Адаптивный инвариантный эхокомпенсатор
Полезная модель относится к области электросвязи и может быть использована при модернизации существующих и разработки новых дуплексных систем передачи информации. Целью полезной модели является компенсация эхосигналов, вносимых собственным передатчиком при разбалансировке дифференциальной системы. Для этого предлагается ввести в схему инвариантного эхокомпенсатора дополнительные блоки, которые обнаруживают, вычисляют и устраняют эхосигналы, возникающие вследствие разбалансировки дифференциальной системы. Проверка устройства проведена путем моделирования. Результаты исследований доказали, что устройство обнаруживает, вычисляет и устраняет возникающие из-за разбалансировки дифференциальной системы эхосигналы благодаря их сходству с передаваемыми сигналами, что позволяет в дальнейшем вычитать копии возникших эхосигналов из сигналов на выходе инвариантного эхокомпенсатора. Таким образом, устройство обладает свойством адаптивности в отличие от известных схем инвариантных эхокомпенсаторов и позволяет устранять эхосигналы в условиях изменения параметров канала связи.
Предлагаемая полезная модель относится к области электросвязи и может быть использована при модернизации существующих и разработки новых дуплексных систем передачи информации.
Свое название эхокомпенсаторы получили вследствие того, что их работа основана на использовании инвариантов эхотракта дуплексного канала связи. Известно, что ближнее и дальнее эхо в дуплексных каналах в основном образуется из-за неидеальной работы устройств, разделяющих встречные направления передачи [1]. В результате этого между передатчиком и собственным приемником образуется паразитный эхотракт, влияние которого должно быть нейтрализовано дополнительными средствами - эхокомпенсаторами. В литературе [2] был синтезирован инвариантный эхокомпенсатор, использующий в своей работе сохраняющиеся в эхотракте отношения длин векторов передаваемых сигналов одинаковой формы. Это отношение является инвариантом для линейной системы, в том числе и эхотракта.
На фиг. 1 представлена упрощенная эквивалентная схема инвариантного эхокомпенсатора, которая состоит из двух контуров эхокомпенсации и контура вычисления управляющих сигналов.
Принцип работы этой схемы предполагает этап обучения, во время которого сигналы от противоположной стороны должны отсутствовать, а передатчик передает обучающий сигнал единичной амплитуды, записываемый в блок памяти БП1 , а отклик эхотракта на него - в блок памяти БП2.
В режиме передачи сообщений временные отсчеты передаваемых сигналов через ключ К1 поступают на вход блока памяти БП1, где хранятся в течение временного интервала дискретизации, и на первый вход делителя 1, который вычисляет управляющий сигнал, равный отношению двух временных отсчетов сигнала передатчика, передаваемых в данный и предыдущий моменты времени. Вследствие свойства инвариантности -сохранения величины такого же отношения для соответствующих отсчетов эхосигнала на выходе дифференциальной системы (т.е. на выходе паразитного эхотракта) - умножение (с помощью умножителя 1) эха от предыдущего отсчета передаваемого сигнала, хранящегося во втором блоке памяти БП2, на управляющий сигнал дает величину эха от передаваемого в данный момент отсчета сигнала передатчика. При вычитании посредством вычитателя 1 рассчитанной таким образом величины эха из суммы реального эха и принимаемого сигнала осуществляется компенсация эха первым контуром эхокомпнсатора.
Однако первый контур, устраняя сигналы эха, одновременно изменяет структуру принимаемых сигналов. Для ее восстановления служит второй нижний контур который имеет зеркальную структуру, состоящую из сумматора 1, умножителя 2, блока памяти БП3.
Недостатком известного инвариантного эхокомпенсатора является отсутствие свойства адаптивности к изменениям параметров эхотракта, что может происходить при разбалансировке дифференциальной системы вследствие изменения характеристик канала связи после этапа обучения.
При этом уже во втором контуре возникают эхосиглалы, повторяющие с точностью до неизвестного множителя k форму передаваемых сигналов [3, 4]. В этом случае сигнал на выходе эхокомпенсатора можно записать в следующем виде:
где Sпер(t) - предаваемый сигнал;
Sпр(t) - принимаемый сигнал;
k·Sпер(t) - погрешность эхокомпенсации.
Целью полезной модели является устранение погрешности эхокомпенсации, которая возникает при изменении параметров канала связи.
Поставленная цель достигается тем, что в схему эхокомпенсатора (фиг. 1) введены дополнительные блоки: делитель 2, интегратор 1, делитель 3, умножитель 3.
На фиг. 2 представлена схема инвариантного адаптивного эхокомпенсатора.
При этом первый вход делителя 2 подключен к входу блока памяти БП3 второго контура эхокомпенсатора, а второй вход к выходу ключа K1, выход делителя 2 подключен к входу интегратора, выход которого соединен с первым входом третьего делителя, на второй вход которого подается нормирующие напряжение, равное интервалу интегрирования интегратора.
Выход третьего делителя подключен к первому входу третьего умножителя, второй вход которого соединен с выходом ключа K1.
Выход третьего умножителя подключен ко второму входу второго вычитателя, первый вход которого соединен с входом блока памяти БП3.
