего эхотракт; - отсчёты импульсной характеристики ЭТ; отсчеты сигнала на входе ЭТ; ^г,у = 0...Л'-1- матрица коэффициентов, учитывающих изменение у -того отсчёта импульсной характеристики ЭТ в момент времени /.

Линейные искажения, вносимые в речевой сигнал ближнего абонента и эхосигнал участком несогласованной абонентской линии длиной / с учетом многократных отражений, представлены в форме комплексных коэффициентов передачи. Комплексный коэффициент передачи полезного сигнала Зг и со) соответствует чистой бесконечной импульсной характеристике и описывается выражением:

•ч агл Кв0а) о0со)-Киисо)

^'^Ы-кМ-кМ

Комплексный коэффициент передачи отраженного сигнала 3 „Оео) формируется как суперпозиция отражений от двух точек и описывается совокупностью звеньев с конечной и бесконечной импульсной характеристикой:

зд=(Ю)

где Кон {/»)= Кн (/») = 1 - Кин (/а) = 2г" "

кои 0'®)= к„ (/«)= 1-^,0«) =

2га

г» + г.

у - коэффициент распространения, 2„ - сопротивление нагрузки, 2В -волновое сопротивление линии, 2„ - сопротивление источника сигнала.

Ввиду значительной инерционности (по сравнению с процессом обработки сигналов) механических процессов, формирующих параметрические воздействия на акустический тракт распространения эхосигналов через материал корпуса телефонного аппарата, представляется допустимым использование линейной аппроксимации при имитации параметрических явлений в акустическом ЭТ.

Разработанная модель ЭТ обеспечивает возможность имитации трёх наиболее типичных видов параметрических воздействий:

- общее изменение затухания сигналов в ЭТ;

- параметрическое изменение условий распространения или отражения эха в одной точке (неоднородности);

- параметрическое изменение формы импульсной характеристики ЭТ при сохранении значения общего затухания эхосигналов, представленное в модели как «перетекание» точки отражения на другую позицию по шкале времени.

Общее параметрическое изменение затухания описывается выражениями:

*,=*„ + /•*, (11)

(12)

[ *0> ><Тг/.а

*,= *„+*, •(/-?; •/,). 7; <,</; (13)

I 1. ¡>т2-/д

где /д - частота дискретизации,

1 -к„

(14)

а параметры воздействия ¿0<1,7]и7;(7;<7;) являются входными параметрами модели, и устанавливаются экспериментатором по запросу программы.

Параметрические изменения импульсной характеристики ЭТ в рамках разработанной модели вводятся после вычисления отсчета е,

Параметрическое изменение условий распространения для одной точки отражения описывается выражением:

1, ]Фт

*ь+М/-г,-/д), •/=»>> (15)

к0, / = т, ¿<7]-/л 1, )=т, (>7;-/д

= Еу^-у • ' кЧ = • 8< + <-кО + ' 0 ' + Еу.1,*.-У • а (16)

Ситуации «перетекания» точки отражения соответствуют выражения:

к --

1,

к0+кгЦ-Тг/л),

1 -кгИ-ТгЛ),

1,

} =т, 3 = 1,

/ = т, ¡<ТГ/Л

3 = 1, '>Т2'А

/ = т, />Г2-/Д 3 = 1,

(17)

В целях снижения трудоемкости разработки программной части моделей, а также сложности и объёма эксперимента, для моделирования систем кодер -декодер А-87.6/13 (Рек. 0.711) предложено использование штатных встроенных средств преобразования звукового редактора Соо1Ес1к, а для имитации работы систем передачи, использующих интерполяционные алгоритмы сжатия речи -специализированное ПО (Рек. 0.729), предназначенное для настройки кодеков.

Третья глава посвящена анализу и исследованию влияния основной группы мешающих факторов на функционирование ЭПУ и на обеспечиваемое при их учете качество телефонной передачи по эхозащищенным каналам. Проведен анализ механизмов функционирования трех основных методов подавления эхосигналов (согласующего, заграждающего и компенсационного) с позиций статистики претензий абонентов к качеству телефонной передачи на сети связи. Результаты проведенного анализа обеспечили возможность определения причин некорректного функционирования средств подавления эхосигналов на сети, эффектов их проявления и основной группы влияющих факторов.

Показано, что при использовании заграждающего принципа подавления эхосигналов снижение качества связи по эхозащищенным телефонным каналам происходит, главным образом, за счет мешающего воздействия эффектов ложного режима перебоя и клиппирования речевого сигнала.

Эффект ложного перебоя иллюстрируется на рисунке 3, где в координатах статической диаграммы состояний показано движение точки, определяющей изменение уровней сигналов в прямом (Р,ц) и обратном (Р,,м) направлениях передачи в режиме одностороннего разговора. В отсутствие концевой задержки эхосигнала траектория движения точки представляет собой отрезок прямой линии X У (линия 1), имеющей наклон 45°, причем положение точки У определяется максимальной мощностью реализации сигнала. По мере увеличения времени концевой задержки траектория движения точки, определяющей режим ЭЗ, приобретает раскрыв (кривые 2..5), причем движение точки всегда осуществляется против часовой стрелки. Траектория вписывается в прямоугольник с вершинами в точках X к У с обязательным касанием ко всем четырем сторонам, ее раскрыв определяется видом импульсной характеристики ЭТ и статистическими свойствами речевого сигнала. Пересечение траекторией границы АВ зоны перебоя приводит к установке режима «перебой» и проникновению отрезков эхосигнала в обратное направление передачи. Возвращение в режим блокировки происходит с нормируемой задержкой после пересечения траекторией границы ЕГ зоны блокировки.

Рисунок 3. Механизм возникновения ложного перебоя.

Разработана математическая модель, описывающая заграждающий принцип подавления эхосигналов и обеспечивающая возможность исследования влияния различных факторов на статистические характеристики ложного перебоя и клиппирования речевого сигнала. В совокупности с предложенной во второй главе математической моделью ЭТ разработанная модель является универсальным средством исследования и оптимизации характеристик заграждающего принципа подавления эхосигналов в различных условиях по принятым параметрам и критериям. Проведенное исследование точности моделей и реализующего их программного обеспечения показало, что относительная вычислительная погрешность моделей на имеющихся выборках речевых сигналов не превышает 10"4. Разброс результатов при усреднении по 50 реализациям речевых сигналов продолжительностью около 20 с для статистических характеристик остаточного эхосигнала <10%.

Анализ результатов экспериментальных исследований, проведенных с использованием разработанных моделей, выявил основную группу факторов, определяющих качество телефонной передачи по эхозащищенным каналам при использовании заграждающего принципа подавления эхосигналов:

- время концевой задержки;

- затухание эхосигналов;

- асимметрия затуханий на сетях доступа;

- импульсная помеха;

- перекосы диаграммы уровней;

- шумы канала.

Показано, что при использовании компенсационного принципа доминирующим фактором мешающего воздействия является остаточный эхосигнал. Этот сигнал может иметь разборчивый и неразборчивый стабильный или пропульсивный характер, а также характер биений.

Основными показателями, характеризующими качество подавления эхосигналов компенсационным механизмом, являются вносимое в эхосигнал затухание и скорость сходимости алгоритма адаптации на речевом сигнале.

Проведен анализ свойств четырех основных методов адаптации: по критерию наименьших квадратов, наименьших средних квадратов, корреляционного и знакокорреляционного. По результатам анализа разработан комплекс математических, алгоритмических и программных моделей, описывающих компенсационный принцип подавления эхосигналов с адаптацией по методам нормализованных наименьших средних квадратов (НМНСК) и корреляционному, совместимых с разработанной во второй главе моделью ЭТ.

Анализ результатов проведенных экспериментальных исследований выделил основную группу факторов, оказывающих влияние на процесс сходимости компенсационного механизма на речевом сигнале:

- статистические характеристики речевого сигнала в тракте приема, в частности, статистика пауз в речи;

- шум в тракте передачи;

- время концевой задержки;

- нелинейность, включая интерполяционные преобразования сигнала в ЭТ и погрешность восстановления частоты;

- параметрические воздействия.

Проведенные исследования компенсационного метода подавления эхосигналов позволили сформулировать ряд выводов.

Результаты проведенных экспериментальных исследований демонстрируют уверенную сходимость алгоритма НМНСК в отсутствие внешних дестабилизирующих факторов на речевом сигнале. Алгоритм НМНСК чрезвычайно чувствителен к наличию пауз в сигнале тракта приёма при воздействии шума в тракте передачи. Паузы длительностью 0,3...0,5 с (типичные для речи) способны привести ЭК к значительным перегрузкам, имеющим необратимый характер. Так, на рис. 4 представлена зависимость затухания эхосигналов (Аот), обеспечиваемого при использовании алгоритма НМНСК на стационарном участке сходимости, от уровня шума (Р„,) в тракте передачи для речи при искусственном ограничении длительности пауз значениями Т„, указанными в легенде.

Р ш, дБ

Рисунок 4. Влияние пауз в речи на компенсационное подавление эхосигналов.

Показательно, что затухание эхосигналов, обеспечиваемое ЭК, функционирующим по алгоритму НМНСК, не зависит ни от значения затухания, ни от формы импульсной характеристики ЭТ (при условии принадлежности этих параметров допустимым на сети пределам). Так, на рис. 5 представлены экспериментально полученные графики зависимости среднего, усредненного на интервалах 50 мс и 2 мс (пикового) уровней остаточного эхосигнала (Р:> ) от уровня шума (Рш) в тракте передачи ЭК.

Средний уровень остаточного эхосигнала на выходе тракта передачи ЭК, функционирующего по алгоритму НМНСК, с точностью до погрешности эксперимента равен среднему уровню шума, действующего на входе тракта передачи ЭК (при этом пиковые уровни речи могут существенно превышать

уровень шума в соответствии с реальным значением пикфактора). Если затухание Э'Г превышает 12 дБ, то влияние вида импульсной характеристики ЭТ не прослеживается на уровне погрешности эксперимента.

-10

-2 0

% -3 0

а"

о

о- -4 0

-5 0

-6 0

-6 0 -5 0 -4 0 -3 0 -2 С

Р ш, дБ

Рисунок 5. Влияние шумов на компенсационное подавление эхосигналов.

Установлено, что повышенный уровень шума, попадающего в микрофон МТ, может явиться причиной проникновения в обратное направление передачи эхосигналов даже при отсутствии акустической связи телефон - микрофон. Мешающее воздействие этого эхосигнала будет превышать мешающее воздействие шума, обусловившего его появление.

Параметрическое воздействие оказывает тем большее влияние на подавление эхосигнала ЭК, чем быстрее происходит изменение параметра, причем не только в течение интервала времени своего воздействия, но и после окончания этого интервала с последействием, равным интервалу сходимости.

Показано, что компенсационный принцип не обеспечивает высокой степени подавления эхосигналов в случае наличия в ЭТ оборудования систем передачи, использующих предиктивные алгоритмы сжатия речи. Дополнительное затухание, вносимое в эхосигнал со стороны ЭК, не превышает в этом случае 10 дБ, причём пиковые уровни эхосигнала подавляются хуже, чем средний. Неподавленный эхосигнал, прошедший систему кодер - декодер предиктивного сжимателя, обладает остаточной разборчивостью на фоне специфического «металлического» звучания, характерного для подобного типа соединений на сети связи.

Установлено, что корреляционный алгоритм при усреднении по 256 отсчётам при значении параметра адаптации р= 5 обеспечивает такое подавление эхосигнала, что его средний уровень оказывается ниже среднего уровня шума, действующего в тракте передачи ЭК, на 8...9 дБ. Выигрыш в степени подавления эхосигнала в присутствии шума по отношению к алгоритму НМНСК составляет также 8...9 дБ.

0 -5 0 -4 0 -3 0 -2

Р ш, дБ

На участках резких выбросов корреляционный алгоритм обеспечивает за счёт инерционности более высокую степень подавления (на 1...3 дБ) по сравнению с алгоритмом НМНСК.

Выбор параметра адаптации р в диапазоне 5... 10 обеспечивает приемлемые с точки зрения достижимого качества телефонной передачи характеристики ЭК -скорость и динамику сходимости. В отсутствии реального эхосигнала при наличии шума в тракте передачи эхокомпенсатор, функционирующий по корреляционному алгоритму адаптации, не создаёт эхосигнала с уровнем, заметным на фоне шума, при N =512.

Четвертая глава посвящена развитию принципов и методов подавления эхосигналов в телефонных каналах и оптимизации характеристик ЭПУ с учетом результатов исследований, представленных в предшествующих главах.

Показано, что мешающее воздействие эффекта ложного перебоя может быть снижено до незначимого с точки зрения психофизического восприятия уровня компенсацией временного сдвига между огибающими сигналов на выходах детекторов речи прямого и обратного направлений передачи, вызванного концевой задержкой эхосигнала. При этом требуется введение в номенклатуру динамических характеристик нового параметра - времени перехода из режима «перебой» в режим «блокировка». Оптимальное значение этого параметра для русской речи, установленное в результате проведенных экспериментальных исследований, составляет 3...5 мс.

Предложена концепция заграждающего принципа подавления эхосигналов, адаптивного к влиянию характеристик ЭТ и обеспечивающего оптимальное в принятом смысле качество телефонной передачи по каналам, оборудованным ЭЗ и ЭК с активной функцией нелинейного процессора.

Предложено использование «мягких» ключей, обеспечивающих плавное внесение затухания (компрессии) и шума комфортности, и компенсация временного сдвига с помощью измерителя времени концевой задержки во взаимодействии с управляемой линией задержки.

Результаты проведенных исследований дают основание для вывода о том, что оптимальное значение скорости прямой адаптации, отклонения от которого в любую сторону одинаково приводят к ухудшению субъективных оценок качества телефонной передачи, составляет 30 дБ/с. Действующая в настоящее время рекомендация МСЭ-Т 0.164, регламентирующая значение скорости прямой адаптации величиной 10 дБ/с, отражает ограничения, накладываемые на скорость адаптации существующей архитектурой эхозаградителя.

Сужение траектории движения точки, определяющей режим одностороннего разговора в координатах статической диаграммы состояний (см. рисунок 3), в принятой концепции заграждающего принципа дает основание рекомендовать начальное смещение диаграммы в сторону зоны блокировки на 3...5 дБ. Это ускорит процесс адаптации и в подавляющем большинстве соединений окажет положительное влияние на качество телефонной передачи. По этой же причине на 2...3 дБ может быть снижено значение порога начала адаптации.

