5. Эхо и самовозбуждение.

Явления эха и самовозбуждения возникают из-за того, что передаваемые сигналы вследствие взаимосвязей попадают в обратный канал и возвращаются вновь к своему источнику Наиболее общей причиной возникновения обратных связей является несогласованность полных сопротивлений диффсистем на стыке двухпроводных цепей с четырехпроводными. В результате несогласованности полных сопротивлений диффсистем сигналы, передаваемые по исходящей цепи четырехпроводного тракта, проникают на входящую цепь и возвращаются к источнику. Обеспечение полного согласования сопротивлений в исходящей цепи практически невозможно, поскольку коммутируемая сеть содержит множество различных абонентских и соединительных линий, каждая из которых имеет свое собственное характеристическое сопротивление.

Если в процессе передачи сигнала возникает только один отраженный сигнал, то обычно говорят о явлении "эха говорящего". Если же происходит еще одно отражение, то говорят о явлении "эха слушающего". Если же сигнал обратной связи многократно воз-ащается к источнику, проходя по прямой и обратной цепям несколько раз, то возникает явление самовозбуждения (генерации). Обычно это явление происходит в тех случаях, когда усиление в цепи обратной связи на некоторой частоте оказывается больше единицы. Если усиление в цепи обратной связи ненамного больше едииницы, то создаются условия, близкие к условиям генерации, при оторых возникают затухающие колебания. Условия генерации и словия, близкие к генерации, определяют мешающее воздействие ак на говорящего, так и на слушающего. Наиболее ощутимым раздражающим является обычно эхо говорящего.

Степень раздражающего воздействия эха, испытываемого говорящим,зависит как от величины обратного сигнала, так и от его заадержки [14, 15]. При установлении соединений на короткие расстояния задержка настолько мала, что эхо проявляется просто как естественное слияние сигналов в ухе говорящего. Фактически телефон намеренно проектируется так, чтобы некоторая часть энергии речевого сигнала (так называемое явление местного эффекта) поступала в телефонный капсюль. В противном случае для говорящего телефон воспринимается мертвым. Поэтому практически мгновенные сигналы эха просто добавляются к сигналам местного эффекта и оказываются неощутимыми. Однако, когда задержки возрастают, необходимо принимать меры к подавлению эха с тем, чтобы исключить возможное раздражение слуха говорящего. Поэтому чтобы мини­мизировать раздражающий эффект эха, затухание на междугородных линиях необходимо поддерживать достаточно большим. К счастью, сигнал эха претерпевает вдвое большее затухание, чем прямой, поскольку проходит двойной путь передачи. При установлении соединений на средние расстояния затухание линии выбирается в пределах от 2 до 6 дБ в зависимости от задержки.

Если длина соединительного тракта превосходит 1125 км (или двусторонняя задержка превышает 45 мс), то для подавления эха необходимо внести в тракт дополнительное затухание, причем его значение будет больше, чем то, которое допустимо для исходного передаваемого сигнала. В таких случаях используются эхо-заградители, которые осуществляют динамическое управление включением высоких уровней затухания (обычно 35 дБ) в зависимости от активности речи. Эхо-заградители включают в четырехпроводные цепи;они сравнивают силу звука в каждой цепи и вносят затухание в ту цепь, где уровень мощности сигнала наименьший. Таким образом, обеспечивается значительное затухание отраженных сигналов эха, причем остаточное затухание тракта при передаче основного сигнала будет либо весьма мало, либо практически равно нулю.

Однако эхо-заградители имеют один недостаток, который проявляется при использовании их в телефонных цепях. Он состоит в том, что эхо-заградители могут клиппировать начальные фрагменты речевых сегментов. Если один из участников переговоров начнет говорить в конце фразы другого, то эхо-заградитель не пропустит новый фрагмент речи, пока не истечет время, требуемое для переключения направления. Более новые эхо-заградители могут достаточно быстро изменять направление передачи (в течение времени от 2 до 5 мс [14]) и тем самым минимизировать эффект клиппирования. Даже при наличии таких новых эхо-заградителей один из участников переговоров не может "вклиниться" в речь другого участника, если он не будет говорить громче, чем второй.

Последние достижения в области технологии изготовления электронных схем открыли путь для разработки новых способов управления сигналами эха для использования при передаче речи по линиям связи. Новые приборы, называемые эхо-компенсаторами, настроены таким образом, что позволяют исключить только отраженные сигналы, не затрагивая речь другого абонента. Принцип работы эхо-компенсаторов состоит в запоминании передаваемой речи в памяти и хранении ее там в течение времени, равного времени двусторонней задержки цепи. Затем записанный в памяти сигнал ослабляется и вычитается из приходящего обратного сигнала. Таким образом, эхо-гашение требует наличия информации о длине пути и коэффициентах отражения и непрерывного запоминания передаваемого сигнала.

Лишь в последнее время выпуск сложных электронных схем, которые могут реализовать все эти операции, стал экономически оправданным. Разработчики фирмы BellSystemсоздали для линий спутниковой связи эхо-компенсатор в интегральном исполнении [16]. Я более детального знакомства со всеми типами устройств подавления эха можно обратиться к [17]. В общем случае все методы, применяемые для подавления эха, могут быть использованы и для подавления самовозбуждения. В то время на некоторых (очень коротких) линиях нет необходимости принимать меры к подавлению эха, но преодоление самовозбуждения тракта становится серьезной проблемой. Самовозбуждение может возникнуть также и в незанятых передачей сигналов цепях; кроме того, возникают сложности в тех случаях, когда самовозбуждение водит к перегрузке усилителей или вызывает нелинейные искажения в аппаратуре группообразования с ЧРК.