Ecoul și Metode de Suprimare a Acestuia în Telefonie

1. Introducere

Ecoul reprezinta repetarea unei forme de unda datorita reflexiilor în anumite

puncte în care caracteristica mediului prin care undele se propaga se schimba. Ecoul sta

la baza unor sisteme de detectie (radar, sonar) dar în tehnica telecomunicatiilor este

considerat un fenomen nedorit care afecteaza calitatea serviciilor oferite.

Înca din anii 1950 s-a încercat dezvoltarea unor aplicatii pentru reducerea ecoului

dar acest proces continua si azi datorita aparitiei sistemelor de comunicatie mobile.

În genere putem vorbi de doua tipuri de ecou [Roma ‘01]:

- Ecou hibrid (de linie) datorat dezechilibrului impedantelor de linie

în locul în care se face trecerea de la doua fire (linia de abonat) la patru fire (linia din

centrala telefonica).

- Ecoul acustic rezulta din propagarea semnalului vocal de la

difuzorul aparatului la receptor printr-un proces continuu. Aceasta propagare se datoreaza

prezentei peretilor dintr-o încapere, fiecare provocând diferite defazaje si întârzieri ale

semnalului vocal.

Diferitele întârzieri dintre unda incidenta si unda reflectata, puterea semnalului

reflectat precum si numarul de cai de reflexie sunt factori ce influnteaza perceptual

sistemul auditiv omenesc. De altfel, urechea umana are un sistem dezvoltat de anulare al

ecoului bine dezvoltat care ajuta la separarea reflexiilor propriei voci.

Figura 1.1 Ecoul hibrid ce apare la trecerea 2f/4f

La începuturile telfoniei analogice linia de abonat era alcatuita din 2 fire torsadate

iar la intrarea în centrala telefonica se face trecerea la 4 fire, corespunzatoare emisiei si

receptiei. În cazul în care abonatul A si B sunt conectati la aceeasi centrala efectele

ecoului sunt nesemnificative datorita distantei relativ scurte dintre terminale. În schimb în

cazul unei convorbiri interurbane, la distante mari, efectul ecoului se face simtit.

Sistemele de trecere 1f/4f sunt comune pentru mai multe liniii de abonat din considerente

economice si de spatiu, din aceasta cauza nefiind posibila echilibrarea perfecta a

sistemului pentru fiecare abonat în parte. Datorita dezechilibrului semnalul vocal incident

se întoarce pe linia de abonat fiind deranjanta daca amplitudinea sa este mare sau

întârierea este semnificativa (peste 1 ms).

Sistemele de supresie a ecoului au fost implementate pentru prima oara pe liniile

de comunicatie prin satelit ce introduc întârzieri semnificative (peste 600ms). Primele

versiuni ale acestor sisteme detectau prezenta ecoului si îl atenuau puternic (figura 1.2).

Performanta unui astfel de supresor depinde de capacitatea sistemului de a depista ecoul

de pe linia de transmisie.

2

Figura 1.2 Schem bloc a unui supresor de ecou

Deoarece forma ecoului este identica cu cea a semnalului util, detectorul de ecou

trebuie sa faca disciminarea doar dupa nivelul semnalului receptionat. Datorita acestui

fapt se pot face usor confuzii si sa se atenueze semnalul util în locul ecoului. Pentru a

elimina acest dezavantaj s-a introdus un sistem adaptiv de anulare a ecoului.

Sistemele adaptive au fost introduse în anii ’60 de catre AT&T Bell Labs si mai

târziu de catre COMSAT TeleSystems.

Sistemul adaptiv de anulare al ecoului modeleaza si creaza un semnal de ecou

artificial care este o copie fidela a ecoului receptionat si îl substrage din semnalul util.

Schema bloc a unui sitem adaptiv de anulare a ecoului [Mu ‘01] este ilustrata în

figura 1.3.

Figura 1.3 Schema bloc a unui sistem de anulare adaptiva a ecoului

Filtrul adaptiv îsi modifica coeficientii calculati dupa un anumit algoritm având ca

scop minimizarea semnalului de eroare. Coeficientii filtrului sunt reînnoiti odata la patru

esantioane sau jumatate din coeficienti la fiecare esantion.

Sistemul de detectare al activitatii vocale (Double Talk Detector) intervine în

momentul când semnalele vocale de la ambele capete coexista si “îngheata” procesul de

adaptare pentru a împiedica pierderea totala a adaptarii. S-au definitivat câteva metode de

a realiza acest lucru: prin urmarirea parametrului ERL (definit mai jos) a carui valoare

trebuie sa fie stabila cu mici variatii sau a parametrului ERLE (definit mai jos). De

asemnea detectarea acestei situatii se mai poate face si prin detectarea cresterii normei

vectorului coeficientilor filtrului [Wen ‘01] sau printr-o metoda ce implica coerenta

partiala a semnalelor de voce si ecou de la intrea sistemului de anulare adaptiva a ecoului

acustic [Fauc ‘01].

3

Detectorul caii de propagare este util atunci când calea de propagare a semnalului

telefonic se schimba pe durata unei convorbiri. Acest fapt se poate datora în timpul unei

conferinte prin comutarea convorbirii pe o alta linie telefonica. Sistemul de detectare al

activitatii vocale poate confunda o astfel de schimbare si poate opri procesul de adaptare,

sistemul blocându-se. Se poate folosi spre implementare un al doilea filtru care preia rolul

filtrului principal în situatia în care se detecteaza o schimbare a caii de propagare.

Procesorul neliniar (Non Linear Processor) are rolul de a înlatura semnalul de

ecou si înlocuirea acestuia cu un zgomot de fundal atunci când nu exista semnal vocal

distant. Procesorul neliniar genereaza permanet un semnal asemanator cu zgomotul de

fundal dar nu face înlocuirea decât în cazul în care este detectat ecoul.

Sistemul de detectie al tonurilor de modem ( Modem Tone Detection) este util la

sesizarea unei comunicatii de date pe linia telefonica, ceea ce impune oprirea sistemului

daptiv de anulare al ecoului. Detectia se face prin sesizarea semnalului sinusoidal cu

frecventa de 21000Hz.

Convergenta unui sistem adaptiv de anulare a ecoului trebuie sa fie foarte rapida

pentru a putea urmari schimbarile bruste ale semnalului vocal. Convergenta este afectata

de urmatorii factori:

a. Caracteristicile nestationare ale liniei telefonice si a vocii. Caracteristicile ecoului

depind de dezechilibrul impedantelor liniiei de abonat si a sistemului diferential

de trecere 2f/4f

b. Conversatia simutana. De obicei, participantii la o convorbire telefonica nu

vorbesc simultan deci rareori ecoul si vocea utila se regasesc în acelasi timp.

Problema apare când ambii participanti doresc sa vorbeasca deodata, procesul de

anulare tinde sa elimine partea utila de informatie. O metoda de a preveni acest

neajuns este folosirea detectoarelor de voce care comanda întreruperea procesului

de adaptare lasând semnalul sa treaca transparent fata de sistemul de anulare

adaptiv.

c. Algoritmul de adaptare folosit. Cele mai multe sisteme de anulare adaptiva a

ecoului folosesc algoritmul LMS1 sau variante ale acestuia. Avantajele LMS sunt

complexitate redusa, memorie de date redusa si usurinta de implementare pe

sisteme fizice. Cu toate acestea LMS are o rata de convergenta redusa ceea ce îi

ofera performante reduse în comparatie cu alti algoritmi. RLS2 este în schimb

foarte rapid dar necesita un efort de calcul mai mare.