Оптимальная в принятом смысле работа «мягких» ключей обеспечивается при использовании закона изменения коэффициента передачи к(1), описываемого выражением:

1 Л I 1

k{t) = ~e r-JO-S^rJWrfr, (19)

' о

где: SE(t) - двоичный управляющий сигнал (Ss(t) =1 в режиме заграждения. •SfiW =0 в ДРУГИХ режимах); Г = 8.69-КГ4 с - постоянная времени, определяющая скорость работы ключа.

Приведенное выражение соответствует линейному закону изменения во времени затухания, вносимого ключом, со скоростью около 10 дБ/мс.

При формировании режима, помимо мощности сигналов, усредненной на интервале 2 мс, целесообразно учитывать масштабированную мощность предшествующего интервала аналогичной длительности; значение масштабирующего коэффициента, используемого при проведении эксперимента, равно 2.

Закон компрессии сигнала, обеспечивающий минимальное клиппирование в среднем по условиям проведения эксперимента, описывается выражением

, л, (2851Y'4

ВД = 0.2-I——! , (20)

где: х - амплитуда отсчета входного сигнала, выраженная в шагах квантования 13-разрядной сетки.

В каналах с низким затуханием ЭТ более высокое качество телефонной передачи обеспечивается при использовании закона компрессии в соответствии с выражением

г,, . (285 Hit

К(*) = 0.1- - . (21)

\ х J

Реализация предложенных рекомендаций по развитию заграждающего принципа подавления эхосигналов обеспечивает достижение конкурентоспособного с компенсационным принципом качества телефонной передачи по эхозащищенным каналам при значительно большей устойчивости к мешающему воздействию таких факторов, как нелинейность и параметрические изменения характеристик ЭТ. Кроме того, обеспечивается возможность размещения ЭЗ на узлах автоматической коммутации и их сосредоточения на пучках каналов большой емкости, что снизит общую потребность в оборудовании ЭПУ на сети за счет повышения эффективности их использования.

Показано, что при практической реализации предложенного способа оценки значения времени концевой задержки следует учитывать, что занятость устройства оценки этого времени будет значительно меньше занятости ЭПУ. В связи с этим целесообразен групповой режим использования устройств оценки времени концевой задержки.

Использование предлагаемого способа обнаружения речевых сигналов на фоне шумов при реализации заграждающего принципа подавления эхосигналов обеспечивает возможность существенного снижения степени клиппирования речи в эхозащищенных каналах.

Оснащение ЭК детекторами одностороннего разговора, выполненными в предлагаемой идеологии обнаружения речевых сигналов на фоне шумов, действующих в каналах систем передачи, обеспечит снижение степени расстройки алгоритмов адаптации и клиппирования речи, вызванного некорректной работой нелинейного процессора.

Показано, что использование корреляционного алгоритма адаптации ЭК обеспечивает возможность подавления мешающего воздействия эхосигналов в линейных ЭТ на стационарном участке настройки до уровня достаточной степени маскировки шумами, действующими в канале, независимо от уровня шума, при условии усреднения функции взаимной корреляции по 512 произведениям и значении параметра адаптации р в диапазоне 8...10. Предложено комплексное решение, обеспечивающее возможность реализации корреляционного алгоритма адаптации ЭК на современной микропроцессорной элементной базе в приемлемых стоимостных рамках.

Пятая глава посвящена анализу и исследованию основных проблем подавления эхосигналов, возникающих в различных телекоммуникационных приложениях, а также поиску путей решения этих проблем. Рассмотрены особенности задачи подавления эхосигналов в таких приложениях, как:

- фиксированная сеть связи на стыках транспортной сети с аналоговыми и цифровыми сетями доступа;

- системы многостанционного доступа к ИСЗ;

- системы, использующие статические и интерполяционные алгоритмы сжатия речи;

- системы защиты информации от несанкционированного доступа;

- каналы сетей подвижной связи;

- каналы ЦСИО, IP-телефонии, конференцсвязи и др.

Показано, что эффективное компенсационное подавление эхосигналов на фиксированной сети может быть обеспечено, главным образом, на стыках с цифровыми сетями доступа, при этом повышенная нелинейность телефонных аппаратов (абонентских терминалов) может потребовать дополнительных средств подавления нелинейных составляющих эхосигнала. Главными факторами, способными оказывать дестабилизирующее воздействие на адаптацию традиционно используемых компенсационных средств подавления эхосигналов на стыках с аналоговыми сетями доступа, являются повышенная нелинейность и параметрические воздействия в ЭТ. В большинстве случаев в таких ситуациях использование заграждающего принципа подавления эхосигналов обеспечивает более высокое качество телефонной передачи.

Анализ условий функционирования ЭПУ в телекоммуникационных приложениях, использующих интерполяционные алгоритмы сжатия речи, проведенный с учетом результатов исследований, представленных в

предшествующих главах, выявил взаимный характер влияния ЭПУ и средств сжатия речи.

Интерполяционные алгоритмы сжатия, обладая свойством сгруппированного размножения ошибок передачи, могут оказывать существенное дестабилизирующее воздействие на работу нелинейного процессора ЭПУ, иллюстрируемое рисунком 6. Так, одиночная ошибка, возникающая при передаче речевого сигнала, уплотненного по алгоритмам CS-ACELP или GSM 06.10, может иметь в восстановленном сигнале последействие до 0.5 с, вызывая неприемлемые с точки зрения качества телефонной передачи пропадания сигнала в эхозащищенных каналах.

сжатие (С) хО h . восстановление (В)

\ ) *

1_L_»t 1_^_l_»t I_В—«J I ,t

одиночная

К - кодер ошибка поврежденный

Д - декодер участок

Рисунок 6. Влияние ошибок на передачу сжатого речевого сигнала.

Влияние неполного подавления эхосигналов на адекватность преобразования речи интерполяционными алгоритмами (обратное влияние) иллюстрируется рисунком 7. Сжатие суммы речевых сигналов двух разных абонентов (эхосигнала e(t) и сигнала ближнего абонента y(t) ) нарушает адекватность преобразований, вызывая в восстановленном сигнале некоторый разностный сигнал d{t), не являющийся линейной комбинацией исходных сигналов y(t), e(t) или восстановленных y\t), e"(t). Разностный сигнал dit) имеет характерное «металлическое» звучание и остаточную разборчивость, его пикфактор имеет порядок 28...33 дБ, а пиковые значения уровня могут превышать уровень основного речевого сигнала даже при высокой (~27дБ) степени подавления эхосигнала. Неполное подавление эхосигнала в статистических системах передачи, характерное для компенсационных механизмов подавления эхосигналов, приводит к повышению вероятности статистических перегрузок, вызывая в некоторых случаях устойчивое пропадание отрезков речи, длительностью порядка 1 с.

Разработаны рекомендации по обеспечению минимизации взаимного влияния ЭГ1У и средств интерполяционного сжатия речи, предусматривающие использование комбинации компенсационного и заграждающего принципов с размещением ЭГ1У на обоих концах соединения и внесением шума комфортности в тракт приема ЭПУ.

Свойством сгруппированного размножения ошибок, способного нарушить корректность работы заграждающего принципа подавления эхосигналов, обладают также системы защиты информации от несанкционированного доступа, использующие блоковые (блочные) алгоритмы криптозащиты. К таким алгоритмам относятся широко используемые IDEA, Blowfish, ГОСТ 28147-89,

Рисунок 7. Влияние неподавленных эхосигналов на работу интерполяционных

систем сжатия речи.

Разработана концепция ЭПУ для защищенных систем, обеспечивающая локализацию границ участка сигнала, пораженного ошибками передачи, дезактивацию работы нелинейного процессора и алгоритма адаптации ЭПУ на пораженном участке, а также внесение управляемого затухания, обеспечивающего улучшение субъективного восприятия сигнала в защищенных системах в условиях воздействия ошибок передачи.

Показано, что проблема подавления эхосигналов в сетях подвижной связи, использующих интерполяционное сжатие речи и средства ее защиты от несанкционированного доступа на участке распространения сигнала между мобильным терминалом (МТ) (абонентской радиостанцией (АРС)) и базовой станцией, усугубляется высокими значениями коэффициента ошибок передачи на этом участке в сложных условиях радиоприема, характерных для эксплуатации МТ (АРС).

Помимо отмеченных, задача подавления эхосигналов в системах подвижной связи осложняется рядом следующих обстоятельств.

Отсутствие строгих норм на диаграмму уровней соединения является значимым фактором, дестабилизирующим работу ЭПУ и усугубляемым

возможностью бесконтрольной регулировки уровня звука в АРС в широких пределах. При этом характеристики АРС, используемых на сетях связи, достоверно не известны, т.к. вопросы их регламентации находятся за пределами возможностей операторов связи.

Характеристики ЭТ АРС подвержены медленным параметрическим воздействиям за счет изменения усилий, прикладываемых абонентом к корпусу АРС, и площади контакта корпуса с телом абонента в процессе разговора, что также будет оказывать дестабилизирующее воздействие на сходимость алгоритмов ЭК.

Ключевым положением задачи подавления эхосигналов на сетях подвижной связи является влияние высокого уровня шума в направлении от АРС в сторону базовой станции, характерного для условий эксплуатации АРС вне помещений. В соответствии с результатами исследований, представленными в третьей главе, влияние этого шума вследствие специфики используемых на сетях алгоритмов адаптации ЭПУ выражается в генерации самим ЭПУ эхосигнала, средняя мощность которого примерно равна средней мощности шума, а мешающее воздействие существенно превосходит воздействие шума.

Ограничение времени распространения сигнала при местных соединениях по каналам мобильной связи значением 100 мс (практически измеренное - 101 ... 103 мс) открывает возможность обеспечения приемлемой степени подавления эхосигналов чисто компенсационным механизмом без использования функции нелинейного процессора (НП). Исключение функции НП позволит избежать клиппирования шумов помещения и передаваемой речи в процессе разговора.

Эхотракт АРС не включает систем кодер-декодер А-87,6/13, что дает основание для отказа от использования функции НП в архитектуре встроенного ЭК. Нелинейность среды передачи акустического канала «телефон - микрофон» АРС может вызвать появление нелинейных составляющих высокого уровня в составе эхосигнала на повышенных уровнях громкости, что в значительной степени отрицательно повлияет на сходимость используемых алгоритмов адаптации ЭК, однако в этом случае НП не сможет обеспечить надлежащего подавления остаточного эхосигнала и его использование не приведет к повышению качества телефонной передачи.

В результате показано, что совокупность алгоритмов НМНСК и корреляционного достаточна для качественного подавления эхосигналов в каналах мобильной связи с помощью компенсационного механизма без использования НП (заграждающего механизма).

Предложены концепция, архитектура и алгоритмы работы комбинированного эхокомпенсатора, предназначенного для устойчивой работы в мобильных соединениях, отличающиеся совмещением двух отмеченных выше алгоритмов адаптивной настройки трансверсального фильтра.

При этом значение параметра адаптации [3 алгоритма НМНСК, обеспечивающее необходимую скорость сходимости и устойчивость, лежит в пределах 0,01.. .0,02 (это несколько выше, чем принято в ЭК), а требуемая степень подавления эхосигналов корреляционным алгоритмом может быть обеспечена вычислением корреляции по 256...512 произведениям. Время настройки ЭК в

этом случае не превышает 3...4 с на реальном речевом сигнале. Свойства комбинированного решения в сравнении с алгоритмами НМНСК и корреляционным отражены в формате вносимого в эхосигнал затухания А} при разных значениях уровня шума Рш в тракте передачи на этапе адаптации Та (0..4 с) и на стационарном участке подавления Тп (9..18 с) в таблице 1 для /¡=0.01.

Главной особенностью предлагаемых архитектуры и алгоритма работы является возможность исключения активности нелинейного процессора в подавляющем большинстве соединений, что устраняет главный источник клиппирования речи ближнего абонента.

Таблица 1

Лэ,дБ

Рш, дБ НМНСК Корреляционный Комбинированный

т. Т 1 п т л а Тп т. Тл L Tu

0...4 с 9..,18с 0...4 с 9...18 с 0...4 с 9...18 с 0...4 с 9...18 с

-28,1 -28,1 -4,8 10,5 -3,3 16,1 -3,2 16,4

-33,0 -33,0 0,6 15,5 0,5 20,9 0,5 21,3

-37,9 -37,9 5,2 20,2 4,8 25,9 4,9 26,2

-42,9 -42,9 9,5 24,9 9,8 30,9 9,9 31,2

-48,2 -48,3 13,2 28,9 15,1 36,2 15,2 36,5

-53,6 -53,6 15,5 31,4 20,3 41,5 20,4 41,9

-58,9 -58,9 16,8 32,5 25,6 47,0 25,7 47,3

шума нет 17,5 32,5 38,6 63,1 39,0 63,2

Разработаны рекомендации по обеспечению полноценного подавления эхосигналов, возникающих в АРС, с помощью ЭПУ, размещенного в центре коммутации, и по выбору технических средств для реализации такого подавления.

В шестой главе рассмотрены основные сетевые аспекты функционирования и использование ЭПУ с позиций взаимодействия с сетевым оборудованием ЕСЭ РФ.

Результаты проведения анализа мировых тенденций развития и использования ЭПУ выявили следующие основные направления:

- схемотехническая и прикладная интеграция ЭПУ в специализированные ИМС и включение их в состав систем передачи и коммутационных станций в качестве встроенного оборудования;

- включение в номенклатуру функции ЭПУ системных и сервисных функций сетевого оборудования и систем передачи, таких, как, например, функции трансляции линейных сигналов систем сигнализации, поддержку управления по разным протоколам, включая Q.921, Q.931, Q.50, R2, С5, EDSS1, Tetra, по биту «С» и др.;

- изменение тенденций конструктивных решений в сторону идеологии загружаемых платформ;

- повышение качества и надежности телефонной передачи за счет непрерывной самодиагностики и дистанционного управления и контроля, использующего IP технологии, что обеспечивает корректную активизацию ЭПУ в соединении.

Результаты анализа современного состояния проблемы эффекта электрического эха на ЕСЭ РФ выявили несоответствие действующих нормативных документов отрасли, регламентирующих правила оборудования сети ЭПУ и управления их работой, современному уровню развития сети.

