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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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I. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Digitalkommunikationen. Im
Speziellen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein neues
und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterdrücken bzw.
Auslöschen
von Echo in einem Drahtlos-Local-Loop-Telefonsystem.
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II. Beschreibung der verwandten
Technik
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Die
Verwendung von CDMA- bzw. Codemultiplex-Vielfachzugriffsmodulationstechniken
(CDMA = code division multiple access) ist eine von mehreren Techniken
zum Ermöglichen
von Kommunikationen, in denen eine große Anzahl von Systembenutzern
vorliegen. Die Verwendung von CDMA-Techniken in einem Vielfachzugriffskommunikationssystem ist
offenbart im US-Patent Nr. 4,901,307 (das '307-Patent) mit dem Titel "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE
ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS" und US-Patent Nr.
5,103,459 (das '459-Patent)
mit dem Titel "SYSTEM
AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE
SYSTEM", beide dem Rechtsnachfolger
der vorliegenden Erfindung zugeordnet und durch Bezugnahme hierin
aufgenommen.
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In
den '307- und '459-Patenten ist
eine Vielfachzugriffstechnik offenbart, wobei eine große Anzahl
von Mobiltelefonsystembenutzern, von denen jeder einen Transceiver
hat, über
Satellitenrepeater oder terrestrische Basisstationen (ebenso bekannt als
Basisstationen oder Zellstandorte) unter Verwendung von CDMA- bzw.
Codemultiplex-Vielfachzugriff-Spreizspektrumkommunikationssignalen
kommunizieren. Die Verwendung von CDMA-Techniken resultiert in einer
viel höheren
spektralen Effizienz als erreicht werden kann unter Verwendung von
anderen Vielfachzugriffstechniken.
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Drahtgebundene
oder Drahtleitungstelefonsysteme sind das traditionelle Verfahren
zum Vorsehen von nicht mobilem Telefondienst. Drahtgebundene Telefonsysteme
sind für
diese Aufgabe gut geeignet, weil sie Hochqualitätstelefonverbindungen bei niedrigen
Betriebskosten vorsehen und sich leicht dem erhöhten Bedarf von Telefondienst
durch die Einführung
von neuen Telefondrähten
in das existierende Netzwerk anpassen. Ein Nachteil von drahtgebundenen
Telefonsystemen ist die substantielle Infrastruktur und das Kapital,
das für
ihre Implementierung notwendig ist. Diese Anforderungen können drahtgebundene
Telefonsysteme unökonomisch
machen, und zwar zum Vorsehen von Telefondienst in Bereichen, die
entfernt oder geringer bevölkert
sind, oder in weniger entwickelten Bereichen liegen, wo das benötigte Kapital
nicht verfügbar
ist. Das Resultat ist, dass es diesen weniger bevölkerten
und entwickelten Bereichen oft an geeignetem Telefondienst fehlt.
Ebenso macht die Zeit, die notwendig ist, um die benötigte Infrastruktur
aufzubauen, die drahtgebundenen Telefonsysteme weniger wünschenswert in
Bereichen, wo neuer Telefondienst schnell vorgesehen werden muss.
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Drahtloszellulartelefonsysteme
benötigen
im Wesentlichen weniger Kapital und Infrastruktur als drahtgebundene
Telefonsysteme und sehen deswegen eine mögliche Alternative zum Vorsehen
von primärem
Telefondienst in Bereichen, wo Zugriff zu drahtgebundenem Telefondienst
ungeeignet ist, vor. Solche Drahtloszellularsysteme sind bekannt
als Drahtlos-Local-Loop (WLL = Wireless Local Loop).
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In
einem WLL-System sind Teilnehmereinheiten in unterschiedlichen Arten
verfügbar.
Eine solche Teilnehmereinheit wird als integriertes Teilnehmersystem
(ISS = Integrated Subscriber System) bezeichnet, das wie ein normales
Heimtelefon aussieht, außer
einer Antenne, die für
die Sendung zur und zum Empfang von der Basisstation benutzt wird.
Die ISS-Einheit enthält
einen Handapparat und eine Tastatur, sieht aus und funktioniert
wie ein normales Heimtelefon. Sprache wird von dem integrierten Handapparat
zu der ISS-Basiseinheit
geliefert und in digitales Format konvertiert, so dass es gemäß den CDMA-Techniken
verarbeitet werden kann, wie in den zuvor genannten Patenten '307 und '459 beschrieben.
