Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 3.9
Telephone echo over a satellite is caused by electrical reflection at the distant end,
where it can be eliminated by an echo canceler.
used to connect to a long-distance circuit. The same pair of wires allows the speech
from the distant end (where the male talker is listening) to reach the female talker.
The connection point onto the long-distance circuit breaks the two directions
in half, segregating the sending and receiving wire pairs. The device that routes
the energy properly between the two-wire local loop and the four-wire trunk line
is called a
hybrid
. The typical configuration has a hybrid on each end; however,
Figure 3.9 shows that the male talker is connected through an undefined terrestrial
network within which several hybrids could exit. The echo path is produced within
one or more of the unseen hybrids, allowing some of the female talker’s speech
energy to make a U-turn and head back over the link toward the female talker,
arriving in a delayed (and potentially annoying) fashion. Because the echo is the
result of uncontrollable factors in the terrestrial network, it must be blocked or
removed in some manner. Obviously, a satellite circuit with its quarter-second
delay is subject to an echo that is heard approximately one-half second after the
talker utters his or her first word. Undersea cable circuits might introduce an echo
return delay of only 50 ms or less, but that still would be unacceptable for commer-
cial telephone service. The same issue applies to digital cellular and Internet phone
calls.
The simplest and most effective way to block the echo is to use a voice-activated
switch at the opposite end of the circuit, as shown in Figure 3.9. Whenever the
female talker is speaking, the control circuitry detects the presence of the incoming
speech on the upper wire pair, and the switch on the lower wire pair is opened.
When she stops talking, however, the switch closes automatically and the male
talker is free to speak and be heard by the female talker. A similar switch would
have to be placed on the female talker’s end to protect the male talker from his
own echo. Other features are necessary to make the switch respond to characteristics
of human conversation, such as when one party needs to interrupt the other (double
talking).
All long-distance telephone networks can achieve excellent echo control with
the digital
echo canceler
, which is included with a digital telephone exchange or
satellite network. An echo canceler works with the digitized version of the speech
and mathematically eliminates the echo from it. It does that initially by measuring
and characterizing the echo path through the hybrid and terrestrial network. From
that information, the canceler determines how to subtract a sample of the incoming

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3.1
General Features of Satellite Networks
85
speech from the return path to the distant talker. After an initial training interval,
the echo is suppressed by a factor of about 10,000 (e.g., 40 dB). Additional echo
reduction is accomplished with a voice-activated switch that can totally block the
return path when only one person is speaking. To allow double talking, only the
echo cancelation function is operating to permit both sides of the circuit to work
simultaneously. While the details of how this technology works are beyond the
scope of this book, the important point is that there is strong evidence that modern
echo cancelation along with high-quality digital transmission produces satisfactory
service for even single-hop GEO satellite networks with a total delay of 500 ms
or less. For delay greater than 500 ms, even the echo canceler cannot overcome
the effect of latency on the interactive quality of a telephone circuit.
3.1.6.3
Data Communications and Protocols
The key to successful computer-to-computer communication over satellite is to
employ the right protocols and coding schemes. Computers that communicate over
terrestrial links transmit data in blocks of data, or
words,
as shown in Figure 3.10.
(The specific structure of protocols is contained in standards, particularly TCP/IP).
A protocol provides a set of rules that the two ends follow in assembling the words
for transmission and determining if the received words are valid. In a highly-reliable
protocol, provision is also made to automatically request retransmission if an error
is detected at the distant end. The ‘‘conversation’’ illustrated in Figure 3.10 shows
what happens when the computer at the receiving end detects an error and requests
retransmission from the sending end (on the left). The sequences starts at the upper
left and moves left to right and right to left, following the direction of the arrows