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Die
Erfindung betrifft eine Echokompensationsvorrichtung für eine Anordnung
zum Übertragen von
Tonsignalen, insbesondere sprachliche Äußerungen, wobei die Anordnung
einen Echofilter zur Echokompensation umfasst, wobei der Echofilter
angeordnet ist zwischen einem Eingangskanal zum Empfangen eines
elektrischen Eingangssignals, der von einem fernen Ende kommt und
zu einem Umsetzer zum Umsetzen eines elektrischen Signals in ein erstes
Tonsignal führt,
und einem Ausgangskanal zum Ausgeben eines elektrischen Ausgangssignals, der
von einem Rückumsetzer
zum Rückumsetzen
eines zweiten Tonsignals in ein elektrisches Signal kommt und zu
einem fernen Ende führt.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zum Empfangen und Übertragen
von Tonsignalen, wie in Anspruch 9 beansprucht. Außerdem betrifft
die Erfindung ein Echokompensationsverfahren. Schließlich betrifft
die Erfindung auch ein Rechnerprogramm mit Rechnerprogrammiermitteln,
um zu bewirken, dass ein Rechner die Schritte besagten Verfahrens
ausführt,
wenn man das Rechnerprogramm auf einem Rechner laufen lässt.
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Das
Echoproblem kann bei der Verwendung von Telefonen, insbesondere
von Mobiltelefonen, auftreten. Ein Echo entsteht durch die Tatsache,
dass das Mikrofon eines Telefons nicht nur die direkt in das Mikrofon
gesprochene Sprache aufzeichnet und überträgt. Auch andere Geräusche, insbesondere
die durch den Sprecher desselben Telefons ausgegebenen Schallsignale,
werden durch das Mikrofon aufgezeichnet und an die Person am anderen
Ende zurückgesendet.
Diese Wirkung tritt insbesondere dann auf, wenn Mobiltelefone zusammen
mit Freisprecheinrichtungen verwendet werden, weil das Mikrofon so
angeordnet ist, dass es Töne
aus einem großen Raum
empfängt.
Selbst bei Mobiltelefonen ohne Freisprecheinrichtung können Echos
in einem größeren Maße auftreten,
weil das vom Sprecher ausgehende Schallsignal durch das relativ
kleine Gehäuse zum
Mikrofon übertragen
wird. Solche Wirkungen können
auch bei DECT-Telefonen oder Funkgeräten auftreten.
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Es
ist eine besonders unangenehme Wirkung, wenn solche Echos auftreten,
dass sie aufgrund von nichtlinearen Anteilen im Telefon selbst nichtlinear
werden. Solche nichtlinearen Echos werden durch den Benutzer am
fernen Ende als Verzerrung wahrgenommen. Dagegen werden geringfügige Verzerrungen
der Sprachausgabe am nahen Ende, die in Mobiltelefonen oder schnurlosen
Telefonen durch die hohe Ausgangsamplitude trotz der geringen Batteriespannungen
verursacht werden, akzeptiert.
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Die
meisten Systeme zum Kompensieren der oben beschriebenen Schallechos
verwenden einen linearen adaptiven Filter. Der lineare Filter modelliert
dann den Echoweg und wird mittels Anpassung ständig modifiziert. Das Signal,
das den Echoweg durchläuft,
durchläuft
dann das Modell dieses Abschnitts im linearen Filter auf die gleiche
Weise und wird dann von dem Signal subtrahiert, das durch das Mikrofon
aufgefangen wurde und das auch das Echo enthält, so dass sich im optimalen
Fall das durch das Mikrofon empfangene Signal ohne das Echo ergibt.
Sowohl Zeitbereichsfilter, zum Beispiel NLMS-Anpassung, als auch
Frequenzbereichsfilter werden erfolgreich zum Kompensieren des linearen Echos
verwendet. Diese Filter modellieren den Echoweg so genau, dass eine
Reduzierung des linearen Echos von bis zu 30 dB erreicht werden
kann.
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Nichtlinear
verzerrte Echos bleiben bestehen, nachdem ein lineares Echo kompensiert
worden ist. Sie werden insbesondere durch Begrenzungsglieder in
der Übertragungsanordnung
verursacht. Sie treten daher insbesondere bei lauten Sprachanteilen
und sehr plötzlich
auf, was besonders unangenehm ist.
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Bisher
sind zwei Lösungsansätze für das Kompensieren
von nichtlinear verzerrten Echos bekannt. Bei einem ersten Lösungsansatz
wird zusätzlich
zu einem linearen Filter ein nichtlineares Modell verwendet. Sowohl
der lineare Filter als auch das nichtlineare Modell werden angepasst,
so dass selbst das nichtlineare Verhalten des Abschnitts des Echowegs
modelliert werden kann. Das Echo kann somit auf eine Weise kompensiert
werden, die dem oben beschriebenen linearen Fall sehr ähnlich ist. Tatsächlich ist
es im nichtlinearen Fall notwendig, dass das nichtlineare Modell
und der nichtlineare Weg mit sehr großer Genauigkeit übereinstimmen. Das
bedeutet, dass es absolut erforderlich ist, das nichtlineare Modell
anzupassen. Es ist besonders kompliziert und aufwendig, eine nichtlineare
Anpassung zu erreichen, so dass für diese Lösung ein entsprechend leistungsstarker
digitaler Signalprozessor (DSP) erforderlich ist, was entsprechend
hohe Kosten mit sich bringt.
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Bei
einem zweiten Lösungsansatz
zur Behandlung nichtlinearer Echos wird ein adaptiver linearer Filter
außerdem
mit dem zusätzlichen
Merkmal der Dämpfung
des zu einem fernen Ende führenden Kanals
verwendet. Diese Dämpfung
tritt einerseits nur bei einem relevanten Frequenzbereich auf und funktioniert
andererseits nur dann, wenn nichtlinear verzerrte Echos auftreten
können.
Diese zusätzliche Dämpfung des
Ausgangskanals mindert die Sprachqualität am nahen Ende des Telefons,
falls an beiden Enden gleichzeitig gesprochen wird. Außerdem müssen bei
diesem Lösungsansatz
die nichtlinearen Verzerrungen zuverlässig gemessen werden. Das erfordert
eine sorgfältige
Anpassung der Hardware. Dieses Verfahren bringt auch erhöhte DSP-Kosten
mit sich. Ein solcher Aufwand ist nur dann gerechtfertigt, wenn
das erforderliche Dämpfungsglied
bereits für andere
Zwecke, zum Beispiel zusätzliche
Echokompensation und/oder Rauschunterdrückung, bereitgestellt ist.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Amplitude in einem
Kommunikationssystem mit linearer Echokompensation sind aus
WO 00/70853 bekannt, worin
ein Signal auf den Bereich eines Digital-Analog-Umsetzers beschränkt ist.
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US 2002/0154761 offenbart
ein System und ein Verfahren zum Regeln eines Filters zur Steigerung
der Leistung eines Lauthörtelefons.
Ein dynamischer Hochpassfilter ist im Eingangsweg angeordnet, der
durch eine Filterregelalgorithmuseinheit angepasst werden kann.
Auf den Hochpassfilter folgt ein Empfangssignaldämpfer, der durch die Aktivitätserkennungs-
und Regeleinheit geregelt wird. Hinter dem Signaldämpfer wird
das Eingangssignal zum Umsetzer, einschließlich Digital-Analog-Umsetzer, Verstärker und
Ausgabegerät,
und zum adaptiven Filter abgezweigt. Der Signaldämpfer dämpft die Signale in allen Bereichen
um den Dämpfungsfaktor.
Der Signaldämpfer
wird dazu verwendet, jedes Rauschen innerhalb der Sprechpausen zu
unterdrücken.
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WO 02/095975 A2 offenbart
eine Echoverarbeitungsvorrichtung. Im Eingangsweg sind ein Hochpassfilter
und ein Umsetzer angeordnet. Ein adaptiver Echokompensator ist zwischen
dem Eingangsweg und dem Ausgangsweg angeordnet.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist zum Beispiel die Kompensation sowohl von
linearen als auch von nichtlinearen Echos, wenn Tonsignale übertragen werden,
insbesonde re in Telefonen, zum Beispiel in Mobiltelefonen. Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Kompensation von Echos auf
einfache und kostengünstige
Weise.
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Die
Aufgaben werden durch die Merkmale der Hauptansprüche gelöst. Erfindungsgemäß ist ein im
Eingangskanal angeordneter Hochpassfilter mit einer Grenzfrequenz,
die jenseits der Grenzfrequenz des Hochpassverhaltens des Umsetzers
liegt, vor dem Echofilter (aus der Richtung des fernen Endes gesehen)
angeordnet, und ein Begrenzungsglied zum Begrenzen der Signalamplitude
ist im Eingangskanal zwischen dem Hochpassfilter und dem Echofilter
angeordnet.
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Die
Erfindung beruht auf der Voraussetzung, dass das nichtlineare Verhalten
des Echowegabschnitts, insbesondere das Verhalten vom Eingangskanal
zum akustischen Ausgang des Umsetzers, insbesondere eines darin
vorhandenen Verstärkers,
nur jenseits einer Signalamplitude auftritt, die durch die Begrenzung
der Verstärkung
dieses Wegs bestimmt wird. Aus diesem Grund ist im Eingangsweg ein
Begrenzungsglied angeordnet, so dass die Amplitude des von einem
fernen Ende kommenden Signals begrenzt wird, so dass bei diesem
Signal kein nichtlineares Verhalten auftritt.
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Zusätzlich zum
möglichen
nichtlinearen Verhalten zeigt der Echoweg im Eingangskanal vor dem Lautsprecher
auch Hochpassverhalten. Ein Hochpassverhalten dieser Art hat eine
differenzierende Wirkung auf niederfrequente Signalanteile. Daher besteht
die Gefahr, dass das von einem fernen Ende kommende und in seiner
Amplitude begrenzte Signal in einigen Bereichen durch differenzierendes
Verhalten wieder einen Amplitudenanstieg erfährt und diese vorher erreichte
Amplitudenbegrenzung wieder überschreitet.
Um dieses Problem zu vermeiden, wird ein weiterer Hochpassfilter,
der die niederfrequenten Anteile aus dem von einem fernen Ende kommenden Signal
herausfiltert, vor dem Begrenzungsglied angeordnet. Somit kann die
Gefahr des differenzierenden Verhaltens im Echoweg und des damit
verknüpften Amplitudenanstiegs
vermieden werden.
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Die
Anordnung des Hochpassfilters gemäß der Erfindung mit dem dahinter
liegenden Begrenzungsglied im Eingangskanal bewirkt somit, dass
das vom fernen Ende kommende Signal auf einen Frequenzbereich oberhalb
einer Frequenz F1 und unterhalb einer Amplitude 0 begrenzt wird.
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Die
nichtlinearen Elemente im Echoweg haben somit keine Auswirkung auf
das Echo, so dass sich der Echoweg tatsächlich nur als ein linearer
Abschnitt darstellt. Daher ist es möglich, das Echo mit Hilfe eines
linearen Filters für
alle Betriebsbedingungen zu kompensieren. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung
vermeidet somit auf einfache Weise ein nichtlinear verzerrtes Echo.
Das kann mit wenig Aufwand und somit auf kostengünstige Weise erreicht werden.
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In
der einfachsten bekannten und am häufigsten verwendeten Ausführungsform
sind Begrenzungsglieder durch eine Sättigungsfunktion gekennzeichnet.