Показано, что действующие нормативные документы в современных условиях функционирования и развития ЕСЭ РФ не обеспечивают возможности использования системного подхода к проблеме подавления мешающего воздействия эффекта электрического эха.

Разработана стратегия размещения оборудования ЭПУ на ЕСЭ РФ и системы принципов управления их работой, основанная на предложенном в первой главе критерии минимизации (или обеспечении заданного среднего по сети) значения вероятности появления затруднений у абонентов при разговорах, включающая концепцию интерцепции управляющего бита «С».

В рамках предлагаемого подхода проблема оборудования ЕСЭ РФ эхоподавляющими устройствами и управления их работой сформулирована как системная задача оптимизации качества телефонной передачи по каналам сети.

В качестве функции оптимизации предлагается показатель эффективности подавления эхосигналов:

Р, ■ j Рх(н о)- {v)df + (1 -р,У min ) Px{v I к)• ÜV [v)dv (22)

k [i; J

где: p, - значение априорной вероятности формирования соединения с заметным

мешающим воздействием эффекта электрического эха в занимаемом

направлении; V - пространство параметров, оказывающих влияние на качество

телефонной передачи по каналу; Р0- порог принятия решения; рх(у|о) -

экспериментальная V -мерная зависимость оценок вероятности появления

затруднений у абонентов от влияющих параметров пространства V при

отсутствии ЭПУ в соединении; pxi^\k) - аналогичные зависимости при к-ом

варианте включения ЭПУ в соединение; (у) - V-мерная функция распределения

параметров пространства V на сети связи.

Использование предложенного показателя, учитывая результаты исследований, представленных в первой главе, определяет цель оптимизации как достижение минимального среднего по сети или сегменту сети значения вероятности появления затруднений у абонентов при разговорах, или в случае достаточных ресурсов - минимального объема оборудования ЭПУ, необходимого для обеспечения заданного значения этой вероятности.

Рассмотрены возможности основных используемых на сети типов систем сигнализации с точки зрения поддержки корректного управления ЭПУ и воздействия ЭПУ на передачу сигналов управления установлением соединений. Разработан комплекс рекомендаций по дополнению номенклатуры полей системы сигнализации ОКС-7 с целью обеспечения более корректного управления ЭПУ, а также стратегии управления в условиях имеющихся ограничений. Предложена и обоснована концепция интерцепции управляющего бита «С», обеспечивающая

оптимальное по условиям сети включение ЭПУ и нейтрализацию всех транзитных комплектов.

Разработанная система принципов управления ЭПУ на развивающейся ЕСЭ РФ обеспечивает возможность учета эволюции средств борьбы с мешающим воздействием эффекта электрического эха, изменения структуры сети, а также возможность оптимизации качества телефонной передачи по критерию вероятности появления затруднений при разговоре. Реализация предлагаемых принципов, обеспечивая преемственность средств управления ЭПУ на различных этапах развития сети, позволит сократить затраты на ее оборудование эхоподавляющими устройствами и ускорить получение экономического эффекта.

Основные результаты, полученные в диссертации, представлены в заключении

1. Проведен цикл широкомасштабных теоретических и экспериментальных исследований по проблеме мешающего воздействия эффекта электрического эха и его подавлению применительно к ЕСЭ РФ. Результаты проведенных исследований, подчеркивая доминирующий статус проблемы на современном этапе развития сети связи, доказывают необходимость системного подхода к ее решению.

Системный подход предполагает использование единого критерия оценки эффективности принимаемых решений, отражающего качество телефонной передачи с учетом многообразия проявлений мешающего воздействия отраженных сигналов и эффектов, обусловленных некорректной работой ЭПУ.

2. Предложена новая концепция субъективного восприятия эхосигналов, воплощенная в форме информационной модели, обеспечившая инструментальный базис системного подхода к решению проблемы эффекта электрического эха на ЕСЭ РФ. На роль единого критерия оценки эффективности и оптимизации принятия решений предлагается значение вероятности появления затруднений у абонентов при разговорах.

Предложенная концепция отличается выявленным наличием в цепи отрицательной обратной связи процесса речеобразования механизма компенсации эхосигналов, минимизирующего вычислительные ресурсы мозга, задействуемые для семантической обработки произносимых звуков, и включением механизма адаптивного перераспределения пропускной способности логических каналов ввода/вывода информации, формирующего сигнал о наличии затруднений в случаях информационных перегрузок.

3. Для проведения исследований на основе реальной статистики характеристик сети синтезирован комплекс математических, имитационных и машинных моделей, описывающий каналы, организованные с использованием систем передачи различных видов; эхотракты, характерные для аналоговых и цифровых сетей доступа; заграждающий и компенсационный принципы подавления эхосигналов, а также взаимодействие сигналов и шумов в их системе.

4. Предложено комплексное решение по развитию заграждающего принципа подавления эхосигналов, включающее концепцию, архитектуру и номенклатуру характеристик и гарантирующее приемлемое качество телефонной

передачи по эхозащищенным каналам при высокой степени устойчивости к воздействию основной группы мешающих факторов. Предложенное решение допускает полнофункциональную реализацию ЭЗ и его размещение в любой точке соединения.

По компенсационному принципу предложены решения, препятствующие расстройке алгоритмов адаптации и обеспечивающие эффективное подавление эхосигналов в сложных шумовых условиях.

5. Исследованы особенности проявления эхосигналов и разработаны концепции их подавления в различных телекоммуникационных приложениях на ЕСЭ РФ - таких, как мобильная связь, защищенные системы передачи, статистические и интерполяционные системы сжатия речи, IP телефония и др.

6. Обоснована необходимость коррекции действующих нормативных документов, регламентирующих оборудование сети связи средствами ЭПУ и алгоритмы управления их работой. Разработана стратегия размещения оборудования ЭПУ на сети и система принципов управления их работой, обеспечивающая максимально корректные условия функционирования ЭПУ и приемлемое качество подавления эхосигналов в условиях имеющихся ограничений и с учетом перспектив развития сети.

7. Предложены системная стратегия оборудования сети средствами подавления эхосигналов и принципы управления их работой, основанные на едином критерии оценки эффективности - вероятности появления затруднений у абонентов при разговорах.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК

1. Шаврин С.С. Электрическое эхо: заграждать или компенсировать? // Вестник связи. - 2005. - №1. - С. 29-32.

2. Рогацкая М.А., Шаврин С.С. Подавление эффекта электрического эха в мобильных сетях // Вестник связи. - 2007. - №1. - С. 39-42.

3. Шаврин С.С. Эффект электрического эха как системная проблема для операторов мобильной связи // Вестник связи. - 2008. - №4. - С. 108-112.

4. Шаврин С.С. Механизм и информационная модель субъективного восприятия отраженных сигналов // Электросвязь. - 2008. - № 7. - С. 16-20.

5. Шаврин С.С. Оценка мешающего воздействия электрического эха на абонентов // Электросвязь. - 2008. - №9. - С. 54-56.

6. Аладин В. М., Мусатова О.Ю., Шаврин С. С. Эхокомпенсатор как средство измерения времени концевой задержки // Электросвязь. - 2008. - №7. -С. 24-25.

7. Шаврин С.С. Оптимизация управления заграждающей функцией эхоПодавляющих устройств // Инфокоммуникационные технологии. - 2008. - Т. 6. - №4.-С. 28-33.

8. Шаврин С.С., Шемякин А.Б. Модель параметрических отклонений характеристик эхотрактов, обусловленных влиянием акустической составляющей эхосигнала // T-Comm - Телекоммуникации и транспорт. - 2008. - №6 . - С. 3233.

9. Орлов В.Г., Шаврин С.С. Автотранспорт под контролем - мониторинг транспортных потоков // Мобильные системы. - 2008. - №3. - С. 76-78.

10. Шаврин С.С. Оценка степени мешающего воздействия эффекта электрического эха // Вестник связи. - 2008. - №12. - С. 47-48.

11. A.c. 1469559 СССР, МКИ 4 H04J 3/17. Способ обнаружения речевых сигналов на фоне шумов / С.С. Шаврин, Н.И Лихачев, A.B. Шлыков, О.Ю. Мусатова (СССР). - №4195271/24-09; Заявлено 16.02.87; Опубл. 30.03.89, Бюл. №12 // Открытия. Изобретения. - 1989. - №12.

12. A.c. 1570005 СССР, МКИ 5 Н04В 3/46. Устройство контроля эхозаградителей / Х.А. Каримов, С.С. Шаврин, М.К. Цыбулин (СССР). -№4437293/24-09; Заявлено 12.04.88; Опубл. 07.06.90, Бюл. №21 // Открытия. Изобретения. - 1990. - №21.

13. A.c. 1608808 СССР, МКИ 5 Н04В 3/20. Устройство цифровой обработки ИКМ сигналов / М.Б. Гулько, K.JI. Зуйков, C.B. Кунегин, О.Ю. Мусатова, С.С. Шаврин (СССР). - №4259151/24-09; Заявлено 09.06.87; Опубл. 23.11.90, Бюл. №43 // Открытия. Изобретения. - 1990. - №43.

14. A.c. 1626397 СССР, МКИ 5 Н04В 3/20. Цифровая система передачи / C.B. Кунегин, С.С. Шаврин, О.Ю. Мусатова, Н.И Лихачев, К.Л. Зуйков (СССР). -№4481713/09; Заявлено 08.09.88; Опубл. 07.02.91, Бюл. №5. // Открытия. Изобретения. - 1991. - №5.

15. Пат. 2138121 РФ, МКИ 6 Н04В 3/00, H04J 13/00. Способ балансного пространственно - комбинационного уплотнения при передаче цифровых сигналов по многопроводным линиям связи и устройство для его осуществления / В.А. Абрамов, М.Д. Венедиктов, А.И. Рогацкий, С.С. Шаврин (РФ). -№98122235/09; Заявлено 11.12.98; Опубл. 20.09.99, Бюл. №26. // Открытия. Изобретения. - 1999. - №26.

16. Шаврин С.С., Ионин A.B. Многоканальная система для документированной регистрации переговоров (МАГ-XXI) // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №990171 по заявке №990217 от 30 марта 1999 г., зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 06 апреля 1999 г.

17. Шаврин С.С., Ионин A.B. Многоканальная система для документированной регистрации переговоров (МАГ-XXI) // Интеллектуальный продукт зарегистрирован ВНТИЦ 2 июня 1999 г., №70990000069.

в других изданиях

18. Шаврин С.С. Стыковка сигнальных процессоров семейства ADSP-21XX с потоками El в изделиях телекоммуникационной техники // Компоненты и технологии. - 1999. - №1. - С. 26-28.

19. Шаврин С.С. Машинный метод исследования огибающей случайных процессов // Труды НИИР. - 1987. - №1. - С. 46-49.

20. Шаврин С.С. Математическая модель эхозаградителя // Труды НИИР. -1987.-№2.-С. 87-93.

21. Лихачев Н.И., Шаврин С.С. Исследование статистики протяженности соединений на автоматически коммутируемой телефонной сети // Сборник научных трудов Центрального научно-исследовательского института связи: Системы перспективной телефонной коммутации для Междугородной связи. -М„ 1987.-С. 84-87.

22. Шаврин С.С., Лихачев Н.И. Анализ точности оценки качества телефонной передачи методом затруднений. - М., 1987.- Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 01.12.87, № 1221св.

23. Бержановский М.А., Лихачев Н.И., Шаврин С.С. Машинная реализация преобразования Гильберта на основе быстрого преобразования Фурье и анализ его точности. - М., 1987. - Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 01.09.87, № 1166св.

24. Вайксельбаум Ш., Шаврин С.С. Современные методы и тенденции развития средств цифровой эхокомпенсации - М., 1991. - Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 17.10.91, № 1967св.

25. Корф К.С., Шаврин С.С. Влияние ошибок на помехоустойчивость передачи защищенных сообщений. - М.,2004. - Деп. в ЦНТИ «Информсвязь» 04.07.04, № 2244св.

26. Требования по установке эхоподавляющих устройств. Руководящий документ по Системе автоматизированной телефонной связи общего пользования. - М.: Информсвязьиздат. - 1997 г.

27. Шаврин С.С. Системные аспекты эхоподавления в сетях связи // Материалы третьей Международной научно - технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации». - Владимир: Связьоценка. - 1999. - С. 88-89.

28. Shavrin S.S. Effective Echo Elimination On CIS Networks // Perspectives For Implementation Of VSAT Technologies. The International Workshop. Abstracts. -February, 2000. - p. 36.

29. Шаврин С.С. Проблема подавления эффекта электрического эха в современных телекоммуникационных системах II Материалы Международной научно - технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» INTERMATIC-2006. - М.: МИРЭА. -2006. -часть 2.-С.284-291.

30. Шаврин С.С. Проблема субъективного восприятия эхосигналов в системах связи // Материалы Международной научно - технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного и оптоэлектронного приборостроения» INTERMATIC-2008. - М.: Энергоатомиздат. - 2008. - С. 236246.

31. Корф К.С., Шаврин С.С. Методы обнаружения участков, пораженных ошибками передачи, в защищенном речевом сигнале // Материалы Международной научно - технической конференции «Фундаментальные

проблемы радиоэлектронного и оптоэлектронного приборостроения» INTERMATIC-2008. - М.: Энергоатомиздат. - 2008. - С. 252-259.

32. Шаврин С.С., Мусатова О.Ю. Автономная работа эхоподавляющих устройств в потоках, организованных по протоколу PRI // Материалы одиннадцатой межрегиональной конференции «Обработка сигналов в системах телефонной связи и вещания». - М.: Информсвязьиздат. - 2002. - С. 139-140.

33. Шаврин С.С., Шлыков A.B. Исследование влияния характеристик телефонных соединений на сходимость корреляционного эхокомпенсатора // Материалы тринадцатой межрегиональной конференции «Обработка сигналов в системах телефонной связи и вещания». - М.: МТУСИ. - 2004. - С. 136-137.

34. Рогацкая М.А., Шаврин С.С. Особенности подавления эхосигналов в системах мобильной связи. // Материалы 5-ой Международной научно -технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации». - Владимир: Связьоценка. - 2003. - С. 109.

