Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2011 №8

Линейная эхокомпенсация в микросхемах DuSLIC-xT компании Lantiq

Ананьев Алексей


Статья посвящена современным способам линейной эхокомпенсации (подавлению эха в линии) при передаче голоса через пакетные сети связи. Сегодня технология эхокомпенсации широко применяется в телекоммуникационных микросхемах различных производителей. В статье рассматриваются основные принципы подавления эха, реализованные в микросхемах семейства XWAY DUSLIC-xT компании Lantiq, а также различные способы и особенности эхокомпенсации в IP-шлюзах, ATM-терминалах, DSL-модемах, маршрутизаторах и другом оборудовании связи с поддержкой передачи голосовой информации.

Введение

Для начала рассмотрим причины возникновения эха при передаче голосовых данных в пакетных сетях связи, а также влияние эха на качество передаваемого голоса. На рис. 1 показан принцип передачи голосовых данных в пакетных сетях. Удаленный абонент устанавливает голосовое соединение с локальным абонентом. Голосовые данные преобразуются в пакеты и передаются через пакетную сеть. На локальной стороне абонент использует стандартный аналоговый телефон, который подключен к какому-либо маршрутизатору, устройству интегрированного доступа IAD (Integrated Access Device) или модему со встроенным абонентским линейным интерфейсом SLIC (Subscriber Line Interface Circuit).

Принцип передачи голосовых данных

Рис. 1. Принцип передачи голосовых данных в пакетных сетях

В связи с тем что спецификации аналоговых телефонов далеки от совершенства, электрическое сопротивление телефонного аппарата постоянному току не соответствует сопротивлению цепи SLIC интерфейса, встроенного в маршрутизатор. Следовательно, декодированный голосовой сигнал, приходящий к локальному абоненту, отражается от не согласованных по сопротивлению цепей аналогового телефонного аппарата и передается обратно удаленной стороне.

Общая задержка на пути сигнала туда и обратно рассчитывается из задержки на несогласованном участке линии от локального абонента до маршрутизатора, задержки в маршрутизаторе и времени передачи пакета. Для ATM-технологии (Asynchronous Transfer Mode, режим асинхронной передачи) или IP-сетей общая задержка составляет 100 мс и более (стандарт ITU G.168). Возникающее при этом эхо очень раздражает слуховую систему человека, поэтому удаленный абонент не будет чувствовать себя комфортно, пользуясь голосовой связью через пакетную сеть.

Способы подавления эха в сетях передачи голосовых данных

Существует три способа подавления эха в линиях связи.

Первый способ заключается в устранении несоответствия импеданса между аналоговым телефоном и интерфейсом абонентской линии SLIC. Но сейчас на рынке представлено так много различных аналоговых телефонов, что этот путь не практичен.

Второй способ связан с подавлением эха на уровне пакетных сетей передачи данных. Эта технология уже используется в международных системах станционного доступа, но ее основным недостатком является высокая стоимость. Из-за возникновения длительных задержек в пакетных сетях (более 100 мс) для подавления эха приходится прилагать много усилий и использовать сложные алгоритмы обработки пакетов. Следовательно, этот путь актуален только для глобальных операторов связи, которые могут себе это позволить.

Третий способ подавления эха заключается в том, чтобы подавить задержку в точке ее происхождения, то есть на уровне интерфейса абонентской линии SLIC. Здесь идет речь о подавлении эха на участке линии от абонентского телефонного аппарата до маршрутизатора. В связи с тем что длина образующейся петли при подключении аналогового телефона к устройству маршрутизации пакетов обычно невелика, максимальная задержка имеет небольшую длительность и может быть подавлена экономически эффективным способом, о котором пойдет речь далее.

Алгоритм подавления задержки в точке ее происхождения с помощью DuSLIC-xT

Набор микросхем (чипсет) DuSLIC-xT компании Lantiq имеет встроенную систему линейной эхокомпенсации LEC (Line Echo Cancellation).

Интегрированная в кристалл адаптивная система обеспечивает высокую эффективность подавления задержек в линии. Быстродействие адаптивного эхокомпенсатора составляет 8 мс, что позволяет свести к минимуму вероятность возникновения длительных задержек и добиться эффективности трансгибридной балансировки более чем в 50 дБ.

Алгоритм работы адаптивной системы заключается в автоматическом синтезе отклика эха, анализе времени прохождения исходного сигнала и его вычитания из результирующей задержки на выходе. За счет высокого быстродействия системы исключается возникновение задержек и прерываний голосового сигнала в дуплексном режиме работы.

Встроенная в DuSLIC-xT система эхокомпенсации позволяет устранить задержку в оцифрованном сигнале, что приводит к повышению производительности и позволяет отказаться от применения грубых методов на основе аннулирования или пассивной компенсации задержек, что неизбежно приводит к потерям полезного сигнала.

