DE2535141B2

DE2535141B2 - Echokompensator fuer ein nachrichtenuebertragungssystem

Info

Publication number: DE2535141B2
Application number: DE19752535141
Authority: DE
Inventors: Harald Dr. 8000 München Höge
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-10
Filing date: 1975-08-06
Publication date: 1977-06-02
Also published as: DE2535141C3; DE2535141A1

Description

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 gespeistetes Verzweigungsnetzwerk mit einer Reihe von Ausgängen, die Systemen mit untereinander linear unabhängigen Impulsentworten 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 Einstell· glied durch das mittels eines Integriergliedes integrierte Ausgangüsignal eines das jeweilige Ausgangssignal des Verzweigungsnetzwerkes mit dem mit einem Bewertungsfaktor bewerteten Restechosignal in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges multiplizierenden Multiplizierers einstellbar ist, wobei eine von dem Summensignal der quadrierten Ausgangssignale des Verzeiininasnetzwerkes und von dem Restechosignal eesDeiste 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 Bewertungsfaktor um so mehr abgesenkt wird, je größer die Störgeräusche sind und je besser die bereits erreichte Einstellgenauigkeit der Stellglieder ist

Ein Echokompensator der vorgenannten Art ist durch die DT-AS 22 39452 bekannt Bei diesem bekannten Echokompensator gemäß dem Hauptpatent ergibt sich eine günstige Einstellgeschwindigkeit für jeden jeweils vorliegenden Betriebszustand, so daß bei großen Abweichungen von der optimalen Einstellung in sehr kurzer Zeit ein befriedigender Zustand erreicht werden kann und auch bei ungünstigen Betriebsverhältnissen, wie z.B. fortwährendem Gegensprechen oder bei Datenübertragung, der Echokompensator seine optimale Einstellung in vergleichsweise kurzer Zeit findet

In der vorgenannten Auslegeschrift ist auch erwähnt (Sp 4 7 3—12), daß die Multiplizierer derart ausgestaltet sein können, daß sie das jeweilige Ausgangssignal des Verzweigungsnetzwerkes in der Weise bewerten, daß lediglich dessen Vorzeichenfunktion mit dim bewerteten Restechosignal multipliziert

Aufgabe der Erfindung ist es, den bekannten Echokompensator nach dem Hauptpatent so auszubilden, daß sich eine Vereinfachung insbesondere bei digitaler Ausführung desselben ergibt

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem jeweiligen Ausgang des Verzweigungsnetzwerkes und dem zugehörigen Multiplizierer ein Vorzeichenbildner eingeschaltet ist und daß die Steuereinrichtung zusätzlich von dem Summensignal der Absolutbeträge der Ausgangssignale des Verzweigungsnetzwerkes derart beaufschlagt ist, daß der Bewertungsfaktor dem letztgenannten Summensignal proportional ist

Die Multiplikation des mit dem Bewertungsfaktor bewerteten Restechosignals lediglich mit der Vorzeichenfunktion des jeweiligen Signals des Verzweigungsnetzwerkes erlaubt eine wesentliche Vereinfachung der Multiplizierer. Von ganz besonderer Bedeutung ist die Vereinfachung bei der später noch genauer beschriebenen digitalen Ausführung des Echokompensators, bei der die Funktion der Multiplizierer durch einen einzigen, in Zeitmultiplextechnik arbeitenden Multiplizierer erfüllt ist, da hierdurch die Rechengeschwindigkeit dieses Multiplizierers wesentlich herabgesetzl werden kann und somit eine weitaus wirtschaftlichere und sichere Technologie Anwendung finden kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbei spieles näher erläutert, wobei F i g. 2 ein Diagramm des Einstellverfahrens der Steuereinrichtung 100 nacl· Fig. 1 darstellt.

