-
Sich anpassender Echounterdrücker mit Aus gangstiter Die Erfindung
betrifft Echo-Unterdrückeinrichtungen fUr ein NachrichtenÜbertragungssystem mit
einem Übertragungsweg begrenzter Bandbreite. Sie kann in einem Zweiweg-Nachrichtenübertragungssystem
von extrem grosser Länge benutzt werden, z. B. in einem System, das einen Satellitenverstärker
in einer Umlaufbahn um die Erde enthält.
-
In einem Nachrichtenübertragungssystem tritt ein Echo auf, wenn ein
elektrisches Signal eine Verbindung mit unvollkommen angepasster Impedanz antrifft,
z. 3. ein Hybrid-Netzwerk und das Signal teilweise zur Signalquelle reflektiert
wird. Weil Signale in Nachrichtenübertragungssystemen eine begrenzte Laufzeit notwendig
haben, wird das reflektierte Signal oder Echo einige Zeit nach der Übertragung der
Sprache horbar. Wenn die Entfernungen zunehmen, braucht das Echo länger, um den
Sprecher zu erreichen und wird zunehmend störend. Es wurde daher der Versuch gemacht,
diese Echos mit von der Sprache betätigten Einrichtungen zu steuern, die als Echo-Unterdrücker
bekannt sind und die bewirken, dass die Ubertragungsfähigkeit
des
Sprechwegs in der Einrichtung gedämpft oder ausser Tätigkeit gesetzt wird, wenn
festgestellt wird, dass ein Signal in der anderen Richtung im Weg fortschreitet.
-
Für Kreise mit mittleren Verzögerungen, s. B. terrestrische transkontinentale
Nachrichtenkanäle, liegt die Verzögerung in der Grössenordnung von mehreren Zehn
Millisekunden. Dies reicht aus, um eine merkbare Trennung in Form von hörbaren Echos
zu erzeugen, die ohne Steuerung die*Wirksamkeit der Sprechverbindung schädlich beeinflussen.
Es sind Echounterdriicker entwickelt worden, die mit derartigen Echos in hinreichender
Weise fertig werden. Für Satellitenübertragungskreise kann andererseits die Verzögerung
in der Grössenordnung von mehreren Hundert Millisekunden liegen, je nach der Höhe
des SateLliten, der Anzahl der beteiligten Satelliten usw.
-
Bei einer Unterhaltung, die über ein System mit der grossen Verzögerung
durchgeführt wird, hat man festgestellf,~ dass die Tendenz besteht, dass der eine
Sprecher der Antwort des anderen Sprechers zuvorkommt und in die Unterhaltung einfällt,
ohne es zu bemerken.
-
Typischerweise fällt er ein, um die vorher übertragene Äusserung zu
wiederholen und nach dem Empfang durch den anderen Sprecher zu fragen, wobei dies
während der Zeit geschieht in der die vcrzögerte Antwort übertragen wird.
-
Das gleichzeitige Vorhandensein von Sprechsignalen in beiden Übertragungswegen
am Ort des Echounterdrückers ergibt ein Dilemma, das zu zwei möglichen Ergebnissen
führen kann. Entweder wird der ausser Tätigkeit gesetzte übertragungsweg wieder
hergestellt, wobei das Echo zurückgeleitet werden kann oder der Ubertragungsweg
bleibt ausser Tätigkeit, wobei verhindert wird, dass die Sprache des einen Teilnehmers
an der Unterhaltung den anderen Teilnehmer erreicht.
-
Der letzte Fall gibt Anlass zu einer Verschlechterung, die als "Zerhacken"
oder t'Abschneiden" bekannt ist. Die Verschlechterung entsteht ohne Rücksicht auf
die vom Echounterdrücker durchgeführte Tätigkeit während dieser Perioden der gleichzeitigen
Äusserungen beider Teilnehmer. Es wurde festgestellt, dass die Häufigkeit derartiger
Perioden zunimmt, wenn die Verzögerung des Kreises grösser wird, so dass eine Verminderung
der Qualität des Kreises entsteht.
-
Für diese Systeme mit grosser Verzögerung wurde eine neue Einrichtung,
die sich anpassender Echounterdrücker genannt wird, vorgeschlagen, um Echos durch
eine Unterdrückung zu beseitigen und gleichzeitig die Übertragung in beiden Richtungen
zu ermöglichen.
