DE2011669A1 - Echokompensationsschaltung zur Aus loschung von Echos auf Fernsprechleitungen - Google Patents

Description

Belegexemplar

Darf nicht geändert werden

Deutsche Bundespoet 1882

Echokompensationsschaltung zur Auslöschung von Echos auf Fernsprechleitungen

Die Erfindung betrifft eine Echokompensationsschaltung für Fernsprechverbindungen Über Zweidraht - Vierdrahtlei.tungen, bei der das Echo durch Überlagerung eines mit Hilfe eines Transversalfilters aus dem das Echo erzeugenden Sprachsignal abgeleiteten gegenphasigen Signals ausgelöscht wird.

Die als Echokompensator bezeichnete Schaltung bezweckt die Verhinderung von Echos auf Pernsprechleitungen; durch sie wird ein Ebenbild des Echos - im folgenden Kompensationsecho genannt - erzeugt und von dem Echo auf der Fernsprechleitung subtrahiert.

Echos können den Gesprächsfluß bei Fernsprechverbindungen über große Entfernungen (z.B. Transatlantikkabel- oder Satellitenverbindungen) beträchtlich stören. Sie entstehen hauptsächlich an den in Weitverkehrsverbindungen stets vorhandenen Gabelschaltttfigen, die den Übergang zwischen Zwei- und Vierdrahtleitungen bilden.

Figur 1 zeigt das bekannte Prinzip einer Weitverkehrsverbindung

zwischen 109836/08^0 —

Deutsche Bundespost 1882

zwischen zwei Teilnehmern A und B, die über Zweidrahtleitungen an die vierdrähtige Weitverkehrsleitung angeschlossen sind. Wegen der stets vorhandenen Fehlanpassung zwischen dem Zweidraht-Leitungswiderstand und seiner Nachbildung in der Gabelschaltung Ga gelangt ein Teil des im Empfangsweg der Vierdrahtleitung ankommenden Sprachsignals x(t) des fernen Teilnehmers als Echo z(t) über die Gabelschaltung in den Sendeweg der Vierdrahtleitung und damit zurück zum fernen Teilnehmer.

Zur Unterdrückung der Echos werden Differentialechosperren eingesetzt, deren Wirkung bekannterweise darauf beruht, daß in Abhängigkeit von dem Pegel der Sprachsignale im Empfangsund Sendeweg Dämpfungsglieder in den Echokreis eingeschaltet werden, die das Echo unterdrücken. Das Ein- und Ausschalten der Dämpfungsglieder führt jedoch teilweise zu Störungen des Gesprächsflusses. Es wurden daher Echounterdrückungsschaltungen als Echokompensatoren entwickelt, wie sie z.B. in der deutschen Patentschrift 1 283 293 beschrieben sind.

Die in Figur 1 eingezeichneten Echokompensatoren EK werden wie die Differentialechosperren an zentraler Stelle im Auslandskopf amt untergebracht. Sie haben vier Anschlüsse, und zwar den Empfangsrichtungseingang EE bzw. den Empfangsrichtungsausgang EA und den Senderichtungseingang SE bzw. Senderichtungsausgang SA. Zwischen EA und SE liegt der Echopfad, dessen Länge gleich der zweifachen Entfernung zwischen dem Ort der Anschaltung des Echokompensators und der am gleichen oder an einem anderen Ort befindlichen Gabelschaltung ist. Diese Entfernung ist von Verbindung zu Verbindung verschieden und kann zwischen null oder wenigen Kilometern und mehreren hundert Kilometern schwanken.

Das Echo z(t) am Senderichtungseingang SE des Echokompensators läßt sich durch Faltung des Sprachsignals x(t) des fernen Teilnehmers 109886/0830

Deutsche Bundespost 1882

nehmers mit der Impulsantwort h(t) des Echopfades bestimmen. Es gilt:

α (D

Werden die Zeitfunktionen x(t) und h(t) durch eine Folge von Impulsen der Dauer T dargestellt, so gilt die Näherung

A/

^rx(*"-;^rMrJ

i0 (2)

wobei N eine ganze Zahl ist, deren Größe von der Länge der Impulsantwort des Echopfades abhängt.