Eine Sättigungsfunktion
hat im Wesentlichen im dritten Quadranten einen konstanten negativen
und im ersten Quadranten einen konstanten positiven Abschnitt, und
der Wert dieses Abschnitts entspricht dem Ausmaß der Begrenzung. Im Bereich des
Ursprungs weist eine solche Sättigungsfunktion einen
Abschnitt mit einer konstanten Steigung auf, die die beiden konstanten
Abschnitte des dritten und des ersten Quadranten verbindet. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind Übergänge zwischen
den proportionalen Abschnitten, die durch den Ursprung verlaufen,
und einem jeweiligen konstanten Abschnitt sanft. Diese sanften Übergänge und
auch die restlichen Begrenzungsfunktionscharakteristiken sind insbesondere
dadurch gekennzeichnet, dass sie ständig differenziert werden können. Aufgrund
des Begrenzungsprozesses führt
das zu einem Signal, in dem keine Einsattlungen entstehen und somit
keine unnötige
Verzerrung dieses Signals auftritt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird die Charakteristik des Begrenzungsglieds durch eine Funktion
gebildet, die sich aus einem ersten konstanten, einem ersten quadratischen,
einem proportionalen, einem zweiten quadratischen und einem zweiten
konstanten Abschnitt zusammensetzt. Die beiden konstanten Abschnitte
und der proportionale Abschnitt sind gemäß einer bekannten Sättigungsfunktion
angeordnet. Die beiden quadratischen Abschnitte bilden jeweils den Übergang
zwischen dem proportionalen und einem der konstanten Abschnitte.
Die quadratischen Abschnitte sind parametriert, so dass alle fünf Abschnitte
zur Bildung einer stetigen Funktion zusammengebracht werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird die Charakteristik des Begrenzungsglieds durch eine Funktion
gebildet, die sich aus einer ersten konstanten, einer ersten quadratischen,
einer proportionalen, einer zweiten quadratischen und einer zweiten
konstanten Funktion zusammensetzt, wo die Abschnitte der beiden
quadratischen Funktionen parametriert sind, so dass eine zusammenhängende Funktion
entsteht, die auch ständig
differenziert werden kann. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird
auf einfache Weise eine konstante und ständig differenzierbare Begrenzungscharakteristik
erreicht. Sie stellt keine besonderen Anforderungen an den digitalen
Signalprozessor und kann daher auf einfache und kostengünstige Weise
hergestellt werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird die Begrenzungscharakteristik durch eine tanh-Funktion erreicht.
Die tanh-Funktion ähnelt
in ihrem Muster sehr einer Sättigungsfunktion.
Sie hat einen nahezu konstanten und einen nahezu proportionalen
Abschnitt, deren Übergänge jedoch
sanft sind, weil die tanh-Funktion ständig differentiell multipliziert werden
kann. Die Verwendung einer tanh-Funktion hat den Vorteil, dass der
gesamte Bereich der Begrenzungscharakteristik mit dieser einen Funktion vollständig beschrieben
ist. Es ist jedoch notwendig, dass diese spezielle Trigonometriefunktion
im digitalen Signalprozessor implementiert wird, oder es muss zumindest
möglich
sein, sie mit Hilfe von zwei e-Funktionen und einer Division zu
erreichen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird ein linearer und/oder adaptiver Echofilter zum Kompensieren
des Echos verwendet. Die erfindungsgemäße Anordnung des Hochpassfilters
und des Begrenzungsglieds ist grundsätzlich unabhängig von
der Auswahl des verwendeten Echofilters. Jedoch ist es somit möglich, einen
linearen Filter zu verwenden. Dadurch wird der Rechenaufwand gering gehalten.
Außerdem
ist es möglich,
dass das lineare Verhalten des Echowegs unzureichend oder überhaupt
nicht bekannt ist, und es muss auch berücksichtigt werden, dass das
lineare Verhalten des Echowegs variabel ist. Das kann sich zum Beispiel aus
der Tatsache ergeben, dass ein Telefon auf verschiedene Weise gehalten
und in unterschiedlichen wechselnden Gebieten verwendet werden kann.
Aus diesem Grund hat sich eine Anpassung als vorteilhaft erwiesen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
hat der Hochpassfilter eine 3-dB-Grenzfrequenz von
ca. 0,1 bis 2 kHz, insbesondere von ca. 0,2 bis 1 kHz. Dieser Frequenzbereich
ist durch den hörbaren Bereich
des menschlichen Ohrs vorgegeben, insbesondere durch den technischen
Aufbau regulärer
Telefone. Ein Telefon, das im Vergleich zum Subwoofer einer Stereoanlage
geringe Abmessungen hat und auch unter Verwendung von geringen Energiemengen
arbeitet, ist kaum in der Lage, tiefe Töne, das heißt, Töne im niederfrequenten Spektrum,
zu erzeugen. Entsprechend weist ein solches Telefon bei einer Grenzfrequenz
im unteren hörbaren
Bereich bereits Hochpassverhalten auf. Die Grenzfrequenz liegt typischerweise
im Bereich von 50 bis 200 Hz. Um einen Amplitudenanstieg aufgrund
von differenzierendem Verhalten (siehe obige Beschreibung) zuverlässig zu
verhindern, wird die Grenzfrequenz des im Eingangskanal verwendeten
erfindungsgemäßen Hochpassfilters
so gewählt,
dass sie oberhalb der Grenzfrequenz des Hochpassverhaltens des Echowegs liegt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die 3-dB-Grenzfrequenz
des Hochpassfilters daher um einen Faktor von ca. 2 bis 10, insbesondere
einen Faktor von ca. 5, größer als
die 3-dB-Grenzfrequenz des Umsetzers. Um das Problem eines Amplitudenanstiegs
aufgrund von differenzierendem Verhalten (siehe obige Beschreibung) zu
vermeiden, sollte der untere Wert des Faktors nicht geringer als
2 sein. Der Faktor sollte auch nicht größer als 10 sein, weil anderenfalls
die Gefahr besteht, dass das Frequenzspektrum des Signals zu stark
eingeschränkt
wird. Das könnte
dazu führen, dass
die übertragene
Sprache sehr unangenehm wirkt. Die Stimmen der Sprecher könnten dann
ungewöhnlich
unnatürlich
klingen. Aus diesem Grund hat sich der Faktor 5 als vorteilhaft
erwiesen.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Anordnung zum Empfangen und Übertragen
von Tonsignalen mit einer Vorrichtung, wie in Anspruch 1 beansprucht. Eine
Anordnung dieser Art könnte
zum Beispiel ein Mobiltelefon, eine Freisprecheinrichtung, ein Funkgerät oder ein
schnurloses Telefon sein. Die Erfindung betrifft auch ein Echokompensationsverfahren in
einer solchen Anordnung, wie in Anspruch 10 beansprucht, und ein
Rechnerprogramm zum Ausführen
dieses Verfahrens.
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Diese
und andere Aspekte der Erfindung sind aus den hierin weiter unten
beschriebenen Ausführungsformen
ersichtlich und werden unter Bezugnahme auf diese Ausführungsformen
erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
Schaltungsanordnung einer gewöhnlich
verwendeten Vorrichtung zum Kompensieren eines linearen Echos in
einer Anordnung zum Empfangen und Übertragen von Tonsignalen;
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2 eine
Schaltungsanordnung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik
zum Kompensieren eines linearen Echos mit einem linearen und einem
nichtlinearen Filter;
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3 eine
Schaltungsanordnung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik
zum Kompensieren eines nichtlinearen Echos mit einem linearen Filter
und einer zusätzlichen
Dämpfungseinheit;
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4 eine
Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verhindern
eines nichtlinearen Echos in einer Anordnung zum Empfangen und Übertragen
von Tonsignalen;
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5 den
Funktionsgraphen eines erfindungsgemäßen Begrenzungsglieds; und
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6 das Übertragungsverhalten
im Umsetzer unter Verwendung des Beispiels eines begrenzten, aber
ungefilterten Signals.
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1 zeigt
eine Anordnung zum Empfangen und Übertragen von Tonsignalen mit
einem Eingangskanal 1, einem Umsetzer 2, einem
Rückumsetzer 3,
einem Ausgangskanal 4 und einer Vorrichtung zum Kompensieren
eines linearen Echos 50. Die in dieser Figur gezeigte Schaltungsanordnung
findet sich zum Beispiel in Mobiltelefonen oder Freisprecheinrichtungen.
