3.4. Явление электрического эха

Неудовлетворительная балансировка развязывающих устройств ограничивает пределы усиления сигналов в двухсторонних каналах связи и дуплексных трансляциях однополосных двухпроводных систем передачи и приводит к возникновению амплитудно-частотных искажений в телефонных каналах связи. Но наиболее сильно плохая балансировка РУ проявляется на оконечных пунктах канала телефонной сети общего пользования. На пути прохождения сигнала от абонента пункта А до абонента пункта Б могут находиться как минимум четыре индивидуальных РУ.

На рис. 3.8 показаны местные развязывающие устройства РУ1 и РУ4, находящиеся в телефонных аппаратах абонентов пунктов А и Б соответственно, и станционные развязывающие устройства РУ2 и РУ3 находящиеся на оконечных коммутационных станциях.

– Основной сигнал

– Ближнее эхо

– Дальнее эхо

Рис. 3.8. Схема образования эхосигналов

114

Основной (полезный) информационный сигнал формируется на выходе источника оконечного оборудования пункта А при передаче в направлении А–Б. При передаче в обратном направлении Б–А информационный сигнал формируется на выходе источника пункта Б.

Полезный сигнал пункта А (не обязательно речевой) проходит путь от источника (микрофона, передатчика факсимильного аппарата, передатчика компьютерного модема и т. п.) через местное РУ1, абонентскую линию АЛ пункта А, станционное РУ2 пункта А, канал ТЧ направления передачи А–Б, станционное РУ3 пункта Б, абонентскую линию пункта Б, местное РУ4 пункта Б и, наконец, поступает к получателю оконечного оборудования пункта Б (телефон, приемник факсимильного аппарата, приемник компьютерного модема). На рис. 3.8 путь основного сигнала указан сплошной линией в верхней части рисунка. Полезный сигнал пункта Б проходит аналогичный путь, но в обратном направлении.

Несогласованность характеристического сопротивления ZБК1 балансного контура РУ1 с характеристическим сопротивлением абонентской линии ZАЛ1 пункта А приводит к просачиванию полезного сигнала с выхода источника прямо на вход приемника пункта А (пунктирная линия на рис. 3.8). Это явление принято называть электрическим эхо, которое от источника до получателя проходит короткий (близкий) физический, а соответственно и временной путь, поэтому его называют ближним эхо. Операторы местной телефонной сети это явление называют местным эффектом.

На оконечной станции пункта Б из-за рассогласования ZБК3 и ZАЛ2 сигнал проходит на вход канала ТЧ обратного направления, образуя также эхосигнал. Этот эхосигнал проходит путь по каналу ТЧ обратно к пункту Б, далее через РУ2, абонентскую линию АЛ1 и через РУ1 поступает на вход приемника пункта А. Поскольку этот эхосигнал проходит двойной (дальний) путь от пункта А к Б и обратно, его называют сигналом дальнего эха.

Затухание на пути ближнего эха определяется затуханием РУ1 в направлении задерживания (для ДС это затухание в направлении 3–4):

aбл = Ae1 +6 = 20lg (ZАЛ1 + ZБК1) / (ZАЛ1 − ZБК1) +6 дБ.

115

При рассогласовании ZБК1 и ZАЛ1 приблизительно на 20% затухание на пути ближнего эха составит ≈ 20 дБ.

Говорящий абонент слышит эхосигнал, но он заглушается собственной речью и не вызывает у абонента неприятных ощущений. По этой причине никаких мер по подавлению ближнего эха на местных телефонных сетях не предусматривается.

Если же по каналу ТфОП передается цифровой сигнал от факсимильного аппарата или компьютерного модема, то качество приема будет неудовлетворительным, вероятность ошибки при регистрации цифровых данных будет близкой к единице. В соответствии с этим во всех цифровых устройствах (модемах) предусматриваются специальные меры борьбы с ближним эхо.

В модемах факсимильных аппаратов и в компьютерных модемах ставятся сложные адаптивные компенсаторы эхосигналов, приспосабливающиеся к конкретной абонентской линии.

Направляющие среды МСП имеют большую протяженность (десятки тысяч километров), а сигналы электросвязи распространяются с конечной скоростью, поэтому дальнее эхо приходит к говорящему абоненту с большой временной задержкой и абонент его слышит, буквально как эхо в лесу или в овраге. Это эхо называют первым эхо говорящего. На станции А сигнал эха может снова попасть в направление передачи А–Б и достигнуть аппарата слушающего абонента (первое эхо слушающего). Затем возникнет второе эхо говорящего, второе эхо слушающего и т. д. до полного затухания процесса. Первое эхо говорящего, как наиболее сильное, оказывает основное мешающее действие на абонента.