Gleichung (2) ist die Grundlage für die Wirkungsweise der Echokompensatoren, deren Prinzip darauf beruht, mit Hilfe einer geeigneten Schaltung die durch die Impulsantwort gekennzeichnete Übertragungsfunktion des Echopfades nachzubilden. Leitet man das Sprachsignal x(t) durch diese Schaltung, so erscheint an ihrem Ausgang das Kompensationsecho z, (t), das dem wirklichen Echo z(t) um so ähnlicher ist, je besser der Echokompensator die Übertragungsfunktion des Echopfades nachbildet.

Hauptbestandteil der Echokompensatoren ist ein in Figur 2 dargestelltes bekanntes Transversalfilter, das aus N Verzögerungsgliedern der Verzögerungszelt T t aus (N + 1) Koeffizientengliedern c_o, C₁ ..; C_n zur Bewertung der Abgriffspannungen an den Verzögerungsgliedern sowie aus einer Summierschaltung Σ zur Summation der bewerteten Abgriffspannungen besteht. Legt man an*den Eingang des Transversalfilters eine Spannung x(t), so lautet daβ Ausgangssignal

^k. _t=0 (3)

Ein Vergleich der Gleichungen (2) und (3) z«±gt, daß das Transversalfilter geeignet ist, aus dem Sprachsignal x(t) das Kompen-

sationsecho 109886/06 30

- 4 Deutsche Bundespost 1882

eationsecho Zjj.(t) abzuleiten, wenn es gelingt, die Koeffizienten c^ = f h(i T ) zu machen. Da die Impulsantwort des Echopfades bei jeder Fernsprechverbindung eine andere sein kann, müssen die Koeffizienten c, bei jeder gewählten Verbindung neu bestimmt und eingestellt werden. Es gibt zwei Verfahren zur Ermittlung der Koeffizienten c., die im folgenden anhand der Prinzipskizzen nach Figur 3 und 4 näher erläutert werden.

Bei dem Echokompensator nach Figur 3 wird die Impulsantwort h(t) des Echopfades vor Gesprächsbeginn gemessen und in den Speicher für h(t) eingeschrieben. Das Sprachsignal x(t) durchläuft den Faltungsoperator, der im Prinzip ein Transversalfilter darstellt, in dem x(t) mit h(t) gemäß Gleichung (2) bzw. (3) gefaltet wird. Nach Multiplikation mit dem Faktor -1 erscheint am Ausgang des Faltungsoperators das negative Kompensationsecho - z_k(t), das dem Echo z(t) über die Summierstufe überlagert wird.

Figur 4 zeigt die angewendete zweite Möglichkeit zur Bildung des Kompensationsechos. Das Sprachsignal x(t) durchläuft auch hier ein Transversalfilter, dessen Koeffizienten c^ jedoch im Gegensatz zu dem Verfahren nach Figur 3 durch eine Kreuzkorrelationsanalyse zwischen den Abgriffspannungen des Transversalfilters und dem Restecho e(t) = z(t) - z_k(t) am Senderlchtungsausgang SA des Echokompensa tors bestimmt v/erden. Hierbei handelt es sich um ein adaptives System, das sich automatisch so einstellt, daß das Restecho e(t) ein Minimum wird. Im Idealfall, wenn dem Echo z(t) keine Störung überlagert ist (z.B. Leitungsrauschen), stellen sich die Koeffizienten c automatisch so ein, daß sie den Amplituden h(i T ) der Impulsentwort des Echopfades proportional sind, dann wird e(t) = O.

Die Kdeffizientenglieder zur Bestimmung der Koeffizienten c. und zur Bildung des Produktes c^ · x(t -if) sind bei beiden

Verfahren 109886/0630

Deutsche Bundespost 1882

sehr Verfahren wirtschaftlich und technischYäufwendig. Sie müssen jeweils (N + i)-mal für die (N + 1) Abgriffe der Transversalfilter vorhanden sein.

