-
Echokompensator Die Erfindung bezieht sich auf einen Echokompensator
für ein Naöhrichtenübertragungssystem mit einem Zweidraht-Vierdraht-Ubergang, bei
dem ein von den Signalen der ankommenden Richtung des Vierdrahtweges gespeistes
Verzweigungsnetzwerk mit einer Reihe von Ausgängen, die Systemen mit untereinander
linear unabhängig Impulsantworten entsprechen, vorgesehen ist. Die Ausgangssignale
des Verzweigungsnetzwerkes sind je über ein Einstellglied einem Summierer zugeführt,
dessen Ausgangssignal als simuliertes Echosignal im subtrahierenden Sinn den Signalen
der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges zugesetzt ist. Hierbei ist jedes Einstellglied
durch das integrierte Ausgangssignal eines das jeweilige Ausgangssignal des Verzweigungsnetzwerkes
mit dem mit einem Bewertungsfaktor bewerteten Restechosignal in der abgehenden Richtung
des'Vierdrahtweges multiplizierenden Multiplizierers einstellbar.
-
Ein Echokompensator der vorgenannten Art ist z.B. durch den Artikel
Bn Adaptive Echo Canceller" von M.N. Sonahi aus "The Bell System Technical Journal"
1967, Seiten 497 bis 511 bekannt. Da jedoch Wählgeräusche und die Sprechsignale
des nahen Teilnehmers das abgehende Signal des Vierdrahtweges für die Korrelation
zeitweise weitgehend unbrauchbar machen und dazu führen können, daß ein zwischenzeitlich
erzielte gute Einstellung der Einstellglieder wieder verlorengeht, erreichen die
bekannten Schokompensatoren
meist nur eine geringe Einstellgenauigkeit,
die zudem erst nach längerer Zeit erreicht werden kann, da die Ein stellgeschwindigkeit
auf Grund der vorerwähnten Störungen in mäßigen Grenzen gehalten werden muß.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Echokompensator der eingangs genannten
Art anzugeben, der ein besser konvergierendes Einstellverhalten als bekannte Echokompensatoren
zeigt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede der multiplizierenden
Einrichtungen die Summe der Ausgangssignale einer Reihe von je einem Ausgang des
Verzweigungsnetzwerkes zugeordneten Multiplizierern bildet, von denen jeder Multiplizierer
das zugehörige Ausgangssignal des VerzweigungsnetzwrrT^es mit dem Restechosignal
und mit einem Steuerkoeffizienten multipliziert, welche von einer Steuereinrichtung
erzeugt werden, der die Ausgangssignale des Verzweigungsnetzwerkes und das quadrierte
Restechosignal zugeführt werden.
-
Durch diese Maßnahmen sind die Informatlonen der Signal; der ankommenden
und der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges besser ausnutzbar, wodurch sich der
Vorteil ergitt, daß für jeden jeweils vorliegenden Betriebszustand des Echokompensators
die günstigste Einstellgeschwindigkeit erreichbar ist, so daß bei großen Abweichungen
von der optimalen Einstellung in sehr kurzer Zeit ein befriedigender Zustand erreicht
werden kann, jedoch auch bei ungünstigen Betriebsverhältnissen wie z.B. fortwährendem
Gegensprechen oder bei Datenübertragung der Echokompensator seine optimale Einstellung
in vergleichsweise kurzer Zeit findet.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand des in
der Zeichnung dargesteliten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
-
Die Zeichnung zeigt als Ausschnitt aus einer Fernsprechweitverbindung
über eine oder mehrere laufzeitbehaftete Vierdrahtstrecken den Übergang von einer
Vierdrahtstrecke mit einer ankommenden Richtung 1-2 und einer abgehenden Richtung
5-6 zu einer Zweidrahtstrecke 4 über eine mit einer Nachbildung ausgerüstete Gabel
3. Hierbei ist der Echokompensator einerseits in die ankommende Richtung 1-2 und
andererseits in die abgehende Richtung 5-6 eingeschaltet, wobei jedoch zwischen
diesem Echokompensator und der Gabel 3 sich durchaus noch eine langere Vierdrahtstrecke
befinden kann.
-
Der adaptive Vierpol des Echokompensators besteht beispielsweise aus
einer Filterbank mit einer größeren Anzahl N eingangsseiiig parallelgeschalteter
Filter 21...29, sodann aus den Filtern nachgeschalteten Stellgiedern 61...69, sowie
einem nachfolgenden Summierer 7. Der Eingang dieses Vierpols ist aus dem Signal
der anko:..erJ-den Richtung 1-2 gespeist; der Ausgang des Vierpols speist ein simuliertes
Echosignal y über den Differenzverstärker 8 im subtrahierenden Sinn in die abgehende
Richtung 5-6 ein. Im abgeglichenen Zustand hat der Vierpol annähernd die gleiche
Übertragungsfunktion ie der des Echopfades vom eingang des Vierpols über die Gabel
zurück zum Differenzzerstärker 8, so daß am Ausgng des Differenzverstärkers 8 eine
weitgehende Kompensation des über die Gabel 3 übergetretenen Echos y erfolgt.
