Линейная эхокомпенсация в микросхемах DuSLIC-xT компании Lantiq

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).

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 t_р около 6 нс/м.

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

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.