-
Die Arbeitsweise eines sich anpassenden Echounterdrückers wurde in
einem Aufsatz "An Adaptive Echo Canceller" von M. M. Sondhi, The Bell System Technical
Journal, Band 46, Seite 497, vom März 67
beschrieben. Kurz zusammengefasst>
erzeugt ein Netzwerk im Echounterdrücker synthetisch ein Abbild des Echosignals
durch Verarbeiten des ankommenden Signals in den Einweg- Ubertragungsweg, der zu
der Vierdraht-Zweidrahtverbindung führt, die gewöhnlich Hybride genannt wird. Der
von der Hybride abgehende Einweg-Übertragungsweg ist mit dem einen Eingang eines
Differenzverstärkers verbunden, dessen anderer Eingang so geschaltet ist, dass er
das synthetisch erzeugte Abbild des Echosignals erhält. Der Ausgang des Differenzverstärkers
ist über eine Fehlersignalsteuerschaltung mit dem Synthesenetzwerk verbunden, wodurch
ein Rückkopplungskreis entsteht, der sich den Übertragungseigenschaften des Echowegs
anpasst und Änderungen dieses Wegs feststellt, die während einer Unterhaltung auftreten
können.
-
Bei einer Art von Echounterdrücker wird ein sich selbst einstellendes
Querfilter mit Signalen beliefert, die an einer Vierdraht-Zweidrahtverbindung ankommen.
Fehlersignale, die durch Verarbeiten von Signalen im abgehenden Weg erzeugt werden,
steuern fortlaufend die Einstellung des Querfilters derart? dass es ein Abbild des
unerwünschten Echos am Ausgang erzeugt. Das Abbildsignal wird dann van den abgehenden
Signalen subtrahiert und die Differenz als neues Fehlersignal zur Steuerung des
Querfilters verwendet.
-
Der Grad, mit dem dieser Echounterdrücker des Querfiltertyps in der
Lage ist, das unerwünschte Echo zu unterdrücken, ist von der Anzahl der Abgriffe
der Verzögerungsleitung abhängig, die im Querfilter verfügbar und benutzt werden.
Bei einer begrenzten Anzahl von Abgriffen ist eine vollständige Unterdrückung nicht
möglich. Eine unbegrenzte Anzahl von Ab griffen ist selbstverständlich unmöglich,
auch ist eine extrem grosse Anzahl von Abgriffen praktisch nicht ausführbar und
verbietet sich aus wirtschaftlichen Gründen, da die zu jedem zusätzlichen Abgriff
gehörigen zusätzlichen Kreise die Kosten des vollständigen Echounterdrückers beträchtlich
erhöhen. Wenn auch der oben beschriebene Echounterdrücker eine beträchtliche Verbesserung
der Unterdrückung von Echos bringt, so kann doch noch ein Restecho vorhanden sein.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Wirkung derartiger Reste cho 5 zu verringern.
-
So ist eine sich anpassende Echounterdrückungseinrichtung für ein
Nachrichtenübertragungssystem mit einem Übertragungsweg begrenzter Bandbreite, bestehend
aus einer einstellbaren Synthese-Einrichtung zum Erzeugen eines synthetischen Echosignals
aus einem Signal, das einem Echo ausgesetzt ist, ferner aus einer Kombinationsschaltung,
die das synthetische Echosignal mit dem tatsächlichen Echosignal kombiniert, um
die Grösse des Echosignals zu verringern und ein
resultierendes
Differenzsignal zu erzeugen, und schliesslich aus einer Steuerschaltung zum Einstellen
der Synthese-Einrichtung entsprechend des Differenzsignals erfindungsgemäss versehen
mit einer Filteranordnung, die mit dem Ausgang der Kombinationsschaitung verbunden
ist, wobei das Filter Dämpfungsmaxima an den Rändern des Frequenzbandes liefert,
um das Restsignal zu dämpfen.
-
Es wird gezeigt, dass das Energiespektrum des Restechos in unerwarteter
Weise an den Rändern des Frequenzdurchlassbandes des Ubertragungswegs stark konzentriert
ist, so dass das Filter der beschriebenen Art durch Erzeugen einer grossen Dämpfung
in diesen Gebieten das Restecho beträchtlich verringert und damit eine wesentliche
Verbesserung der Übertragungsqualität ergibt.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschema, das ein Zweiweg-Signalübertragungssystem
darstellt, welches die erfindungsgemäss aufgebaute Echounterdrückungseinrichtung
benutzt; Fig. 2 ein Blockschema, das aufbaumässige Einzelheiten eines Teils des
Systems der Fig. 1 darstellt und Fig. 3-5 Schaubilder, die zur Erklärung der Arbeitsweise
der Systeme der Fig.-l und 2 dienen.
-
Fig. 1 ist ein stark vereinfachtes Schema eines Signalilbertragungssystems,
das zwei Endstellen miteinander verbindet, die mit 0 (Ost) und W (West) bezeichnet
sind. Die Zweiwegübertragung geschieht in folgender Weise. Ein örtlicher Kreis 10,
der typischerweise ein herkömmlicher Zweidr allt -F ernspre chkreis ist, der einen
Teilnehmer mit der Endstelle W verbindet, ist durch das Hybridnetzwerk 11 mit dem
einen Ende eines Vierdrahtsystems verbunden, das zwei getrennte Zweidrahtkreise
12 und 13 enthält. In bekannter Weise liefert das Hybridnetzwerk eine Einwegverbindung
für Sprechsignale vom Kreis 10 zum Abgangskreis 12 und eine andere Einwegverbindung
für vom Kreis 13 zum örtlichen Kreis 10 ankommende Signale. Die Impedanz des örtlichen
Kreises 10 ist soweit wie möglich durch ein Ausgleichsnetzwerk 14 angepasst, das
zur Hybridç 11 gehört.