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Ein
anderer Typ Teilnehmereinheit ist das Einzelteilnehmersystem (SSS
= Single Subscriber System), das einen oder mehrere Eingänge für Standardtelefonsets
vorsieht. Eine SSS-Einheit kann in einem Heim benutzt werden, wo
vielfache Standardtelefonsets benutzt werden, wobei jedes Telefon
dieselbe ESN hat, so dass nur ein Anruf platziert werden kann oder
zur gleichen Zeit empfangen werden kann. Benutzer können eine
zweite Leitung aufnehmen und aktiv in der Konversation teilnehmen,
wobei jeder Heimbenutzer dazu in der Lage ist, mit dem entfernten
Sprecher, wie auch untereinander, zu kommunizieren, ähnlich zu
vielfachen Telefonerweiterungen in dem Heim.
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Echo
ist ein Problem, das für
beides, ISS- und SSS-WLL-Teilnehmerstationen adressiert werden muss.
In einer ISS-Einheit wird ein Ohrdichtungs- bzw. Earseal-Echo bei
dem ISS-Handapparat erzeugt bzw. generiert, das bewirkt, dass der
entfernte Sprecher ein unangenehmes Echo von seiner eigenen Stimme
hört. In
einer SSS-Einheit resultiert ein Echo von der Impedanzfehlanpassung
in einem 4-zu-2-Drahtkonverter, bekannt als ein Hybrid, in der SSS-Einheit.
Die 4-zu-2-Drahtkonvertierung wird benötigt, so dass Standardanalogtelefone
mit dem SSS verbunden werden können.
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Für beides,
ISS- und SSS-Systeme wird das Echoproblem unter Verwendung eines
einzelnen Netzwerkechocancellers bzw. -Unterdrückers, der in der ISS- oder SSS-Einheit
platziert ist, abgeschwächt.
Ein Beispiel für
einen Netzwerkechounterdrücker
ist im US-Patent Nr. 5,307,405 (das '405-Patent) mit dem Titel "NETWORK ECHO CANCELLER" offenbart, das dem
Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist und hierin
durch Bezugnahme aufgenommen ist. In einer ISS-Einheit kann der
Echocanceller bzw. -Unterdrücker
optimiert werden, um das Earseal-Echo zu unterdrücken. In einer SSS-Einheit
kann der Echounterdrücker
optimiert werden, um das Hybridecho zu unterdrücken.
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In
vielen Situationen ist es wünschenswert, die
Merkmale des ISS-Telefons mit dem SSS-Telefon zu kombinieren. D.h.,
es gibt einen Bedarf, eine Telefoneinheit vorzusehen, die wie eine
ISS-Einheit aussieht, während
sie analogen Telefonen erlaubt, an sie angeschlossen zu werden.
In solch einem Telefon würde
Echo reduziert werden müssen,
und zwar auf eine einzigartige Art und Weise wegen der Natur der analogen
Telefoneingänge
und des dedizierten Handapparateingangs.
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Es
wird auf das Dokument US-A-4,629,829 aufmerksam gemacht, welches
ein Vollduplexlautsprechertelefon offenbart, das adaptive Filter
anwendet, und Anwendung in Funktelefonsystemen hat. Um akustisches
Feedback-Echo bzw. Rückkopplungsecho
auf dem Empfangssignal zu unterdrücken, wird eine Repräsentation
bzw. Darstellung des Empfangssignals von dem Sendesignal, das von
dem Lautsprechertelefonmikrofon generiert wird, abgezogen. Die Koeffizienten
der Adaptivfilterempfangssignalrepräsentation werden modifiziert,
wenn das Empfangssignal detektiert wird. Auf ähnliche Weise, um das elektronische
Echo des Sendesignals zu unterdrücken,
wird eine Repräsentation
des Sendesignals von dem Empfangssignal subtrahiert. Die Koeffizienten
der Adaptivfiltersendesignalrepräsentation werden
modifiziert, wenn das Sendesignal detektiert wird.
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Es
wird weiterhin auf das Dokument US-A-5,608,793 aufmerksam gemacht,
welches Folgendes beschreibt: eine Sprachsteuerungsvorrichtung,
die in einem Klapptelefon benutzt wird, einen Drehschalter, um den
Drehwinkel des Gelenks des Klapptelefons zu detektieren und ein
Steuersignal als Anzeige für
den Gelenkrotationswinkel an eine Sprachsteuerungsvorrichtung zu
liefern. Die Sprachsteuerungsvorrichtung steuert den Pegel des Sprachsignals
von einem Mikrofon. Die Sprachsteuerungsvorrichtung unterdrückt das
Rauschen, das in dem Sprachsignal beinhaltet ist, und zwar basierend auf
dem Steuersignal. Die Sprachsteuerungsvorrichtung unterdrückt das
Echo, das in dem Sprachsignal beinhaltet ist, und zwar durch Generieren
einer Echonachbildung gemäß dem Steuersignal
und einem Funksignal von dem Kommunikationspartner.
