DE2402462C3

DE2402462C3 - Einrichtung zur Kompensation von Echos

Info

Publication number: DE2402462C3
Application number: DE2402462A
Authority: DE
Inventors: Akira Tokio/Tokyo Sato
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1973-01-19
Filing date: 1974-01-18
Publication date: 1985-06-27
Also published as: JPS5226973B2; DE2402462A1; US3903377A; DE2402462B2; JPS4997508A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation von Echos gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Einrichtung ist aus dem »Research Laboratory Report« No. 6150, des Postmaster General's Department, Australia, vom 15. August 1966, Seite 14,15 in Verbindung mit F i g. 10 bekannt. Das dort als solches bezeichnete Transversalfilter ist allgemein gebräuchlich. Es weist üblicherweise in Reihe geschaltete Verzögerungskreise auf, deren Ausgänge über als Multiplizierer ausgebildete Bewertungsglieder zur Multiplikation mit Koeffizienten mit den Eingängen eines Addierkreises verbunden sind. Statt in Reihe geschalteter Verzögerungskreise kann auch eine mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitung vorgesehen sein (vgl. Zeitschrift Australian Telecommunication Research, Bd. I₁Nr. 1 und2, November 1967,Seite 16, Fig.4 und DE-OS 20 63 183, Fig.2). Bei einer digitalen Lösung ist anstelle der Verzögerungskreise oder der Verzögerungleitung ein Schieberegister vorgesehen (vgl. DE-OS 20 63 1Ü3, F i g. 3).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine befriedigende Echokompensation auch bei Geräuschen auf der Empfangsleitung zu erhalten, die von der der Empfangsseite zugeführten Sprache abweichen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Das Prinzip, der Aufbau und die Arbeitsweisen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung und

F i g. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

. In der Beschreibung soll zunächst das Prinzip der Erfindung dargelegt werden. Allgemein gilt, daß in dem

* Falle, in welchem ein beliebiges Eingangssignal f{t) einem gewissen linearen System mit einem Impulsübertra-

B gungsfaktor hv zugeführt wird, auch wenn ein anderes unabhängiges äußeres Signal dem System zusätzlich zu

dem Eingangssignal Z)YfJzugeführt wird, die folgende Gleichung gilt:

Φ,ο(γ) = J A(^v) <P„(r-v)dv. W

— co

Es ist nämlich Φχ(τ) die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen einem Eingangssignal f(t) und einem Ausgangs- \ signal f_o(t + r) und wird erzielt durch folgende Gleichung:

(D„(r> = um ι /.m Mitrioi. (2)

0,o(r) = lim -L- \f,U)foU + ^T"" ^l' _T

„ Ferner ist Φ,\τ - ν) di; Autokorrelationsfunktion zwischen den Eingangssignalen Z)YfJ und d(t + τ — ν), die

folgendermaßen ausgedrückt wird:

_T

Φ,Λ^Τ~^ν) ⁼ I'm \ f,(t) ■ f,(t + T — v)dt. (3)

Γ.» IT j

Wenn also angenommen wird, daß ein Echoübertragungsweg, d. h. der Empfangseingang eines Vierdraht-Ab- |

schnittes einer Telefonleitung — ein Zweidraht-Abschnitt mit einem Telefonapparat, der Sendeausgang zum Vierdraht-Abschnitt, das ist der sogenannte Echo-Rückweg, betrachtet wird als linearer Kreis mit einer Übertragungsfunktion, wird ein Ausgangssignal ZOffJ reproduziert durch einen ersten Schritt zur Erreichung der Kreuz-

korrelationsfunktion Φ·£?) zwischen dem Sendesignalstrom einschließlich einem Echo und dem tatsächlichen Empfangssignalstrom und wenn gleichzeitig die Autokorrelationsfunktion Φη{τ — ν) des Empfangssignalstroms erhalten wird, durch einen zweiten Schritt zur Erzielung des Impulsübertragungsfaktors h(v) unter Zuhilfenahme des Faltungsintegrals (1) und durch einen dritten Schritt zur Erzielung einer Faltung des Impulsübertragungsfaktors t{v) und des Empfangssignalsstroms f(t), das ist

e (/)=J Λ(ν) -J5(/-v)dv, (4)

-OO

wobei der Wert e(t), der so erhalten wird, von dem im Sendepfad vorhandenen Echo abgezogen wird, wodurch das Echo kompensiert werden kann.