-
Abgehende Signale im Kreis 12 gehen über das Differenznetzwerk 15
zum West-Ostübertragungskreis 16 über ein Filternetzwerk 31, das später beschrieben
wird, oder über einen normalerweise geschlossenen Überbrückungsschalter 32. Der
Kreis 16 kann ein mit Drähten ausgeführter Kreis sein, z. B. ein Unterwasserkabel
oder eine Fernleitung, oder er kann Kreise enthalten, die mit Hilfe eines oder mehrerer
Erdsatelliten hergestellt sind. An der östlichen Endstelle werden Signale vom Kreis
16 über eine Echounterdrückungseinrichtung 40
(die gleich der später
beschriebenen E chounter drückungs einrichtung 30 ist) und über den Trennverstärker
29 zum Hybridnetzwerk 21 geliefert. Die Hybride 21, die durch das Netzwerk 24 abgeschlossen
ist, überträgt die vom Kreis 23 ankommenden Signale zum Teilnehmerkreis 20 und leitet
die örtlich erzeugten Signale vom Kreis 20 zum Abgangskreis 22. Die Ausgangssignale
auf dem Kreis 22 werden über die Echounterdrückungseinrichtung 40 zum Ost -We stübertr
agungs -kreis 26 gegeben, der im allgemeinen ebenfalls eine Satellitenübertragungsverbindung
enthält und von dort zur Endstelle W. Die an der Endstelle W auf dem Kreis 26 empfangenen
Signale werden über den Kreis 13, der einen Trennverstärker 19 enthält, zur Hybride
11 geliefert Im Idealfall gehen alle auf dem Kreis 13 oder dem Kreis 23 ankommenden
Signale zu den entsprechenden Teilnehmerleitungen. Kein Signal wird zu den abgehenden
Kreisen 12 und 15 übertragen. Unglücklicherweise ergeben die Ausgleichsnetzwerke
im allgemeinen nur eine teilweise Anpassung an die Zweidrahtkreise (10 und 20),
wobei ein Teil des ankommenden Signals den Abgangskreis erreicht. Wenn keine hinreichende
Unterdrückung vorhanden ist, geht dieser Teil zur entfernten Endstelle zurück und
wird als Echo wahrgenommen. Demgemäss wird eine Echounterdrückungseinrichtung verwendet,
um das
rückkehrende Signal zu beseitigen, ohne jedoch dabei die
ankommenden oder abgehenden Kreise zu unterbrechen.
-
In der Einrichtung 30, die zur Endstelle W gehört (eine gleiche Einrichtung
40 wird in der Endstelle 0 verwendet) wird das Verarbeitungsnetzwerk 17 mit Querfilter
mit Signalen beliefert, die auf dem Kreis 13 ankommen. Sie erzeugt das erforderliche
Abbild des ankommenden Signals, um den Teil des Signals im Kreis 12 zu unterdrüeken,
der einem Signal im Kreis 13 entspricht, d. h. einem Echo.
-
Dieses Echo wird dann dadurch unterdrückt, dass das Abbildsignal von
dem Signal im Kreis 12 durch die Wirkung des algebraischen Differenznetzwerkes 15
subtrahiert wird.
-
Da sich der Charakter des E'chosignals mit Änderungen im örtlichen
Zweidrahtkreis ändert, z. B. bei einem Anschluss oder einer Trennung eines Nebenstellenfernsprechers
während einer Unterhaltung oder bei einer Übertragung von Gesprächen über Tastenfernsprecher
oder Nebenstellenzentralen ist es Ilotwendig, das Verarbeitungsnetzwerk entsprechend
der Änderung einzustellen. Diese Einstellung geschieht mit der Fehler^fiignal-Steuersehaltung
1B, deren Eingang mit dem Signal verbunden ist, das am Ausgang des Differenznetzwerkes
15 erzeugt wird, um den Grad des Echos festzustellen, das nach der Bildung der Differenz
vorhanden ist. Eine fortlaufende Einstellung
gewährleistet eine
schnelle Konvergenz der Anpassung zwischen dem Echo und dem verarbeiteten Unterdrückungssignal.
Wenn die im Querfilterverarbeitungsnetzwerk 17 nTerwendete, mit Ab griffen versehene
Verzögerungsleitung eine unendliche Länge mit einer unendlichen Anzahl von Ab griffen
hat, ist die Anpassung theoretisch vollkommen, d. h. sie ist eine Anpassung mit
vollständiger Unterdrückung des Echos..