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Ebenso
wird auf das Dokument US-A-4,935,919 aufmerksam gemacht, das einen Echounterdrücker in
einem Modem offenbart, das Echos von Hybridtransformern beim nahen
Ende (Nahend) und beim fernen Ende (Fernend) unterdrückt. Der
Echounterdrücker
hat eine variable Verzögerung,
die eingestellt werden kann, um einer Umlaufzeit eines Echos zu
entsprechen. Ein adaptiver Filter hat eine Anzahl von Verzögerungsschaltungen, wobei
jede eine schrittweise Erhöhung
der Verzögerung
hinzufügt.
Eine Anzahl von diesen Verzögerungsschaltungen
wird ausgewählt,
um eine ausgewählte
Verzögerungszeit
vorzusehen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind eine Vorrichtung und Verfahren zum Unterdrücken von
sowohl Earseal-Echo als auch Hybrid-Echo in einem Drahtlos-Local-Loop-System,
wie dargelegt in den Ansprüchen
1 und 3, vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den
Unteransprüchen
beansprucht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und Vorrichtung zum Kombinieren
einer ISS-Einheit und einer SSS-Einheit, um Konferenzanrufe zwischen
zwei Nahend-Benutzern und einem Fernend-Benutzer zu ermöglichen.
Die kombinierte Einheit, bekannt als eine ISS/SSS-Einheit, reduziert ebenso
Echo vom Fernend-Benutzer, das von den Impedanzcharakteristiken
der analogen Telefone und des ISS-Eingangs resultiert. Die ISS-/SSS-Einheit benutzt
zwei Echounterdrücker,
um die Echosignale zu reduzieren. Ein Echounterdrücker ist
optimiert, um das Earseal-Echo zu eliminieren, das von dem ISS-Handapparat
resultiert und der andere ist optimiert, ein Hybridecho zu entfernen,
das von den analogen Telefoneingängen
resultiert.
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Es
gibt mehrere Vorteile des Verwendens eines Dual-Echo-Unterdrückersetups.
Erstens, jeder Echounterdrücker
kann speziell entwickelt werden, um den besonderen Typ des Echos,
das unterdrückt werden
soll, zu eliminieren. Zweitens, wenn ein ISS-/SSS-Benutzer während eines
Konferenzanrufs auflegt, muss der Echounterdrücker des übrig gebliebenen Kanals seine
Filterkoeffizienten nicht nochmals konvergieren, da jeder Echounterdrücker nur auf
den Echokanalcharakteristiken für
seinen entsprechenden Benutzer arbeitet. Ein anderer Vorteil der
vorliegenden Erfindung ist die schnelle Echounterdrückungsfilterkonvergenz,
weil ein Stillzustand eines nahen Endes wahrscheinlicher mit einem
einzelnen Nahend-Sprecher auftritt, als in einer Viel-Benutzer-Situation.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist ein Drahtlostelefon offenbart, das zwei
oder mehreren Benutzern erlaubt, gleichzeitig miteinander und einem
Fernend-Benutzer zu kommunizieren, wobei es einen dedizierten Handapparat zum
Vorsehen eines ersten telefonischen Eingangs und wenigstens eine
Schnittstelle zum Empfangen eines analogen Telefoneingangs vorsieht.
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Die
vorliegende Erfindung ist in der Lage, beides, Earseal-Echo und
Hybridecho in einem Digitaltelefonsystem zu unterdrücken, wobei
das System einen Fernend-Sprecher in Drahtloskommunikation mit wenigstens
zwei Nahend-Sprechern
aufweist, und wobei die Nahend-Sprecher eine Drahtlosteilnehmereinheit
benutzen, wobei die Teilnehmereinheit wenigstens zwei Benutzerschnittstellen
hat, wobei die eine Schnittstelle ein dedizierter Handapparat ist,
und wenigstens eine andere Schnittstelle ein 2-Draht-Standardanalogtelefon
ist, wobei das Standardanalogtelefon mit der Teilnehmereinheit über einen
4-zu-2-Drahthybrid
verbunden ist, wobei die Teilnehmereinheit gleichzeitige Kommunikation
zwischen dem Fernend-Sprecher, einem ersten Nahend-Sprecher unter Verwendung
des dedizierten Handapparates und einem zweiten Sprecher unter Verwendung
des Standardanalogtelefons ermöglicht, wobei
die Vorrichtung erste Echounterdrückungsmittel aufweist, die
in der Teilnehmereinheit zum Eliminieren des Earseal-Echos, das
bei dem dedizierten Handapparat generiert wird, angeordnet ist,
und zweite Echounterdrückungsmittel,
die in der Teilnehmereinheit zum Eliminieren des Hybridechos, das
bei dem 4-zu-2-Drahthybrid generiert wird, angeordnet ist, aufweist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ausgehend
von der detaillierten Beschreibung, die nachstehend dargelegt ist, noch
deutlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gebracht
werden, in denen gleiche Bezugszeichen das Entsprechende durchgehend identifizieren
und wobei:
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1 ein
allgemeines Blockdiagramm einer ISS/SSS-Einheit ist;
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2 ein
funktionelles Blockdiagramm des Drei-Wege-Switches bzw. -Schalters,
ISS-Schnittstelle und SSS-Schnittstelle ist; und
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3 ein
vereinfachtes Blockdiagramm eines Echounterdrückers ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung offenbart ein Drahtlos-Local-Loop-Telefonsystem,
als eine ISS/SSS-Einheit bezeichnet, die einen Handapparat und eine
Tastatur als eine telefonische Schnittstelle offenbart, hierin als
ISS bezeichnet, und andere telefonische Schnittstellen, die von
Standardanalogtelefonen, die mit der ISS/SSS-Einheit über Standard RJ-11x-Anschlussbuchsen
verbunden ist, hierin als SSS bezeichnet, vorgesehen. Dieser Typ
Teilnehmerstation kann Nutzen in Wohnungen und im Geschäftsbereich
finden, wo mehrere Telefonerweiterungen wünschenswert sind.