Am Eingangskanal 1 wird ein digitales Signal, das von einem
fernen Ende, zum Beispiel von einem Sprecher am fernen Ende, kommt,
empfangen und zum Umsetzer 2 weitergeleitet. Im Umsetzer 2 wird
das digitale Signal mit Hilfe des Digital-Analog-Umsetzers 21 in ein
analoges Signal umgesetzt und dann durch den Verstärker 22 verstärkt und schließlich durch
den Lautsprecher 23 in ein Schallsignal umgesetzt. Ein
Teil dieses Schallsignals erreicht den Rückumsetzer 3, wo es
zusammen mit dem neuen zusätz lichen
Geräusch,
hauptsächlich der
vom Telefonbenutzer gesprochenen Sprache, auf dieser Seite überlagert
wird und durch das Mikrofon 31 aufgefangen und in ein elektrisches
Signal umgesetzt wird. Die Amplitude dieses elektrischen Signals wird
durch den Rückumsetzer 32 an
den Bereich des Analog-Digital-Umsetzers 33 angepasst.
Der Analog-Digital-Umsetzer 33 setzt
das somit in seiner Amplitude veränderte analoge Signal in ein
digitales Signal um. Dieses digitale Signal wird durch den Ausgangskanal 4 ausgegeben,
um zu einem fernen Ende übertragen
zu werden.
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Um
das Echo 7, das das neue Geräusch 5 am Ausgang
des Rückumsetzers 32 überlagert,
wieder zu kompensieren, subtrahiert ein linearer Filter 502 in
der Vorrichtung zum Unterdrücken
eines linearen Echos 50 ein geschätztes Signal, das dem Echoinhalt
entsprechen sollte, an der Additionsstelle 501. Aus diesem
Grund repliziert der lineare Filter 502 das Verhalten des
Echowegs 7. Um eine optimale Replikation, die sich auch
an Veränderungen
im Echoweg 7 anpasst, zu erhalten, erfolgt die Anpassung
unter Verwendung des Anpassungsblocks 503.
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Das
lineare Verhalten des Echowegs 7 kann mit Hilfe dieser
Vorrichtung zum Kompensieren eines linearen Echos 50 genau
repliziert werden. Lineare Echos können auf diese Weise leicht
kompensiert werden. Nichtlinear verzerrte Echos, die sich aus dem
nichtlinearen Verhalten des Echowegs 7 ergeben, können mit
dieser Vorrichtung zum Kompensieren eines linearen Echos nicht kompensiert
werden.
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2 zeigt
die Schaltungsanordnung einer Echokompensationsvorrichtung 51,
mit der auch ein nichtlinear verzerrtes Echo berücksichtigt werden soll. Diese
Vorrichtung 51 wird gemäß der Vorrichtung
zum Kompensieren eines linearen Echos 50 gemäß 1 in
einer Anordnung zum Empfangen und Übertragen von Tonsignalen verwendet.
Zusätzlich zur
Additionsstelle 511 und zum linearen Filter 512 mit
dem zugehörigen
Anpassungsblock 513 wird ein zusätzlicher nichtlinearer Filter 514 zusammen
mit einem nichtlinearen Anpassungsblock 515 verwendet. Der
nichtlineare Filter 514 wird dann zusammen mit dem nichtlinearen
Anpassungsblock 515 zum Replizieren des nichtlinearen Verhaltens
des Echowegs 7 verwendet.
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Unter
Verwendung dessen ist es grundsätzlich
möglich,
das lineare und das nichtlineare Verhalten des Echowegs 7 zu
modellieren und somit sowohl den linear als auch den nichtlinear
verzerrten Teil des Echos an der Additionsstelle 511 zu
kompensieren.
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3 zeigt
die Schaltungsanordnung einer weiteren Echokompensationsvorrichtung 52 nach dem
Stand der Technik, die ähnlich
wie die Vorrichtung zum Kompensieren eines linearen Echos 50 in 1 in
einer Anordnung zum Empfangen und Übertragen von Tonsignalen verwendet
wird. Diese Vorrichtung 52 umfasst wieder eine Additionsstelle 521 und
einen linearen Filter 522 mit einem zugehörigen Anpassungsblock 523.
Mit Hilfe des linearen Filters 522 kann der lineare Anteil
des Echos an der Additionsstelle 521 kompensiert werden.
Die verbleibenden nichtlinear verzerrten Anteile des Echos können teilweise
mit Hilfe des Dämpfungsglieds 524 kompensiert
werden.
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Das
Dämpfungsglied 524 entfernt
das nichtlineare Echo durch Dämpfen
des von der Additionsstelle 521 kommenden Signals für Frequenzbereiche,
in denen nichtlinear verzerrte Echos auftreten können. Diese Dämpfung findet
nur zu solchen Zeiten statt, zu denen nichtlinear verzerrte Echos
auftreten können.
Aus diesem Grund wird das Ausgangssignal des linearen Filters 522 auch
dem Dämpfungsglied 524 zugeführt.
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4 zeigt
eine Anordnung zum Empfangen und Übertragen von Tonsignalen mit
einem Hochpassfilter 8 und einem Begrenzungsglied 9 gemäß der Erfindung,
die im Eingangskanal 1 angeordnet sind. Auch in dieser
Anordnung wird eine Echokompensationsvorrichtung 53 verwendet,
die sowohl eine Additionsstelle 531 als auch einen linearen
adaptiven Filter 532 umfasst. Hier kann jedoch ein linearer
Filter zusammen mit einem Anpassungsblock verwendet werden, so dass
die Echokompensationsvorrichtung 53 zu demselben Funktionsprinzip
führt wie
in der linearen Echokompensationsvorrichtung 50 in 1.
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Ein
wesentliches Element der Erfindung besteht darin, dass das über den
Eingangskanal 1 empfangene Signal zuerst durch den Hochpassfilter 8 geleitet
wird, der niederfrequente Anteile aus dem Signal herausfiltert.
Das somit veränderte
Signal wird durch das Begrenzungsglied 9 geleitet, das
die Amplitude des Signals begrenzt. Das somit modifizierte Signal
kommt in der Echokompensationsvorrichtung 53 einerseits
am linearen a daptiven Filter 532 und andererseits am Umsetzer 2 an.
Das durch den Hochpassfilter 8 und das Begrenzungsglied 9 veränderte Signal
wird mm so geformt, dass es im Echoweg 7 kein nichtlineares
Verhalten erregt. Das gewährleistet,
dass das Signal, das vom Rückumsetzer 3 kommt
und die Additionsstelle 531 erreicht, nur lineares Echo
enthält.
Dann ist es möglich,
dieses Echo in jedem Fall mit Hilfe des linearen adaptiven Filters 532 zu
kompensieren. Das wiederum gewährleistet,
dass das Signal auf dem Ausgangskanal 4 unter allen Betriebsbedingungen
völlig
echofrei ist. Ein weiterer Vorteil besteht in einer geringfügig verbesserten
Sprachreproduktion am nahen Ende, weil Verzerrungen etwas schwächer klingen.
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5 zeigt
die Charakteristiken des Begrenzungsglieds 9 in Form eines
Funktionsgraphen. Dieser Graph zeigt einen ersten konstanten Abschnitt 10,
einen ersten quadratischen Abschnitt 11, einen proportionalen
Abschnitt 12, einen zweiten quadratischen Abschnitt 13 und
einen zweiten konstanten Abschnitt 14. Der erste konstante
Abschnitt 10 setzt den negativen Grenzwert und der zweite
konstante Abschnitt 14 den positiven Grenzwert des Begrenzungsglieds
auf den Wert Θ.
Der proportionale Abschnitt 12 zeigt die Steigung Eins.
Der erste quadratische Abschnitt 11 ist so angeordnet,
dass er die Steigung Null bei der Annäherung an den ersten konstanten
Abschnitt 10 und die Steigung Null bei der Annäherung an
den proportionalen Abschnitt 12 hat. Somit wird ein sanfter Übergang
vom ersten konstanten Abschnitt 10 zum proportionalen Abschnitt 12 geschaffen.