-
Bei einer Verzögerungsleitung mit endlicher Länge und einer endlichen
Anzahl von Abgriffen wird jedoch eine vollständige Unterdrückung nicht erreicht,
so dass am Ausgang des Differenznetzwerkes 1.5 ein Restecho bleibt, und zwar auch
nachdem die Einstellung durch die Steuerschaltung 18 beendet ist. Wie nachfolgend
gezeigt wird, kurze festgestellt, dass das Energiespektrum des Restechos auf die
Ränder des Durchlassbandes der Einwe gübertragungskr eise konzentriert ist.
-
Ein Filter 31 mit einer hohen Dämpfung an den Bandrändern und einer
minimalen Dämpfung dazwischen ist zwischen den Ausgang des Differenznetzwerks 15
und den Übertragungskrels 16 geschaltet. Wenn vom Ubertragungskreis 26 kein Signal
ankommt, gibt es selbstverständlich auf dem Kreis 12 kein Echosignal und das Filter
31 ist durch einen normalerweise geschlossenen Kontakt 32 überbrückt.
-
Dementsprechend gehen auf dem brtlichen Kreis 10 erzeugte Sprechsignale
zum Kreis 12 und können unbeeinflusst durch das Filter 31 zum Ubertragungskreis
16 gelangen.
-
Wenn auf dem Übertragungskreis 26 jedoch ein ankommendes Sprechsignal
vorhanden ist, stellt der Sprachdetektor 33, dessen Eingang mit dem Kreis 13 verbunden
ist, das Vorhandensein des Sprechsignals fest und betätigt daraufhin ein dort vorgesehenes
Relais R, das seinerseits den normalerweise geschlossenen Kontakt 32 öffnet, um
das Filter 31. zwischen dem Ausgang des Differenznetzwerks 15 und dem Übertragungskreis
16 einzuschalten. Infolgedessen wird das Restecho am Ausgang des Differenznetzwerks
15 durch das Filter 31 unterdrückt und hierbei die gesamte Echounterdrückung durch
den Echounterdrücker 30 erhöht" Der Kontakt 32 kann leicht als Teil eines Relais
R vorgesehen werden, dessen Spule sich im Sprachdetektor 33 befindet und unter dem
Einfluss eines Sprachsignals auf dem Kreis 13 erregt wird. Wenn er auch symbolisch
als mechanischer Kontakt dargestellt ist, so kann er doch aus einem elektronischen
Schalter, z. B. einem Transistor bestehen, der unter dem Einfluss des Sprachdetektors
33 betätigt wird.
-
Um mathematisch klarzustellen, dass der grösste Teil der Energie des
Restechos auf die Bandränder konzentriert ist, und dass daher ein Filternetzwerk,
das nur an den Bandrändern eine Dämpfung aufweist, das Restecho unterdrückt, ist
zunächst eine eingehende Diskussion
der Arbeitsweise des Querfilterverarbeitungsnetzwerkes
17 notwendig. In Fig. 2 ist ein Blockschema einer Echounterdrückeinrichtung 30 mit
einer eingehenden schematischen Darstellung des Querfilterver arbeitungsnetzwerke
s 17 gezeigt.
-
In Fig. 2 werden die auf dem Kreis 13 ankommenden Signale einem Querfilter
zugeführt, das eine mit Abgriffen versehene 'Terzögerungsleitung mit den Verzögerungselementen
100-1 bis 100-N enthält. Die Verzögerungsleitung 100 ist in geeigneter Weise mit
dem Widerstand 101 abgeschlossen. Jedes Verzögerungselement der Verzögerungsleitung
ergibt eine Verzögerung von T Sekunden gleich dem Nyquist-Intervall 1/2B, wobei
B die Bandbreite des Kreises 13 in Hertz ist.
-
Bei einem typischen praktischen Beispiel ergibt jedes Element der
Verzögerungsleitung eine Verzögerung (T) von einem Zehntel Millisekunden für ein
zugeführtes Signal. Somit sind genaue Abbilder des Signals im Kreis 13 wiederholt
mit Intervallen von ein Zehntel Millisekunden verfügbar.
-
Die Verstärkung der einzelnen an den Abgriffen der Verzögerungsleitung
erzeugten Signale werden mit Hilfe der Multiplikatornetzwerke 110-0 bis 110-N eingestellt,
über die sie geleitet werden und im Summierungsnetzwerk 12û kombiniert. Die Multiplikatornetzwerke
110 wie auch die Multiplikatornetzwerke 112 (die später behandelt
werden)
sind in dieser Weise benannt weil Kreise, die in der analogen Rechnertechnik als
lineare Vierquadrant-Multiplikatoren bekannt sind, benutzt werden, um diese Netzwerke
zu bilden. Funktionsmässig kann jedoch jedes der Multiplikatornetzwerke 110 so aufgebracht
werden, dass es eine veränderbare Verstärkung (einschliesslich einer positiven und
einer negativen Verstärkung, sowie einer Verstärkung kleiner als Eins) zwischen
seinem jeweiligen Ausgangsabgriff an der Verzögerungsleitung 100 und einen entsprechenden
Eingang am Summierungsnetzwerk 120 liefert, wobei die Verstärkung, die jedes der
Multiplikatornetzwerke 110 liefert, der Polarität und der Grösse des Signals direkt
proportional ist, das durch das jeweilige Integratornetzwerk 113 geliefert wird.