Fig. I zeigt als Ausschnitt aus einer Femsprechweit verbindung über eine oder mehrere laufzeitbehaftetf Vierdrahtstrecken den Übergang von einer Vierdraht strecke mit einer ankommenden Richtung 1—2 unc einer abgehenden Richtung 5—6 zu einer Zweidraht strecke 4 über eine mit einer Nachbildung ausgerüsteter Gabel 3. Hierbei ist der Echokompensator einerseits ir die ankommende Richtung 1—2 und andererseits in dii abgehende Richtung 5—6 eingeschaltet, wobei jedoct zwischen diesem Echokompensator und der Gabel ;

.. durchaus noch eine längere Vierdrahtstrecke

Γ /adaptive Vierpol des Echokompensators besteht iJmielswcise aus einer Filterbank mit einer größeren T^M JV eingangsseitig parallelgeschalteter Filter ija sodann aus den Filtern nachgeschalteten Qtditliedern 61...69. sowie einem nachfolgendem ς munierer 7. Der Eingang dieses Vierpols ist aus dem ü"enal x der ankommenden Richtung 1—2 gespeist; der Auseang des Vierpols speist ein simuliertes Echosignal

Püber den Differenzverstärker 8 im subtrahierenden zL in die abgehende Richtung 5-6 ein. Im beeeu'chenen zustand hat der Vierpol annähernd die leiche übertragungsfunktion wie die des Echopfades om Eingang des Vierpols über die Gabel 3 zurück zum Differenzverstärker 8, so daß am Ausgang des nifferenzverstärkers 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 itammende 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+n. ^

Die günstigen Verhältnisse für die Einstellung der Stellglieder 61... 69 mittels der noch zu beschreibenden K-orrelationsglieder ergeben sich bei der Verwendung eines Verzweigungsnetzwerkes, welches Systeme mit orthogonalen Impulsantworten ergibt Ein solches Verzweigungsnetzwerk läßt sich wie im vorliegenden Beispiel durch eine Anzahl N eingangsseitig parallelgeschalteter Filter 21...29 aber z.B. auch durch ein reines Laufzeitglied mit einer Anzahl N von Abgriffen realisieren. Im allgemeinen genügt hierfür die Bedingung, daß die Impulsuitworten der Filter untereinander linear unabhängig sind.

Die einzelnen Ausgangssignale w\...wswerden bei der Anordnung nach F i g. 1 durch die Ausgänge des Verzweigungsnetzwerkes 21... 29 erzeugt und nach ₄c Durchgang je eines der Stellglieder 61... 69 durch den Summierer 7 zu dem simulierten Echosignal y zusammengefaßt Da die Stellglieder 61 ...69 jeweils eine einstellbare Verstärkung c_{...c_N aufweisen, die größer oder kleiner als Null sein kann, ergibt sich am Ausgang des Summierers 7 das geschätzte bzw. simulierte Echosignal y zu

ι = N

W₁-

Die Einstellung der Verstärkung der Stellglieder 61... 69 erfolgt jeweils durch das Ausgangssignal des zugehörigen Multiplizierers. Jeder dieser Multiplizierer 41... 49 wird einerseits von dem durch die Vorzeichenbildner 101... 109 erzeugten Vorzeichen sign(w,) des zugehörigen Ausgangssignals w,(7=l, 2...N) des Verzweigungsnetzwerkes 21... 29 und andererseits durch das mit dem Faktor k verstärkte Restechosignal e in der abgehenden Richtung 6 des Vierdrahtweges bc gesteuert Die Multiplikation des Signals k ■ e lediglich mit der Vorzeichenfunktion s\gn(Wi) des jeweiligen Signals Wi erlaubt eine wesentliche Vereinfachung der Multiplizierer 41... 49.

Von ganz besonderer Bedeutung ist die Vereinfa- d< chung bei der später noch genauer beschriebenen digitalen Ausführung des Echokompensators, bei der die Funktion der Multiplizierer 41... 49 durch einen einzigen, in Zeitmultiplextechnik arbeitenden Multiplizierer erfüllt ist, da hierdurch die Rechengeschwindigkeit dieses Multiplizierers wesentlich herabgesetzt werden kann und somit eine weitaus wirtschaftlichere und sichere Technologie Anwendung Finden kana

Je ein Ausgangssignal k ■ e · signfwjjder Multiplizierer, welches das Produkt des verstärkten Restechosignals k - e mit dem zugehörigen Vorzeichen des Ausgangssignals w, des Verzweigungsnetzwerkes darstellt, steuert sodann über eines der nachgeschalteten Integrierglieder 51... 59 die Verstärkung c, des zugehörigen Stellgliedes.

Das Restechosignal e wird also mit dem Bewertungsfaktor k multipliziert den Multiplizierer 41...49 zugeführt Zu diesem Zweck ist in der Zuleitung zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 8 und die Multiplizierer 41... 49 ein Verstärker 9 eingeschaltet welcher durch die Steuereinrichtung 100 in seiner Verstärkung k gesteuert ist Der Steuereinrichtung 100 ist erstens das Restechosignal e, zweitens das Summensignal Σ w? der Quadrate der Signale wund drittens das Summensignal Σ \w\ der Absolutwerte der Signale w, zugeführt Das Summensignal der Quadrate der Signale Wi wird von einem Summierer 11 erzeugt der die Anzahl von N Eingängen aufweist von denen jeder über einen der Quadrierer 31... 39 mit einem der Ausgänge des Verzweigungsnetzwerkes 21... 29 verbunden ist Das Summensignal der Absolutwerte der Signale w, ist von einem weiteren Summierer 15 erzeugt der ebenfalls die Anzahl von N Eingängen aufweist von denen jeder über einen der Betragsbildner Ul... 119 mit einem der Ausgänge des Verzweigungsnetzwerkes 21... 29 verbunden ist Die Steuereinrichtung 100 steuert den Bewertungsfaktor Ar in Abhängigkeit von den drei Signalen e, Σ w? und Σ \w\ derart daß dieser Bewertungsfaktor k im Normalfall einen Maximalwert einnimmt und bei auftretenden Störgeräuschen η in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges 5—6 der Bewertungsfaktor Jt um so mehr abgesenkt wird, je größer die Störgeräusche η sind und je besser die bereits erreichte Einstellgenauigkeit der Stellglieder 61... 69 ist. Auftretende Störgeräusche π können z. B. Sprechsignale des nahen Teilnehmers 4 sein, aber auch vom nahen Teilnehmer 4 ausgehende Signale einer Datenübertragung.

Durch die vorstehend beschriebene Art der Steuervorrichtung des Bewertungsfaktors A: in Abhängigkeit von den drei Signalen e, Σ w? und Σ \ w\ eröffnet sich die Möglichkeit die Einstellgeschwindigkeit noch spezifischer an die augenblicklichen Parameter der Betriebsverhältnisse anzupassen und somit das gesamte Einstellverhalten weiter zu optimieren.

Die vorstehenden Erläuterungen bezogen sich des leichteren Verständnisses halber auf eine Arbeitsweise des Echokompensators mit rein analogen Signalen. Tatsächlich zeigt das Ausführurgsbeispiel jedoch einen Echokompensator, der mit digitalen Signalen arbeitet und daher das Signal χ über den Analog-Digital-Wandler 12 aus der ankommenden Richtung 1 —2 erhält.

Weiterhin gelangen die Signale y+ π der abgehenden Richtung 5 über den Analog-Digital-Wandler 13 zum Differenzverstärker 8, dessen das Restechosignal e darstellendes Ausgangssignal dem Digital-Analog-Wandler 14 zugeführt ist und diesen in der abgehenden Richtung 6 verläßt. Für diese digitale Betriebweise kann das Verzweigungsnetzwerk 21... 29 z.B. durch ein Schieberegister realisiert werden. Die Steuereinrichtung 100 verarbeitet über die Summierer 11 und

sowie die vorgeschalteten Quadrierer 31... 39 bzw. Betragsbildner 111... 119 die zu Taktzeiten t_m (Tn=O, 1, 2...) abgetasteten Ausgangssignale w\(t_m)... w\(t_m) und Restechosignal eft_m) in Iterationsschritten m.

Nachstehend wird an Hand des in Fig.2 dargestellten Diagramms das Verfahren zur Ermittlung des Bewertungsfaktor k aus dem (das Störsignal η enthaltenden) Restechosignal e, der Summe Σ w,² der quadrierten Ausgangssignale des Verzweigungsnetzwerkes und der Summe 2|w/| der Absolutwerte der Ausgangssignale des Verzweigungsnetzwerkes näher erläutert. Über den Quotientenbildner 71 wird unter Bewertung der Anzahl N der Ausgänge des Verzweigungsnetzwerkes während der Iteration mdas Signal

dies ein Anzeichen dafür, daß in der Gesprächsführung ein Übergang von der Phase »kein Gegensprechen« zu der Phase »Gegensprechen« vorliegt und es wird demnach S_n, nicht mehr durch den gemittelten Wert Z_n,.

sondern den geschätzten Augenblickswert e„\ —a_mr_m der Gegensprechleistung bestimmt, was durch Schließen des Schalters 82 realisiert wird, welcher dem Speicher 84 den wert e²—am/Ίπ zuordnet. Im Falle des alleinigen Sprechens des fernen Teilnehmers oder bei

ίο fortlaufendem Gegensprechbetrieb trifft der zweite Komparator 80 die Nein-Entscheidung, so daß über den Schalter 83 der Speicher 84 den Wert Z_n, einspeichert, was der Gleichsetzung S_n,+1 — Z_m entspricht

Allgemein wird also der Schätzwert S_m+i für die mittlere Leistung des Gegensprechsignals durch die Beziehung

gebildet welches einen Schätzwert für die mittlere Leistung des Eingangssignals χ darstellt Das Signal a_m wird sodann mittels des Multiplizierers 72 mit dem Wert Tm, der in der vorherigen Iteration m—\ berechnet wurde, multipliziert. Die Größe r_m stellt ein Maß für bereits erzielte Einstellgenauigkeit der Stellglieder 2s 61... 69 dar. Die vom Multiplizierer 72 gelieferte Größe a_mr_m ist nun ein Schätzwert für die Leistung des reinen Restechosignals e Aus dieser Größe a_mr_m und der mittels des Multiplizierers 73 quadrierten Größe e(t_m) bildet der Subtrahierer 74 die Größe e² - a_mr_m die einen Schätzwert für die augenblickliche Leistung des (insbesondere bei Gegensprechen vorhandenen) Störsignalen π darstellt. Die Größe e(t_m) ist der zur Taktzeit f_m auftretende Abtastwert des (das evtl. vorhandene Störsignal η enthaltenden) Restechosignals e

Hiernach wird unter Mitwirkung des Subtrahierers 75, des Multiplizierers 76 sowie des Addierers 77 die Größe Z_n, aus den Größen et-a^m, /"und S_n, gebildet Die Größe S_n, ist das bei der vorhergehenden Iteration m—\ gewonnene Maß für die gemittelte Leistung des Störsignals n.

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

Z. = S_- +/-Ce²CtJ-«.r--SJ 0</<l

In dem ersten Komparator 79 wird abgefragt ob die Beziehung Z_n, < 0 gilt d. h, ob sich für Z_n ein negativer Wert ergibt In diesem Fall liegt eine Fehlschätzung vor, da eine Leistung immer positiv sein muß, und dem Speicher 84. der den Wert S_n, enthält, wird der neue Wert 5_β+ΐ=0 zugeführt Ist die Bedingung Z_n, < 0 nicht erfüllt, so wird der zweite Komparator 80 aktiviert und nach der Bedingung Z_m> S_n ■ SW abgefragt, wobei der Wert SW ■ S_m Ober den Multiplizierer 78 gebildet wird. Die Größe SWhX ein SchweUwert und ist großer als 1 zu wählen Bei einer Ja-Entscheidung, & h, wenn Z_n, (oder bei einer anderen nicht näher dargestellten Ausführungsform die Größe «η -B_nJm-Sm) wesentlich größer als das Produkt aus Schweflwert SIV und vorheriger Schätzung S_n, ist so ist

0	für	Z- <	0
e²	-Vn, Für	Z- >	SW
Z*	für	sonst

S_n, SW >\

bestimmt Aus Gründen der leichteren Instrumentierung kann es auch vorteilhaft sein, wie bereits angedeutet, den Gegensprechbetrieb, bei dem der Wert

gesetzt wird, durch die Bedingung

zu indizieren.