Der Erfindung liegt die Ausgabe zugrunde, die Echokompensationsschaltung für Fernsprechverbindungen über Zweidraht - Vierdrahtleitungen, bei der das Echo durch Überlagerung eines mit Hilfe eines Transversalfilters aus dem das Echo erzeugenden Sprachsignal abgeleiteten gegenphasigen Signals ausgelöscht wird, wesentlich zu verbessern sowie zu vereinfachen und somit den technischen wie auch wirtschaflich hohen Aufwand der Echokompensatoren beträchtlich zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Transversalfilter eine Anzahl k einfache Verzögerungsglieder mit der Verzögerungszeit X zur Kompensation der Grundlaufzeit k · *T des Echopfades vorgeschaltet werden und daß das Transversalfilter um die gleiche Anzahl k technisch und wirtschaftlich aufwendiger, die Übertragungsfunktion des Filters z.T. verschlechternder Koeffizientenglieder verringert wird.

Figur 5 zeigt ein Beispiel für den Verlauf der Impulsantwort eines Echopfades, wenn zur Zeit t = 0 ein Prüfimpuls an den Empfangsrichtungsausgang EA des Echokompensators geschaltet wird. Die am Senderichtungseingang SE gemessene Impulsantwort sei in der Zeit t = Nf nach der Aussendung des Prüfimpulses abgeklungen. Wie.in Figur 5 dargestellt, läßt sich die Zeit NT in zwei Abschnitte zerlegen. Während des ersten Abschnittes ι., < k X. ist der Betrag der Amplitude der Impulsantwort I h(t)| gleich Null bzw. kleiner als eine zur Störgeräuschausblendung eingeführte Auswerteschwelle h. Während des zweiten Zeitabschnittes t_o = nt sei |h(t)l ^ h_.

Cm S

Soll diese Impulsantwort durch ein Transversalfilter nachgebildet werden, so müssen die ersten k Koeffizienten c_Q, C₁ ^ck-1' ^ie den Amplitudenverlauf während der Grundlaufzeit

1098 8 6/0830 -^

Deutsche Bundespost 1882

kT bestimmen, gleich Null sein. Die ersten k Abgriffe des Transversalfilters liefern demnach keinen Beitrag zu dem Kompensationsecho nach Gleichung (3)ι die zugehörigen Koeffizientenglieder können also wegfallen, zumal sie die Übertragungsfunktion des Filters negativ beeinflussen und verschlechtern können. Zur Nachbildung des Amplitudenverlaufes der Impulsantwort während des zweiten Abschnittes t_? = nT sind dann nur noch (n + 1) Koeffizientenglieder c^, c, , ... c_N erforderlich. Das N-gliedrige Transversalfilter mit (N + 1) Koeffizientengliedern kann demnach ersetzt werden durch ein aus nur η = N - k Verzögerungsgliedern und (n + 1) Koeffizientengliedern bestehendes Transversalfilter, dem eine k-gliedrige Laufzeitkette vorgeschaltet ist. Auf diese Weise lassen sich k der aufwendigen Koeffizientenglieder einsparen.

Im allgemeinen ist der Verlauf der Impulsantwort und damit auch die Dauer kTder Grundlaufzeit von Verbindung zu Verbindung verschieden. Es sei NT die maximal mögliche Länge der Impulsantworten aller Echopfade und ^_xT die maximal mögliche Zeit, während der die Amplitude der Impulsantwort dem Betrage nach größer als die oben genannte Schwelle h_a ist. Dann müssen die Transversalfilter der bekannten Echokompensatoren nach Figur 3 und 4 N_mev Verzögerungs- und (N _o^ + 1) Koeffizienten-

m9jC ΙΏ8Χ

glieder enthalten. Nach der Erfindung werden K = N_mov - n Koef'fizientenglieder eingespart , wenn man eine K-gliedrige Verzögerungsleitung vorsieht, deren Glieder vor das Transversalfilter geschaltet werden. Bei einer bestimmten Verbindung mit der Grundlaufzeit kT müssen dann k ^ K"Glieder der Verzögerungsleitung vor das Transversalfilter geschaltet werden.