Dementsprechend werden die Multiplikatornetzwerke nachfolgend auch als Verstärkungssteuernetzwerke
110 bezeichnet. Das vom Ausgang des Summierungsnetzwerkes 120 kommende zusammengesetzte
Signal geht zu einem Eingang des Differenznetzwerks 15, dessen anderer Eingang Signale
erhält, die über den Kreis 12 abgehen. Das Differenznetzwerk 15 ergibt effektiv
die algebraische Differenz und liefert am Ausgang ein verringertes Echosignal.
-
Wenn eine statische Situation angenommen wird, d. h. eine Situation,
bei der auf dem Kanal 13 ein konstantes Signal ankommt und der Echoweg nicht geändert
ist, genügen gewöhnliche Verfahren zum Einstellen
der relativen
Verstärkungen der Steuernetzwerke 110 der Polarität der Signale, die von den Verstärkungssteuernetzwerken
110 ausgehen und der Anzahl der im Verzögerungsnetzwerk 100 verwendeten Abgriffe,
um am Ausgang des Differenznetzwerkes 15 ein zus ammengesetztes Signal zu verhalten,
das ausreicht, einen gewählten Teil des im Kreis 12 erscheinenden Signals anzunähern.
Jedoch ist die Situation nicht statisch. Die auf dem Kreis 13 ankommenden Signale
sind Sprechsignale, die durch unberechenbare Signalpegel gekennzeichnet sind, welche
mit stillen Intervallen durchsetzt sind. Ebenso bestehen die Signale im abgehenden
Kreis 12 aus einer Kombination von örtlich erzeugten Signalen, deren Grösse sich
beträchtlich ändert und die durch häufige stille Intervalle gekennzeichnet sind,
zusammen mit verzögerten und gedämpften Abbildern des auf dem Kreis 13 ankommenden
Signal5, d. h. der Echokonaponenten. Dementsprechend müssen die Kennlinien des Quernetzwerkes
automatisch so eingestellt werden, dass sichergestellt ist, dass das durch das Summierungsnetzwerk
120 erzeugte Signal nur die Bm abgehenden Kreis 12 erscheinende Echokomponente annähert.
-
Um mit den sich ändernden Bedingungen fertig zu werden, wird ein Verfahren
mit geschlossenem Fehlerkreis angewendet So wird ein vom Summierungsnetzwerk 120
erzeugtes Anfangsabbildsignal durch
das Differenznetzwerk 15 von
dem zusammengesetzten Ausgangssignal im Kreis 12 subtrahiert. Das sich ergebende
Signal stellt somit das örtlich erzeugte Ausgangssignal zuzüglich irgendeines Restechos
dar, d. h. denjenigen Teil des Echosignals, der durch den Subtraktionsprozess nicht
beseitigt wurde. Dieses zusammengesetzte Signal bildet eine Fehlerkomponente, die
von der Fehlersignalsteuerung 18 verarbeitet und parallel zu den Multiplikatornetzwerken
112-0 bis 112-N gegeben wird. Jedoch ist das Fehlersignal nicht an sich geeignet,
die jeweilige Einstellung der Verstärkungssteuernetzwerke 110 anzugeben, um eine
vollständige Korrektur zu erhalten. Dementsprechend wird das ankommende Signal,
das in verschieden verzögerten Versionen an den Verbindungspunkten der Verzögerungselemente
100 erscheint, durch Multiplikation mit der Fehlerkomponente in den Multiplikatornetzwerken
112-0 bis 112-N gemischt und das sich ergebende Signal in den Integrationsnetzwerken
113 gemittelt, um ein Signal zu erzeugen, dessen Polarität und Grösse die richtige
Korrektur für jedes Verstärkungssteuernetzwerk angibt. Wenn somit das Fehlersignal
ein wesentliches permanentes Echo im abgehenden Übertragungsnetzwerk anzeigt, werden
die Verstärkungs steuernetz -werke 110 einzeln so eingestellt, dass ein grösserer
Teil des ankommenden Signals auf den Kreis 13 durchgelassen wird. Demnach hat das
zusammengesetzte Signal, das vom Netzwerk 120 erzeugt
und ün Netzwerk
15 aus dem abgebenden Signal beseitigt wird, die Tendenz, das Missverbältnis zu
beseitigen und die Grösse des Fehlerslgnals herabzusetzen.