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das auf dem oben beschriebenen Prinzip basiert Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Sendesignaleingangsklemme, an welcher die Stimme eines nahen Teilnehmers ankommt Ein Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Sendesignalausgangsklemme, von welcher \5 das Signal der Stimme des nahen Teilnehmers zur Übertragungsleitung ausgesendet wird. Ein Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Empfangssignaleingangsklemme, an welcher das Signal der Stimme des fernen Teilnehmers ankommt Ein Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Empfangssignalausgangsklemme, von welcher das Signal der Stimme des fernen Teilnehmers zum nahen Teilnehmer übertragen wird. Aus der F i g. 1 ist zur besseren Darstellung ein Vierdraht-zu-Zweidraht-Koppelkreis mit einer Gabel weggelassen worden. Ein Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Autokorrelationskreis, welcher die Operation der Gleichung (3) bewirkt, um hiervon die Autokorrelationsfunktion Φη(τ — ν) des Empfangssignalstromes abzuleiten. Ein Bezugszeichen 6 bezieht sich auf einen Kreuzkorrelationskreis, welcher die Operation der Gleichung (2) erreicht, um Φκ{τ) zu liefern. Ein Bezugszeiehen 7 bezeichnet einen Systemfunktionsoperationskreis, welcher die Operation der Gleichung (1) ausführt, und zwar durch Eirisetzuen der Werte Φ^τ — ν) und Φι&τ) in diese Gleichung, um den Impulsuberfragungsfaktor b{v) zu erhalten. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Falfungsintegralkreis welcher das Faltungsintegral des Impulsübertragungsfakiürs h{v) und des EmpfangssignalstFomes f{t) bewirkt, d. h. die Verwirklichung der Gleichung (4), um ein Pseudo-Echo e(t) hervorzurufen. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Subtraktionskreis, in welchem das Pseudo-Echo e(t)von dem wirklichen Echo e(t) subtrahiert wird.

Während die Gleichungen (1), (2), (3) und (4) j-'le in Form von unendlichen stetigen Integralgleichungen ausgedrückt sind, müssen diese Integralgleichungen in der Praxis endlich und diskontinuierlich gemacht werden, so daß diese Integralgleichungen umgeformt werden müssen, wie es im folgenden beschrieben wird.

Da der hier behandelte Sprachstrom üblicherweise in einem Frequenzbereich von 0,3 bis 3,4 kHz enthalten ist, genügt es, ihn mit 8 kHz abzutasten, um den Sprachstrom diskontinuierlich zu machen. In diesem Falle ist das Intervall At der Abtastung gleich einer Periode von 125 Mikrosekunden. Zuerst werden der Empfangssignalstrom fft) und sein Faltungsintegral fo(t) folgendermaßen umgewandelt:

MD ^f₀U-At), /=0,1,2.

Wenn ferner die folgenden Beziehungen angenommen werden,

τ = in ■ σ, α - At,

45 ν = ρ ■ σ, m, ρ = 0, 1, 2

werden die Gleichungen (1), (2), (3) und (4) in den folgenden diskontinuierlichen und endlichen Formen ausgedrückt:

Gleichung (1):

<P_l0(ma) « a^h(pa)0,,(mo-pa) (5)

Gleichung (2):

(6) ι—η

Gleichung (3):

65 η

Φ,,Οησ-ρσ) "» ^f₁(I-At)T₁(I-At + ma-pa) (7)

Gleichung (4): Z₀(I-At) ** At

t-pa)

worin η und r endliche ganze Zahlen sind. Die Operationen der Gleichungen (6) und (7) können erreicht werden durch die Verwendung von Verzögerungskreisen oder Schieberegistern, Multiplizierschaltiingen und Akkumulatoren. Die Gleichung (5) kann in die folgende Gleichung (9) umgeformt werden mit der Beziehung m = r.

10

Φ,ο

], Φ,Λ-ra)

h(-ra)

20 25

Φ_ι0(ία)

Φ,_ο (m σ)

Φ,

Φ η [(« + /■) σ]

Φ_η(,ιησ) ... Φ,,[(«-

h(ra)

Wenn in der Gleichung (9) die Werte h(—ra)... und h(—o) alle Null sind, kann die Gleichung (9) folgendermaßen umgeschrieben werden:

30 35 40 45

Φ,ο(Ο) Φ,ο (σ)

= σ

Φ „(τη σ), Φ_ηKm-I) ο] ... Φ,,(0)

A(O)

Λ (/α)

A (/η σ)

Infolgedessen können die Werte h (0)... und Afmc) durch Lösung der Determinanten (10) erhalten werden. Da die Gleichung Φα( — ο) = Φα(σ) erfüllt ist, kann die Gleichung (10) in folgende Gleichung (11) umgeformt so werden:

55 Φ,ο (σ) Φ,,(σ), Φ,,(Ο) ... Φ,,[(/η-/)σ] Αι

60 65

Φ,ο (Ο)	(σ)	= σ
Φ,ο
	*(i σ)*
Φ/ο	(ma)
Φ,ο

Φ η (ι σ). Φ,, [(/ -I) σ]... Φ,, Km -1) σ]

,,(inff), Φ,,Km-I)α) ... Φ,,(0)

A (/σ)

A (/η σ)

Fig.2 zeigt eine tatsächliche Schaltung gemäß der Erfindung. Die Bezugszeichen AIDA AID-2 bezeichnen Analog-Digital-Signalkonverter mit einer Tastfrequenz von 8 kHz, und es bezeichnet das Bezugszeichen DIA einen Digital-Analog-Konverter. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Sendesignaleingangklemme. 2 ist eine Sendesignalausgangsklemme, 3 eine Empfangssignaleingangsklemme und 4 eine Empfangssignalausgangsklem-ιηε. Mit 7 sind Verzögerungskreise (DL₂... DL₁... DL_n) mit aufeinanderfolgenden Verzögerungszeiten τ oder ein Schieberegister bezeichnet. Die Bezugszeichen CM₁, CM₂... CM₁-... und CM_m bezeichnen Multiplizierer zur Erzielung der Kreuzkorrelation. AM₁, AM₂... AM,... und AM_m bezeichnen Multiplizierer zur Erzielung der Autokorrelation. CS₁, CS₂... CS₁... und CS_m bezeichnen Akkumulatoren zur Erzielung der Kreuzkorrelation. ASi, AS₂... AS₁-... und AS_n, bezeichnen Akkumulatoren zur Erzielung der Autokorrelation. CBM bezeichnet einen Pufferspeicher für die zeitweise Speicherung der Ausgangssignale der Akkumulatoren CSi, CS₂ ...CSi... und CS_m. A BM bezeichnet einen Pufferspeicher für die zeitweise Speicherung der Ausgangssignale der Akkumulatoren ASu AS₂... AS,... und AS_m. MTX bezeichnet einen Determinantenlösungsoperationskreis, welcher die Operation zur Lösung der Gleichung (11) bewirkt, das ist die Operation der folgenden Gleichung (12) mit den Ausgangssignalen <£o(O), Φχ{ σ)... Φβ(ι'σ)... und Φη(ΐτισ) der Akkumulatoren CSi, CS₂... CSj... und CS_n,, die zeitweise in dem Pufferspeicher CBMgespeichert sind, und den Ausgängen Φ,,'φ), Φ_η{σ)... Φ,,(ίσ)... und Φ,, (τησ) der Akkumulatoren ASuAS₂... ASi... und AS_n,, die zeitweise in dem Pufferspeicher ABM gespeichert sind.

h (ja) =

Φ,,(ma), Φ,,[(ηι-1)σ] . . . Φ_ι0(ησ) .. . Φ,,(Ο) Φ,,(0), Φ,,(α) ... Φ„(iα) ... Φ,,(ma)

(12)

20

25 30

Der Kreis MTX errechnet die Implsübertragungsfaktoren Λ(0), h(a).. .h(ia)... h(ma), die als Ausgangssignale abgegeben werden. Das Bezugszeichen IBM bezeichnet einen Pufferspeicher zur zeitweisen Speicherung der Impulsübertragungsfaktoren Λ(0), h{o)... h(io)... und h(ma), die in dem Kreis MTX errechnet worden sind. Die Bezugszeichen IMu IM₂ ... IM,... IM_n, bezeichnen Multiplizierer zur Erzielung des Faltungsintegrals. ADD bezeichnet einen Addierkreis, während 9 einen Subtraktionskreis bezeichnet. In der dargestellten Schaltung ist zur einfacheren Darstellung ein Vierdraht-zu-Zweidraht-Koppelkreis mit einer Gabel weggelassen worden.

Die Arbeitsweise dieses Kreises wird im folgenden beschrieben. Ein Empfangssprachstrom, der auf die Empfangssignaleingangsklemme 3 gegeben wird, wird durch die Empfangssignalausgangsklemme 4 zu dem nahen Teilnehmer übertragen, und er wird gleichzeitig reflektiert und erscheint als Echo an der Sendeeingangsklemme 1. Andererseits wird ein Teil des Empfangssprachstromes f(t) durch den Analog-Digital-Signalkonverter AIDA in ein Digitalsignal umgewandelt und dann in zwei Teile geteilt, von denen einer als gewöhnliches Eingangssignal den Multiplizierern AM], AM₂... AM₁ ... und AM_n, zugeführt wird, während der andere Teil den Verzögerungskreisen 7 zugeführt wird, welche die aufeinanderfolgenden Verzögerungszeiten r besitzen. Die von den Verzögerungskreisen 7 (DL₂, DL^ ...DL,... DL_n,) abgeleiteten Ausgangssignale werden ferner jeweils in zwei Teile geteilt, von denen jeweils eines als jeweiliger Eingang den Multiplizierern A M\, AM₂... AM₁... und AM_n, zugeführt wird, während jeweils die anderen Teile den jeweiligen Eingängen der Multiplizierer CMi, CM₂

„,«ofr.kri „,„^_o„ I_n A^r, λχ..κ:_ηι:.:_η-_η-_η λ χα λ\λ h< ι *υ :__ι j

1.UgV₁UiIIi "ViUVi.. in uvii ι.iuilipili.lv! viii niri\, J-K1Y12 nirii ... UIIU f\IYl_m WIlU UCl

Empfangssprachstrom f(t) mit dem Empfangssprachstrom multipliziert, oder es wird derselbe aufeinanderfolgend verzögert um die Zeit r, und es werden diese Ausgangssignale zeitlich in den Akkumulatoren AS₁, AS₂ ... ASj... und AS_n, für eine gewisse Zeitdauer gespeichert, beispielsweise für eine Zeit T, worauf sie ausgetastet werden, um Autokorrelationsausgangssignale Φ_η{0), Φ_η(σ)... Φα(ίσ)... Φ,,(πισ) zu erzielen, die zeitweilig in dem Pufferspeicher ABMgespeichert werden. Zu dieser Zeit werden das reflektierte und rückgekehrte Echo e(t) und ein äußeres Störsingal d(t) durch den Analog-Digital-Signalkonverter AID-2 in ein Digitalsignal umgewandelt und dann den Multiplizierern CMu CM₂... CM,... und CM_n, zugeführt. Da die Multiplizierer CM_U CM₂... CM, ... und CM_n, mit dem Empfangssprachstrom F/(t)gespeist werden und die Ströme aufeinanderfolgend um die Zeit r verzögert werden, erreichen die Multiplizierer CMi, CM2... CM,... und CM_n, sogleich die Vervielfachung des Empfangssignalstromes und die im die Zeit r verzögerten Ströme durch das Signal, was aus dem Echo e(t) und dem äußeren Störsignal d(t) zusammengesetzt ist Die von den Multiplizierern CMi, CM2 ... CM₁... CM_n, abgeleiteten Ausgangssignale werden in den folgenden Akkumulatoren CSi, CS₂ ... CS,... und CS_n, für eine gewisse Zeitdauer gespeichert, beispielsweise während der Zeit T, und sie werden dann ausgetastet, um Kreuzkorrelationsausgangssignale Φ/{0), Φα{σ)... Φη('ισ)... Φί^πιο) zu schaffen, die zeitweise in dem Pufferspeicher CBM gespeichert werden. Die Zeit T muß ausreichend lang sein, um den Einfluß der äußeren Störung zu vernachlässigen. In dem Determinanten-Lösungsoperationskreis MTX wird die Berechnung der Gleichung (12) erreicht durch die Verwendung von Kreuzkorrelationsausgangssignalen Φχ{0), Φχ{σ)... Φκ(ΐσ)... und

35 40 45 50 55 60 65

und der Autokorrelationsausgangssigp.ale Φα(0), Φα(σ)... Φα(ϊσ)... und Φα(πισ), die in den Pufferspeichern CBM und ABM zeitweise gespeichert sind, wodurch die Impulsübertragungsfaktoren Λ(0), Hp)... h(io)... und h(mo) berechnet werden. Nach der Berechnung werden die so erhaltenen Impulsübertragungsfaktoren HO), Hd)... h(ia)... h(mo) zeitweise in dem Pufferspeicher IBM gespeichert. Die Multiplikation der in dem Pufferspeicher IBM zeitweise gespeicherten Impulsübertragungsfaktoren mit dem Empfangssprachstrom f-,(t) wird in den Multiplizierern IM₁, IMi · ■ · IM₁... IM_m ausgeführt, und es werden diese Ausgangssignale zusammenaddiert, durch den Addierer ADD, um ein Summensignal zu erhalten, welches dann durch den Digital-Analog-Konverter DIA in ein Analog-Signal umgewandelt wird. Dieses Analog-Signal e^ ist ein Pseudo-Echo. Das Analog-Signal eft) wird dem Subtraktor 9 zugeführt, um das wirkliche Echo zu löschen.

ίο In dem Augenblick, wenn die Impulsübertragungsfaktoren einmal in den Pufferspeicher IBM übertragen worden sind, werden die vorgenannten Korrelationen erneut erhalten und neue Korrelationsausgangssignale

(ΐσ)... Φη(ίησ)
und

,ϊ(Ο), Φα{ρ)... Φα(Ίσ)... und Φα (ma)

werden jeweils den Pufferspeicher CBM und ABM zugeführt. Es werden dann die Impulsübertragungsfaktoren

berechnet durch den Kreis MTX und in dem Augenblick, wenn die Impulsübertragungsfaktoren berechnet worden sind, werden die vorher in dem Pufferspeicher IBM gespeicherten Übertragungsfaktoren durch die Impulsübertragungsfaktoren ersetzt. Somit können Echos gelöscht werden, während periodisch neue Impulsübertragungsfaktoren erhalten werden.
Wenn jedem der Pufferspeicher CBM und ABM ein weiterer Hilfspufferspeicher zugeführt wird, ist es

möglich, nachfolgend neue Korrelationen während der Zeit zu erhalten, in welcher die Impulsübertragungsfalc-

toren in dem Kreis MTX berechnet werden. Dieses beschleunigt das neue Einschreiben der Impulsübertra- *"

gungsfaktoren und ermöglicht im folgenden schnelle Änderungen in dem Echoübertragungspfad.

Wie vorstehend beschrieben, können mit der erfindungsgemäßen Einrichtung unabhängig voneinander die Impulsübertragungsfaktoren, die Zusammensetzung des Pseudo-Echos und die Löschung des tatsächlichen

Echos erreicht werden, so daß bei der Berechnung des Echos keine Unstabilität auftritt, was etwas besonderes für einen adaptiven anpassungsfähigen Echokompensator ist, welcher mit Rest-Echos arbeitet.

Da keine Rückführschleife verwendet wird, ist die Konvergenzzeit Null. Da ferner die Impulsübertragungsfaktoren im wesentlichen kontinuierlich eingeschrieben werden, ist es möglich, die Änderung in dem Echoübertragungspfad ausreichend nachzuführen. Da erfindungsgemäß der Autokorrelationskreis verwendet wird, können Impulsübertragungsfaktoren auch bei Geräuschen erreicht werden, die von der der Empfangsseite zugeführten Sprache abweichen, so daß die erfindungsgemäße Einrichtung in der Praxis wirksam arbeitet. Ferner kann der Kreis für die Erstellung des Impulsübertragungsfaktors in einer mehrwegigen Einrichtung und in einer Zeitmnltiplexeinrichtung verwendet werden, so daß bei Betrachtung der Multiplikation der Echokompensator die Funktion haben muß, nur das Pseudo-Echo und die Echokompensation zu kombinieren, wodurch er wirt-

schaftlich wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Kompensation von Echos, die — bedingt durch eine Gabel an einem Zweidraht-Vierdraht-Übergang — auf der Sendeleitung einer Vierdraht'celefonfernleitung auftreten, mit einem eingangsseitig mit der Empfangsleitung verbundenen Transversalfilter zur Erzeugung eines Pseudo-Echos, das einem in der Sendeleitung vorgesehenen Subtraktionskreis zur Subtraktion vom auf der Sendeleitung auftretenden tatsächlichen Echo zugeführt ist, wobei die Koeffizienten des Transversalfilters von einem Rechner unter Zugrundelegung einer Kreuzkorrelation eines von der Empfangsleitung abgegriffenen Empfangssignals mit einem von der Sendeleitung zwischen der Gabel und dem Subtraktionskreis abgegriffenen Sendesignal bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rechner(MTX)als weitere Rechengrößen das Ausgangssignal eines Autokorrelators (AMu AM₂,.., AM₁,.., AM_m; ASi, AS₂,..., ASi, ■ · -, AS_n,; ABM) zugeführt ist, der eingangssei tig mit der Empfangsleitung (3,4) verbunden ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Autokorrelator Multiplizierer (AMu AM₂, ...,AMi,..., AM_n,)aufweist, deren erste Eingänge mit der Empfangsleitung (3,4) und den Ausgängen

der in Reihe geschalteten Verzögerungskreise (DL₂ Dk..., DL_n]) des Transveralfilters und deren zweite

Eingänge nur mit der Empfangsleitung (3, 4) verbunden sind, und daß den Multiplizierern Akkumulatoren (ASu ASt,■ ■ μ ASi,■■ ·, AS_n,)nachgeschaltet sind, denen wiederum ein Pufferspeicher (ABM)nachgeschaltet ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationen des Kreuz- und des Autokorrelators in gleichen regelmäßigen Intervallen durchgeführt werden.