Zur Bestimmung der Zahl k Verzögerungsglieder muß die Grundlaufzeit kt des Echopfades gemessen werden. Dies kann in der Zeit zwischen dem Abschluß des Verbindungsaufbaues und dem Beginn des Gespräches geschehen. So kann man "beispielsweise durch Auswertung des Wahlendekennzeichens einen Teetimpuls in den Echopfad senden und mit Hilfe eines Zeitzählers am

109886/0830

Deutsche Bundespost 1882

Senderichtungseingang SE des Echokompensator die Zelt messen, bis die Amplitude der Impuleantwort die Schwelle h erreicht. Zur weiteren Einsparung technischer Mittel ist es zweckmäßig, Teile der Zeitmeß- und .Anschaltevorrichtung zu zentralisieren, d.h. für eine Gruppe von Echokompensatoren nur einmal vorzusehen, da die Zeit während der diese Schaltung benötigt wird, sehr kurz ist im Vergleich zur mittleren Belegungsdauer der Echokompensatoren, die gleich der mittleren Gesprächsdauer ist.

Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Schaltung zur Messung der Grundlaufzeit kT des Echopfades und zur Anschaltung von k Gliedern einer K-gliedrigen Verzögerungsleitung vor das Transversalfilter, dargestellt für den Echokompensator nach Figur 4, jedoch in analoger Weise auch anwendbar auf den Echokompensator nach Figur 3. Die Schaltung enthält folgende Baugruppen: eine Steuerung 1 zur Auswertung des im Sendeweg der Vierdrahtleitung auftretenden Kennzeichens, das den Abschluß des Verbindungsaufbaus anzeigt; die Schalter S₁ und S„_f die von der Steuerung 1 für eine bestimmte Zeit betätigt werden; einen Impulsgenerator, der von der Steuerung 1 veranlaßt wird, einen Prüfimpuls in den Echopfad zu senden; eine Steuerung 2 mit einer Vorrichtung zur Abtastung der Amplitudenwerte h(i *t ) der Impulsantwort zu den Zeitpunkten if (i = 0,1 ... k), einer Schaltung zum Vergleich der Abtastwerte h(if ) mit einem vorgegebenen Schwellenwert h und einem Zeitzähler, mit dem die Zahl k der Abtastimpulse während der Grundlaufzeit der Impulsantwort gemessen wird. Die Schaltung nach Figur 6 enthält weiterhin eine Verzögerungsleitung VL mit K Verzögerungsgliedern der Verzögerungszeit ¹X und schließlich ein Anschaltekoppelfeld aus (K + 1) Schaltern 0,1 ... K zur Anschaltung einer durch die Stellung des Zeitzählers in der Steuerung 2 bestimmten Zahl k von Verzögerungsgliedern an den Echokompensator.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben. Sobald die Steuerung 1 das Kennzeichen empfängt» das den Abschluß des Verbindungeaufbaus anzeigt, ver-

109888/0630 _anlaßt

Deutsche Bundespost 1882

anlaßt sie die folgenden Operationen: die Abgabe eineo Rückstellimpulseo an die Steuerung 2, durch den der Zeitzähler auf Null gesetzt, die Schalter 1 bio K geöffnet und der Schalter 0 geochlosoen v/erden; die Betätigung der Schalter S₁ und Sp sowie die Abgabe je eines Steuerimpulses an den Impulsgenerator zur Ausoendung des Prüfimpulocs und an die Steuerung 2 zum Start des Abtasters und des Zeitzählers. Überschreitet die Amplitude der Impulsantwort bereits zum Abtastzeitpunkt Null die Schwelle h (sehr kurzer Echopfad), wird der Zeitzähler sofort stillgesetzt und der Schalter O bleibt geschlossen. Ist lh (O)I < h wird der Schalter 1