-
Nach der oben angegebenen Einstellung kann es sein dass ein Vi>
erschwingen eingetreten ist, d h. dass <las vom abgehenden Signal subtrahierte
Abbildsignal zu gross war. Dies wird sofort vom Fehlersignalsteuernetzwerk 18 festgestellt,
wobei die Verstärkungssteuernetzwerke 110 neu eingestellt werden, um die Lücke zu
schliessen.
-
In der Praxis wurde festgestellt, dass eine Konvergenz zu einer im
wesentlichen maximalen Echobeseitigung in äusserst kurzer Zeit dadurch erreicht
werden kann, dass die Verstärkungskoeffizienten für jedes Abgriffsignal des Querfilters
gemäss dem Integral des Produktes des Fehlersignals und des Signals eingestellt
wird, das an den verschiedenen Abgriffen der Querfilterverzögerung erscheint.
-
x(t) soll das Signal darstellen, das über den Kreis 13 ankommt und
y(t) das im Kreis 12 abgehende Echosignal. Der zusammengesetzte Ausgang des Querfilters,
der am Ausgang des Summierungsnetzwerks 120 verfügbar ist, wird durch ya(t) dargestellt.
Bei Nichtvorhandensein eines örtlich entstandenen Signals kann das am Ausgang des
Differenznetzwerkes 15 erzeugte Signal als das Fehlersignal e(t) = y(t) - ya(t)
dargestellt werden. Ein echofreier Gleichgewichtszustand
(e(t)
X 0) wird erreicht, wenn und nur wenn y(t) r ya(t) für alle x(t) ist. In dem oben
angegebenen Aufsatz in Bell System Technical Journal vonM. M. Sondhi ist gezeigt,
dass ein sich anpassender Steuerkreis, der dem in Fig.2 dargestellten Kreis gleicht,
bewirkt, dass sich das Verarbeitungsnetzwerk anpasst, so dass e2(t) innerhalb der
Möglichkeiten des Verarbeitungsnetzwerkes minimiert wird, wobei e (t) 1 (y(t) -
ya(t)] ] ist. Wenn jedoch der sich anpassende Steuerkreis nicht in der Lage ist,
zu dem Punkt zu konvergieren, an dem y(t) t v (t) ist, dann wird e(t) nicht gleich
Null, sondern stellt stattdessen ein Restecho am Ausgang des Differenznetzwerks
15 dar.
-
Wenn h(t) die Impulsfunktion des Echowegs über das Hybridnetzwerk
vom Kreis 13 zum Kreis 12 ist, kann y(t) durch das Kreisintegral
dargestellt werden. Mit der Erkenntnis, dass sowohl h(t) als auch x(t) bandbegrenzende
Funktionen sind und daher durch eine Grundreihendarstellung (Abtast-Theorem) dargestellt
werden können, und dass h(t) eine Kausalfunktion ist, kann aus Gleichung (1) die
folgende Darstellung für y(t) abgeleitet werden:
wobei T " 2 und B die Bandbreite ist.
-
Das System von Differentialgleichungen fürden in Fig. 2 dargestellten
sich anpassenden Fehlersteuerkreis lautet wie folgt: d d/dt G = K e(t) X, (3) wobei
G ein Vektor ist, der als Spaltenmatrix betrachtet wird, und zwar mit den Elementen
0 bis N, die jeweils das Ausgangssignal des Integrafionsnetzwerks 113 darstellen,
welches dieselbe Strichnummer wie die Reihe in der Matrix hat, X ein Vektor, der
als Spaltenmatrix betrachtet wird, und zwar mit den Elementen 0 bis N, die jeweils
das Ausgangssignal des Elements der mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitung
100 darstellen, das dieselbe Strichnummer wie die Reihe der Matrix hat und das 0-te
Element der Eingang der Verzögerungsleitung ist, e(t) der Ausgang des Differenz
-netzwerkes 15 und K die Verstärkungskonstante der Fehlersignalsteuerung 18. Wie
in dem oben genannten Aufsatz von Sondhi in Bell System Technical Journal angegeben
ist, kann die Fehlersignalsteuerung 18 verschiedene Funktionen enthalten, doch wird
hier die hier vorliegende Untersuchung angenommen, dass die Fehlersignalsteuerung
18 nur eine lineare Verstärkung liefert. In gleicher Weise kann der Ausgang des
Summierungsnetzwerks 120 in Vektor-Matrixform
dargestellt werden
durch ya(t) = GT X , (4) wobei der Index T die Transponierung der Matrix darstellt.