35. Гордиенко В.Н., Федоткин H.H., Шаврин С.С. Модель влияния эхосигналов на пакетную передачу речи на сетях связи // Международный форум информатизации (МФИ-2003): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы». - М.: МТУСИ. - 2003. - С. 150.

36. Шаврин С.С., Мусатова О.Ю. Компактный алгоритм корреляционного эхокомпенсатора // Материалы тринадцатой межрегиональной конференции «Обработка сигналов в системах телефонной связи и вещания». - М.: МТУСИ. -2004.-С. 135.

37. Зудакин A.A., Шаврин Д.С., Шаврин С.С. Оптимизация размещения эхоподавляющих устройств и управления их работой на сети связи МПС // Международный форум информатизации (МФИ-2004): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы». - М.: МТУСИ. - 2004. -С. 151-153.

38. Шаврин С.С. Система оперативного беспроводного мониторинга функционирования автотранспортных средств городского хозяйства. В кн. Энергосбережение в городском хозяйстве: Сборник материалов научно -практической конференции / Под ред. д-ра экон. наук, проф. В.Б.Зотова. - М.: ГУП «Юго-Восток-Сервис». - 2007. - С. 119-124.

39. Шаврин С.С. Защита информации в многоканальных телекоммуникационных системах. Часть 1. Учебное пособие. - М.: МТУСИ. -

2002. - 62 стр.

40. Шаврин С.С. Защита информации в многоканальных телекоммуникационных системах. Часть 2. Учебное пособие. - М.: МТУСИ. -

2003.- 111 стр.

Подписано в печать 16.01.09. Формат 60x84/16. Объем 2,0 усл.п.л.

_Тираж 100 экз. Заказ 37._

ООО «Инсвязьиздат». Москва, ул. Авиамоторная, 8.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ЭФФЕКТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭХА В КАНАЛАХ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ И АНАЛИЗ ЕГО МЕШАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

1.1 Механизм возникновения эффекта электрического эха в телефонных каналах.

1.2 Анализ психофизических аспектов восприятия эхосигналов человеком.

1.3 Разработка концепции и информационной модели субъективного восприятия эхосигналов.

1.4 Анализ основных методов и средств оценки степени мешающего воздействия эффекта электрического эха.

1.4.1 Метод мнений и практика его использования для оценки степени мешающего воздействия эффекта электрического эха.

1.4.2 Метод заметности электрического эха и эффектов, вызванных включением в канал эхоподавляющих устройств.

1.4.3 Исследование возможности использования Е - модели прогнозирования качества телефонной передачи для оценки степени мешающего воздействия эффекта электрического эха.

1.4.4 Разработка метода оценки вероятности появления затруднений у абонентов при разговорах по каналам сети.

1.4.5 Разработка метода оценки эффективности алгоритмов управления эхоподавляющими устройствами на сетях связи по критерию вероятности появления затруднений.

1.5 Анализ характеристик эхосигналов и цепей их распространения, определяющих степень мешающего воздействия эффекта электрического эха.

1.5.1 Анализ характеристик эхосигналов.

1.5.2 Анализ основных цепей формирования и распространения эхосигналов.

Выводы.

2 ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ИСТОЧНИКОВ И СОСТАВЛЯЮЩИХ ЭХОСИГНАЛА В ТЕЛЕФОННЫХ КАНАЛАХ.

2.1 Общие положения.

2.2 Анализ основных источников задержки эхосигнала.

2.2.1 Задержка, вносимая средой передачи.

2.2.2 Задержка, вносимая оборудованием систем передачи.

2.2.3 Задержка, вносимая оборудованием коммутационных станций.

2.3 Анализ основных причин возникновения отражений и цепей, формирующих характеристики эхосигналов.

2.3.1 Разработка модели формирования эхосигналов в несогласованной двухпроводной линии.

2.3.2 Разработка моделей, описывающих характеристики передачи и формирование эхосигналов в эхотракте.

2.4 Анализ основных причин возникновения эхосигналов за счет перехода с четырехпроводной части канала на двухпроводную.

2.4.1 Пассивная оконечная трансформаторная дифсистема.

2.4.2 Активные типы дифференциальных систем.

2.5 Анализ влияния акустической связи меиеду телефоном и микрофоном абонентского терминала на характеристики эхосигналов.

2.5.1 Разработка общей модели формирования акустической составляющей эхосигнала в телефонных каналах.

2.5.2 Акустическая связь в микротелефонных трубках мобильных абонентских терминалов.

2.5.3. Акустическая связь между телефоном и микрофоном в радиоудлинителях DECT.

2.5.4 Акустическая связь в стационарных телефонных аппаратах.

2.5.5 Акустическая связь в громкоговорящем режиме телефонных аппаратов.

2.6 Анализ влияния оборудования сетей доступа на характеристики эхосигналов.

2.6.1 Влияние четырехпроводных однополосных аналоговых систем передачи.

2.6.2 Влияние двухполосных аналоговых систем передачи.

2.6.3 Влияние цифровых систем передачи с ИКМ.

2.6.4 Анализ влияния цифровых систем передачи, использующих интерполяционные механизмы сжатия речи.

2.6.5 Влияние оборудования коммутационных станций.

2.7 Разработка математических моделей эхотрактов.

2.7.1 Математическая модель эхотракта, формируемого типовой аналоговой сетью доступа.

2.7.2 Математическая модель эхотракта, формируемого типовой цифровой сетью доступа.

2.7.3 Разработка модели нелинейности эхотракта.

2.7.4 Разработка модели параметрических воздействий в эхотракте.

2.7.5 Разработка моделей каналов, сигналов ошибки и шумов, используемых в процессе исследований.

2.7.6 Разработка модели участка, уплотненного интерполяционными алгоритмами сжатия речи.

Выводы.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ БОРЬБЫ С МЕШАЮЩИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭФФЕКТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭХА . 109 3.1 Анализ основных методов подавления эхосигналов в телефонных каналах и средств их реализации.

3.1.1 Согласующий метод подавления эхосигналов.

3.1.2 Разработка базовой математической модели заграждающего метода подавления эхосигналов.

3.1.3 Анализ основных принципов, архитектуры и алгоритмов компенсационного метода подавления эхосигналов.

3.2 Исследование влияния характеристик эхосигналов на качество телефонной передачи по эхозащищенным каналам.

3.2.1 Исследование влияния характеристик эхосигналов и эхотракгов на работу эхозаградителя.

3.2.2 Исследование влияния характеристик сигналов, каналов и эхотрактов на работу эхокомпенсатора.

Выводы.

4 РАЗВИТИЕ ОСНОВНЫХ ПРИНЦИПОВ ПОДАВЛЕНИЯ ЭХОСИГНАЛОВ,

ОПТИМИЗАЦИЯ ИХ АРХИТЕКТУРЫ И ХАРАКТЕРИСТИК.

4.1 Развитие архитектурных решений и оптимизация характеристик заграждающего принципа подавления эхосигналов.

4.1.1 Развитие архитектурных решений заграждающего принципа подавления эхосигналов.

4.1.2 Разработка методов и оптимизация процедуры измерения значения времени концевой задержки.

4.1.3 Разработка рекомендаций по оптимизирующей коррекции номенклатуры динамических параметров заграждающего принципа подавления эхосигналов.J

4.1.4 Оптимизация адаптивного управления заграждающей функцией подавления эхосигналов.

4.1.5 Развитие архитектуры исполнительных элементов заграждающей функции и оптимизация их характеристик.

4.1.6 Развитие принципов обнаружения речевых сигналов в технике подавления эффекта электрического эха.

4.1.7 Коррекция диаграммы уровней соединений как системная функция ЭПУ.

4.1.8 Исследование влияния основной группы мешающих факторов на качество телефонной передачи по каналам, оборудованным усовершенствованными эхозаградителями.

4.2 Развитие архитектурных решений и оптимизация характеристик компенсационного принципа подавления эхосигналов.

4.2.1 Разработка метода и оптимизация процедуры измерения времени концевой задержки.

4.2.2 Разработка компактных алгоритмов реализации корреляционного метода адаптивной настройки эхокомпенсатора.

4.2.3 Оптимизация архитектурных решений и характеристик нелинейного процессора.

4.2.4 Оптимизация функций и характеристик детекторов речи в составе архитектуры эхокомпенсатора.

Выводы.

5 ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ПРОБЛЕМ И ОСОБЕННОСТЕЙ ПОДАВЛЕНИЯ МЕШАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭФФЕКТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭХА В РАЗЛИЧНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ПРИЛОЖЕНИЯХ.

5.1 Исследование и анализ характеристик эхосигналов, возникающих на фиксированной сети связи, и разработка рекомендаций по их подавлению.

5.1.1 Цифровые сети доступа.

5.1.2 Аналоговые сети доступа.

5.1.3 Системы многостанционного доступа.

5.1.4 Статистические системы.

5.1.5 Системы, использующие интерполяционные механизмы сжатия речи.

5.1.6 Исследование влияния неподавленных эхосигналов на качество телефонной передачи по каналам систем, использующих интерполяционные алгоритмы сжатия речи.

5.2 Исследование особенностей и анализ возможностей подавления эхосигналов в сетях мобильной связи.

5.2.1 Анализ характеристик эхоподавляющих устройств различных производителей, установленных на сетях подвижной связи стандарта GSM в России.

5.2.2 Анализ особенностей архитектуры и оборудования мобильных сетей, определяющих условия формирования, восприятия и подавления эхосигналов.

5.2.3 Исследование возможных причин недостаточной эффективности работы эхоподавляющих устройств, связанных с разбросом параметров эхотрактов типовой сети стандарта GSM.

5.2.4 Разработка рекомендаций по архитектуре эхоподавляющих устройств для мобильных сетей и оптимизация их характеристик.

5.2.5 Разработка математической модели комбинированного эхокомпенсатора для сетей подвижной связи.

5.2.6 Разработка рекомендаций по оптимизации качества телефонной передачи на сетях мобильной связи с точки зрения мешающего воздействия эффекта электрического эха и явлений, вносимых в каналы со стороны эхоподавляющих устройств.

5.3 Исследование особенностей подавления эхосигналов в системах связи, использующих блочные алгоритмы защиты информации от несанкционированного доступа.

5.3.1 Анализ основных стандартов блочных алгоритмов защиты информации от несанкционированного доступа.

5.3.2 Исследование влияния ошибок передачи защищенной информации на работу эхоподавляющих устройств.

5.3.3 Разработка рекомендаций по архитектуре и алгоритмам функционирования эхоподавляющих устройств, устойчивых к воздействию ошибок передачи защищенной информации.

5.4 Анализ особенностей подавления эхосигналов в системах IP телефонии.

5.5 Анализ особенностей проявления эха в конференцсвязи и разработка рекомендаций по их подавлению.

Электрическое эхо в совокупности с другими эффектами, вызванными его некорректным подавлением, превратилось в настоящее время едва ли не в доминирующий фактор мешающего воздействия в каналах телефонной связи.

Еще в недавнем прошлом единственным фактором мешающего воздействия эффекта электрического эха считалось наличие эхосигналов, нарушающих естественность ведения телефонного разговора. Количественно степень мешающего воздействия оценивалась минимальным значением затухания эхосигналов, обеспечивающим приемлемое качество телефонной передачи, - как функции времени их распространения. Вместо времени распространения часто указывалась протяженность соединения, поскольку основная задержка в сигнал вносилась линейным трактом систем передачи [69].

Для борьбы с мешающим воздействием эффекта электрического эха использовался заграждающий принцип, предполагающий внесение значительного затухания в обратное направление передачи при передаче речи в прямом. С целью облегчения условий ведения встречного разговора при его возникновении в тракт прямого направления передачи предусматривалось внесение небольшого затухания или компрессии сигнала.

Эхоподавляющие устройства (ЭПУ), реализующие заграждающий принцип подавления эхосигналов, получили название эхозаградителей (ЭЗ) [80]; они обеспечивали достаточно полное подавление эффекта электрического эха, а погрешности их работы достаточно хорошо маскировались шумами, перманентно действующими в каналах аналоговых систем передачи и коммутации, особенно в сетях доступа. В целом же трафик по каналам, требующим защиты от мешающего воздействия эффекта электрического эха, составлял незначительную долю общего телефонного трафика, и проблема защиты не ставилась во главу угла.

Бытовало также мнение, что электрически или логически полностью четырехпроводное соединение является радикальным решением проблемы эффекта электрического эха на сетях связи.

Проблемам восприятия эффекта электрического эха и борьбы с его мешающим воздействием в каналах телефонной связи посвящено труднообозримое количество работ как отечественных, так и зарубежных исследователей; ссылки на наиболее значимые литературные источники по рассматриваемым вопросам приведены в соответствующих их тематике разделах диссертации.

Отечественная школа исследования проблемы электрического эха обязана своим основанием таким видным ученым, как П.К.Акулыпин, И.А.Кощеев, К.Е.Кульбацкий, К.П.Егоров, А.П.Резвяков, В.Н.Тетерев, Н.А.Баев и др. Существенный вклад в ее развитие внесли М.К.Цыбулин, А.Д.Снегов, А.Г.Мурадян, М.А.Жарков, Г.В.Вемян, В.И.Иванов, П.Н.Муравчик, Э.З.Раппопорт, С.В.Кунегин и др. Первой отечественной публикацией по рассматриваемой проблеме следует считать, по-видимому, работу [1].

Зарубежные исследования по проблеме связаны с именами таких исследователей, как M.M.Sondhi, D.A.Barkley, R.Wehrmann, W.Koch, J.Hutter, G.Williams, L.S.Moye, D.G.Messerschmitt, R.R.Riesz, E.T.Klemmer, M.R.Asharif, S.H.Ardalan, S.L.Gay, S.Tavathia, S.Tsujii, J.Chao, T.Petillon и др.

Цифровизация связи дала новый мощный импульс борьбе с мешающим воздействием эффекта электрического эха, превратив ее в системную проблему.

Развитие цифровых методов обработки сигналов и цифровой элементной базы открыло возможность реализации альтернативного заграждающему компенсационного принципа подавления эхосигналов, основанного на формировании копии эхосигнала и ее вычитании из смеси эхосигнала и полезного сигнала обратного направления передачи. Как только уровень развития микропроцессорной элементной базы обеспечил возможность серийного выпуска эхоподавляющих устройств компенсационного типа, - эхокомпенсаторов (ЭК), - в приемлемых стоимостных рамках, заграждающий принцип подавления был предан забвению. Последняя редакция рекомендации МСЭ-Т G.164 [178], регламентирующей характеристики ЭЗ, относится к 1984 году.

