Обзор методов эхо-компенсации

Обзор методов эхо-компенсации. Решению задачи компенсации влияния передатчика на свой приемник при двухпроводном окончании посвящено большое количество работ. В литературе место возникновения взаимных влияний эхо условно подразделяются на ближнее эхо влияние собственной дифсистемы и дальнее эхо воздействие удаленной дифсистемы. Методы построения эхо-компенсаторов ЭК ближнего и дальнего эха существенно отличаются, так как ближнее эхо имеет малое время задержки относительно передаваемого сигнала и высокий уровень воздействия уровень эхо-сигнала ЭС может превышать принимаемый сигнал на 30-40 дБ . В то же время дальнее эхо имеет низкий уровень влияния, значительное время задержки от нескольких мс до 2с в спутниковых каналах, а также - сдвиг по частоте.

В результате, эхо-компенсатор ЭК должен подавлять ближний ЭС на примерно на 50-60 дБ, а дальний ЭС - на 20 дБ, но с компенсацией задержки, сдвига частоты и медленных изменений фазы. При этом ЭК должен обеспечивать высокую точность компенсации и иметь малое время настройки. Так как сквозной тракт передачи эха, в первом приближении, можно рассматривать как линейный, то в качестве ЭК нашли широкое применение адаптивные фильтры, формирующие сигнал компенсации.

Наибольшее распространение получили ЭК, в которых в качестве алгоритма адаптации коэффициентов применяется метод Вайнштейна, базирующийся на использовании корреляции задержанного передаваемого цифрового сигнала с принятым сигналом для формирования реплики ЭС в основной полосе и вычитания ее из принятого сигнала в полосовой области.

Предложен также быстрый знаковый алгоритм настройки ЭК с адаптивно изменяемой величиной шага подстройки. Выполнено подробное сравнение алгоритмов работы ЭК , оценка их быстродействия и требуемой производительности процессора выполнена, выработаны рекомендации по выбору алгоритма настройки, частоты стробирования и разрядности процессора.

Методам компенсации сдвига частоты ЭС, борьбы с нелинейностью амплитудных характеристик канала и с дрожаниями фазы несущей в ЭК посвящены многие работы. Исследованы вопросы проектирования, выбора структуры и практической реализации ЭК проведено сравнение трех вариантов реализации ЭК в области НЧ, в полосовой области, смешанного варианта.

Приведены технические характеристики ЭК для модемов по Рекомендации V.32 разрядность АЦП и ЦАП, число и разрядность коэффициентов адаптивных фильтров, достигаемая степень подавления ЭС. Модемы, соответствующие стандартам для скорости до 2400 бод, могут свободно обмениваться инфоpмацией. Следует отметить, что pекомендация CCITT V.32 не является стандаpтом в полном смысле этого слова, посколько пpактически каждый кpупный пpоизводитель модемов скоpости выше 2400 бод имеет пpивычку дополнительного пpиложения одного или нескольких специфических пpотоколов пеpедачи данных. Их использование возможно только пpи связи аналогичных модемов, пpичем пpи этом достигается, как пpавило, более высокая скоpость пеpедачи, помехоустойчивость и быстpота соединения.

В 1991 году стандарт V.32bis стал расширением V.32 и определил скорость передачи данных в 14400 бит с. При скорости модуляции 2400 бод каждое состояние сигнала кодировалось уже шестью битами.

Методом модуляции по-прежнему являлся TCQAM . Стоит отметить, что V.32bis поддерживает также скорости передачи 12000, 9600, 7200, 2400 бит с. Помимо модемов, производители которых придерживаются только международных стандартов, существуют и так называемые нестандартные модемы, которые для больших скоростей передачи используют свои собственные протоколы. Это связано с тем, что до недавнего времени максимальная скорость передачи в соответствии с V.32bis ограничивалась значением в 14,4 Кбит с. Например, скоростные модемы фирмы U.S.Robotics используют протокол HST High Speed Technology, позволяющий достичь скорости обмена 16,8 Кбита с. Данный протокол предусматривает также асимметричный режим обмена, когда один из передающих модемов работает на скорости 14,4 Кбита с, а другой - только на 450 бит с. Скоростные модемы фирмы Telebit имеют собственные протоколы PEP или Turbo PEP Packetized Ensemble Protocol причём при применении последнего достигается скорость около 23 Кбит с. Метод модуляции здесь основан на разбиении канала передачи на 511 очень маленьких каналов то есть используется 511 несущих частот, работающих в одном направлении.