-
Wenn man erkennt, dass judes x(t-nT) in Gleichung (2) gleich dem Ausgang
nach dem n-ten Abschnitt einer mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitung mit
T Sekunden Verzögerung je Abschmitt ist, kann die Gleichung (2) wie folgt in Vektor-Matrixform
geschrieben werden: y(t) = H1TX+H2TY, (5) wobei H1 eine Spaltennoatrix mit den Elementen
T h(nT) von n=o bis n=N ist, H2 eine Spaltenmatrix mit den Elementen T h(nT) von
n=N + 1 bis oo, und Y eine Spaltenmatrix mit den Elementen x(t-nT) von n=N + 1 bis
oo.
-
Wenn man die Gleichungen (4) und (5) in Gleichung (3) einsetzt und
erkennt, dass e(t) = y(t) - ya(t) ist, wird die Gleichung (3) d - - T - - T - -
T - - T - -G = K [(H1TX + H2TY) - GTX] X. (6) dt
Nach Neuordnung
der Vektorprodukte ergibt sich d/dt G = K [(H1T - GT) X X + H2T Y X] (7) Es soll
sein R = (H1 - G). Es wird angenommen, dass die Elemente von H fest sind (oder sich
so langsam mit der Zeit ändern, dass ihre zeitlichen Abweichungen vernachlässigt
werden können). Somit wird d -H1 = 0, und d - d - -T) - - - T - -R = - G = - K [(R
X X + H2 Y X]. (8) dt dt -T-Das Vektorprodukt R R ist gleich dem Quadrat der Länge
des Vektors R. Wenn man erkennt, dass d -T - -T d - d -T - -T d -(R R) = R R + (
R )R = 2R R (9) dt dt dt dt kann die Änderung der Vektorlänge erhalten werden, indem
die Glei--T chung (8) mit 2R vorher multipliziert wird, um d -T - -T -T - - -T -
T - -(R R) = -2K [R R X X + R H2 Y X] (10) dt zu erhalten. Wenn man erkennt, dass
das Produkt einer Matrix mit einer einzigen Reihe mit einer Matrix mit einer einzigen
Spalte ein Skalar ist, kann die Gleichung (10) in folgender Form neu geordnet
werden
d (RT R) x -2K [(RT X)2 + (R X) (H2T Y) (11) dt d/dt (R R) x -2K RT X [RT X + H2
Y]. (12) Abgesehen von dem trivialen Fall X= 0, zeigt die Gleichung (12) an, dass
die Länge deg Vektors R sich ändert, bis R M 0 ist, d. h. bis G " H1 ist. Mit anderen
Worten, die Konvergenz des Systems ist derart, dass der Ausgang des Integratornetzwerks
113-n gleich T mal der Abtastung der Impulsfunktion bei nT ist, d. h.
-
T h(nT). (13) Dementsprechend kann der Ausgang des Summierungsnetzwerks
120 wie folgt geschrieben werden
Wenn man die Gleichung (2) für y(t) verwendet, kann das Echosignal, das am Ausgang
des Differenznetzwerks 15 bleibt, nachdem der sich anpassende Fehlersteuerkreis
vollständig konvergiert ist, wie folgt geschrieben werden:
Dementsprechend ist für jede Art von Signal x(t), das an den Kreis 13 angelegt wird,
das Echosignal, das am Ausgang des Differenznetzwerks 15 übrigbleibt, abhängig von
den angepassten Werten der Impulsfunktion h(t) an den Punkten, wo die unabhängige
veränderliche t grösser als NT ist, nämlich der esamtverzögerungszeit der Verzögerungsleitung
100. Aus Gleichung (16) kann man schliessen, dass das Restecho dadurch entsteht,
dass x(t) durch ein Filter mit der Impulsfunktion he (t) geht, wobei he(t) " O für
t < NT und he (t) h(t) für t grösser als NT ist.
-
Das Problem der Bestimmung der spektralen Eigenschaften des Restechos
ist somit auf die Bestimmung des Spektrums durch das abgestumpfte Ende der Impulsfunktion
h(t) reduziert.
-
Die Wirkung eines bestimmten Pols von H(s), die Laplace-Transformation
von h(t) auf die Form der Kurve von h(t) wird um einen Uetrag abgeschwächt, der
von dem reellen Teil dieses Pols abhängt.
-
Demgemäss wird die Form von h(t) für grosse Werte von t in erster
Linie durch diejenigen Pole von H(s) bestimmt, die am dichtesten an der j#-Achse
liegen, daher ist das Spektrum H2 (j#) des abgestumpften Endes der Impulsfunktion
um diejenigen Frequenzen konzentriert, die den Polen H(s) entsprechen, welche am
dichtesten bei der jw -Achse liegen. Es sei z.B. ein Netzwerk betrachtet, das aus
K-Paaren von einfachen komplexen konjugierten Polen Si = #i + jßi und si = #i -jßi
besteht. Seine Impulsfunktion hat die Form K -a. t h(t) = Ai e @ sin (ßit + #i).