-
Das vom nahen Teilnehmer, welcher über die Zweidrahtstrecke 4 an die
Gabel 3 angeschlossen ist, stammende Sprechsignal erscheint im abgehenden Weg 5
des Vierdrahtweges als das Signal n. Das Signal e am Ausgang des Differenzverstärkers
8 ergibt sich daher zu e=y - y + n = e
Die günstigsten Verhältnisse
für die Einstellung der Stellglieder 61...69 mittels der noch zu beschreibenden
Korrelationsglieder ergeben sich bei der Verwendung eines Verzweigungsnetzwerkes,
welches Systeme mit orthogonalen Impulsantworten enthält. Ein solches Verzw.eigungsnetzwerk
läßt sich wie im vorliegenden Beispiel durch eingangsseitig parallelgeschaltete
Filter 21...29 aber z.B. auch durch ein reines Laufzeitglied mit einer größeren
Anzahl von Abgriffen (vgl. Sondhi Fig. 2) oder durch Laguerre-Netzwerke (vgl. Sondhi
Seite 506) realisieren. Im allgemeinen genügt jedoch die Bedingung, daß die Impulsantworten
der Filter untereinander linear unabhängig sind.
-
Die einzelnen Ausgangssignale w1...wN werden bei der dargestellten
Anordnung durch die Ausgänge des Verzweigungsnetzwerkes 21...29 erzeugt und nach
Durchgang je eines der Stellglieder 61...69 durch den Summierer 7 zu dem simulierten
Echosignal ? zusammengefaßt. Da die Stellglieder 61...69 jeweils eine einNellbare
Verstärkung c1...cN*, die größer oder kleiner als 0 sein kann, ergibt sich am Ausgang
des Summierers 7 das geschätzte bzw. simulierte Echosignal # zu
Die Einstellung der Perstärkung c1...cN der Stellglieder 61...69 erfolgt jeweils
durch das mittels eines Integrierers 51...59 integrierte Ausgangssignal eines Suzzierers
s1...49, der jeweils Teil einer oultipliziehenden winrichtung mit einer Reihe von
Multiplizieren 311...319, bzw. 391...399 ist.
-
*aufweisen
Es ist nämlich ein wesentliches Merkmal
der Erfindung, daß die jeweilige Stellgröße bzw. Verstärkung ci der einzelnen Stellglieder
61.. .69 nicht nur mittels einer Information über das zugehörige Ausgangssignal
wi des Verzweigungsnetzwerkes 21...29 eingestellt wird sondern daß jeweils alle
oder doch zumindest mehrere der Ausgangssignale w1...wN des Verzweigungsnetzwerkes
auf die einzelnen Stellgrößen c1...cN Einfluß nehmen..
-
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel enthalten alle N multiplizierenden
Einrichtungen (von denen jedoch nur die erste und N-te Einrichtung dargestellt ist)
wiederum eine solche Anzahl N'von Multiplizierern, wie. Ausgänge des Verzweigungsnetzwerkes
21...29 vorgesehen sind. Diese Multiplizierer 511...319 bzw. 391...399 multiplizieren
jeweils das zugehörige Ausgangssignal Wi des Verzweigungsnetzwerkes mit dem Restechosignal
e in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges und mit einem Steuerkoeffizienten
Dabei erhält der erste Multiplizierer 311 der ersten multiplizierenden Einricltung
das Signal mit dem Steuerkoeffizienten q11, der N-te Multiplizierer 319 der ersten
multiplizierenden Einrichtung das Signal mit dem Steuerkoeffizienten weiterhin bekommt
der erste Multiplizierer 391 der N-ten multiplizieren den Einrichtung das Signal
mit dem Steuerkoeffizienten qN1 bis letztlich zu dem N-ten Multiplizierer 399 der
N-ten multiplizierenden Einrichtung, welcher das Signa.l mit dem Steuerkoeffizienten
qNN erhält.
-
Die Signale der vorbeschriebenen Steuerkoeffiezienten qik ( i = 1,2,...N;
k = 1,2,...N), die in einer quadratischen Matrix Q angeordnet werden können, werden
von der Steuereinrichtung 10 erzeugt, der die Ausgangssignale w1. . .wN des Verzweigungsnetzwerkes
21...29 und das über den Quadrierer 9 quadrierte Restechosignal e2 am Ausgang des
Differenzverstärkers 8 zugeführt erden. Auf Grund
des noch zu beschreibenden
Bildungsgesetzes der Steuerkoeffizienten qik ergibt sich, daß jeweils qik = qki
ist.
-
Die Steuereinrichtung 10 bildet die Steuerkoeffizienten in Abhängigkeit
von dem quadrierten Restecho e2 und den Ausgangssignalen w1...1N des Verzweigungsnetzwerkes
derart, daß die Bewertung des Restechosignals e im Normalfall einen Maximalwert
einnimmt und bei auftretenden Störgeräuschen n in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges
5-6 diese Bewertung umso mehr abgesenkt wird, je größer die ctörgeräusche n sind
und je besser die bereits erreichte Einstellgenauigkeit der Qtellglieder 61...69
ist. Auftretendc Störgeräusche n können z.B. Sprechsignale des nahen Teilnehmers
4 sein aber auch vom nahen Teilnehmer 4 ausgehende Signale eier Catenübertragung
sein.