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Ein
Problem mit der ISS/SSS-Einheit ist die Präsenz von Echo, das über die
ISS- und SSS-Schnittstellen zum Fernend-Sprecher generiert wird.
Zum Beispiel, in einem Drei-Wege-Anruf zwischen einem Fernend-Sprecher,
einem ISS-Sprecher und einem SSS-Sprecher wird ein Echosignal durch
akustische Kopplung zwischen Ohrteil bzw. Earpiece, Lautsprecher
und Mikrofon beim ISS-Handapparat generiert, während ein anderes Echosignal
von der Impedanzfehlanpassung, die sich bei dem 4-zu-2-Drahthybrid,
assoziiert mit der SSS-Schnittstelle, entwickelt, resultiert. Durchgehend
durch die verbleibende Beschreibung der vorliegenden Erfindung bezeichnet
der Ausdruck „Fernend-Sprecher" die Person, die
nicht die ISS/SSS-Einheit benutzt, während der Ausdruck "Nahend-Sprecher" den Sprecher bezeichnet,
der die ISS/SSS-Einheit
benutzt.
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1 ist
ein Überblicksblockdiagramm
einer WLL-ISS/SSS-Teilnehmerstation, die als ISS/SSS-Einheit 2 bezeichnet
ist. Nahend-Sprecher können
entweder den ISS-Handapparat 16 oder das analoge Telefon 18 oder 20 benutzen,
um Anrufe zu platzieren und zu empfangen. Mehrere Analogtelefone
können
an die ISS/SSS-Einheit 2 angeschlossen werden, die in 1 mit
einschließlich
Analogtelefon 20 bezeichnet sind. Die Schnittstelle zwischen
dem ISS-Handapparat 16 und
Codec 14 ist eine 4-Drahtschnittstelle, während die
Verbindungen zwischen der Teilnehmerleitungsschnittstelle 12 und
den Analogtelefonen 18 bis 20 jeweils 2-drahtig
ist. Für
die Zwecke der Diskussion hierin wird angenommen, dass nur Analogtelefon 18 mit
der ISS/SSS-Einheit 2 verbunden ist.
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Drei-Wege-Switch
bzw. -Schalter 10 steuert die Kommunikationen zwischen
dem Fernend-Sprecher und dem (den) ISS/SSS-Sprecher(n). Wenn nur ein
Sprecher die ISS/SSS-Einheit 2 benutzt, werden die Kommunikationen
zwischen diesem Sprecher und dem Fernend-Sprecher über den
Drei-Wege-Switch 10 zu
entweder dem ISS-Handapparat 16 oder Analogtelefon 18 gelenkt,
natürlich
abhängig davon,
welche Schnittstelle der Nahend-Sprecher benutzt. Der Drei-Wege-Switch 10 ist
in diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel
konfiguriert in Digitalprozessorform, wie zum Beispiel das Modell
ADSP-2181 der ADSP-2100-Serie der Digitalsignalprozessoren, die
von Analog Devices aus Norwood, Massachusetts hergestellt werden.
Es sei angemerkt, dass andere Digitalsignalprozessoren programmiert
werden können,
um gemäß den Lehren hierin
zu funktionieren. Alternativ können
andere Implementierungen des Drei-Wege-Switches 10 konfiguriert
werden, und zwar mit diskreten Prozessoren oder mit einer Art applikationsspezifischen
integrierten Schaltung (ASIC = application specific integrated circuit).
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Wenn
der ISS-Handapparat 16 in Benutzung ist, wird Sprache von
dem Nahend-Sprecher zum Codec 14 geliefert, wo sie von
einem analogen Signal in digitalisierte PCM-Datensamples transformiert
wird. Wenn kein anderer Nahensprecher die ISS/SSS-Einheit 2 benutzt,
werden die Digitalsamples zum Modem 8 geleitet, wo die
PCM-Samples in Datenpakete codiert werden, die moduliert werden
unter Verwendung jeglicher Anzahl von Techniken, einschließlich TDMA,
FDMA oder CDMA. Die modulierten Daten werden anschließend zum
HF-Modul 6 geliefert, wo sie auf ein höheres Frequenzsignal hochkonvertiert werden
und anschließend über Antenne 4 über die entfernte
Basisstation(en) gesendet werden, die aber nicht gezeigt sind.
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Empfangene
Sprache von dem Fernend-Benutzer kommt bei der Antenne 4 als
ein Hochfrequenzsignal an, das gemäß dem bestimmten Modulationsverfahren,
das benutzt wurde, moduliert worden ist. HF-Modul 6 konvertiert
das Signal auf das Basisband herunter, filtert und verstärkt das
Signal und liefert es für
die Demodulation zum Modem 8. Die empfangenen Paketdaten
werden in digitale PCM-Samples im Modem 8 decodiert und
zum Drei-Wege-Switch 10 geliefert, wo sie zum Codec 14 gerouted
werden, wenn nur der ISS-Handapparat 16 benutzt
wird. Codec 14 akzeptiert die PCM-Daten und konvertiert
sie in ein analoges Signal, wo es anschließend zum Handapparat 16 über eine
4-Drahtschnittstelle geliefert wird.
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Wenn
das analoge Telefon 18 in Benutzung ist, wird Sprache von
dem Nahend-Sprecher vom Analogtelefon 18 zur Teilnehmerleitungsschnittstelle 12 über eine
2-Draht-Verbindung geliefert. Analogtelefon 18 enthält einen
Hybrid, der das 2-Draht-Mikrofonsignal mit dem 2-Draht-Ohrstücklautsprechersignal
kombiniert, um ein 2-Draht-Signal für die ISS/SSS-Einheit 2 zu
produzieren. Die Teilnehmerleitungsschnittstelle 12 enthält einen
4-zu-2-Drahthybridkonverter, der das 2-Draht-Signal vom analogen Telefon 18 in
ein 2-Draht-Sendesignal
und ein 2-Draht-Empfangssignal konvertiert. Die Teilnehmerleitungsschnittstelle 12 enthält ebenso
einen Codec, der benutzt wird, um das analoge Nahendsprachsignal
in digitale PCM-Samples zu transformieren. Die PCM-Samples werden
anschließend
zum Drei-Wege-Switch 10 geliefert, wo sie zum Modem 8 gerouted
werden, wo die PCM-Samples in Datenpakete codiert werden, die gemäß dem gewählten Modulationsverfahren
moduliert wurden. Die modulierten Daten werden anschließend zum
HF-Modul 6 geliefert, wo sie hochkonvertiert werden und
anschließend über die
Antenne 4 gesendet werden.
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Empfangene
Sprache wird auf die gleiche Weise, wie oben für den ISS-Fall beschrieben,
verarbeitet. Wenn nur Analogtelefon 18 in Benutzung ist, wird
das demodulierte PCM-Signal vom Modem 8 über den
Drei-Wege-Switch 10 nur zur Teilnehmerleitungsschnittstelle 12 gesendet.
Dort wird das PCM-Signal
in ein analoges Sprachsignal konvertiert und anschließend in
ein 2-Draht-Signal
durch den Hybrid, der in der Teilnehmerleitungseinheit 12 platziert
ist, konvertiert. Das analoge Sprachsignal wird anschließend zum
Analogtelefon 18 geliefert.
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Ein
Konferenzanruf kann beschrieben werden, indem es mindestens drei
Sprecher gibt, die eine Konversation führen: einen Fernend-Sprecher, einen
Nahend-Sprecher, der den ISS-Handapparat 16 benutzt, und
einen zweiten Nahend-Sprecher, der das Analogtelefon 18 benutzt.
Während
eines Konferenzanrufs, sieht der Drei-Wege-Switch 10 Kommunikationen
zwischen allen Teilnehmern vor. Der ISS-Sprecher wird in der Lage
sein, mit beiden, dem Fernend-Sprecher und dem Sprecher des analogen Telefons
gleichzeitig zu kommunizieren. Der Analogtelefonsprecher wird in
der Lage sein, mit beiden, dem Fernend-Sprecher und dem ISS-Sprecher gleichzeitig
zu kommunizieren. Der Fernend-Sprecher wird in der Lage sein, mit
beiden, dem ISS-Sprecher und dem Analogtelefonsprecher gleichzeitig
zu kommunizieren.
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Ein
Echosignal wird durch die akustische Kopplung beim ISS-Handapparat 16 und
als Resultat einer Impedanzfehlanpassung bei der Teilnehmerleitungsschnittstelle 12 produziert.
Als Resultat wird der Fernend-Sprecher ein lästiges bzw. ärgerliches
Echo seiner eigenen Stimme hören.
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2 ist
ein detailliertes Blockdiagramm eines Drei-Wege-Switches 10,
Codec 14 und Teilnehmerleitungsschnittstelle 12.
Die vorliegende Erfindung führt
zwei Echounterdrücker
in das Drei-Wege-Switch-Design ein. Echounterdrücker (EC1) 30 wird
benutzt, um das Earseal-Echo vom Handapparat 16 zu unterdrücken, während Echounterdrücker (EC2) 32 benutzt
wird, um das Hybridecho, das durch Hybrid 44 erzeugt wird,
zu unterdrücken.
EC1 30 weist einen adaptiven Filterblock 34 auf,
der benutzt wird, um die unbekannten Echokanalcharakteristiken zu
schätzen
und den Summierer 22, der das geschätzte Echosignal von dem Nahendsprachsignal subtrahiert.
EC2 32 operiert auf eine ähnliche Weise, und weist einen
adaptiven Filterblock 36 und Summierer 28 auf.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel
sind die Echounterdrücker 30 und 32 auf
eine Art und Weise vorgesehen, wie in dem zuvor genannten '405-Patent mit dem
Titel "NETWORK ECHO CANCELLER" offenbart.
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In
einem Konferenzanruf, nochmals bezogen auf 2, wird
die empfangene Sprache von dem Fernend-Sprecher in der Form von
PCM-Samples vom Modem 8 zum Summierer 20 und Summierer 24 geliefert.
Beim Summierer 20 werden die digitalisierten Sprachsamples
von dem Analogtelefonsprecher zur digitalisierten Fernend-Sprache
geliefert, nachdem sie durch das Verzögerungselement 68 und Dämpfungselement 70 geleitet
wurden. Dämpfungselement 70 ist
ein optionales Merkmal, das benutzt wird, um zu vermeiden, dass
die Sprache des analogen Sprechers auf dem Rückwärtspfad von dem ISS-Handapparat rückgekoppelt
wird. Das kann auftreten, wenn Echounterdrücker 30 sich nicht
voll auf den unbekannten Echokanal 46 während der ersten wenigen Sekunden
eines Anrufs adaptiert hat. Verzögerungselement 68 ist
ein parasitäres
Resultat des Dämpfers 70 und
ist somit kein physisches Element des Systems.
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Das
kombinierte Signal vom Summierer 20 wird zum Codec 14 geliefert,
wo es in eine analoge Wellenform konvertiert wird und zum ISS-Handapparat 16 gesendet
wird. Der ISS-Sprecher kann beides, den Fernend-Sprecher und den
Sprecher des analogen Telefons, hören. Das kombinierte digitale
Signal vom Summierer 20 wird ebenso zum EC1 30 zur
Verwendung als ein Refe renzsignal geliefert, um das Earseal-Echo
vom ISS-Handapparat 16 zu unterdrücken. Ein Earseal-Echo wird
erzeugt, durch akustische Kopplung der empfangenen Sprache vom Ohrstücklautsprecher 50 zum
Mikrofon 52 im ISS-Handapparat 16 und
wird moduliert, als wenn es über
den unbekannten Echokanal 46 geleitet wird und beim Summierer 54 addiert
wird. Es sei angemerkt, dass der unbekannte Echokanal 46 und
Summierer 54 keine Elemente des Systems selbst sind, sondern
eher parasitäre
Resultate von der physischen Nähe
des Mikrofons 52 zum Ohrstücklautsprecher 50 sind.
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Ein ähnlicher
Signalfluss tritt für
die empfangene Sprache auf, die zum analogen Telefon 18 geliefert
wird. Beim Summierer 24 wird die digitalisierte ferne Sprache
in PCM-Form zu den digitalisierten Sprachsamples des ISS-Sprechers hinzuaddiert,
die den Dämpfer
bzw. Dämpfungsglied 66 und
Verzögerungselement 64 durchlaufen
haben. Das Dämpfungsglied 66 ist
ein optionales Merkmal, das benutzt wird, um zu vermeiden, dass
die Stimme des ISS-Sprechers entlang dem Rückwärtspfad von dem SSS-Handapparat(en)
rückgekoppelt
wird. Das kann auftreten, wenn sich Echounterdrücker 32 nicht vollständig auf
den unbekannten Echokanal 48 während der ersten wenigen Sekunden
eines Anrufs adaptiert hat. Verzögerungselement 64 ist
ein parasitäres
Resultat des Dämpfungsglieds 66 und
ist somit kein physisches Element des Systems.
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Das
kombinierte digitale Signal vom Summierer 24 wird zum Codec 42 geliefert,
wo es in ein analoges Signal konvertiert wird. Das analoge Signal wird
anschließend
zum Hybrid 44 geliefert, wo es in ein 2-Draht-Signal konvertiert
wird und anschließend zum
analogen Telefon 18, wo es vom Hybrid 58 empfangen
wird. Hybrid 58 konvertiert das 2-Draht-Signal in ein 4-Draht-Signal:
zwei Drähte
zum Lautsprecher 60 und zwei Drähte zum Mikrofon 62.
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Das
kombinierte Digitalsignal vom Summierer 24 wird ebenso
zum EC2 32 geliefert, wo es als ein Referenzsignal benutzt
wird, um das Echo, das vom Hybrid 44 resultiert, zu unterdrücken. Ein
Hybridecho wird durch eine Impedanzfehlanpassung beim Hybrid 44 erzeugt,
wodurch verursacht wird, dass sich das empfangene analoge Sprachsignal
mit der gesendeten Sprache von dem analogen Telefonlautsprecher
koppelt, und zwar derart modelliert als ob es durch den unbekannten
Echounterdrücker 48 geleitet wird
und beim Summierer 56 addiert wird. Es sei nochmals angemerkt,
dass der unbekannte Echokanal 48 und Summierer 56 keine
Elemente des Systems selbst sind, sondern eher parasitäre Resultate von
der Impedanzfehlanpassung beim Hybrid 44.
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Sprache
vom ISS-Sprecher wird vom Mikrofon 52 im ISS-Handapparat 16 empfangen
und ein Echosignal wird zu ihr hinzuaddiert, modelliert beim Summierer 54,
wie oben diskutiert. Das Sprache-plus-Echo-Signal wird zum Codec 14 in
analoger Form geliefert und in digitale PCM-Samples konvertiert.
Die PCM-Samples werden zum Summierer 22 geliefert, wo ein
geschätztes
Echosignal davon abgezogen wird, resultierend in einem echofreien
Signal, das anschließend
zum Summierer 26 geliefert wird. Beim Summierer 26 wird
digitalisierte Sprache vom Analogtelefonsprecher zur echounterdrückten Sprache
vom Summierer 22 addiert und anschließend zum Modem 8 für die Modulation
und eventuelle Sendung zum Fernend-Sprecher geliefert.
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Ein ähnlicher
Prozess tritt für
die gesendete Sprache von dem Analogtelefonsprecher auf. Sprache
vom Analogtelefonsprecher wird vom Mikrofon 62 in dem analogen
Telefon 18 empfangen. Die analoge Sprache wird zum Hybrid 58 in
dem analogen Telefon 18 geliefert, wo es in ein 2-Draht-Signal
konvertiert wird. Das 2-Draht-Signal wird zum Hybrid 44 in
der ISS/SSS-Einheit 2 geliefert und zurück in ein 4-Draht-Signal konvertiert:
zwei Drähte
für gesendete
Signale und zwei Drähte
für empfangene
Signale. Ein Echosignal wird zum Sprachsignal beim Summierer 56,
wie oben beschrieben, addiert. Das Analog-Sprache-plus-Echo-Signal
wird anschließend zum
Codec 42 geliefert, wo es in digitale PCM-Samples konvertiert
wird und zum Summierer 28 geliefert wird. Ein geschätztes Echosignal,
das vom adaptiven Filter 36 erzeugt bzw. generiert wird,
wird von dem digitalen Sprache-plus-Echo-Signal abgezogen bzw. subtrahiert,
was ein echounterdrücktes
Sprachsignal hinterlässt,
das zum Summierer 26 geliefert wird. Sprache von dem ISS-Sprecher
wird zur echofreien Sprache beim Summierer 26 addiert und
wird anschließend
zum Modem 8 für
Modulation und Sendung zum Fernend-Sprecher geliefert.
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3 ist
ein vereinfachtes funktionales Blockdiagramm eines Echounterdrückers 30.
Die Figur ist gleichermaßen
anwendbar für
den Echounterdrücker 32.
Vollständige
Details des Echounterdrückers
sind in dem zuvor genannten '405-Patent
offenbart. Es sei angemerkt, dass in dem beispielhaften Ausführungsbeispiel
Echounterdrücker 30 und 32 im Wesentlichen
Zustandmaschinen mit definierten Funktionen für jeden der unterschiedlichen
Betriebszustände
sind. Die Zustände,
in denen der Echounterdrücker 30 und 32 operieren,
sind Stille, ferne Sprache, Nahendsprache, Doubletalk bzw. Doppelsprechen
und Hangover bzw. Überhang.
Die folgende Diskussion ist eine Beschreibung des Echounterdrückers 30 und
den assoziierten Signalflüssen,
die Funktionalität
ist jedoch gleichermaßen
anwendbar für
den Echounterdrücker 32.
