Искажения от обратной связи

Наличие развязывающих устройств (РУ) при организации двусто­ронних каналов с конечной величиной переходного затухания между направлениями передачи, даже при соблюдении условий устойчиво­сти, приводит к появлению токов паразитной обратной связи (ОС). В этом случае усилитель любого из направлений передачи можно рассматривать как усилитель с обратной связью (рис. 4), где приняты следующие обозначения:

- коэффициенты передачи усилителей; - постоянные передачи развязывающих устройств РУ₁ и РУ₂ с выхода одного усили­теля на вход другого (между полюсами 4-2). Для усилителя Ус.1 все устройства подключенные к полюсам 2-2 и 4-4, представляют цепь обратной связи.

Из теории усилителей известно, что при подключении цепи ОС коэффициент передачи усилителя уменьшается в раз, т.е.

(21)

где - глубина обратной связи, а - петлевое усиление, которое для рассматриваемой замкнутой системы равно

(22)

здесь S₁ и S₂ - усиление усилителей и A₁, А₂ - затухания развязы­вающих устройств, выраженные в децибелах; - суммарный фазо­вый сдвиг по петле обратной связи. Сумма вида S₁ + S₂ - A₁ – А₂ = - X [см. (5)] представляет затухание по цепи обратной связи с отрица­тельным знаком, т.е. усиление по петле обратной связи.

Рис. 4. К определению искажений от обратной связи

Формулу (21) с учетом (22) можно представить в следующем виде:

(23)

Изменение усиления усилителя Ус.1, обусловленное обратной связью, будет равно

(24)

где - запас устойчивости двустороннего канала (одиночной замкнутой системы).

Частотная характеристика усиления усилителя Ус.1 при наличии обратной связи представлена на рис. 5.

Как следует из рис. 5, частотная характеристика усиления из-за паразитной обратной связи имеет волнистый характер по сравне­нию с аналогичной характеристикой без обратной связи.

Такой характер частотной характеристики усиления усилителя объясняется тем, что токи паразитной обратной связи с частотами, соответствующими различным фазовым соотношениям в замкнутой

системе, могут либо увеличивать, либо уменьшать усиление усили­теля. Следовательно, наличие токов обратной связи приводит к специфическим амплитудно-частотным искажениям, которые назы­ваются искажениями от обратной связи. Корректировать такие искажения практически невозможно.

Рис. 5. Искажения от обратной связи

Так как в двустороннем (телефонном) канале, как замкнутой систе­ме, фазовые соотношения носят случайный характер, то на практике для оценки искажений от обратной связи определяют лишь их пре­дельные значения изменения усиления усилителя при фазовом сдвиге по петле обратной связи равном , т.е. при отрицательной обратной связи и , т.е. при положительной обратной связи. Для отрицательной обратной связи множитель , и величина искажений от отрицательной обратной связи будет равна [см. (24)]

(25)

для положительной обратной связи и величина искажений от положительной обратной связи будет равна

(26)

Как видно из (25) и (26), влияние токов положительной обратной связи всегда больше влияния токов отрицательной обратной связи. Однако при больших значениях устойчивости ( > 12 дБ) эти величины одинаковы. Влиянием паразитной обратной связи на частотную харак­теристику канала можно пренебречь, если > 15... 17 дБ. При этом искажения от токов обратной связи так малы, что практически не оказывают влияния на качество передачи телефонного сообщения.

Явление электрического эха

Наличие несогласованности в точках подключения абонентского тракта к телефонным каналам [точки а и а', (рис. 3)] относительно большой протяженности приводит к возникновению токов электри­ческого эха. Для пояснения сущности этого явления рассмотрим телефонный канал (рис. 6), где ТУ - транзитные удлинители; ДС_1,2 - дифференциальные системы, обеспечивающие переход с двухпро­водного абонентского тракта на четырехпроводный тракт; КТЧ -односторонние каналы тональной частоты; а, а' - точки подключе­ния абонентского тракта к телефонному каналу.

Рис. 6. Механизм возникновения электрического эха

Часть энергии речевого сигнала, передаваемого, например, сле­ва направо (от точки а к точке а'), на приемном конце (точка а') из-за неполной уравновешенности (балансировки) дифсистемы ДС₂ частично отражается, и отраженная волна попадает в канал обрат­ного направления и возвращается к говорящему абоненту со сдви­гом во времени, равном удвоенному времени распространения сигнала между точками а и а'. При некоторых условиях говорящий абонент может воспринимать повторение своего же разговора как явление, аналогичное явлению акустического эха. Так возникает первое эхо говорящего. Поскольку ДС₁ также уравновешена не полностью, то ток первого эха говорящего частично отражается в точке а и отраженная волна попадает в канал передачи от а к а'. В результате возникает первое эхо слушающего. После первого эха слушающего может появиться второе эхо говорящего и т.д. Посте­пенно энергия токов эха уменьшается и процесс замирает. В от­дельных случаях повторенные эхо-сигналы прослушиваются до 8...9 раз.

