Уидроу, Стирнз - Адаптивная обработка сигналов (1044225), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Дифференциальные системы по многим причинам не обеспечивают идеальных характеристик. Разброс характеристик приборов, длины и сопротивления линий передачи приводит к неидеальному разделени1о приннчаемого и передаваемого сигналов. Такичобразом некоторыесоставляюшие принимаемого сигналапроипкают в цепи передачи. Обычно в дифференциальной системе ртп составляющие ослабляются по амплитуде примерно на !5 ДБ отиосителыю прпничаемого сигнала. По сугцеству, тракт п о. т прохождения помех является линейныч и обладает неизвестными ачплитт дно- и фазочастотной хараггтеристгикахги. Даже прн уровне этих состапляюгцих ниже уровня принимаемого сигнала на 40ДБ лля некоторых абонентов отчетливо проявляется эффект эхо. В течение последних 50 лет на протяженных линиях связи в США применяли устройства подавления эхо, которые успешно реп а.ш эту задачу прн общей задержке в линии связи не боле е 00 мс.
На рис. 12.29 показана схеча телефонной системы, оборудованной устройствами подав.пения эхо-сигналов. Если детек. тор уровня сигнала обнаруживает принимаемый сигнал, реле в устройстве подавления эхо данного абонента отключает передающую цепь. Кроче того, если еще один детектор сигнала обнаруживает сигнал, погтупаюгций с микрофона этого абонента, реле снова замьпсается, и восстанавливается передающая цепь Такггтг образом, при прохождении эхо-сигнала разомкнуты только цспп приема. При передаче сигнал, даже если речевые сигналы поступают в оба конца линии одновременно, передающая цепь замкнута. Р ис. 12.2З. Упрощенный вариант протяженной телефонной системы Рис.
12.29. Протяженная телефраная система с устройствами подавленна эхо- спгналрв При общих задержках в линиях связи, превышающих, как это имеет место в спутниковой связи, 100 мс, в процессе переключе. ния устройств подавления эхо-си па.гов возникают обрывы речевого снгнала,н потери частей слов. Наличие такого эффекта привело к разраоотке адаптивных устройств подавления эхо-спгналов '1171. На рис. 12.30 приведена система с адаптивным подавлением эхо.
Эта система имеет простой принцип действия. На конце линии связи принимаемый сигнал подается как па дифференциальную систему, так и на адаптивный фильтр. Выходной сигнал адаптивного фильтра вычитается из выходного сигнала дифференциальной системы. Разность этих сигналов, представляющая собой сигнал ошибки для адаптивного фильтра, используется для перестройки весовых коэффициентов.
Лдаптивиый фильтр осуществляет максимальное в среднеквадратическом смысле подавление проникающих через дифференциальную систему составляющих. Возможность подавления ограничена только возможностью согласования фильтра с трактом прохождения паразитных составляющих через дифференциальную систему. Скорость и точность квантования имеют ограничения с точки зрения стоимости реализации адаптивного фильтра, но они преодолеваются по мере развития технологии.
Существенные ограничения накладывают относительное среднее значение СКО адаптивного фильтра и нелинейность тракта прохождения паразит- Рис. 1230. Протяженная гслсфонпаи с-стена с алаптивпып подавлением эха. спгналсв 313 ных составляющих в дифференциальной системе. Например„эффективное адаптивное устройство подавления эхо может иметь частоту отсчетов 8 кГц и 128 весовых коэффициентов. При адаптивном подавлении эхо-сигналов возникают некоторые проблемы, связанные с влиянием шума вектора весовых коэффициентов.
На рис. 12.31 приведена схема с адаптивными фильтрами, на которой показаны необходимые сигналы. При ана.лизе будем считать, что адаптивные фильтры имеют достаточное число степеней свободы для согласования с передаточными функциями трактов прохождения паразитных составляющих в дифференциальных системах, значение Р, соответствует области устойчивости адаптивных фильтров, а помехи в линиях палс и лллс и сигналы микрофонов имеют нулевые средние значения. Кроме этого, положим, что процессы адаптации обоих адаптивных фильтров протекают независимо. Строго говоря, зто предположение является некорректным, но экспериментальные исследования показывает, что при раздельном рассмотрении адаптивных процессов нх можно проанализировать с достаточно хорошим приближением, В действительности телефонная сеть с обоими адаптивными фильтрами представляет собой цепь с обратной связью.
