8.3.2. Передача на основной полосе частот

Для увеличения радиуса действия необходимо использовать системы передачи информации на основной полосе частот. Однако, как показано на рис. 8.23, в этих системах возникают более длительные отклики эхо-сигнала и более сильная МСИ. Чтобы непосредственно преодолеть эти трудности, следует использовать приемник с устройством подавления эхо-сигнала с временем действия, равным , и корректирующий фильтр  - низкочастотный эквивалент модемов, описанных в разд. 8.2.3 и подавляющих эхо-сигнал. Во многих системах передачи локальных сетей связи генератор тактовых импульсов, используемый для организации связи между потребителем и местным коммутатором, синхронизируется с тактовой частотой, полученной из принятого от местного коммутатора сигнала. Такая синхронизация генераторов тактовых импульсов приводит к ряду сложностей при построении устройства подавления эхо-сигнала, но позволяет использовать другую структуру, как мы увидим далее.

Рис. 8.23. Импульсные характеристики кабелей локальной сети.

Импульсные характеристики кабелей локальной сети, пример которых приведен на        рис. 8.23, обнаруживают две общие особенности: фронт быстро нарастает до максимума, и характеристика со временем затухает. Для меньших длин кабелей  максимум импульсной характеристики лишь чуть превышает один интервал длиной  с момента начала импульса; для более длинных кабелей импульс спустя один период  возрастал намного больше половины своего максимума. Можно использовать любой из корректирующих  фильтров, описанных в разд. 8.2.2 (но при соответствующем выборе фазы дискретизации), причем наиболее пригодным оказывается корректирующий фильтр с РОС. Наличие хвоста затухания характеристики позволяет предположить, что можно воспользоваться какой-либо простой линейной коррекцией с фиксированными параметрами для уменьшения длины хвоста и размера отводов корректирующего фильтра с РОС – т. е. уменьшения эффектов размножения ошибки (тенденции, присущей корректирующему фильтру с РОС, генерировать дополнительные ошибки из одной ошибки решающей схемы, так как ошибка приводит к неподавленной МСИ).  Мы вернемся к предмету коррекции позднее, а сначала рассмотрим конструкцию устройства подавления эхо-сигнала, представленную на рис. 8.16 в виде структуры 3.

Упрощенное устройство подавления эхо-сигнала для передачи на основной полосе частот. Хотя необходимо, чтобы устройство подавления эхо-сигнала имело задержку между отводами, равную всего лишь  по сравнению с  в WAL2 – системе с большей шириной полосы пропускания, наличие более длительных импульсных характеристик эхо-сигнала требует существенно большего числа отводов (например, вплоть до общего времени работы фильтра  или еще больших временных интервалов). Аналоговая реализация не позволяет до такой степени увеличить число отводов из-за сложностей ее практического осуществления. Для системы на основной частоте с двоичным кодированием, в случае полхода на основе просмотровых таблиц, потребовалась бы память объемом  слов или более при точности, по крайней мере, в 16 разрядов. Несмотря на то, что ЗУПВ становятся очень дешевыми и компактными, эта величина все еще большая, и, прежде чем она перестанет быть ограничивающей, невозможно будет использовать заметно большее число отводов. В таких случаях более приемлемой альтернативой становится цифровая реализация информационно-управляемого линейного адаптивного фильтра. Если проблемой оказываются сильные нелинейные искажения эхо-сигнала, существуют методы [8, 69] видоизменения линейного фильтра для учета этих искажений. В силу ранее приведенных доводов, наилучшей является структура 3, изображенная на рис. 8.16, но одним из основных моментов удорожания этой структуры будет наличие АЦП в цепи сигнала ошибки. Как упоминалось в разд. 8.2.2, уменьшение длины слов сигнала ошибки может упростить корреляционные умножения; это может также упростить АЦП. Максимальное упрощение достигается в том случае, когда сигнал ошибки сводится к представлению в виде знаковой функции. В отсутствие принимаемого сигнала устройство подавления эхо-сигнала будет сходиться к устойчивому состоянию. В присутствии принимаемого сигнала сходимость гарантируется лишь в том случае, если принятый сигнал будет меньше сигнала ошибки от устройства подавления. Если это не имеет места, то знак принятого сигнала управляется корректировкой, и фильтр не будет сходиться. Для системы с  синхронизацией обоих направлений передачи нет гарантии, что это будет справедливо. Этой трудности обычно удается избежать с помощью добавления в цепь корректировки устройства подавления сигнала возмущения. Такая же проблема обнаружена для устройства подавления эхо-сигнала на основе просмотровых таблиц. Как упоминалось в разд. 8.3.1, и эту проблему можно преодолеть аналогичным образом. Устройство подавления эхо-сигнала, реализованное таким способом, было объединено с цифровой высокочастотной системой передачи типа , в которой была использована передача типа WAL2 [319].

Подавление эхо-сигнала с помощью  - интервальных фильтров и коррекция с РОС. Коррекцию с РОС можно объединить с любыми из описанных в предыдущих разделах устройствами подавления эхо-сигнала с частичными ветвями, но, исходя из тактовой синхронизации систем передачи многих локальных сетей, можно предположить, что если найти средство для восстановления информации о временной фазе из выборок линейного сигнала с интервалом , то для устройства подавления эхо-сигнала потребуются лишь  отводы, разделенные интервалами длиной ; в результате произойдет уменьшение объема обработки сигнала. К счастью, форма фронта импульсной характеристики кабелей локальной сети обеспечивает возможность реализации такой схемы установления синхронизации        [6, 91]. Следовательно, можно использовать комбинированное устройство  подавления эхо-сигнала с интервалом  между отводами и корректирующий фильтр с РОС, показанные на рис. 8.24. Для получения сигнала ошибки выход решающего устройства соединен с устройством автоматического контроля эталона (АКЭ) для учета потерь в кабеле. Такая конфигурация более предпочтительна, чем АРУ, поскольку она дает лучшую совместную характеристику сходимости [95] устройства подавления эхо-сигнала и корректирующего фильтра с РОС. Можно показать [6, 239], что в отсутствие ошибок в решении, сходимость двух адаптивных фильтров идентична сходимости одного адаптивного фильтра с  отводами, где  - число отводов устройства подавления эхо-сигнала, а  - число отводов корректирующего фильтра с РОС. В этой структуре принятый сигнал больше не присутствует в сигнале ошибки, так что коэффициент усиления может быть близок к своему оптимальному значению и может задавать максимально возможную скорость сходимости   (и увеличение остаточного шума до, примерно, 3 дБ). Машинное моделирование сходимости такой структуры показало, что для двоичных сигналов при  и , если решающее устройство не генерирует ошибки, для сходимости к  дБ требуется меньше 6 мс для системы со скоростью передачи 100 кбод (разд. 8.3.1). На практике ошибки, являющиеся следствием значительных начальных помех, обусловленных неподавленным эхо-сигналом и МСИ, замедляют сходимость, и преодолеть это можно с помощью приемлемых стандартных методов обучения фильтра.

Для недорогой реализации такой структуры необходимо применить методы на основе СБИС. Недавние исследования [6] показали, что можно объединить все процессы обработки сигнала в одном кристалле для систем, работающих со скоростью передачи около 100 кбит/с по длинным кабелям.

Рис. 8.24. Комбинированное устройство подавления эхо-сигнала с решающей обратной связью (РОС) и устройство подавления, включающее автоматический контроль эталона (АКЭ).