На сегодня технология компенсации эха непосредственно в точке его происхождения является наиболее эффективным методом.

В реальных условиях типичный кабель (типа AWG 26 сечением 0,4 мм2) имеет номинальную задержку распространения tр около 6 нс/м.

Импульсная характеристика задержки, порожденной в гибридных телефонных сетях, определяется как время дисперсии сигнала tдисп. (рис. 2).

Импульсная характеристика задержки

Рис. 2. Импульсная характеристика задержки

Типичное значение времени дисперсии сигнала в аналоговом телефонном аппарате составляет 4 мс.

Благодаря тому что быстродействие системы подавления в DuSLIC-xT не менее 8 мс, задержка сигнала компенсируется на границе происхождения эха.

Эффективность адаптивного подавления достигает 50 дБ, поэтому никакое слышимое эхо не возвращается к удаленной стороне.

Микросхемы DuSLIC-xT соответствуют стандартам G.165 и G.168 с ограничением времени компенсации до 8 мс и детектированием модема по наличию тона безопасности (Guard tone).

Другие особенности эхокомпенсации в DuSLIC

Итак, система подавления эха в микросхемах DuSLIC-xT является адаптивной, поэтому любые проявления задержки сигнала моментально регистрируются и компенсируются.

Но при определенных условиях передачи данных адаптивные свойства могут оказаться нежелательными или избыточными. В связи с этим DuSLIC-xT поддерживает дополнительные функции, такие как контроль двойного разговора, обнаружение передачи данных модемом и режим фиксации коэффициентов подавления.

Контроль двойного разговора необходим, когда абонент на ближнем конце и абонент на дальнем конце говорят в один и тот же момент.

В данном случае адаптация не может быть выполнена из-за возникновения перекрестного наложения сигналов. Таким образом, встроенный в DuSLIC-xT детектор двойного разговора останавливает адаптацию коэффициентов подавления во время наличия одновременного разговора обоих абонентов.

В момент передачи данных модемом также не рекомендуется использовать встроенную в DuSLIC-xT систему адаптивной эхокомпенсации. Дело в том, что большинство современных маршрутизаторов и модемов с поддержкой передачи голоса имеют свою собственную систему эхокомпенсации. Одновременная работа двух систем может привести к снижению разборчивости речи и уровня полезного сигнала, поэтому микросхемы DuSLIC-xT имеют встроенный детектор универсального тона (Universal Tone Detector, UTD). В момент начала процедуры сетевой идентификации (handshake) модем генерирует универсальный тон, который свидетельствует о начале передачи информации. При обнаружении такого тона детектор отключает цепь эхокомпенсации в DuSLIC-xT, и эту функцию выполняет модем.

При использовании линейной эхокомпенсации время от времени требуется отключение адаптации коэффициентов задержки. Для этого в DuSLIC-xT предусмотрен режим «замораживания» (freeze mode), при котором все коэффициенты фиксируются и остаются неизменными до тех пор, пока не возникнет необходимость в возобновлении адаптации.

Заключение

Чипсет DuSLIC-xT является двухканальным решением (Dual SLIC) и состоит из трех устройств: двух линейных абонентских интерфейсов SLIC и одного двухканального кодека с некоторыми дополнительными возможностями.

Кодек реализован как независимое аппаратное решение для использования в различных странах, то есть он поддерживает адаптацию к местным телекоммуникационным стандартам и имеет возможность гибкого программного конфигурирования.

Встроенные в DuSLIC-xT симметричный и несимметричный генераторы звонка не требуют для работы внешних компонентов и цепей коррекции.

Дополнительные возможности включают обнаружение и передачу сигналов тонального набора (DTMF), определение номера абонента (Caller-ID), а также передачу и прием дополнительной информации TTX (Teletex) без какого-либо внешнего оборудования.

Микросхемы семейства DuSLIC-xT поддерживают физическую и программную совместимость с различными решениями мировых производителей, что помогает существенно снизить уровень энергопотребления приложений.

С помощью имеющихся функций тестирования линии DuSLIC-xT позволяет оперативно выявить наличие короткого замыкания, утечки или блуждающих токов и автоматически уведомить поставщика услуг о проблеме. Это способствует повышению общего качества сети, а также удовлетворенности клиентов.

Наличие интегрированной системы линейной эхокомпенсации (LEC) и вышеперечисленных функций позволяет считать DuSLIC-xT одним из лучших в своем классе и экономически выгодным решением для устройств интегрированного доступа (IAD) и терминалов xDSL-NT (xDSL Network Terminals).

Литература

  1. http://www.lantiq.com/voice-customer-premisesequipment
  2. DUSLIC-xT Version 1.3 Prel. Data Sheet. Rev. 1.0.
  3. Line Echo Cancellation with DUSLIC-xT.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке