DE2239452C3

DE2239452C3 - Echokompensator für ein Nachrichtenübertragungssystem

Info

Publication number: DE2239452C3
Application number: DE19722239452
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Phys. 8000 Muenchen Hoege
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-10
Filing date: 1972-08-10
Publication date: 1975-06-26
Also published as: DE2239452A1; DE2239452B2

Description

Vierdrahtstrecke mit einer ankommenden Richtung den Richiung 6 des Vierdrahtweges gesteuert. Je ein

1-2 und einer abgehenden Richtung 5-6 zu einer Ausgangssignal k-e-w, der Multiplizierer, welches

Zweidrahtstrecke 4 über eine mit einei Nachbildung das Produkt des verstärkten Restechosignals ke mit

ausgerüstete Gabel 3. Hierbei ist d;;r Echokompen- dem zugehörigen Ausgangssignal vf_f des Vsrzwei-

sator einerseits in die ankommende Richiung 1-2 5 gungsnetzwerkes darstellt, steuert sodann über eines

und andererseits in die abgehende Richtung 5-6 der nachgeschalteten Integrierglieder 51... 59 die

eingeschaltet, wobei jedoch zwischen diesem Echo- Verstärkung c, des zugehörigen Stellgliedes,
kompensator und der Gabel 3 sich durchaus noch Die Multiplizierer 41... 49 können jedoch auch

eine längere Vierdrahtstrecke befinden kann. derart ausgestaltet sein, daß sie das jeweilige Aus-

Der adaptive Vierpol des Echokompensators be- ίο gangssignal W₁ des Verzweigungsnetzwerkes in der steht beispielsweise aus einer Filterbank mit einer Weise bewerten, daß lediglich dessen Vorzeichengrößeren Anzahl N eingangsseitig parallelgeschal- funktion sign W₁ mit k · e multipliziert wird,
teter Filter 21... 29, sodann aus den Filtern nach- Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, geschalteten.Stellgliedern 61... 69 sowie einem nach- daß das Restechosignal e mit dem Bewertungsfolgenden Summierer 7. Der Eingang dieses Vierpols is faktor k multipliziert den Multiplizierern 41... 49 ist aus dem Signal der ankommenden Richtung 1-2 zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist in die Zuleitung gespeist; der Ausgang des Vierpols speist ein simu- zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 8 liertes Echosignal y über den Differenzverstärker 8 im und die Multiplizierer 41... 49 ein Verstärker 9 subtrahierenden Sinn indie abgehendeRichtungS-6ein. eingeschaltet, welcher durch die Steuereinrichtung 10 Im abgeglichenen Zustand hat der Vierpol annähernd ao in seiner Verstärkung k gesteuert ist. Der Steuerdie gleiche Übertragungsfunktion wie der des Echo- einrichtung 10 isv ebenfalls das Restechosignal e und pfades vom Eingang des Vierpols übsr die Gabel 3 außerdem das Signal der Summe der Quadrate der zurück zum Differenzverstärker 8, so daß am Aus- Signale W₁ von einem Summierer 11 zugeführt, der gang des Differenzverstärkers 8 eine weitgehende die Anzahl von N Eingängen aufweist, von denen je Kompensation des über die Gabel 3 übergetretenen 35 einer über einen der Quadrierer 31... 39 mit einem Echos y erfolgt. Das vom nahen Teilnehmer, welcher der Ausgänge des Verzweigupgsnetzwerkes 21... 29 über die Zweidrahtstrecke 4 an die Gabel 3 ange- verbunden ist. Die Steuereinrichtung 10 steuert den schlossen ist, stammende Sprechsignal erscheint im Bewertungsfaktor k in Abhängigkeit von dem Restabgehenden Weg 5 des Vierdrahtweges als das echo e und von der Summe der quadrierten AusSignal n. Das Signal e am Ausgang des Differenz- 30 gangssignale des Verzweigungsnetzwerkes derart, daß Verstärkers 8 ergibt sich daher zu dieser Bewertungsfaktor k im Normalfall einen g = y — y+ η = e + η . Maximalwert einnimmt und bei auftretenden Störgeräuschen η in der abgehenden Richtung des Vier-

Die günstigsten Verhältnisse für die Einstellung drahtweges 5-6 der Bewertungsfaktor k um so mehr der Stellglieder 61... 69 mittels der noch zu be- 35 abgesenkt wird, je größer die Störgeräusche η sind schreibenden Korrelationsglieder ergeben sich bei und je besser die bereits erreichte Einstellgenauigkeit der Verwendung eines Verzweigungsnetzwerkes, der Stellglieder 61 ... 69 ist. Auftretende Störweiches Systeme mit orthogonalen Impulsantworten geräusche η können z. B. Sprechsignale des nahen enthält. Ein solches Verzweigungsnetzwerk läßt sich Teilnehmers 4 sein, aber auch vom nahen Teilwie im vorliegenden Beispiel durch eingangsseitig 40 nehmer 4 ausgehende Signale einer Datenübertraparallelgeschaltets Filter 21... 29, aber z. B. auch gung sein.

durch ein reines Laufzeitglied mit einer größeren Durch die vorstehend beschriebene Art der Steue-Anzahl von Abgriffen (vgl. Sondhi, Fig. 2) oder rung des Bewertungsfaktors k in Abhängigkeit von durch Laguerre-Netzwerke (vgl. Sortdhi, S. 506) dem Restechosignal e und der Summe der quadrierrealisieren. Im allgemeinen genügt jedoch die Bedin- 45 ten Ausgangssignale des Verzweigungsnetzwerkes ist gung, daß die Impulsantworten der Filter unter- die günstigste Einstellgeschwindigkeit für jeden einander linear unabhängig sind. jeweils folgenden Betriebszustand des Echokompen-

Die einzelnen Ausgangssignale Iv₁... w_N werden sators erreichbar, so daß bei großen Abweichungen bei der Anordnung nach F i g. 1 durch die Ausgänge von der optimalen Einstellung in sehr kurzer Zeit ein des Verzweigungsnetzwerkes 21... 29 erzeugt und 50 befriedigender Zustand erreicht werden kann, jedoch nach Durchgang je: eines der Stellglieder 61... 69 auch bei ungünstigen Betriebsverhältnissen wie z. B. durch die Summierer 7 zu dem simulierten Echo- fortwährendem Gegensprechen oder bei Datenübersignal y zusammengefaßt. Da die Stellglieder 61... 69 tragung der Echokompensator seine optimale Einjeweils eine einstellbare Verstärkung C₁... c_N auf- stellung in vergleichweise kurzer Zeit findet,
weisen, die größer oder kleiner als 0 sein kann, er- 55 Die vorstehenden Erläuterungen bezogen sich des gibt sich am Ausgang des Summierers 7 das geschätzte leichteren Verständnisses halber auf eine Arbeitsbzw, simulierte Echosignal 3) zu weise des Echokompensators mit rein analogen

Signalen. Tatsächlich zeigt das Ausführungsbeispiel

~ _'^p _c . ,_v jedoch einen Echokompensator, der mit digitalen

^y £j._k ^l '' 60 Signalen arbeitet und daher das Signal χ über den

Analog-Digital-Wandler 12 aus der ankommenden

Die Einstellung der Verstärkung der Stellglieder Richtung 1-2 erhält. Weiterhin gelangen die Signale 61... 69 erfolgt jeweils durch das Ausgangssignal y + η der abgehenden Richtung 5 über den Analogdes zugehörigen Muhipliziiirers. .Teder dieser Multi- Digital-Wandler 13 zum Differenzverstärker 8, dessen plizierer 41... 49 wird einerseits von dem züge- 65 das Restechosignal e darstellende Ausgangssignal hörigen Ausgangssignal des Verzweigungsnetzwerkes über den Digital-Analog-Wandler 14 in der abge-21... 29 und andererseits durch das mit einem henden Richtung 6 verläßt. Für diese digitale BeFaktor k verstärkte Restechosignal e in der abgehen- triebsweise kann das Verzweigungsnetzwerk 21... 29

ζ. B. durch ein Schieberegister realisiert werden. Die Steuereinrichtung 10 verarbeitet über den Summierer 11 und die vorgeschalteten Quadrierer 31... 39 die zu Taktzeiten t_m (m ■= 0, 1, 2,...) abgetasteten Ausgangssignale W₁ (f_m) ... w_N (t_m) und das Restechosignal e (i_m) in Iterationsschritten m.

Nachstehend wird an Hand des in F i g. 2 dargestellten Diagramms das Verfahren zur Ermittlung des Bewertungsfaktors k aus dem Restechosignal e und der Summe Ew,² der quadierten Ausgangssignale des Verzweigungsnetzwerkes näher erläutert. Über den Quotientenbildner 71 wird unter Bewertung der Anzahl N der Ausgänge des Verzweigungsnetzwerkes während der Iteration m das Signal Schalter 83 der Speicher 84 den Wert Z_m wird S_n, ₊ j durch die Beziehung

für Z_1n <0

*-a_ar_m für Z_m>SWS_m Z_r, sonst

Dadurch

SW

bestimmt.

Durch die Multiplizierer 8<i und 87, den Addierer 85 und den Quotientenbildner 88 wird aus den Größen r_m, a_mr_mt S_{m + 1} sowie den Konstanten N und b nach der Berechnung von S_m+1 der Verstärkungsfaktor k für die Iteration m + 1 mit

Σ w?

gebildet und mit dem Wert r_m, der in der vorherigen Iteration m — l berechnet wurde, mittels des Multiplizierers 72 multipliziert. Die Größe r_m stellt ein Maß für die bereits erzielte Einstellgenauigkeit der Stellglieder 61... 69 dar und strebt daher gegen Null(r_B-0).

Hiernach wird unter Mitwirkung der Multiplizierer 73 und 76, der Subtrahierer 74 und 75 sowie des Addierers 77 die Größe Z_m aus den Größen e(t_m), a_mr_m, f und S_n gebildet, wobei die Größe e(t_m) der zur Taktzeit t_m auftretende Abtastwert des Restechosignals e ist. Die Größe a_mr_m ist nun ein Schätzwert für die Leistung des Restechos e und die hieraus gebildete Größe d¹ — a_mr_m ein Schätzwert für die augenblickliche Leistung des Störsigna!s η (ζ. Β. bei Gegensprechen). Die Größe S_m ist das bei der vorhergehenden Iteration m—l gewonnene Maß für die gemittelte Leistung des Störsignals n.

Die Größe Z_m stelit eine über mehrere Schritte gemittelte, geschätzte Leistung des Störsignals η dar, wobei die Anzahl der Schritte, über die die Größe Z_m gemittelt wird, durch die Konstante / festlegbar ist. Zweckmäßigerweise wird ungefähr / = 0,2 gewählt, was einer Mitteilung der Größe Z_n, über 5 Schritte entsprich*, jedoch ist die Konstante / grundsätzlich zwischen einem Wert größer als 0 und dem Wert 1 frei wählbar. Die Größe Z_m ergibt sich zu

- a_mr_m-S_m)O<f^\

In dem Komparator 79 wird abgefragt, ob die Beziehung Z_m<0 gut. Falls diese Bedingung erfüllt ist, wird dem Speicher 84, der den Wert für S_n, enthält, der neue Wert S_1n+1 = 0 zugeführt. Ist die Bedingung nicht erfüllt, so wird der 2. Komparator 80 aktiviert und nach der Bedingung Z_m> S_m SW abgefragt, wobei der Wert SW S_m über den Multiplizierer 78 gebildet wird. Die Größe SW ist ein Schwellwert und ist größer als 1 zu wählen. Bei einer Ja-Entscheidung wird der Schalter 82 geschlossen und dem Speicher 84 der Wert e* — a^_m zugeordnet Bei einer Nein-Entscheidung speichert über den ^kmtl=s Ν~{Γα~+'έ"~) °<*<»

bestimmt und der Verstärker 9 auf diesen neuen

ao Verstärkungsfaktor k_m ₊₁ eingestellt. Die Konstante b muß im Bereich 0<£><!1 Hegen. Für die optimale Einstellgeschwindigkeit der Stellglieder 61... 69 richtet sich der günstigste Wert der Konstanten b nach der Art und Statistik der vom Echokompensator zu übertragenden Signale und ist für Sprache etwa b — 0,9 und für digitale Signale bzw. weißes Rauschen b = 1.

Über die Multiplizierer 89 und 90 sowie die Addier-Subtrahier-Einrichtung 91 wird unter Verwendung der Größen r_m, Ä_{m +} , und a_mr_m sowie der Konstanten c und d nun der Wert r_{m t} , mit

^rm ♦ ι ~ r_m - c ■ k_m., ■ a„r_m + d 0 < c < 1

d>0

berechnet und dem Speicher 92 zugeführt, so daß zur Interation m+1 der Wert r_{m + 1} zur Verfügung steht.

Die Konstante c muß im Bereich G<c< 1 liegen.

♦o Für die optimale Einstellgeschwindigkeit richtet sich ihr günstigster Wert nach der Art und Statistik der zu übertragenden Signale und ist für Sprache etwa c = 0,8 und für digitale Sigmde bzw. weißes Rauschen c=l. Die Konstante d muß d> 0 sein.

♦5 Für rein niederfrequent durchverbundene Standverbindungen, in denen keinerlei Frequenzverwerfung zwischen dem ankommenden Signal χ und dem über die Gabel übergetretenen Echosignal y auftritt, kann der Wert für d sehr klein, z. B. d = 0,001 gewählt werden. Bei möglichen Frequenzverwerfungen zwischen den Signalen jc und y, z.B. bei Trägerfrequenzstrecken zwischen dem Echokompensator und der zugehörigen GabeL empfiehlt sich die Bemessung des Wertes von d etwa zu d = 0,1.

Zu Beginn der Iteration (m = 0) müssen dem Speicher 84 ein Anfangswert S₉^Q und dem Speichel 92 ein Anfangswert r„>0 zugeordnet werden. Ah günstiger Mittelwert für den Anfangswert S₀ kann z. B. S₀ = 0,4 gewählt weiden. Dem zu erwartenden Abgleichszustand der EinsteugHeder kann z. B. mil einem Anfangswert von r_e = 0,8 Rechnung getragen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentanspruch:

Echokompensator für ein Nachrichtenübertragungssystem mit einem Zweidraht-Vierdraht-Ubergang, bei dem ein von den Signalen der ankommenden Richtung des Vierdrahtweges gespeistes Verzweigungsneuwerk mit einer Reihe von Ausgängen, die Systemen mit untereinander linear unabhängigen Impulsantworten entsprechen, vorgesehen ist, deren Ausgangssignale je über ein Einstellglied einem Summierer zugeführt sind, dessen Ausgangssignal als simuliertes Echosignal im subtrahierenden Sinn den Signalen der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges zugesetzt ist, wobei jedes Einstellglied durch das mittels eines Integriergliedes integrierte Au&gangssignal eines das jeweilige Ausgangssignal des Verzweigungsnetzwerkes mit dem mit einem Bewertungsfaktor bewerteten Restechosignal in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges multiplizierenden Multiplizieren, einstellbar ist, dadurchgekennzeichnet, daß eine von dem Summensignal der quadrierten Ausgangssignale (Vf₁... H^) der Verzweigungsnetzwerkes (21... 29) und von dem Restechosignal (e) gespeiste Steuereinrichtung (10) den Bewertungsfaktor (k) derart steuert, daß dieser Bewertungsfaktor im Normalfall einen Maximalwert einnimmt und bei auftretenden Störgeräuschen (n) in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges wie z. B. bei auftretenden Sprechsignalen des nahen Teilnehmers der Bewertungsfaktoren (k) um so mehr abgesenkt wird, je größer die Störgeräusche (n) sind und je besser die bereits erreichte Einstellgenauigkeit der Stellglieder (61... 69) ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Echokompensator für ein Nachrichtenübertragungssystem mit einem Zweidraht-Vierdraht-Übergang, bei dem ein von den Signalen der ankommenden Richtung des Vierdrahtweges gespeistes Verzweigungsnetzwerk mit einer Reihe von Ausgängen, die Systemen mit untereinander linear unabhängigen Impulsantworten entsprechen, vorgesehen ist, deren Ausgangssignale je über ein Einstellglied einem Summierer zugeführt sind, dessen Ausgangssignal als simuliertes Echosignal im subtrahierenden Sinn den Signalen der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges zugesetzt ist, wobei jedes Einstellglied durch das mittels eines Integriergliedes integrierte Ausgangssignal eines das jeweilige Ausgangssignal d^s Verzweigungsnetzwerkes mit dem mit einem Bewertungsfaktor bewerteten Restechosignal in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges multiplizierenden Multiplizierers einstellbar ist.