Параллельно эхоподавляющим устройствам развивались принципы и средства построения систем передачи.

Шум практически исчез из цифровых телефонных соединений, унеся с собой эффект маскирующего действия на остаточный эхосигнал. Заметность сигналов электрического эха значительно возросла, что привело к возобновлению исследований по количественной оценке степени их мешающего воздействия, вылившиеся в многократные ревизии рекомендаций МСЭ-Т G.121 и G.131 [49, 50, 51,52, 53, 174, 176, 177].

Результаты проведенных исследований потребовали также ревизии нормативного значения времени распространения сигналов, превышение которого требует включения в канал эхоподавляющих устройств; в настоящее время оно составляет 25 миллисекунд в одном направлении [177].

Значительно увеличилась доля каналов, требующих использования средств подавления эффекта электрического эха, - и не столько за счет ревизии нормативного значения времени задержки, сколько за счет широкого использования на сетях связи цифровых методов обработки сигнала, связанных, главным образом, с блочным характером обработки.

Широкое и повсеместное распространение получили статистические системы передачи и в еще большей степени — системы, использующие интерполяционные алгоритмы сжатия речи. На фиксированных сетях статус стандарта де-факто приобрел алгоритм CS-ACELP [183], обеспечивающий восьмикратное сжатие речи с незначительной потерей качества, а на сетях мобильной связи — RPE-LTP (GSM 06.10) [153], реализуемый близкими к CS-ACELP процедурами и обладающий близкими свойствами.

Наблюдается значительная диспропорция в развитии междугородной и местных сетей [129]. Междугородная (транспортная) сеть в настоящее время построена практически полностью на цифровом оборудовании. Местные же сети (сети доступа), даже МГТС, имеют преимущественно аналоговую структуру, причем достаточно часто используется архаичное оборудование, например, двухполосные системы. С транспортной сети ушла в прошлое традиционная трансформаторная оконечная дифференциальная система; функция перехода с четырехпроводной части канала на двухпроводную в современных коммутационных станциях выполняется кофидеками, которые с транспортной сети переместились на сети доступа. Как показывает практика, функция настройки балансных контуров оконечных дифференциальных систем, пребывавшая в небрежении на междугородной сети, совсем потерялась в процессе перехода на сети доступа, для обслуживающего персонала которых понятие эффекта электрического эха является в значительной степени экзотикой, а программирование кофидеков не отражено в должностных инструкциях. Результатом такого подхода является повышенный разброс значений переходного затухания [86, 111, 115].

Изменился вид диаграммы уровней телефонного соединения за счет изменения значений относительных уровней виртуальной точки четырехпроводной коммутации с минус 3,5 дБ до 0 дБ. Использование на сети старого оборудования, не допускающего необходимых подстроек характеристик, часто приводит к перекосам диаграммы уровней, влияющим на стабильность работы ЭПУ.

Существенно изменились архитектура и характеристики абонентского оборудования. Изменение геометрии микротелефонных трубок и применяемых при их изготовлении материалов привели к повышению роли акустической составляющей эхосигнала (возникающей вследствие акустической связи телефон — микрофон), особенно в мобильных терминалах и радиоудлинителях DECT.

Телефонные аппараты строятся в настоящее время на основе активных элементов, усугубляющих нелинейность эхотрактов; многие аппараты оснащаются функцией громкоговорящей связи, еще в большей степени усиливающей роль акустической составляющей в эхосигнале.

Появились новые методы и средства передачи телефонных сообщений, выдвинувшие IP — телефонию на лидирующие позиции по степени мешающего воздействия эффекта электрического эха. Стремление к экономии средств и к передаче трафика максимально возможного объема при имеющейся пропускной способности шлюзов в сеть общего пользования заставляет операторов использовать максимальную емкость буфера сбора (джиттера) пакетов, часто усугубляя картину передачи сжатием речи по алгоритму CS-ACELP. Естественно, подобные меры приводят к увеличению времени распространения сигналов по каналам, и, как следствие, к необходимости применения эхоподавляющих устройств.

Подавление эффекта электрического эха в изменившейся обстановке превратилось в сложную системную и сетевую задачу, обеспечивающую практическое знакомство с его мешающим воздействием едва ли не каждого абонента телефонной сети.

Со времени самых первых испытаний эхокомпенсаторов и до настоящего момента одной из главных сложностей полноценного и качественного компенсационного подавления эхосигналов является нелинейность, повсеместно встречающаяся в телефонных соединениях. Линейный характер трансверсального фильтра, используемого в архитектуре эхокомпенсатора для формирования копии эхосигнала, принципиально не обеспечивает возможности генерации нелинейных продуктов, лишая эхокомпенсатор способности подавления нелинейных составляющих эхосигнала и стимулируя пропускания на их фоне линейной составляющей эквивалентной мощности. Между тем мешающее воздействие неразборчивого (невнятного) эха, формируемого нелинейными составляющими эхосигнала (безотносительно к объединению с линейными) нисколько не уступает мешающему воздействию обычных эхосигналов.

Для подавления остатков эхосигналов, включающих линейную и нелинейные составляющие, в архитектуре эхокомпенсатора предусмотрен нелинейный процессор (НП). Реализуя, фактически, заграждающий принцип подавления остаточных эхосигналов, НП вносит в канал специфические динамические пропадания отрезков передаваемого речевого сигнала, получившие название клиппирования, которые могут в значительной степени усугубляться влиянием импульсной помехи и перекосами диаграммы уровней.

Еще одним столь же существенным фактором, как нелинейность, влияющим на работу эхокомпенсатора и обеспечиваемое качество телефонной передачи по эхозащищенным каналам, является параметрическое изменение характеристик эхотрактов [114, 220]. Источники параметрических изменений на сетях достаточно многочисленны — это и «мерцание контакта» на механических коммутационных станциях, и изменение усилий, прикладываемых абонентом к телефонной трубке в процессе разговора, и переключение на другой телефонный аппарат, и изменение сопротивления угольного микрофона и многое другое.

Импульсная помеха как фактор нарушения адекватности работы НП и причина клиппирования сигнала приобретает особое значение в каналах, обладающих свойством размножения ошибок.

Свойством сгруппированного размножения ошибок передачи обладают системы защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа, использующие блочные (блоковые) алгоритмы [35, 36, 39, 90, 120], а также системы, использующие интерполяционные механизмы сжатия речи [65, 115, 153]. Особенно остро проблема размножения ошибок (и связанная с ней некорректность работы НП) стоит в системах мобильной связи вследствие высоких значений коэффициента ошибок передачи по радиоканалу в сложных условиях приема.

Неподавленные эхосигналы, в свою очередь, могут оказывать значительное влияние на корректность работы систем передачи, часто имеющее неожиданные проявления, например, такие, как пропадания отрезков передаваемой речи значительной (более 1с) длительности в системах статистического уплотнения [12, 60, 108] или характерное металлическое звучание в системах, использующих интерполяционные алгоритмы сжатия речи [20, 65].

Дублируя эхотракт, в некоторых случаях эхокомпенсатор сам становится источником эхосигналов в телефонных каналах.

Изложенные положения дают основание для включения проблемы электрического эха на сети связи в число главнейших и актуальнейших задач отрасли, требующих системного подхода и адекватных аппаратных, программных и сетевых решений.

Цель и основные задачи работы. Основной целью работы является разработка концепции системного решения проблемы подавления мешающего воздействия эхосигналов на сети связи РФ.

Поставленная цель предполагает решение следующих основных задач:

- обобщение и систематизация имеющихся на настоящий момент результатов научных и экспериментальных исследований по проблемам подавления эхосигналов в различных сегментах ЕСЭ РФ, а также по проблеме восприятия эхосигналов человеком и методам количественной оценки этого влияния;

- разработка метода, обеспечивающего наиболее адекватную оценку качества телефонной передачи по каналам связи с заметным мешающим воздействием эффекта электрического эха, учитывающую разнообразные аспекты и особенности его субъективного восприятия;

- разработка комплекса математических, имитационных и машинных моделей, предназначенных для проведения теоретических и экспериментальных исследований методов подавления эхосигналов и описывающих заграждающий и компенсационный принципы подавления эхосигналов, эхотракты, каналы передачи, взаимодействие сигналов и шумов в их системе; это обеспечит возможность оптимизации характеристик ЭПУ по принятым параметрам и критериям;

- разработка концепции построения ЭПУ и конкретных рекомендаций по выбору принципов и средств подавления мешающего воздействия эффекта электрического эха, ориентированных на использование в различных сетевых приложениях;

- разработка стратегии размещения ЭПУ на сети связи страны и принципов управления их работой, обеспечивающих наиболее высокое качество телефонной передачи; разработка предложений по коррекции нормативной базы, регламентирующей вопросы построения, проектирования и эксплуатации оборудования на сетях связи с позиций обеспечения полноценного подавления эффекта электрического эха.

Методы исследования. Исследования, проведенные в настоящей диссертационной работе, базируются на методах математической статистики, теории выбора и принятия решений, теории систем автоматического управления, теории случайных процессов и методах статистической радиотехники. В работе используются методы цифровой фильтрации, математического и компьютерного моделирования.

Исследования проводились с использованием программного обеспечения, разработанного автором.

Научная новизна.

1. Предложены концепция и информационная модель субъективного восприятия эхосигналов, отличающиеся выявленным наличием механизма компенсации эхосигналов в цепи отрицательной обратной связи процесса речеобразования и механизма адаптивного перераспределения пропускной способности логических каналов ввода/вывода информации, формирующего сигнал о наличии затруднений в случаях информационных перегрузок.

Предложенные концепция и модель позволяют объяснить сущность многих явлений, например, таких как ход зависимости степени мешающего воздействия эффекта электрического эха от времени задержки эхосигналов и других факторов, сопоставление степени мешающего воздействия гладкого шума, разборчивых и неразборчивых эхосигналов на говорящего и слушающего абонентов в различных условиях и др.

2. Предложен адекватный показатель качества телефонной передачи в условиях мешающего воздействия эффекта электрического эха - вероятность появления затруднений у абонентов при разговоре по каналу с заданным ансамблем влияющих факторов. Разработана методика его практического определения с требуемой точностью. Этот показатель может быть использован также для оценки эффективности и оптимизации стратегии размещения ЭПУ на сети связи страны и алгоритмов управления их работой.

3. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных на различных сегментах ЕСЭ РФ, синтезирован комплекс математических, имитационных и машинных моделей, описывающий: каналы, организованные с использованием систем передачи различных видов; эхотракты, характерные для аналоговых и цифровых сетей доступа; заграждающий и компенсационный принципы подавления эхосигналов; взаимодействие сигналов и шумов в их системе и др. Отличительной особенностью разработанного комплекса моделей является взаимный учет характерных видов мешающих факторов с возможностью детализации исследования их влияния в системе на степень мешающего воздействия эффекта электрического эха и на функционирование сетей и систем передачи.

4. В результате анализа данных масштабных экспериментальных исследований, проведенных автором на реальных сетях связи, обоснована необходимость изменения номенклатуры динамических характеристик заграждающего принципа подавления эхосигналов с целью повышения качества телефонной передачи по эхозащищенным каналам.

5. Предложена новая концепция реализации заграждающего принципа подавления эхосигналов, адаптивного к влиянию характеристик эхотрактов, отличающаяся механизмом компенсации временного сдвига между огибающими сигналов в трактах прямого и обратного направлений передачи. Предложенная концепция обеспечивает практически полное исключение эффекта ложного перебоя в каналах и возможность эксплуатации заграждающего принципа подавления эхосигналов в полнофункциональном режиме с размещением ЭЗ в различных точках соединения.

6. Предложено и обосновано комплексное решение, обеспечивающее повышение качества телефонной передачи при использовании заграждающего принципа подавления эхосигналов за счет снижения раздражающего действия ключевых эффектов. На основании результатов исследований определены требования к закону изменения и скорости внесения затухания, а также к статистическим характеристикам и способу генерации шума комфортности, что обеспечивает наиболее высокую субъективную оценку качества телефонной передачи.

7. Выявлены основные причины и механизмы неадекватной работы эхоподавляющих устройств в каналах, оборудованных средствами защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа, использующими блочные криптографические алгоритмы.

Обоснованы концепция, архитектура и алгоритм функционирования ЭК, обеспечивающие существенное снижение клиппирования передаваемой речи в каналах, защищенных от несанкционированного доступа, и отличающиеся принципом определения границ участков сигнала, пораженных ошибками передачи, с учетом эффекта их размножения блочным алгоритмом криптозащиты.

8. Выявлены основные причины неадекватной работы эхоподавляющих устройств в мобильных соединениях, механизмы и количественные характеристики влияния основных факторов на качество телефонной передачи.

Предложена концепция комбинированного ЭК, предназначенного для устойчивой работы в мобильных соединениях, отличающаяся совмещением двух алгоритмов адаптивной настройки трансверсального фильтра (нормализованных наименьших средних квадратов и корреляционного) и возможностью устранения источника клиппирования речи ближнего абонента.

9. Предложена и обоснована концепция стратегии размещения ЭПУ на сети и принципов управления их работой, обеспечивающая наиболее корректное подавление мешающего воздействия эхосигналов на развивающейся сети связи страны, учитывающая потенциальные возможности используемых систем сигнализации и концепцию интерцепции управляющего сигнала (бита С) для нейтрализации активности транзитных ЭПУ.

Практическая ценность

1. Предложенная автором номенклатура динамических характеристик ЭЗ: вошла в отраслевой стандарт «Аппаратура эхозаграждения и эхокомпенсации для линий связи» ОСТ 45.97-97 [3];

- легла в основу алгоритмов функционирования серийно выпускавшихся эхозаградителей КЭЗ-А.001.КЭЗ-А.004 и более поздних моделей КЭЗ-А.Ц01 .КЭЗ-А.Ц02, выпускаемых в настоящее время.

2. Указанные выше модификации ЭПУ вошли в отраслевой РД «Требования по установке эхоподавляющих устройств. Руководящий документ по Системе автоматизированной телефонной связи общего пользования» как «эхозаградители с улучшенными динамическими характеристиками» [78].

Разработка отмеченных ЭПУ удостоена премии Ленинского Комсомола в области науки и техники за 1990 год.