Входной сигнал адаптивного фильтра на конце А частично проникает с выхода адаптивного фильтра на конце В, и наоборот. Однако сигналы микрофонов, помехи в линиях связи и в абонентских линиях не зависят от адаптивных процессов. Будем полагать, что сигналы и помехи в схеме на рис. 12.31 являются независимыми стационарными случайными процессами. Такое предположение сделано для упрощения анализа 16, 17], эффективность которого подтверждается практическими исследованиями. При всех этих предположениях можно прийти к заключению, что после адаптации адаптивные фильтры имеют такие векторы Абонаиссний пун«с а Кана Абонаисс ий пуи Я ! 'Шуа Шум абон асной Сиона м па «ил и а амфо и К нау ав свс Рис.
12.31. Модель прохождения сигналов в адаптивном устройстве подаалеиия эхо.сигиалои 314 весовых коэффициентов, при которых полностью компенсируются передаточные функции трактов прохождения паразитных составляющих через дифференциальные системы. Однако еще один результат процесса адаптации состоит в том, что в установившемся режиме шумовая составляющая значений весовых коэффициентов, которая по случайному закону модулирует входные сигналы адаптивного фильтра, приводит к появлению в сигналах микрофона, передаваемых далее по протяженным линиям связи, дополнительных составляющих случайной помехи. Для проведения анализа будем считать, что значение [б адаптивного фильтра на конце А очень мало, поэтому шумом вектора весовых коэффициентов можно пренебречь.
Тогда на конце Л адаптивный фильтр полностью подавляет паразитные составляю1цие и не вызывает дополнительных «побочных явлений». Сигнал со стороны А при его подаче на линию связи А — В равен сумме сигнала микрофона з„„ и шума абонентской линии лллс, Положим, что коэффициент передачи линии связи равен единице, тогда входной сигнал, поступающий на сторону В, равен зйл+ллль+ +длит, где пйлт — шум на стороне В, возникающий в линии связи А — В. На практике требуется, чтобы значение [б было достаточно большим для обеспечения разумного времени сходимости адаптивного фильтра и возможности слежения за изменениями параметров дифференциальной системы. Б соответствии с этим в значениях весовых коэффициентов появляется шумовая составляющая. Пусть Мл — относительное среднее значение СКО адаптивного фильтра на стороне Л.
Из рис. 12.31 следует, что минимальное среднеквадратическое значение сигнала ошибки ейл ~л, = Е [звал) +Е[п[ль). (12,73) Это определение вводится в предположении одновременной передачи речевого сигнала с обеих сторон, причем ХВЛ = ЯВЛ+ (Зйз+ПВЗС)„д,рж И б[ВЛ =- ЗАЛ+ ЛВЛЛ— входной сигнал и полезный отклик адаптивного фильтра соответственно. Для среднего значения СКО имеем Млел „или 2', 2 среднее значение СКО= Мл (Е [зйл[+Е [пвлс[) (12 74) что представляет собой мощность адаптивной независимой случайной помехи, возникающей из-за шумовой составляющей в значениях весовых коэффициентов. Соответственно мощность входного шума на стороне В равна Е [п,лс) + Е [пввг) + Мл (Е [Явл[+ Е [й)влй). (12.76) Следовательно, отношение сигнал-шум на стороне В Е[5 1 (12. 76) 313 ОСШв— а Мл Е [Ввл] -'; (1+ Мл) Е [лала)+ Е[лез -) В представляюшпх и~нтерес случаях М<<1,и уровень шума або- нентской линии очень мал по сравнению с уровнем шума в про- тяженной линии связи.
Учитывая это„имеем Е ОС[[]в = [ ал] Мл Е [кал] + Е [павг] Прн уменьшении )4 и медленной адаптации можно уменьшить й!л. Если произведение мощности сигнала на Мл пренебрежимо мало по сравнению с мощностью шума, достигается максимальное отношение сигнал-шум: Е [вал! ОСШна (12.78) Е [~евг] Такое отношение сигнал-шум достигается в системе с подавлением эхо-сигналов при односторонней передаче речевых сигналов или в системе с адаптивным подавлением при двусторонней передаче. Из-за наличия относительного среднего значения СКО адаптивное устройство подавления эхо-сигналов при двусторонней передаче обеспечивает отношение сигнал-шум (!2.77), которое можно записать в виде осш ОСШ, =- втпам 1+ М -ОСШ щах Таким образом, во время двусторонней передачи для обеспечения отношения сигнал-шум, близкого к максимальному, необходимо годдерживать низкий уровень относительного среднего значения СКО.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