Ein Echokompensator der vorgenannten Art ist z. B. durch den Artikel »An Adaptive Echo Canceller« von M. M. Sondhi aus »The Bell System Technical Journal« 1967, S. 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 eine zwischenzeitlich erzielte gute Einstellung der Einstellglieder wieder verlorengeht, erreichen die bekannten Echokompensatoren meist nur eine geringe S Einstellgenauigkeit, die zudem erst nach längerer Zeil erreicht werden kann, da die Eimtellgescbwindigkeit auf Grund der vorerwähnten Störungen in mäßigen Grenzen gehalten werden muß.

Weiterhin ist ein Echokompensator der eingangs

ίο genannten Art, bei dem die analogen Signale in digitale Signale umgewandelt und digital weiter verarbeitet werden, durch die deutsche Offenlegungsschrift 2 063 183 bekannt. Die Anordnung nach Fig. 3 dieser Offenlegungsschrift weist außerdem eine Moniturstufe 81 (vgl. S. 15, Abs. 3), die die Quadrate der Koeffizienten des Ausgangssignals eines Registers 59 am Ende jeder Iteration und vor Aufnahme einer neuen Gruppe von Tastwerten summiert, wodurch sich der Restfehler der Iteration ergibt. Ist dieser Restfehler ai groß, z. B. wenn der nahe Teilnehmer spricht, stoppt die Moniturstufe 81 die Änderung der der Einstellung der Einstellglieder entsprechenden Koeffizientenwerte (vgl. auch S. 23, Anspruch 12). Hierdurch wird erreicht, daß sich

»5 während der absolut ungeeigneten Zeitintervalle die erreichte Einstellung nicht verschlechtern kann.

SchließHch wurde in der deutschen Offenlegungsschrift 2 063 271 eine aus den Signalen der ankommenden und der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges gesteuerte Entscheidungseinrichtung 10 vorgeschlagen, welche die Zuführung des Restechosignals zu den Multiplizierern zu drosseln vermag (vgl. Anspruch 2).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Echokompensator der eingangs genannten Art anzugeben, der ein besser konvergierendes Einstellverhalten als bekannte Echokompensatoren zeigt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine von dem Summensignal der quadrierten Ausgangssignale des Verzweigungsnetzwerkes und von dem Restechosignal gespeiste Steuereinrichtung den Bewertungsfaktor derart steuert, daß dieser Bewertungsfaktor im Normalfall einen Maximalwert einnimmt und bei auftretenden Störgeräuschen in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges wie z. B. bei auftretenden Sprechsignalen des nahen Teilnehmers der Bewertungsfaktoren um so mehr abgesenkt wird, je größer die Störgeräusche sind und je besser die bereits erreichte Einstellgenauigkeit der Stellglieder ist.

Durch diese Maßnahmen ist die günstigste Einstellgeschwindigkeit für jeden jeweils vorliegenden Betriebszustand des Echokompensators erreichbar, so daß bei großen Abweichungen von der optimalen Einstellung in sehr kurzer Zeit ein befriedigender Zustand erreicht werden kann, jedoch auch bei ungünstiger, Betriebsverhältnissen wie z. B. fortwährendem Gegensprechen oder bei Datenübertragung der Echokompensatoren seine optimale Einstellung in vergleichsweise kurzer Zeit findet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand eines in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Fig. 2 ein Diagramm des Einstellverfahrens der Steuereinrichtung 10 nach Fig. 1 darstellt.

Fig. 1 zeigt als Ausschnitt aus einer Fernsprechweitverbindung über eine oder mehrere laufzeitbehaftete Vierdrahtstrecken den Übergang von einer