DE2239440A1 - Echokompensator - Google Patents

Echokompensator

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B3/00Line transmission systems
    • H04B3/02Details
    • H04B3/20Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other
    • H04B3/23Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other using a replica of transmitted signal in the time domain, e.g. echo cancellers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Description

  • 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

Claims (1)

  1. P a t e n t a n s p r u c h Echokompensator für ein Nachrichtenübertragungssystem mit einem Zweidraht-Vierdraht-Übergang, bei den ein vcn den Signalen der ankommenden Richtung des Vierdrahtweges gesneistes Verzweigungsnetzwerk mit einer Reihe von Ausgängen, die Systemen mit untereinander linear unabhängigen Impulsantworten entpsrechen, vorgesehen ist, deren Ausgangssignale je über ein Einstellglied einem Summierer zuCeführt sind, dessen Ausgangssignsl als simuliertes Echosignal 1 subtrahierenden inn den Signalen der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges zugesetzt ist, wobei jedes Einstellglied durch cas integrierte Ausgangssignal eines das jeweilige Ausgangssignal des Verzweigungsnetzwerkes und das Restechosignal in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges multiplizierenden Einrichtung einstellbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß jede der multiplizierenden Einrichtungen die Summe der Ausgangssignale einer Reihe von je einem Ausgang des Verzweigungsnetzwerkes zugeordneten Multiplizierern (311...319 bzw. 391...399) bildet, von denen jeder Multiplizierer das zugehörige Ausgangssignal (wi) des Verzweigurgsnetzwerkes mit dem Restechosignal (e) und mit einem Steuerkoeffizienten (qik) multipliziert, welche von einer Steuereinrichtung 10 erzeugt werden, der die Ausgan-ssignale (wi) des Verzweigungsnetzwerkes (21...29) und das quadrierte Restechosignal (e²) zugeführt werden.
DE2239440A 1972-08-10 1972-08-10 Echokompensator für ein Nachrichtenübertragungssystem Expired DE2239440C3 (de)

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