Мешающее действие сигналов электрического эха тем больше, чем меньше затухание и больше время распространения на пути этих токов. Время распространения сигналов эха равно удвоенной абсолютной величине группового времени распространения сигнала. Кроме канала ТЧ, дополнительную задержку (10–20%) на пути сигналов эха вносят абонентские линии и селективные элементы систем передачи. По экспериментально полученной зависимости между минимально допустимой величиной затухания на пути сигналов эха и временем замедления, вносимого каналом (рис. 3.9) можно определить минимальное значе-

116

ние затухания на пути сигнала эха, которое необходимо обеспечить для определенного времени замедления канала. Если в канале затухание на пути эха будет больше или равно найденному из рис. 3.9, то эхосигнал не будет оказывать ощутимого мешающего действия при передаче разговорных сигналов.

Рис. 3.9. Взаимосвязь между необходимым затуханием

изадержкой эхосигнала

Стоками электрического эха в телефонном канале можно не считаться, если абсолютное время распространения сигнала эха в одном направлении не превышает 30 мс.

Если же это время больше 30 мс, то необходимо увеличивать затухание путем увеличения остаточного затухания канала. Однако значительно увеличивать остаточное затухание нельзя, так как это приведет

крезкому ухудшению качества связи. В связи с этим для устранения мешающего действия токов эха, когда время распространения сигнала в одном направлении составляет 50–400 мс, в каналах автоматически коммутируемой междугородной телефонной сети (АМТС) большой протяженности, включая связи, организованные с помощью искусственных спутников Земли, в каналы включаются специальные эхозаградители.

117

Для компенсации эхосигнала пункта А на АМТС пункта Б включается эхозаградитель (рис. 3.10), который подключен параллельно четырехпроводному окончанию канала ТЧ в точку с относительным уровнем передачи –13 дБмО и уровнем приема +4 дБмО.

Рис. 3.10. Схема включения эхозаградителя

Эхозаградитель может находиться в состоянии покоя, блокировки (подавления), перебоя и нейтрализации.

Врежиме покоя и нейтрализации эхозаградитель не вносит затухания в разговорный тракт. Этот режим используется, когда по каналу передаются факсимильные сигналы, сигналы передачи данных (например, сигналы от компьютерных модемов или сигналы вещания). Нейтрализация эхозаградителя осуществляется путем подачи в канал со стороны абонента пункта А специального сигнала нейтрализации – гармонического колебания частоты 2100 Гц.

Врежиме блокировки по каналу связи ведется двусторонний разговор, но говорит в рассматриваемый момент времени только один абонент.

Вэто время эхозаградитель вносит в разговорный тракт затухание ≈ 55дБ.

Эхозаградитель состоит из управляющего устройства (УУ) и регулируемого удлинителя (дБ). УУ своим входом подключено к выходу четырехпроводного окончания канала ТЧ.

Регулируемый удлинитель включен между РУ3 и входом четырехпроводного окончания канала ТЧ. На выходе УУ формируется сигнал управления для регулируемого удлинителя.

В УУ находятся опознаватели речевого сигнала в трактах передачи и приема и анализатор состояния. Опознаватели речи постоянно контро-

118

лируют уровни сигналов на выходах канала ТЧ и РУ. Анализатор состояния сравнивает эти уровни и выносит соответствующее решение. Если уровень сигнала в тракте приема значительно превышает уровень сигнала в тракте передачи, управляющее устройство своим выходным сигналом переключает удлинитель с нулевого затухания на затухание в 55 дБ.

Включение эхозаградителей ухудшает качество передачи речевых сигналов, поскольку анализ идет с замедлением и в начале отдельных фраз, пока эхо проходит на вход канала, происходит пропадание сигнала. В соответствии с существующими нормами время срабатывания эхозаградителя не должно превышать 4 мс, а время отпускания – 50 мс.

Совершенно иной принцип устранения мешающего действия дальнего эха реализуется в адаптивных эхокомпенсаторах (АЭК) (рис. 3.11). Адаптивный эхокомпенсатор выполнен на линии задержки с регулируемыми коэффициентами усиления по отводам и своим входом подключается к четырехпроводному окончанию канала ТЧ как эхозаградитель.

Рис. 3.11. Схема включения эхокомпенсатора

Выход эхокомпенсатора подключен к одному входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу РУ3.

АЭК содержит опознаватели речевых сигналов в каналах ТЧ прямого и обратного направлений, анализатор состояний и адаптивный фильтр и сумматор. Функции опознавателей речи и анализатора состояния здесь такие же, как и в эхозаградителе. В адаптивном фильтре формируется оценка эхосигнала, которая в противофазе подается на второй вход сумматора.

119