Über den Quotientenbildner 93 wird unter Bewertung der Anzahl N der Ausgänge des Verzweigungsnetzwerkes während der Iteration mdas Signal

gebildet welches einen Schätzwert für den mittleren Absolutbetrag des Eingangssignals χ bildet Das Signal a_m' wird sodann mittels des Multiplizierers 94 mit dem Wert r_m multipliziert der wie bereits erwähnt ein Maß für die bereits erzielte Einstellgenauigkeit der Stellglieder 61... 69 darstellt Die vom Multiplizierer 94 gelieferte Größe a_m'r_m ist nun ein Schätzwert für den mittleren Absolutwert des reinen Echosignals eT

Danach wird durch die Multiplizierer 86 und 87, der Addierer 85 und den Quotientenbildner 88 aus den Größen a_mr_m S_n'r_m Sm+ 1 sowie den Konstanten Λ/und t nach der Ermittlung des Weites S_m+i der Bewertungsfaktor Ar für die Iteration m+1 mit

—; 0 < b < 1

bestimmt und der Verstärker 9 auf diesen neuei Bewertungsfaktor A:_m+t eingestellt Die Konstante j muß im Bereich 0 < b < 1 liegen. Für die optimal« Einstellgeschwindigkeit der Stellglieder 61... 69 richte sich der günstigste Wert der Konstante b nach der Ar und Statistik der vom Echokompensator zu übertragen den Signale und ist für Sprache etwa Zj=03 und fü weißes gauBverteiltes Rauschen 6= 1.

Über die Multiplizierer 89 und 90 sowie dl· Addier-Subtrahiereinrichtung 91 wird unter Verwen

dung der Größen r_m k_m+i und a_m'r_m Konstanten cund c/nun der Wert r_m+ \ mit

sowie der

= r_m-c- k_K

0 <c

d > 0

berechnet und dem Speicher 92 zugeführt, so daß zur Iteration m+1 der Wert r_m+i zur Verfügung steht.

Die Konstante c muß im Bereich 0 < c < 1 liegen. Für die optimale Einstellgeschwindigkeit richtet ihr günstigster Wert nach der Art und Statistik der zu übertragenden Signale und ist für Sprache etwa c=0,8 und gauBverteiltes weißes Rauschen c= 1.

Die Konstante dmuß d > Osein. Für rein niederfrequentdurchverbundene Standver-

bindungen, in denen keinerlei Frequenzverwerfung zwischen dem ankommenden Signal χ und dem Qber die Gabel übergetretenen Echosignal y auftritt, kann der Wert für «/sehr klein, z. B. d= 0,00001 gewählt werden. Bei möglichen Frequenzverwerfungen zwischen den Signalen χ und y, z.B. bei Trägerfrequenzstrecken zwischen dem Echokompensator und der zugehörigen Gabel, empfiehlt sich die Bemessung des Wertes von d etwa zud= 0,005.

Zu Beginn der Iteration ^m=O) müssen dem Speicher 84 ein Anfangswert S₀ > 0 und dem Speicher 92 ein Anfangswert r₀ > 0 zugeordnet werden. Als günstigster Mittelwert für den Anfangswert Sd kann z.B. Sb=0,4 gewählt werden. Dem zu erwartenden Abgleichszustand der Einstellglieder kann z. B. mit einem Anfangswert von /V) = 0,8 Rechnung getragen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

M9 522/269

Claims

Patentanspruch:

Echokompensator für ein Nachrichtenübertragungssystem mit einem Zweidraht-Vierdraht-Ober- s gang, 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 Ausgangssigna] als simuliertes Echosignal im subtrahierenden Sinn den Signalen der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges zugesetzt ist, wobei jedes Einstellglied durch das mittels eines Integriergliedes integrierte Ausgangsjignal eines das jeweilige Ausgangssignal des Verzweigungsnetzwerk mit dem mit einem Bewertungsfaktor bewerteten Restechosignal in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges multiplizierenden Multiplizierers einstellbar ist und wobei 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 Stör geräuschen in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges, wie z. B. bei auftretenden Sprechsignalen des nahen Teilnehmers, der Bewertungsfak- tor um so mehr abgesenkt wird, je größer die Störgeräusche sind und je besser die bereits erreichte Einstellgenauigkeit der Stellglieder ist, nach Haupt-Patent 22 39 452, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem jeweiligen Ausgang des Verzweigungsnettwerkes (21... 29) und dem zugehörigen Multiplizierer (41... 49) ein Vorzeichenbildner (101 ... 109) eingeschaltet ist und daß die Steuereinrichtung (100) zusätzlich von dem Summensignal der Absolutbeträge der Ausgangssignale (w\... wn) des Verzweigungsnetzwerkes (21... 29) derart beaufschlagt ist, daß der Bewertungsfaktor (k) dem letztgenannten Summensignal proportional ist

45