3. Предложенные архитектура и алгоритм работы ЭПУ реализованы в серийно выпускаемых в настоящее время моделях цифровых эхозаградителей КЭЗ—А.Ц02, отмеченных Постановлением Коллегии Государственного Комитета Российской Федерации по связи и информатизации №2 — 1 от 26.01.99 как пример конкурентоспособной продукции Российских производителей.

Эхозаградитель КЭЗ-А.Ц02 выполнен в идеологии загружаемых платформ и поддерживает различные системные функции, например:

- полную поддержку взаимодействия с протоколами ОКС-7, 2ВСК, 1VF, МККТТ №5, Q.50, EDSS1 (PRI) и др.;

- возможность эксплуатации в полнофункциональном режиме при времени концевой задержки до 1020 мс, включая работу в системах спутниковой связи в режиме многостанционного доступа и в системах мобильной связи в режиме подавления эхосигналов, возникающих в абонентских терминалах;

- возможность измерения значения времени концевой задержки и вида импульсной характеристики эхотракта;

- возможность поддержки видеоконференции и др.

4. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс МТУ СИ в курсах «Микропроцессоры в цифровых системах передачи», «Многоканальные цифровые системы передачи и средства их защиты от несанкционированного доступа», а также в качестве тем многих дипломных проектов и магистерских диссертаций.

5. Внедрение результатов диссертационной работы с указанием достигнутых эффектов подтверждено актами внедрения, полученными от фирмы — производителя эхозаградителей ЗАО «Связьпром», отзывами от эксплуатирующих организаций ОАО Ростелеком, ОАО «Артелеком», ОАО «ММТ», ОАО «Коминком», ЗАО «Комбеллга», ОАО Электросвязь Оренбургской области, ЗАО «Телепорт —'ГП» и др.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы широко обсуждались на международных и межрегиональных конференциях, секции

22

Радиоэлектроника» при Центральном Доме Ученых РАН, в рамках совместного семинара ИПК МТУСИ и журнала «Вестник связи» (Вестник связи, 2005, №4, с. 8084) на конференциях и сессиях НТОРЭС им А.С. Попова, на конференциях профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ, а также опубликованы в ряде научных журналов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 99 работ, из них 17 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК, в общем числе 30 работ без соавторства.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Отраженные сигналы в телефонных каналах — электрическое эхо — приобрели в настоящее время статус одного из доминирующих факторов мешающего воздействия на сетях связи, которое на практике может проявляться как:

- эффект электрического эха, который может иметь разборчивый или неразборчивый, непрерывный или пропульсивный характер, и оказывать влияние как на говорящего, так и на слушающего абонента;

- клиппирование передаваемых речевых сигналов, вызванное либо ключевыми элементами, входящими в архитектуру ЭПУ, при возникновении условий, нарушающих их нормальную работу, либо ключевыми эффектами, вносимыми другими видами оборудования, например, оборудованием статистических систем передачи при возникновении перегрузок, вызванных влиянием эхосигналов;

- специфический металлический призвук во время встречного разговора, вызванный влиянием эхосигналов на адекватность преобразования речевых сигналов в системах сжатия, например, использующих предиктивные алгоритмы, такие как GSM06.10 или CS-ACELP;

- коммутация шума в телефонах абонентов в процессе разговора ключевыми элементами эхоподавляющих устройств и др.

2. В акустическом восприятии человека действует механизм компенсации эхосигналов на этапе, предшествующем передаче звуков в фазу семантической обработки. Механизм компенсации эхосигналов, действующий в акустическом восприятии человека, в частности, поддерживает:

- функции структур адаптивных фильтров КИХ и БИХ структур;

- память (длину) фильтров, соответствующую времени распространения эхосигнала до точки отражения 25.30 мс без привлечения дополнительных ресурсов.

Петля отрицательной обратной связи механизма речеобразования человека не привязана к какому-либо эталонному источнику звука, а механизм слуховой реакции человека на собственную речь минимизирует вычислительные ресурсы мозга, задействуемые для ее обработки.

3. Вероятность появления затруднений при разговоре является базовым показателем качества телефонной передачи, обеспечивающим адекватную сравнительную оценку мешающего воздействия эффекта электрического эха и явлений, обусловленных работой в канале эхоподавляющих устройств. Среднее по сети значение этой вероятности может быть определено с требуемой точностью на конечной выборке наблюдений в соответствии с предложенной методикой и использовано в качестве функции оптимизации характеристик ЭПУ, стратегии их размещения на сети связи страны и принципов управления их работой.

4. Разработанный комплекс математических и машинных моделей каналов передачи, эхотрактов, методов подавления эхосигналов и основных факторов, оказывающих влияние на их функционирование, обладая взаимным соответствием представлений, обеспечивает возможность адекватного исследования и оптимизации характеристик ЭПУ и принципов управления ими по принятым критериям для широкого круга сетевых приложений, включая мобильную связь, защищенные системы, IP - телефонию и др.

5. Проблема электрического эха на ЕСЭ РФ требует системного подхода. С точки зрения борьбы с мешающим воздействием отраженных сигналов сеть связи страны представляет собой сверхсложную систему, локальные действия по подавлению эхосигналов в которой далеко не всегда обеспечивают позитивный результат, а в некоторых случаях результат может оказаться негативным. Ни один оператор, подключаясь к сети связи общего пользования, не в состоянии решить проблему электрического эха для своих абонентов собственными силами и ресурсами. Подключение каждого нового оператора или увеличение объема его среднего трафика требует, как правило, дооборудования всех АМТС сети ЭПУ, или, как минимум, изменений в размещении имеющихся ЭПУ и управлении их работой.

6. Важным условием успешного решения проблемы электрического эха на сети связи является изменение правил оборудования сети ЭПУ и алгоритмов управления их работой в соответствии с предложенными концепциями, целевой функцией которого должно быть обеспечение минимального среднего по сети значения вероятности появления затруднений при разговорах.

Все основные результаты и положения, предлагаемые в концепции развития методов и средств подавления эхосигналов в каналах телефонной связи, проверены и подтверждены результатами натурного эксперимента и практикой эксплуатации на ЕСЭ РФ.

5. Исследованы особенности проявления эхосигналов и разработаны концепции их подавления в различных телекоммуникационных приложениях на ЕСЭ РФ - таких, как мобильная связь, системы многостанционного доступа, защищенные системы передачи, статистические и интерполяционные системы сжатия речи, IP телефония, конференцсвязь и др. Исследования включили широкий круг факторов, оказывающих влияние на эффективность подавления эхосигналов заграждающим и компенсационным механизмами, таких, как параметрические изменения акустической составляющей эхосигнала, «мерцание» контактов механических коммутационных станций, сдвиг спектра сигнала в эхотракте, многократные отражения и др.

Предложены архитектура и алгоритм работы ЭПУ, обеспечивающие неклиппирующее компенсационное подавление эхосигналов в сетях подвижной связи.

6. Обоснована необходимость коррекции действующих нормативных документов, регламентирующих оборудование сети связи средствами ЭПУ и алгоритмы управления их работой, а также необходимость изменения правил сертификации ЭПУ, встроенных в оборудование коммутационных станций. Разработана стратегия размещения оборудования ЭПУ на сети и система принципов управления их работой, обеспечивающая максимально корректные условия функционирования ЭПУ и приемлемое качество подавления эхосигналов в условиях имеющихся ограничений и с учетом перспектив развития сети.

7. Предложены системная стратегия оборудования сети средствами подавления эхосигналов и принципы управления их работой, основанные на едином критерии оценки эффективности — вероятности появления затруднений у абонентов при разговорах.

Разработаны предложения по включению системных функций, способствующих повышению степени совместимости с оборудованием ЕСЭ РФ, в общую номенклатуру функций эхоподавляющих устройств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен цикл широкомасштабных теоретических и экспериментальных исследований по проблеме мешающего воздействия эффекта электрического эха и его подавлению применительно к ЕСЭ РФ. Результаты проведенных исследований, подчеркивая доминирующий статус проблемы на современном этапе развития сети связи, доказывают необходимость системного подхода к ее решению.

Системный подход предполагает использование единого критерия оценки эффективности принимаемых решений, отражающего качество телефонной передачи с учетом многообразия проявлений мешающего воздействия отраженных сигналов и эффектов, обусловленных некорректной работой ЭПУ. На роль единого критерия оценки эффективности и оптимизации принятия решений предлагается значение вероятности появления затруднений у абонентов при разговорах. Разработанный на основе предложенного критерия метод оценки эффективности алгоритмов управления и оптимизации характеристик ЭПУ обеспечивает возможность учета структуры сети связи, динамики ее развитии и разброса характеристик входящих в ее состав каналов.

2. Предложена новая концепция субъективного восприятия эхосигналов, воплощенная в форме информационной модели, обеспечившая инструментальный базис системного подхода к решению проблемы эффекта электрического эха на ЕСЭ РФ.

Предложенная концепция отличается выявленным наличием в цепи отрицательной обратной связи процесса речеобразования механизма компенсации эхосигналов, минимизирующего вычислительные ресурсы мозга, задействуемые для семантической обработки произносимых звуков, и включением механизма адаптивного перераспределения пропускной способности логических каналов ввода/вывода информации, формирующего сигнал о наличии затруднений в случаях информационных перегрузок. На основании предложенной концепции показано, что возникновение затруднений при разговоре являются первичным показателем качества телефонной передачи, обеспечивающим адекватную сравнительную оценку мешающего воздействия эффекта электрического эха и явлений, обусловленных работой в канале эхоподавляющих устройств.

Разработан метод оценки вероятности появления затруднений у абонента при разговоре по каналу. Выведенные соотношения, доказывая возможность получения на конечной выборке наблюдений состоятельной несмещенной оценки вероятности появления затруднений, позволяют определить точность полученных оценок.

Проведены экспериментальные исследования, результаты которых подтвердили основные положения концепции. Предложенная концепция позволяет сформулировать объяснение для многих из поставленных в настоящей работе вопросов и явлений.

3. Для проведения исследований на основе реальной статистики характеристик сети синтезирован комплекс математических, имитационных и машинных моделей, описывающий каналы, организованные с использованием систем передачи различных видов; эхотракты, характерные для аналоговых и цифровых сетей доступа; заграждающий и компенсационный принципы подавления эхосигналов, а также взаимодействие сигналов и шумов в их системе. Разработанный комплекс математических, алгоритмических и машинных моделей, отражая характеристики реальных эхотрактов и их статистику на ЕСЭ РФ, позволяет изменять отдельные характеристики элементов ЭТ в широком диапазоне условий проведения экспериментов с целью имитации ЭТ с конкретными свойствами. Построенные на его основе макет спутникового телефонного канала и машинная модель, обладая взаимным соответствием характеристик, позволяют обеспечить идентичность условий проведения натурного и машинного экспериментов с учетом действующих шумов, ошибок передачи, линейных, нелинейных и параметрических искажений, а также многократных отражений от неоднородностей.

4. Предложено комплексное решение по развитию заграждающего принципа подавления эхосигналов, включающее концепцию, архитектуру и номенклатуру характеристик и гарантирующее приемлемое качество телефонной передачи по эхозащищенным каналам при высокой степени устойчивости к воздействию основной группы мешающих факторов. Предложенное решение допускает полнофункциональную реализацию ЭЗ и его размещение в любой точке соединения.

По компенсационному принципу предложены решения, препятствующие расстройке алгоритмов адаптации и обеспечивающие эффективное подавление эхосигналов в сложных шумовых условиях.

Предложенные решения разработаны по результатам анализа и исследования механизмов влияния основной группы мешающих факторов на эффективность подавления эхосигналов средствами, реализующими заграждающий и компенсационный принципы. Проведен цикл экспериментальных исследований с целью оптимизации предложеных решений по принятым параметрам и критериям.

1. Акульшин П.К., Кощеев И.А., Кульбацкий К.Е. Теория связи по проводам. М.: Связьиздат. - 1940.

2. Аладин В. М., Мусатова О.Ю., Шаврин С. С. Эхокомпенсатор как средство измерения времени концевой задержки // Электросвязь. — 2008. — №7. — С. 24-25.

3. Аппаратура эхозаграждения и эхокомпенсации для линий связи. ОСТ 45.97-97.

4. А.с. 1469559 СССР, МКИ 4 H04J 3/17. Способ обнаружения речевых сигналов на фоне шумов / С.С. Шаврин, Н.И Лихачев, А.В. Шлыков, О.Ю. Мусатова (СССР). №4195271/24-09; Заявлено 16.02.87; Опубл. 30.03.89, Бюл. №12 // Открытия. Изобретения. — 1989. - №12.

5. А.с. 1570005 СССР, МКИ 5 Н04В 3/46. Устройство контроля эхозаградителей / Х.А. Каримов, С.С. Шаврин, М.К. Цыбулин (СССР). -№4437293/24-09; Заявлено 12.04.88; Опубл. 07.06.90, Бюл. №21 // Открытия. Изобретения. 1990. -№21.

6. А.с. 1626397 СССР, МКИ 5 Н04В 3/20. Цифровая система передачи / С.В. Кунегин, С.С. Шаврин, О.Ю. Мусатова, Н.И Лихачев, К.Л. Зуйков (СССР). -№4481713/09; Заявлено 08.09.88; Опубл. 07.02.91, Бюл. №5. // Открытия. Изобретения. 1991. - №5.

7. Баева Н.Н., Гордиенко В.Н., Курицын С.А. и др. Многоканальные системы передачи: Учебник для ВУЗов / под ред. Баевой Н.Н., Гордиенко В.Н. М.: Радио и связь, 1997.

8. Бауман Э.Д., Мартынов B.C. Корреляционная функция, энергетический спектр и информационная емкость огибающей речевого сигнала // Техника проводной связи. 1976. - Вып.9. - С. 36-43.

9. Бержановский М.А., Лихачев Н.И., Шаврин С.С. Машинная реализация преобразования Гильберта на основе быстрого преобразования Фурье и анализ его точности. -М., 1987. Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 01.09.87, № 1166св.

10. Бородина Е.С., Жарков М.А., Иванов В.И., Цыбулин М.К. О размещении эхозаградителей на коммутируемой телефонной сети // Сборник научных трудов ЦНИИС.-М., 1975.- Вып. 2.-С. 184-190.