(17) i=1 Wenn man annimmt, dass der Index f die #i bestimmt, derart, dass #1 <
#2 < ... < #K ist, dann kann für ein ausreichend grosses t, zum Beispiel t
> NT die Impulsfunktion wie folgt angenähert werden -#1 t -#2t h(t>NT) = A1e
sin (ß1t+#1) + A2e sin (ß2t+#2) (18) Mit anderen Worten, das Ende der Funktion he
(t) wird durch die Pole mit dem kleinsten a bestimmt. Diese Untersuchung kann auch
für Pole mehrfacher Ordnung durchgeführt werden.
-
Wirtschaftliche Betrachtungen bestimmen die Anordnung der Echolöscher,
die
am wirksamsten sind, wenn sie an den Hybrid n angeordnet werden, wo die Echos erzeugt
werden. Wenn dies jedoch in normalen Fernsprechsystemen geschieht, beträgt die Anzahl
der erforderlichen Echounterdrücker viele Tausende, was sich in Anbetracht der Kosten
verbietet. Somit sollen die Echounterdrücker nur in den Hauptvermittlungsämtern
angeordnet werden. Demnach enthalten im allgemeinen die Übertragungswege die Kreise
12 und 13, Trägerverbindungen mit den zugehörigen Bandpassfiltern, die so bemessen
sind, dass sie für Sprachsignale ein ungefähr flaches Durchlassband aufweisen und
eine hohe Unterdrückung ausserhalb des Durchlassbandes.
-
Um eine flache Durchlassbandkennlinie zu erhalten, werden die Pole
für die Übertragungswege auf einer Kurve angeordnet, die in Bezug auf die ju, -Achse
konkav ist, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Der Hybridweg, der aus Zweidrahteinrichtungen
besteht, hat andererseits @@@ einen relativ breitbandigen Charakter und daher Pole,
die nicht dominierend sind, d. h., die weit von der j4> -Achse entfernt sind.
Demnach wird der Echoweg durch die Übertragungswege, die Kreise 12 und 13 beherrscht,
insbesondere durch die Pole, die an den Rändern des Durchlassbandes am dichtesten
an der jas-Achse liegen.
-
Die Kurve A der Fig. 4 zeigt die Echowegdämpfung zwischen dem Kreis
13 und dem Ausgang des Differenznetzwerks 15 durch einen
Echounterdrücker
mit einer Verzögerungsleitung 100, die eine Gesamtverzögerungszeit von 5 Millisekunden
aufweist. Die Kurve B der Fig. 4 zeigt die vergrösserte Dämpfung, die man durch
Verwendung eines Echounterdrückers mit einer Verzögerungsleitung erhält, die eine
Gesamtverzögerungszeit von 10 Millisekunden aufweist.
-
Um die Verbesserung zu erreichen, die sich beim Ubergang von der Kurve
A zur Kurve B ergibt, ist nicht nur eine Verzögerungsleitung mit der doppelten Verzögerungszeit
und der doppelten Anzahl von Abgriffen erforderlich, sondern auch die doppelte Anzahl
von Multiplikatoren 110 und 112 und Integratoren 113 im Echounterdrücker.
-
In beiden Kurven A und B der Fig. 4 ist offensichtlich eine verringerte
Dämpfung an den Bandrändern von 250 Hz und 3000 Hz vorhanden.
-
Erfindungsgemäss wird die Arbeitsweise eines Echounterdrückers mit
einer mit Ab griffen versehenen Verzögerungsleitung irgendeiner Länge durch die
Hinzufügung des Filternetzwerks 31 am Ausgang des Differenznetzwerks 15 merkbar
verbessert. Das Filternetzwerk 31 hat eine Dämpfungskennlinie der in Fig. 5 dargestellten
Art mit einer hohen Dämpfung an den Bandrändern und einer minimalen Dämpfung zwischen
den Rändern. Wenn infolgedessen eine ankommende Sprache auf dem Kreis 13 vorhanden
ist, geht das Restechosignal vom Differenznetzwerk 15 durch das Filternetzwerk 31,
indem die Energie
des Restechssignals weiter vermindert wird.
-
Wenn auf dem Kreis 13 bei der dargestellten Ausführung keine Sprache
vorhanden ist, bleibt der Kontakt 32 geschlossen, wobei die Sprache vom Teilnehmer
des westlichen Endes ohne Verschlechterung zum Kreis 16 gelangen kann. Auch wenn
das Filternetzwerk 31 in den Weg eingeschaltet ist, kann der Teilnehmer am westlichen
Ende lediglich mit einer minimalen Verschlechterung sprechen, die durch die reduzierte
Bandbreite des Filternetzwerks 31 entsteht.
-
Die spezielle Grösse der Dämpfung und die genaue Form der Dämpfungsfrequenzkennlinie
des Filternetzwerks 31 sollen unter Berücksichtigung der zu erfüllenden Anforderungen
an das System und der durch den verwendeten E chounterdrücker verfügbaren Echowegdämpfung
gewählt werden.