des AnschaltekoppelfeldeB geschlossen und Schalter 0 geöffnet. Nach T Sekunden erfolgt die nächste Abtastung. Ist auch I h( ¹X )| < h , wird Schalter 2 geschlossen und Schalter 1 geöffnet usf., bis zum Abtastzeitpunkt kf die Amplitude der Impulsantwort |h(kf )|^ h ist. Dann v/ird der Zeitzähler stillgesetzt und der Schalter k des Anschaltekoppelfeldes bleibt geschlossen, während alle übrigen K Schalter geöffnet sind. Jetzt sind dem Transversalfilter k Glieder der Verzögerungsleitung vorgeschaltet. Die Steuerung 2 bewirkt, daß der Schalter S. in die Ruhelage zurückgeht. Schalter Sp kann schon vorher, und zwar unmittelbar nach der Aussendung des Prüfimpulses, zurückgestellt werden.

Ein am Empfangsrichtungseingang EE des Echokompensators eintreffendes Sprachsignal x(t) v/ird Jetzt in der Verzögerungsleitung VL um die Grundlaufzeit kT vorverzögert, ehe es an den Eingang des n-gliedrigen Transversalfilter mit (n + 1) einstellbaren Koeffizientengliedern gelangt, deren Einstellung in der bekannten Weise" nach Figur 4 oder 5 erfolgen kann.

Für die oben erwähnte Zentralisierung von Teilen der Zeitmeß- und Anschaltevorrichtung sind beispielsweise die Baugruppen der Steuerung 1 und des Impulsgenerators sowie die Abtastvorrichtung und die Schwellenwert-Vergleichschaltung der Steuerung 2 geeignet.

Die 109886/0630

Deutsche Bundespost 1882

insbesondere Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehenVdarin, daß in Echokompensatoren aufwendige Koeffizientenglieder durch einfache Verzögerungsglieder ersetzt, eine Anzahl Baugruppen der Schaltung zentralisiert und damit nur einmal benötigt, die Übertragungsfunktionen des Transversalfilters verbessert werden. Insgesamt wird der technische und v/irtschaftliche Aufwand für die Echokompensationsschaltungen durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen bedeutend verringert.

- 10 -

109886/0630

Claims (4)

- ίο - Deutsche Bundespost 1882 Patentansprüche:

1. Echokompensationsschaltung für Fernsprechverbindungen über Zv/eidraht - Vierdrahtleitungen, bei der das Echo durch Überlagerung eines mit Hilfe eines Transversalfilters aus dem das Echo erzeugenden Sprachsignal abgeleite^jfcen gegenphasigen Signals ausgelöscht wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transversalfilter eine Anzahl k einfache Verzögerungsglieder mit der Verzögerungszeit T zur Kompensation der Grundlaufzeit k · ¹X des Echopfades vorgeschaltet werden und daß das Transversalfilter um die gleiche Anzahl k technisch und wirtschaftlich aufwendiger, die Übertragungsfunktion des Filters z.T. verschlechternder Koeffizientenglieder verringert wird.

2. Echokompensationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundlaufzeit des Echopfades in der Weise ermittelt wird, daß ein von einem Impulsgenerator (Figur 6) ausgehender Prüfimpuls in den zwischen dem Empfangsrichtungsausgang (EA) und dem Senderichtungseingang (SE) liegenden Echopfad gesendet 'und die Zeit gemessen wird, bis die Impulsantwort an dem Senderichtungseingang (SE) eine bestimmte Pegelschwelle überschreitet.

3. Echokompensationsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Grundlaufzeit des Echopfades dazu benutzt wird, mit Hilfe eines Steuerungsgliedes über ein Schalterfeld aus einer größeren Zahl Verzögerungeglieder eine die gemessene Grundlaufzeit nachbildende Zahl" k Verzögerungsglieder selbsttätig vor das Transversalfilter zu schalten.

- 11 - 109886/0630

Deutsche Bundespost 1882.

4. Echokompensationsschaltung nach Anspruch 1. bis 3., dadurch gekennzeichnet, daß die zur Messung der Grundlaufzeit des Echopfades und zur Steuerung der Anschaltung von Yerzögerungsgliedem notwendigen Baugruppen nur einmal vorhanden sind und für eine Anzahl Echokompensatoren gemeinsam verwendet werden.

BAD
109886/0630

Leerseite