11. Вайксельбаум Ш., Шаврин С.С. Современные методы и тенденции развития средств цифровой эхокомпенсации М., 1991. - Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 17.10.91, № 1967св.

12. Величкин А.И. Теория дискретной передачи непрерывных сообщений. — М.: Сов. Радио, 1970. 296 с.

13. Вемян Г.В. Качество телефонной передачи и его оценка. — М.: Связь, 1970.-224 с.

14. Вемян Г.В. Передача речи по сетям электросвязи. — М.: Радио и связь,1985.

15. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. — 208 с.

16. Генеральная схема создания и развития федеральной сети подвижной радиотелефонной связи общего пользования России стандарта GSM (Одобрено решением ГКЭС от 25.12.2002 № 50). М:, 2003.

17. Гроднев И.И., Курбатов Н.Д. Линейные сооружения связи. Учебник для вузов. Изд. 3-е, доп. и перераб. М.: Связь. — 1974. — 544 с.

18. Демин И.Ю. Исследование вязко — упругих характеристик мягких биологических тканей // Труды научной конференции по радиофизике. — Нижегородский университет. 2001.

19. Ефимов А.П. Психофизиология вещания. Монография. М.: МТУСИ.2004.

20. Ефимов А.П., Рысин Ю.С., Свобода Д.Г. Акустические измерения, оценки, контроль. Учебное пособие. М.: МТУСИ. - 2005. - 113 стр.

21. Зуйков К.Л., Шаврин С.С. Портативный тестер для оборудования первичных цифровых потоков // Тез. докл. шестой межрегиональной конференции "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи", Пушкинские Горы, 1996 г. -М.: МТУСИ. 1996. - С. 24.

22. Иванов В.И., Петрова М.З., Цыбулин М.К. Влияние эхозаградителей на качество передачи речи по телефонным каналам большой протяженности // Сборник научных трудов ЦНИИС. Л., 1976. - Вып. 4. - С. 45 - 48.

23. Иванов В.И., Петрова М.З., Цыбулин М.К. Оценка качества передачи речи по телефонным каналам с эхозаградителями // Электросвязь. — 1977. №2 — С. 29-33.

24. Исакович М.А. Общая акустика. М.: Наука, 1973.

25. Исследование влияния несогласованности между элементами абонентской телефонной сети на АЧХ и балансное затухание дифференциальных систем каналов связи: Итоговый отчет/ Одесский эл.-техн. Ин-т связи. — Одесса, 1974.

26. Каримов Х.А., Цыбулин М.К., Шаврин С.С. Новые методы оценки качества работы эхоподавляющих устройств // Тез. докл. XLI Всесоюзная научная сессия, посвященная Дню Радио. М., 1986. - ч.2. - С. 24.

27. Кендалл М., Стьюарт А. Многомерный статистический анализ и временные ряды: Пер. с англ. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1976. - 736 с.

28. Корф К.С., Шаврин С.С. Влияние ошибок на помехоустойчивость передачи защищенных сообщений. М.,2004. - Деп. в ЦНТИ «Информсвязь» 04.07.04, № 2244св.

29. Корф К.С., Шаврин С.С. Восстановления защищенного речевого сигнала, пораженного ошибками шифртекста // Материалы научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава. — Москва, 25-27 января 2005 г.-М.: МТУСИ.-2005.-С. 174-175.

30. Кунегин С.В., Гулько М.Б., Шаврин С.С. Принципы группового построения эхоподавляющих устройств // Аннотации и тезисы докладов VIII

31. Всесоюзной СНТК "Радиоэлектроника и связь на службе качества". — М., 1988. — С. 51.

32. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. — М.: Советское радио. — 1966. 728 с.

33. Лихачев Н.И., Шаврин С.С. Применение микропроцессорных средств в технике МСП:Учеб. пособие. М.:МИС, 1990. - 1.7 усл. п.л.

34. Мезин В.Ю., Шаврин С.С. Полнофункциональное построение ЭПУ // Тез.докл. шестой межрегиональной конференции "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи", Пушкинские Горы, 1996 г. М.: МТУ СИ. — 1996. -С. 28.

35. Мезин В.Ю., Шаврин С.С. Системные функции эхоподавляющих устройств // Тез. докл. шестой межрегиональной конференции "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи", Пушкинские Горы, 1996 г. — М.: МТУСИ.- 1996.-С. 29.

36. Мезин В.Ю., Шаврин С.С. Универсальный эхокомпенсатор для речевых и неречевых сигналов // Тез. докл. LI Научной сессии, посвященной Дню радио, Москва, 1996 г. М.: МТУСИ. - 1996. - С. 175.

37. МККТТ. Рекомендация G.111. Скорректированные эквиваленты затухания (СЭЗ) и показатели громкости (ПГ) международного соединения. Красная Книга, том III. 1.

38. МККТТ. Рекомендация G.122. Влияние национальных систем на устойчивость, эхо говорящего абонента и эхо слушающего абонента в международных соединениях. Красная Книга, том III. 1.

39. МККТТ. Рекомендация G.122. Влияние национальных сетей на устойчивость и эхо в международных соединениях. Оранжевая Книга, том III. 1.

40. МККТТ. Рекомендация G.131. Устойчивость и эхо. Красная Книга, том1.I. 1.

41. МККТТ. Рекомендация G.131. Устойчивость и эхо. Оранжевая Книга, том III. 1.

42. МККТТ. Рекомендация G.161. Эхозаградители. Оранжевая Книга, том1.I.1.

43. МККТТ. Рекомендация G.463. Заградители обратной связи и эхозаградители. Оранжевая Книга, том III. 1.

44. Мусатова О.Ю., Шаврин С.С. Эхокомпенсаторы на ВСС России // Тез.докл. восьмой Межрегиональной конференции "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи", Пушкинские Горы, 1998 г. М.: МТУСИ. - 1998. -С. 85.

45. Орлов В.Г., Шаврин С.С. Автотранспорт под контролем — мониторинг транспортных потоков // Мобильные системы. 2008. - №3. — С. 76-78.

46. Рогацкая М.А., Шаврин С.С. Основные алгоритмы адаптации, используемые для компенсации эхосигналов в системах связи // Материалы 5-ой

47. Международной научно — технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации». Владимир: Связьоценка. - 2003. - С. 135-136.

48. Рогацкая М.А., Шаврин С.С. Подавление эффекта электрического эха в мобильных сетях // Вестник связи. — 2007. №1. — С. 39-42.

49. Руководящий документ по общегосударственной системе автоматизированной телефонной связи (ОГСТФС). — Книга 1. — 4.1. — Издание второе. — М.: Информсвязь. 1987.

50. Сапожков М.А. Электроакустика. Учебник для вузов. — М.: Связь. — 1978.-272 с.

51. Снегов А.Д. Согласование полных сопротивлений в абонентском шлейфе // Международный форум информатизации Международный конгресс «Коммуникационные технологии и сети» Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» М. 1999, с. 157.

52. Снегов А.Д. Устройства для подавления электрического эха в протяженных каналах двусторонней связи. — М: Радио и связь, 1979.

53. Снеддон И.Н., Берри Д.С. Классическая теория упругости. /Пер. с англ. под. ред. Э.И. Григолюка. М.: Вузовская книга, 2008. - (В пер.).

54. Сондхи М.М., Беркли Д.А. Подавление эха в телефонных сетях: пер. с англ. // ТИИЭР-1980. т. 68. - №8. - (В пер.).

55. Лившиц Б.С., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Связь, 1979. — 224 с.

56. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Физматгиз, 1959.

57. Требования по установке эхоподавляющих устройств. Руководящий документ по Системе автоматизированной телефонной связи общего пользования. — М.: Информсвязьиздат. 1997 г.

58. Цыбулин М.К. Подавление электрического эха в телефонных каналах. — М.: Радио и связь, 1988. 112 с.

59. Цыбулин М.К. Эхозаградительные устройства на сетях связи. М.: Радио и связь, 1979.

60. Цыбулин М.К., Шаврин С.С. Вопросы автоматического контроля на каналах повышенной дальности //Аннотации и тез. докл. XXXIII Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню Радио. М.,1978. - С. 89-90.

61. Цыбулин М.К., Шаврин С.С. Новые алгоритмы управления эхоподавляющими устройствами на сети связи // Тез. докл. XXXVIII Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню Радио. — М.,1983. — 4.1. С. 23-24.

62. Цыбулин М.К., Шаврин С.С. Применение кодирования для повышения качества передачи речевой информации по спутниковым каналам связи // Тез. докл. XXXVI Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню Радио. — М.,1981. — Ч. 2. — С. 12-13.

63. Шаврин Д.С. Результаты исследования линейных и нелинейных характеристик эхотрактов на сети связи РФ// Электросвязь. — 2006. —№ 9.

64. Шаврин Д.С. Подавление нелинейных составляющих эхосигналов // Вестник связи. 2006. -№ 9.

65. Шаврин С.С. Автономное функционирование эхоподавляющих устройств // Тез. докл. Восьмой межрегиональной конференции "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи", Пушкинские Горы, 1998 г. — М.: МТУСИ. 1998. - С. 103.

66. Шаврин С.С. Защита информации в многоканальных телекоммуникационных системах. Часть 1. Учебное пособие. — М.: МТУСИ. 2002.- 62 стр.

67. Шаврин С.С. Защита информации в многоканальных телекоммуникационных системах. Часть 2. Учебное пособие. М.: МТУСИ. - 2003.- 111 стр.

68. Шаврин С.С. К вопросу о повышении качества передачи речи по эхозащищенным каналам связи // Тез. докл. Всесоюзная научно техническая конференция молодых ученых и специалистов отрасли связи. — М.: МТУСИ. -1979. -Т.1.-С. 43-44.

69. Шаврин С.С. Математическая модель эхозаградителя // Труды НИИР. -1987. -№2. -С. 87-93.

70. Шаврин С.С. Машинный метод исследования огибающей случайных процессов // Труды НИИР. 1987. - №1. - С. 46-49.

71. Шаврин С.С. Механизм и информационная модель субъективноговосприятия отраженных сигналов // Электросвязь. — 2008. № 7. — С. 16-20.

72. Шаврин С.С. Некоторые вопросы управления эхозаградителями на ЕАСС // Аннотации и тез. докл. XXXII Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню Радио. -М.: МТУСИ. -1977. С. 74.

73. Шаврин С.С. Оптимизация управления заграждающей функцией эхоподавляющих устройств // Инфокоммуникационные технологии. — 2008. — Т. 6. -№4.-С. 28-33.

74. Шаврин С.С. Оценка мешающего воздействия электрического эха на абонентов // Электросвязь. 2008. - №9. - С. 54-56.

75. Шаврин С.С. Оценка степени мешающего воздействия эффекта электрического эха // Вестник связи. 2008. - №12. - С. 47-48.

76. Шаврин С.С. Системные аспекты эхоподавления в сетях связи // Материалы третьей Международной научно — технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации». — Владимир: Связьоценка. 1999. - С. 88-89.

77. Шаврин С.С. Стыковка сигнальных процессоров семейства ADSP-21XX с потоками Е1 в изделиях телекоммуникационной техники // Компоненты и технологии. 1999. - №1. - С. 26-28.

78. Шаврин С.С. Электрическое эхо: заграждать или компенсировать? // Вестник связи. 2005. - №1. - С. 29-32.

79. Шаврин С.С. Эффект электрического эха как системная проблема для операторов мобильной связи // Вестник связи. 2008. - №4. — С. 108-112.

80. Шаврин С.С. Эхоподавляющие устройства на взаимоувязанной сети связи // Тез. докл. пятой межрегиональной конференции "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи", Москва-Новосибирск, 1995г. М.: МТУСИ.-С. 211.

81. Шаврин С.С., Зуйков КЛ. Компенсация токов электрического эха в каналах при развитии ВСС // Тез. докл. четвертой межрегиональной конференции "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи". — Москва, 1995. — С. 175-176.

82. Шаврин С.С., Ионин А.В. Многоканальная система для документированной регистрации переговоров (МАГ-ХХ1) // Интеллектуальныйпродукт зарегистрирован ВНТИЦ 2 июня 1999 г., №70990000069.

83. Шаврин С.С., Лихачев Н.И. Анализ точности оценки качества телефонной передачи методом затруднений. — М., 1987— Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 01.12.87, № 1221 св.

84. Шаврин С.С., Лихачев Н.И. Исследование влияния характеристик эхотрактов на качество работы эхоподавляющих устройств // Тез. докл. XIV Московская городская научно-техническая конференция, посвященная Дню Радио. -М., 1988.-С. 14-15.

85. Шаврин С.С., Мусатова О.Ю. Адаптивный алгоритм эхозаграждения // Тез. докл. четвертой межрегиональной конференции "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи", Москва. 1995 г. М.: МТУСИ. - 1995. -С.173-174.

86. Шаврин С.С., Мусатова О.Ю. Компактный алгоритм корреляционного эхокомпенсатора // Материалы тринадцатой межрегиональной конференции «Обработка сигналов в системах телефонной связи и вещания». М.: МТУСИ. -2004.-С.135.

87. Шаврин С.С., Шемякин А.Б. Модель параметрических отклонений характеристик эхотрактов, обусловленных влиянием акустической составляющей эхосигнала // T-Comm Телекоммуникации и транспорт. - 2008. - №6 . — С. 32-33.

88. Эхозаградитель КЭЗ-А.Ц02. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

89. Amada Е. et al. An autobalance hybrid for telephony. — Proc. ISS'81. V. 14-B-2.- 1981.

90. ATT Technical Advisory № 64. Local digital switching system transmission performance standards. Apr. 1980.

91. Benesty J., Amand F., Gilloire A., Grenier Y. Adaptive filtering algorithms for stereophonic acoustic echo cancellation // Proc. IEEE ICASSP. 1995. - P. 30993102.

92. Benesty J., Gansler Т., Morgan D.R., Sondhi M.M., Gay S.L. Advances in Network and Acoustic Echo Cancellation. Springer. — Verlag Berlin Heidelberg, 2001.

93. Benesty J., Gilloire A., and Grenier Y. A frequency domain stereophonic acoustic echo canceler exploiting the coherence between the channels // J.Acoust. Soc. Am., vol. 106, Sept. 1999.-P. L.30-L.35.