Достаточно популярными сейчас в нашей стране являются скоростные модемы фирмы ZyXEL, которые могут работать с использованием собственного протокола на скоростях 16,8 и 19,2 Кбита с. Протокол V.32 terbo ter плюс turbo был разработан группой компаний совместно с AT T . Судя по названию, от планировался на смену V.32bis, однако ITU он принят не был. Используемые протоколы позволяли достигать скорости передачи данных 16,8 и 19,2 Кбита с. В процессе работы над новым стандартом ряд фирм стал выпускать модемы под общим названием V.fast, которые работали на скорости более 19,2 Кбита с. В 1993 году фирма Rockwell International выпустила даже набор микросхем V.FC для класса модемов V.fast, работающих на скоростях до 28,8 Кбита с. Стоит, правда, отметить, что без некоторой модернизации модемы V.fast, как правило, несовместимы с модемами V.34 . Итак, летом 1994 года союз ITU принял стандарт V.34, который описывает протоколы передачи данных со скорость 28,8 Кбита с. Заметим, что это практически предельная граница скорости на существующих телефонных линиях.

Новый стандарт ввёл ряд новых методов коррекции, кодирования и управления уровнем сигнала.

Модемы, соответствующие V.34, поддерживают гораздо больше методов модуляции и скорости модуляции выше 2400 бод. Одним из нововведений стало 4-мерное решётчатое кодирование сигналов.

В отличие от других стандартных модемов, которые для согласования схем модуляции применяют тональные распознавание, рукопожатие handshake модемов V.34 должно соответствовать спецификации V.8. Дело в том, что чем больше поддерживается методов модуляции, тем больше требуется времени при тональном распознавании.

При соединении по V.8 модемы сначала определяют список функциональных возможностей, которые являются для них общими, затем с помощью специального сигнала тестируют характеристики конкретной телефонной линии, после чего приёмо-передающие узлы модемов начинают увеличивать скорость передачи до максимально возможной.

Заметим, что модемы стандарта V.34 создаются уже с учётом цифровых телефонных сетей нового поколения ISDN Integrated Service Digital Network, которые призваны в будущем заменить коммутируемую телефонную сеть PSTN. Модем на скорости 9600 Бит с. В модеме используется 32-позиционная или 16-позиционная квадратурная АМ при скорости манипуляции 2400 Бод. Так как спектр сигнала занимает практически всю полосу канала, на него максимально воздействуют как помехи, так и искажения частотных характеристик канала. Для подавления отраженного сигнала собственного передатчика в модеме используется эхокомпенсатор.

С целью достижения высокой достоверности передачи при относительно низкой помехоустойчивости метода модуляции в модеме применено решетчатое кодирование. Для его введения число позиций сигнала данных увеличено до 32 позиций.

При этом за счет кодирования достигается значительное повышение помехоустойчивости, которая становится соизмеримой с помехоустойчивостью модема по Рекомендации V.22bis Рекомендацией определены виды настроечных комбинаций, передаваемых при первичном и повторных вхождениях в связь. Эти комбинации обеспечивают быструю настройку автоматических систем, автоматическое определение скорости работы, необходимости включения решетчатого кодирования, задержки дальнего эхо-сигнала.

Применение целого ряда сложных автоматических систем регулирования и обработки сигнала делают модемы этого класса самыми сложными из всего парка модемов для телефонного канала. Предусмотрен режим использования таких модемов и на арендованных каналах. Алгоритмы определения скорости и режима работы противоположного модема при вхождении в связь, позволяющие более высокоскоростным модемам адаптироваться для работы с низкоскоростными модемами приведены в новом необязательном приложении к Рекомендации V.32 режим multimode . 3.3.