Опыты показывают, что мешающее действие электрического эха для говорящего абонента проявляется в том, что ему кажется, будто бы собеседник перебивает его, а для слушающего - в сниже­нии внятности передачи.

Мощность сигналов эха говорящего будет значительно больше мощности эха слушающего и поэтому расчет мешающего действия электрического эха выполняется лишь для эха говорящего.

Явление электрического эха будет наблюдаться при выполнении двух условий:

во-первых, при заметном промежутке времени между произнесе­нием звука и поступления эхо-сигнала;

во-вторых, при достаточной мощности эхо-сигнала.

Промежуток времени между произнесением звука и поступлением эхо-сигнала определяется конечной скоростью распространения электрических сигналов по физической среде его распространения и оборудованию каналов и трактов и называется групповым временем прохождения - ГВП или замедления. Абсолютная величина ГВП в телефонном канале оказывает влияние и на величину интервала времени между вопросом и ответом. Значительная величина этого времени может привести к потере чувства контакта между абонента­ми. Опытным путем установлено, что влияние ГВП незаметно, если абсолютное время распространения сигнала не превышает 250 мс. Эта величина может быть превышена только при связи через искус­ственные спутники Земли, так как абсолютное ГВП, равное 250 мс, можно получить на кабельных магистралях протяженностью 50 000...70 000км.

Абсолютная величина ГВП не оказывает мешающего действия на передачу сигналов телеграфии и передачи данных, звукового вещания и телевидения, факсимильных сигналов, поскольку каналы передачи этих сигналов являются односторонними.

Экспериментальные исследования позволили установить зави­симость между временем распространения электрического эха t_Э в канале и минимально необходимой величиной затухания на пути токов эха А_Э, при котором явление электрического эха не будет заметно (рис. 7).

Затухание между точками а и а' (см. рис. 6) определяет остаточ­ное затухание телефонного канала А_r и, следовательно, затухание для токов электрического эха будет равно

здесь А_е - балансное затухание оконечной дифференциальной сис­темы со стороны возникновения токов электрического эха.

Рис. 7. Зависимость минимально

необходимого затухания токов эха от

времени прохождения первого эха

говорящего

При самых неблагоприятных условиях (величина входного сопротивления або­нентского тракта близка к короткому замыканию или холостому ходу) величина балансного затухания А_е = 6 дБ, а, следовательно, . Для полученного значения А_е по гра­фику (см. рис. 7) можно определить допустимую величину ГВП и максимальную дальность связи, при котором мешающее действие токов электрического эха ощущаться не будет.

В телефонных каналах электрическое эхо не ухудшает качества связи, если абсолютное время прохождения сигнала в одном на­правлении не превышает 30 мс. Если же это время больше, то необходимо увеличивать затухание на пути токов электрического эха путем увеличения остаточного затухания. Однако значительно увеличить остаточное затухание нельзя, так как при этом ухудшает­ся качество связи. Поэтому для сохранения величины остаточного затухания телефонного канала равным номинальному значению А_r = 7 дБ и снижения мешающего влияния токов электрического эха на оконечных станциях в КТЧ включают специальные устройства, называемые эхозаградителями. Последние позволяют вносить зна­чительное затухание (до 50 дБ) на пути электрического эха. Схема включения эхозаградителей приведена на рис. 8, где приняты сле­дующие обозначения: ТУ - транзитные удлинители; КТЧ - канал тональной частоты; БПЗ - блоки переменного затухания; УУ - управ­ляющие устройства. Эхозаградитель работает следующим образом: под воздействием разговорных токов срабатывает управляющее устройство (УУ) и воздействует на блок переменного затухания (БПЗ), тем самым вносится дополнительное затухание для токов эха.

Однако при использовании эхозаградителей встречаются опре­деленные трудности. Наличие в каналах шумов не дает возможно­сти создать эхозаградители с высокой чувствительностью. Поэтому слабые разговорные токи эхозаградителями не подавляются. При включении эхозаградителей несколько ухудшается качество связи, так как из-за конечного времени их срабатывания наблюдается пропадание части начальных слогов слов.

Рис. 8. Включение эхозаградителей

Кроме снижения мешающего действия электрического эха, с по­мощью эхозаградителей находят применение:

метод самобалансирующейся дифференциальной системы, при котором возрастание затухания на пути токов эха достигается уве­личением балансного затухания дифсистем с помощью автомати­ческой регулировки сопротивления балансного контура;

компенсационный метод, обеспечивающий возрастание затуха­ния на пути токов эха за счет увеличения остаточного затухания обратного направления только для эхо-сигналов, путем формиро­вания сигналов подобных сигналам эхо, но обратных по фазе.