Der zweite quadratische Abschnitt 13 schafft auf ähnliche
Weise einen sanften Übergang vom
proportionalen Abschnitt 12 zum konstanten Abschnitt 14.
Der im ersten Quadranten angeordnete Teil des Funktionsgraphen ist
punktsymmetrisch mit dem im dritten Quadranten angeordneten Teil.
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6 zeigt
das Übertragungsverhalten
des zwischen den Punkten A und B liegenden Abschnitts von 4 für ein begrenztes
Niederfrequenzsignal. Hier wird ein Signal 15 gezeigt,
das ursprünglich
etwas sinusförmig
war und als ein auf die Amplitude Θ begrenztes Signal 16 quer
durch den Abschnitt A–B übertragen
wird. Die zwischen den Punkten A und B angeordnete Übertragungsanordnung 17 zeigt
Hochpassverhalten, was eine differenzierende Wirkung auf die niederfrequenten
Anteile hat, so dass sich das Signalverhalten 18 auf der
rechten Seite von 6 ergibt. Hier ist klar ersichtlich,
dass durch die Differenzierung die Amplitudenbegrenzung wieder verloren
geht. In einigen Bereichen 19 übersteigt das resultierende
Signal 18 deutlich den Grenzwert Θ um einen beträchtlichen
Betrag.
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Das
hier gezeigte Signal 15 und somit auch das begrenzte Signal 16 ist
niederfrequent und ist nicht, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, durch einen
Hochpassfilter geleitet worden. In der erfindungsgemäßen Anordnung
wird ein Signal, das über den
Eingangskanal 1 empfangen wird, zuerst durch einen Hochpassfilter 8 geleitet.
Niederfrequenzsignale können
das hinter ihm angeordnete Begrenzungsglied 9 nicht länger erreichen
oder erreichen es nur mit stark reduzierter Amplitude. Das in 6 dargestellte
Problem des Übersteigens
der begrenzenden Amplitude durch differenzierende Niederfrequenzsignale
und einer gleichzeitigen hohen Amplitude kann daher nicht länger auftreten.
Es ist somit gewährleistet,
dass ein über
den Eingangskanal 1 empfangenes Signal sogar am Ausgang
des Abschnitts A–B
in keinem Bereich die begrenzende Amplitude Θ übersteigt. Durch die Gewährleistung
dieser begrenzten Amplitude kann das Auftreten von nichtlinearem
Verhalten verhindert werden. Somit weist das Echo auch keinerlei
nichtlineare Verzerrungen auf, und somit ist mit Hilfe eines linearen
adaptiven Filters eine vollständige
Echokompensation möglich.
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In
einer häufigen
Anwendung weist der Umsetzer einer Anordnung zum Übertragen
von Tonsignalen ein Hochpassverhalten mit einer Grenzfrequenz von
100 Hz auf. Der erfindungsgemäße Hochpassfilter,
der im Eingangskanal angeordnet ist, verwendet zu diesem Zweck eine
Grenzfrequenz von 300 Hz. Außerdem
beträgt
in diesem Beispiel der Eingangsspannungsbereich des Umsetzers ±5 Volt. Unter
Berücksichtigung
einer Toleranz von 5% ist die kritische Amplitude Θ des ebenfalls
im Eingangskanal angeordneten Begrenzungsglieds auf 4,75 Volt eingestellt.
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Dieses
Beispiel zeigt, dass das Parametrieren des Hochpassfilters und des
Begrenzungsglieds auf einfache Weise erfolgen kann. Außerdem ist
zur Echokompensation kein besonders komplizierter digitaler Signalprozessor
erforderlich. Nichtsdestoweniger können sowohl linear als auch
nichtlinear verzerrte Echos mit Hilfe dieses Hochpassfilters und
dieses Begrenzungsglieds zusammen mit einem bekannten adaptiven
linearen Filter wirksam verhindert werden.