-
Die vorstehenden Erläuterungen bezogen sich des leichteren Verständnisses
halber auf eine Arbeitsweise des Echokompensators mit rein analogen Signalen. Tatsächlich
zeigt das Ausführungsbeispiel jedoch einen Echokompensater, der mit digitalen Signalen
arbeitet und daher das Signal x über den Analog-Digital-Wandler 12 aus der ankommenden
Richtung 1-2 erhalt. Weiterhin gelangen die Signale y + n der abgehenden Richtung
5 über den Analog-Digital-Wandler 13 zum tifferenzverstärker 8 dessen das Restechosignal
e darstellende Ausgangssignal über den Digital-Analog-Wandler 14 in der abgehenden
Richtung 6 verläßt. Für diese digitale Betriebsweise kann das Verzweigungsnetzwerk
21...29 z.B. durch ein Schieberegister realisiert werden. Die Steuereinrichtung
10 verarbeitet von den Signalen wi sowie dem Signal e², die zu Taktzeiten to (m
= 0, 1, 2,...) abgetasteten Abtastwerte Wi (tm) sowie e (tm) in Iterationsschritten
m nach dem im folgenden beschriebenen Algorithmus, der ein Spezialfall des Kalan-Filter-A1gorithmus
ist, zu den Steuerkoeffizienten qik (wobei i=1,2,...N; k=1,2,...N).
-
Der Kalman-Filter-Algorithmus ist in dem Aufsatz von R.E. Kalman "A
New Aproach to linear Filtering an Prediction Problems" Transactions of the ASME,
Series D, Journal of Basic Engineering, März 1960, Seiten 35 bis 45 erläutert.
-
Das Verfahren, nach dem die als Rechenwerk ausgeführte Steuereinrichtung
10 arbeitet, geht von folgenden Bildungsgesetzen aus: Der Vektor w wird aus den
Signalen w1...wN gebildet zu WT=(w1...wN), (T=transporiert).
-
Die quadratische N x N-MatriY A wird gebildet zu A=W#WT Als Zwischengröße
in dem nachstehend aufgeführten Algorthmus tritt die NxN-Matrix P auf, deren Glieder
p11...pNN ein Maß für die bereits erzielte Einstellgenauigkeit der Stellglieder
61...69 darstellen. Außerdem wird der Skalar S eingeführt, von dem die Größe 5m
das bei der vorhergehenden Iteration m-1 gewonnene Maß für die gemittelte Leistung
des Störsignals n darstellt. Die Größe Z stellt eine über mehrere Schritte gemittelte,
geschätzte Leistung des Störsignals n dar, wobei die Anzahl der Schritte, über die
die Grb2e Zm gemittelt wird, durch die Konstante f festlegbar ist. Zweckmäßigerweise
wird ungefähr f = 0,2 gewählt, was einer Mittelung der Größe 7 m über 5 Schritte
entspricht; jedoch ist die Konstante f grundsätzlich im Bereich 0<f#1 frei wählbar.
Die Größe SW ist ein Schwellwert und ist größer als 1 zu wählen.
-
Für die Ermittlung der Matrix Q für die Steuerkoeffiienten q11...qNN
lautet der Algorithmus mit dem Index m als Nummer der Iteration: Zm=Sm+f#[e²(tm)-Sp(AmPm)-Sm]
0<f#1
Der vorstehend verwendete Operator Sp (Sp = Spur), angewandt auf eine.beliebige
N x N-Matrix R = (ri), ist durch
definiert, d.h. die Spur einer (quadratischen) Matrix ist die Summe ihrer Diagonalelemente.
-
Zu Beginn der Iteration (m=0) muß ein Anfangswert S0#0 festgelegt
werden, der günstigerweise auf SO = 0,4 gelegt werden kann. Außerdem müssen Anfangswerte
für die Koeffizienten p11...pNN der Matrix PO festgelegt werden, welche pii>0
sein müssen and zweckmäßigerweise auf pii=1/N gelegt werden können. Die Nichtdiagonalelemente
pik (i#k) können z.B., durch pik=0 angesetzt werden.
-
Schließlich lautet der Algorithmus für die Ermittlung des Vektors
C, gebildet aus den Stellgrößen c1...c: Cm+1=Cm+e(tm)#Qm+1 Die Durchführung der
Verfahrensschritte zur Ermittlung der Stellgrößen c1...cN geschieht bei, dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel im wesentlichen durch die Multiplizierer 311.. .319,... ,391...399.
Die diesbezüglichen Verfahrensschritte können jedoch bei einem Echokompensator ohne
eigens vorgesehene Multiplizierer 311...399, Summierer 41. .49 und Integrierglieder
51...59 2uch von der Steuereinrichtung 10 mitdurchgeführt werden.
-
1 Patentanspruch 1 Figur