94. Benesty J., Li S. W., and Duhamel P. A gradient-based adaptive algorithm with reduced complexity, fast convergence and good tracking characteristics // Proc. IEEE ICASSP. 1992.-P. 5-8.

95. Benesty J., Morgan D. R., Hall J. L., and Sondhi M. M. Synthesized stereo combined with acoustic echo cancellation for desktop conferencing // Bell Labs Tech. J., vol.3, July-Sept. 1998.-P. 148-158.

96. Carayannis G., Manolakis D., Kalouptsidis N. A Fast sequential algorithm for least squares filtering and prediction // IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing. 1983. - V.ASSP-31. - № 6. - P. 1394-1402.

97. Cavanangh J.R., Hatch R.W., Neigh J.L. A model for the subjective effects of listener echo on telephone connections // B.S.T.J. Vol. 59. - 1980. - №6.

98. Cioffi J., Kailath T. Fast recursive least squares transversal filters for adaptive filtering // IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing. 1984. — V.ASSP-32. - № 2. - P. 304-337.

99. CCITT. Study Group XII Report R22: Amended Recommendations And Supplements Of The G- series. - 1988.

100. CCITT. Study Group XV Delayed Contribution №CY: Satellite User Reaction Tests — A Subjective Performance Evaluation Of Echo Control Methods. — 1979.

101. Chao J., Tsujii S. A New Configuration for Echo Canceller Adaptable During Double Talk Periods // IEEE Transactions On Communications. Vol. 37. - 1989. - №9.

102. Chen J. 3D audio and virtual acoustical environment synthesis // Acoustic Signal Processing for Telecommunication, S. L. Gay and J. Benesty, eds., Kluwer Academic Publishers, 2000.-chap. 13.-P. 283-301.

103. Digital Echo Canceller DEC. User Manual UMN. S42023 A86 - HI- 1 -7677. Siemens AG, Munchen, 1994.

104. Digital signal processing applications using the ADSP-2100 family. — V.2. -Englewood Cliffs, New Jersey : PTR Prentice Hall. 1995.

105. Duttweiler D. L., "Proportionate normalized least-mean-squares adaption in echo cancellers"// IEEE Trans. Speech Audio Processing, vol. 8, Sept. 2000. P. 508-518.

106. Eleftheriou E., Falconer D.D. Tracking properties and steady — state performance of RLS adaptive filter algorithms // IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing. 1986. - V.ASSP-34. - № 5. - P. 1097-1110.

107. ETSI. Recommendation GSM 3.50. ETSI EN 300 961 V6.0.1.

108. Eweda E. Comparison of RLS, LMS, and sign algorithms for tracking randomly time-verying channels // IEEE Trans. Signal Processing, vol. 42, Nov. 1994. P. 2937-2944.

109. Falconer D. D., Ljung L. Application of fast Kalman estimation to adaptive equalization // IEEE Trans. Commun, vol. 26, Oct. 1978. P. 1439-1446.

110. Gansler Т., Gay S. L., Sondchi M. M., and Benesty J. Double-talk robust fast converging algorithms for network echo cancellation // IEEE Trans. Speech Audio Processing, vol. 8, Nov. 2000. P. 656-663.

111. Gay S.L., Tavathia S. The fast affine projection algorithm // International Conference on Acoustic, Speech and Signal Processing ICASSP-95. V.5-9,12. - 1995. -P. 3023-3026.

112. Gilloire A. Performance evaluation of acoustic echo control: required values and measurements procedures // Annals de Telecommunications. 1994. - V.49. — № 7-8. -P. 368-372.

113. Gilloire A., M. Vetterli. Adaptive filtering in subbands with critical sampling: Analysis, experiments and application to acoustic echo cancellation // IEEE Trans. Signal Processing, vol. 40, Aug. 1992. P. 1862-1875.

114. Glentis G. O., Berberidis K., and Theodoridis S. Efficient least squares adaptive algorithms for FIR transversal filtering: a unified view // IEEE Signal Processing Mag., vol. 16, July 1999. - P. 13-41.

115. Gould R.G., Helder G.K. Transmission Delay And Echo Suppression // IEEE Spectrum. 1970. - Apr. - P. 47-54.

116. Gritton C.W.K., Lin D.W. Echo cancellation algorithms // IEEE ASSP Magazine. 1984. - Apr. - P. 30-37.

117. Gruber J.G. Performance analysis and design guidelines for multiple 4-wire path telephone connections // IEEE Transactions On Communications. Vol. 34. - 1986. -№7.

118. Hansler E. From algorithms to systems-it's a rocky road // Proc. IWAENC,1997. P. K-l-4.

119. Hua Y., Wu B-X. The application of adaptive echo cancellation technique in analog full-duplex speech scrambling systems // IEEE Global Telecommun. Conf. Rec. — 1988.-P. 85-89.

120. Hutter J. Customer Response To Telephone Circuits Routed Via A Synchronous Orbit Satellite // Post Office Elect. Eng. J. - 1967. - V.60. - Oct. - P. 181186.

121. ITU-T. Recommendation G.107. The E-model, A Computational Model For Use In Transmission Planning. ITU, 1998.

122. ITU-T. Recommendation G.108. Application of the E-model: A planning guide. ITU, 1999.

123. ITU-T. Recommendation G.109. International telephone connections and circuits — General definitions. Definition of categories of speech transmission quality. ITU,1999.

124. ITU-T. Recommendation G.l 11. Loudness Ratings (LRs) In An International Connection. ITU, 1994.

125. ITU-T. Recommendation G.l 13. Transmission Impairments. ITU, 1996.

126. ITU-T. Recommendation G.l 14. One-way transmission time. ITU, 1996.

127. ITU-T. Revised Recommendation G.l 14. One-way Transmission Time. Geneva, May 2000.

128. ITU-T. Recommendation G.122. Influence Of National Systems On Stability And Talker Echo In International Connections. ITU, 1994.

129. ITU-T. Recommendation G.126. Listener Echo in Telephone Networks. ITU,1993.

130. ITU-T. Recommendation G.131. Control Of Talker Echo. ITU, 1997.

131. ITU-T. Recommendation G.131. Talker Echo And Its Control. ITU, 2003.

132. ITU-T. Recommendation G.l64. Echo suppressors. ITU, 1988.

133. ITU-T. Recommendation G.l65. Echo cancellers. ITU, 1993.

134. ITU-T. Recommendation G.l67. Acoustic echo controllers. ITU, 1993.

135. ITU-T. Digital Network Echo Cancellers. Draft text of revised Recommendation G.168 including changes agreed at SGI5 Plenary. Geneva, 3-14 April2000.

136. ITU-T. Recommendation G.711. Pulse code modulation (PCM) of voice frequencies. ITU, 1993.

137. ITU-T. Recommendation G.729. Coding Of Speech At 8 kbit/s Using Conjugate Structure Algebraic - Code - Excited Linear - Prediction (CS - ACELP). ITU, 1996.

138. ITU-T Recommendation G.732. Characteristics of Primary PCM Multiplex Equipment Operating at 2048 kbit/s. ITU, 1988.

139. ITU-T Recommendation H.221 Frame structure for a 64 to 1920 kbit/s channel in audiovisual teleservices. ITU, 1999.

140. ITU-T Recommendation H.230 Frame-synchronous control and indication signals for audiovisual systems. ITU, 1999.

141. ITU-T Recommendation H.261 Video codec for audiovisual services at p x 64 kbit/s. ITU, 1993.

142. ITU-T Recommendation H.263 Video coding for low bit rate communication. ITU, 1998.

143. ITU-T Recommendation H.323 Packet-based multimedia communications systems. ITU, 1999.

144. ITU-T. Recommendation P.800. Methods for subjective determination of transmission quality. ITU, 1996.

145. ITU-T. Recommendation P.831. Subjective performance evaluation of network echo cancellers. ITU, 1998.

146. ITU-T Recommendation P.861. Objective quality measurement of telephone-band (300-3400 Hz) speech codecs. ITU, 2008.

147. ITU-T Recommendation P.862. Perceptual evaluation of speech quality (PESQ): An objective method for end-to-end speech quality assessment of narrow-band telephone networks and speech codecs. ITU, 2001.

148. ITU-T Recommendation Q.l 15 Logic for the control of echo control devices. ITU, 2000.

149. ITU-T Recommendation Q.764 Signalling System No. 7 ISDN user part signalling procedures. ITU, 1999.

150. ITU-T Recommendation Q.l61 Application of the ISDN user part of CCITT Signalling System No. 7 for international ISDN interconnections. ITU, 1991.

151. ITU-T Recommendation Q.931 ISDN user-network interface layer 3 specification for basic call control. ITU, 1998.

152. ITU-T Recommendation Q.939 (03/93) Digital Subscriber Signaling System No. 1 (DSS 1) Typical DSS 1 service indicator codings for ISDN telecommunications services. ITU, 1988.

153. ITU-T. Study Group 11. Delayed Contribution D.0855-1/11. Q9. Echo canceller. Fraud of CCITT №5 circuits. Geneva, 5-23 Sept. 1994.

154. ITU-T. Study Group 11 Report R11. COM 11 - R11 - E. January 2001.

155. Kawamura S. and Hatori M. A tap selection algorithm for adaptive filters // Proc. IEEE ICASSP, 1986. P. 2979-2982.

156. Kozaki Т., Yamakido K., Nishita S., Kokubo M., Shirasu H. Autobalancing network using digital signal processing // IEEE Global Telecommun. Conf. Rec. — 1987. — P. 1366-1370.

157. Kratzer S. G. and Morgan D. R. The partial-rank algorithm for adaptive beamforming // Proc. SPIE Int. Soc. Optic. Eng., 1985. vol. 564. - P. 9-14.

158. Kurosawa K., Furusawa T. A geometric interpretation of adaptive algorithms // IEEE Global Telecommun. Conf. Rec. 1987. - P. 1966-1970.

159. Lee J. C. and Un C.K. Performance analysis of frequency-domain block LMS adaptive digital filters // IEEE Trans. Circuits Sust., vol. 36, Feb. 1989. P. 173-189.

160. Makino S., Shimada S. Echo Control in Telecommunications // Journal Acoustic Society Of Japan. Vol. 6. - 1990.

161. Marple S. Efficient least-squares FIR system identification // IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, vol. 29, 1981. P. 62-73.

162. Merched R., Diniz P. S. R., and Petraglia M. R. A new delaylees subband adaptive filter structure // IEEE Trans. Signal Processing, vol. 47, June 1999. P. 15801591.

163. Messerschmitt D.G. Echo cancellation in speech and data transmission // IEEE J. Selected Areas Commun., vol. 2, Mar 1984. P. 283-297.

164. Messerschmitt D., Hedberg D., Cole C., Haoui A., Winship P. Digital voice echo canceller with a TMS32020 // Digital Signal Processing Applications with the TMS Family. — Texas Instruments Inc. 1986. - Pp.415-437.

165. Mitchell О. M. M. and Berkley D. A. A full-duplex echo suppressor using center clipping // Bell Syst. Tech. J., vol. 50, May/June 1971. P. 1619-1630.

166. Montazeri M., Duhamel P. A set of algorithms linking NLMS and block RLS algorithms // IEEE Trans. Signal Processing, vol. 43, Feb. 1995. P. 444-453.

167. Ozeki K., Umeda T. An adaptive filtering algorithm using an orthogonal projection to an affine subspace and its properties // Electron. Commun. Japan. — 1984. — vol. 67-A.-P. 19-27.

168. Petillon Т., Gilloire A., Theodoridis S. The Fast Newton Transversal Filter: An Efficient Scheme for Acoustic Echo Cancellation in Mobile Radio // IEEE Transactions On Signal Processing. VOL.42. - 1994. - №3.

169. RFC3261 SIP: Session Initiation Protocol. June 2002.

170. RFC3550 RTP: A Transport Protocol for Real Time Applications. - July2003.

171. RFC3551 RTP Profile for Audio and Video Conferences with Minimal Control.-July 2003.

172. Riesz R.R., Klemmer E.T. Subjective Evaluation Of Delay And Echo Suppressors In Telephone Communications // B.S.T.J. 1963. - V.42. - P. 2919-2941.

173. Rupp M. The behavior of LMS and NLMS algorithms in the presence of spherically invariant processes // IEEE Trans. Signal Processing, vol. 41, Mar. 1993. — P. 1149-1160.

174. Shavrin S.S. Effective Echo Elimination On CIS Networks // Perspectives For Implementation Of VSAT Technologies. The International Workshop. Abstracts. -February, 2000. P. 36.

175. Shirasu H., Shibukawa M. A CMOS SLIC with an automatic balancing hybrid // IEEE J. Solid-State Circuits. V. SC-16. - 1983. - P. 678-684.

176. Shynk J. J. Frequency-domain and multirate adaptive filtering // IEEE Signal Processing Mag., vol. 9, Jan. 1992. P. 14-39.

177. Slock D.T.M. On the convergence behavior of the LMS and Normalized LMS algorithms // IEEE Transactions on Signal Processing. 1993. - V.41. - № 9. - Pp. 28112825.

178. Sondhi M. M. An adaptive echo canceller // Bell Syst. Tech. J., vol. 46, Mar. 1967.-P. 497-511.

179. Sondhi M. M. and Kellermann W. Adaptive echo cancellation for speech // Advances in Speech Signal Processing, S. Furui and M. M. Sondchi, eds., Marcel Dekker, 1992, chap. 11.

180. Sondhi M. M., Morgan D. R., and Hall J. L. Stereophonic acoustic echo cancellation an overview of the fundamental problem // IEEE Signal Processing Lett., vol. 2, Aug. 1995.-P. 148-151.

181. Sondhi M. M. and Presti A. J. A self-adaptive echo canceller // Bell Syst. Tech. J., vol. 45, Dec. 1966.-P. 1851-1854.

182. Tanaka M., Kaneda Y., Makino S., and Kojima J. Fast projection algorithm and its step size control // Proc. IEEE ICASSP. -1995. P. 945-948.

183. Tarrab M., Feuer A. Convergence and performance analysis of the Normalized LMS algorithm with uncorrelated Gaussian data // IEEE Transactions on Information Theory. 1988. - V.34. - № 4. - P. 680-691.

184. Van de Kerkhof L. M. and Kitzen W. J. Tracking of a time-varying acoustic impulse response by an adaptive filter // IEEE Trans. Signal Processing, vol. 40, June 1992.-P. 1285-1294.