In 3 wird die empfangene ferne Sprache plus der echounterdrückten Sprache
vom Summierer 28 als x(n) bezeichnet. Während das empfangene Sprachsignal
von dem ISS-Nahende als v(n) bezeichnet wird. Es sei angemerkt,
dass beides, x(n) und v(n), digitale Repräsentationen bzw. Darstellungen
der analogen Sprachwellenformen sind.
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Die
eingehende Fernend-Sprache x(n) wird im Puffer 100 für die Eingabe
in den Zustandsfilter 102, Echounterdrückerfilter 104 und
Steuereinheit 106 gespeichert. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel
haben der Zustandsfilter 102 und Echounterdrückungsfilter 104 jeweils
256 Taps. Es sei angemerkt, dass Zustandsfilter 102 und
Echounterdrückungsfilter 104 eine
größere oder
kleinere Zahl von Taps benutzen können, abhängig davon, ob das Echo, das
unterdrückt
werden soll, ein Earseal-Echo oder ein Hybridecho ist.
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Zwei
unabhängig
adaptierende Filter, Filter 102 und 104, verfolgen
den unbekannten Echokanal. Während
Filter 104 die aktuelle Echounterdrückung durchführt, wird
Filter 102 von der Steuereinheit 106 benutzt,
um zu bestimmen, in welchem der mehreren Zustände der Echounterdrücker 30 betrieben
werden sollte. Aus diesem Grund werden Filter 102 und 104 entsprechend
als Zustandsfilter und Echounterdrückungsfilter bezeichnet. Der
Vorteil von diesem Zweifilteransatz ist, dass die Filterkoeffizienten
des Echounterdrückungsfilters 104,
der den unbekannten Echokanal modelliert, effektiver aufbewahrt
bzw. gespeichert werden können,
ohne das Risiko der Degradierung der Nahendsprache. Zustandsbestimmung
vom Zustandsfilter 102 wird zur Steuereinheit 106 geliefert,
wo es benutzt wird, um zu entscheiden, wann die Tap-Koeffizienten des
Zustandsfilters 102 und des Echounterdrückerfilters 104 angepasst
werden sollen.
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Echounterdrückerfilter 104 liefert
ein Echonachbildungssignal y(n) zu einem Eingang des Summierers 22,
wo es von dem Signal v(n) subtrahiert wird. Das Echonachbildungssignal
y(n) wird durch Schätzen
der Impulsantwort des unbekannten Echokanals während Perioden von Nahendstille
geschätzt.
Das resultierende echounterdrückte
Signal e(n), das vom Summierer 22 ausgegeben wird, wird als
eine Eingabe zur Steuereinheit 106 zurückgekoppelt und wird ebenso
zum Summierer 26 und Verzögerungselement 36,
gezeigt in 2, geliefert.
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Der
Vorteil zwei Echounterdrücker
in dem Design zu haben, liegt darin, dass dann, wenn ein zweiter
Sprecher auflegt oder eine zusätzliche
Leitung aufnimmt, die Impulsantwort des zweiten Echounterdrückers sich
nicht ändert.
Deswegen müssen
Echounterdrückerfilter 104 und
Zustandsfilter 102 sich nicht auf deren Filtertapkoeffizienten
ansprechend auf die Kanaländerung
adaptieren. Dies resultiert in einem genaueren Echoschätzsignal.
Mit anderen Worten, Echounterdrücker 30 kann
adaptieren, wenn der ISS-Sprecher still ist, und der Fernend-Sprecher
oder Analogtelefonsprecher spricht. Auf ähnliche Weise kann sich der
Echounterdrücker 32 adaptieren,
wenn der Analogtelefonsprecher still ist und der Fernend-Sprecher
oder ISS-Sprecher spricht. Wenn angenommen wird, dass die aktiven Sprachdauern
gleichermaßen
zwischen jedem Sprecher verteilt sind, kann jeder Echounterdrücker zwei Drittel
der Zeit adaptieren. Wenn ein einzelner Echounterdrücker benutzt
wurde, könnte
er nur ein Drittel der Zeit adaptieren.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass jeder Echounterdrücker schneller
konvergieren wird als wenn ein einzelner Echounterdrücker benutzt
werden würde.
Echounterdrückerfilter 104 und
Zustandfilter 102 können
nur die unbekannten Echokanalcharakteristiken bestimmen und konvergieren,
wenn der Nahend-Sprecher still ist. Wenn nur ein Nahend-Sprecher
jedem Echounterdrücker zugewiesen
wird, tritt ein Nahendstillezustand wahrscheinlicher auf, als wenn
mehr als ein Nahend-Sprecher einem einzelnen Echounterdrücker zugewiesen wird.
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Die
vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist vorgesehen,
um jedem Fachmann zu ermöglichen,
die vorliegende Erfindung zu produzieren oder zu benutzen.