Выход второго вычитателя является выходом адаптивного инвариантного эхокомпенсатора.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При изменении параметров канала связи на выходе второго контура эхокомпенсатора, а именно, на входе блока памяти БП 3 появляется погрешность эхокомпенсации равная kSпер (t). Ее вычисление с целью последующего вычитания из выходного сигнала эхокомпенсатора Sвыхэк(t) осуществляется с помощью следующих математических операций.
В начале рассчитывается оценка неизвестного коэффициента k:
где T - интервал интегрирования, превосходящий, как минимум, на два порядка длительность передаваемых и принимаемых сигналов. В силу симметричности относительно нуля плотностей вероятностей отсчетов передаваемых и принимаемых модулированных сигналов симметричной будет и плотность вероятностей значений отношений отсчетов этих сигналов. Вследствие этого последнее слагаемое в предыдущем выражении при увеличении T будет стремиться к нулю.
Из этого следует, что при длительности интервала интегрирования T, превосходящей более чем на два порядка длительность передаваемых и принимаемых сигналов, имеет место следующее соотношение
Реализация этого выражения осуществляется вторым делителем, который делит выходной сигнал эхокомпенсатора Sвыхэк(t) на передаваемый сигнал, и интегратором, с подключением его к выходу третьим делителем. Затем в третьем умножителе рассчитывается оценка погрешности эхокомпенсации 
, которая во втором вычитателе устраняется из сигналов на выходе второго контура эхокомпенсатора, т.е. из сигналов на входе приемника.
Исходя из вышесказанного, можно утверждать, что реализация адаптивного инвариантного эхокомпенсатора возможна.
Для экспериментального доказательства работоспособности адаптивного инвариантного эхокомпенсатора была разработана соответствующая компьютерная программа, моделирующая работу эхокомпенсатора в условиях воздействия на сигналы белого шума и возникающих разбалансировок дифференциальной системы. В качестве оценки качества эхокомпенсации использовалась величина среднеквадратичного отклонения (СКО) сигналов на выходе адаптивного инвариантного эхокомпенсатора относительно принимаемых сигналов на его входе.
На фиг. 3 приведены результаты эксперимента. По оси абцисс откладывается величина коэффициента рассогласования дифсистемы k, по оси ординат - величина СКО. Отношение мощности сигнала к мощности белого шума равно 10, число испытаний n=5000.
Кривая 1 (vv) отражает результаты исследования неадаптивного инвариантного эхокомпенсатора (фиг. 1), а кривая 2 (vv2) - адаптивного инвариантного компенсатора (фиг. 2).
Как следует из результатов эксперимента, предложенная схема адаптивного инвариантного эхокомпнсатора показала свою эффективность при разбалансировке дифференциальной системы, что доказывает ее адаптивность и, соответственно, работоспособность.
Список используемых источников
1. Цыбулин М.К. Подавление электрического эха в телефонных каналах. - М.: Радио и связь, 1998. - 112 с.
2. Лебедянцев В.В. Практические приложения метода синтеза и инвариантных систем связи для дуплексной передачи данных: 5-й раздел докторской диссертации «Разработка и исследование методов анализа и синтеза инвариантных систем связи». СибГАТИ, Новосибирск, 1995 г.
3. Лебедянцев В.В. Инвариантные эхокомпенсаторы и их неработоспособные модификации // Российская НТК «Информатика и проблемы телекоммуникаций». Новосибирск, 2008 г. Том 1. С 260-267. (прототип)
4. Лебедянцев В.В., Морозов Е.В. Инвариантные эхокомпенсаторы и проблемы их практического применения // Вестник СибГУТИ, 
2, 2009 г. С. 58-64.
Адаптивный инвариантный эхокомпенсатор, содержащий физическую модель инвариантного эхокомпенсатора, состоящую из контура вычисления управляющих сигналов и двух контуров эхокомпенсации, причем контур вычисления управляющих сигналов состоит из первого блока памяти и первого делителя, вход первого блока памяти и первый вход первого делителя через первый ключ, формирующий временные отсчеты передаваемых сигналов, подключены к выходу передатчика, выход первого блока памяти подключен ко второму входу первого делителя, при этом первый контур эхокомпенсации образует последовательно включенные второй блок памяти, первый умножитель и первый вычитатель, первый вход которого соединен с входом второго блока памяти и выходом второго ключа, подключенному к входу дифференциальной системы, выход первого вычитателя соединен с первым входом сумматора второго контура эхокомпенсации, образованного последовательно включенными третьим блоком памяти, вторым умножителем, выход которого подключен ко второму входу сумматора, выход сумматора соединен с входом третьего блока памяти, при этом выход первого делителя подключен ко вторым входам первого и второго умножителей, отличающийся тем, что в схему инвариантного эхокомпенсатора введены дополнительные блоки, представляющие собой последовательно соединенные второй делитель, интегратор, третий делитель, третий умножитель и второй вычитатель, выход которого подключен к входу приемника, а первый вход - к входу третьего блока памяти и к первому входу второго делителя, причем вторые входы второго делителя и третьего умножителя подключены к входу первого блока памяти, а на второй вход третьего делителя подается нормирующий сигнал, по величине равный длительности интервала интегрирования интегратора Т.
