DE69905577T2

DE69905577T2 - Unterdrückung von funkfrequenzinterferenz und impulsrauschen in kommunikationskanälen

Info

Publication number: DE69905577T2
Application number: DE69905577T
Authority: DE
Inventors: Hin Yeap
Original assignee: Bell Canada Inc
Current assignee: Bell Canada Inc
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: AU3923299A; US6546057B1; DE69905577D1; EP1095463B1; AU762950B2; CA2239675A1; EP1095463A1; CA2239675C; WO1999063675A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren von Rauschen in Signalen, die über Kommunikationskanäle übertragen werden, und ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf die Unterdrückung von Gleichtaktrauschen, einschließlich einer Radiofrequenz- bzw. Funkfrequenz-Interferenz und/oder eines Impulsrauschens, in digitalen Teilnehmerleitungen von Telekommunikationssystemen anwendbar. Die Erfindung ist insbesondere auf Zweidraht- oder "paarweise verdrillte" Teilnehmerleitungen anwendbar.

STAND DER TECHNIK

Im Telefonsystem kann ein Rauschen eine Funkfrequenz-Interferenz (RFI) sein, die durch kommerzielle Funkstationen in der Nähe des Kommunikationskanals erzeugt wird. Ein Impulsrauschen kann durch eine Anzahl von Phänomenen verursacht werden, einschließlich von Schaltübergängen im Zentralvermittlungsstellengerät oder der Stationsvorrichtung oder von einem Gerät für elektrische Leistung, das mit Versorgungsleitungen verbunden ist, die benachbart zu den Telefon-Teilnehmerleitungen verlaufen. Ein Impulsrauschen kann auch durch Techniker verursacht werden, die an den Teilnehmerleitungen arbeiten, oder sogar durch eine Beleuchtung. Allgemein wird ein Impulsrauschen eine breitere Bandbreite als RFI belegen.
Wenn Signale, die in Tetefon-Teitnehmerleitungen übertragen werden, bei relativ niedrigen Frequenzen wären, wie vielleicht 2000 Hz oder 4000 Hz, könnte ein Gleichtaktrauschen geeignet durch Verwenden eines verdrillten Drahtkabels und Hybridtransformatoren behandelt werden, um ein Auslöschen irgendeines induzierten Interferenzrauschens zu unterstützen. Mit der Einführung von digitalen Teilnehmerleitungen, und zwar insbesondere digitalen Teilnehmerleitungen sehr hoher Geschwindigkeit (VDSL) und asymmetrischen digitalen Teilnehmerleitungen (ADSL), nähert sich die Betriebsfrequenz den Funkfrequenzbändern, und herkömmliche Techniken, wie beispielsweise ein Ausgleichen des Kabels, sind nicht mehr ausreichend zum Unterdrücken einer Funkfrequenz oder eines Impulsrauschens.
Die gleichzeitig anhängige kanadische Patentanmeldung Nr. 2,237,460, eingereicht am 13. Mai 1998, offenbart ein Verfahren zum Reduzieren einer Funkfrequenz-Interferenz in digitalen Teilnehmerleitungen, wobei ein Gleichtaktsignal von der Spitze und dem Ring der Teilnehmerleitung extrahiert wird und an eine Vielzahl von Schmalbandfiltern angelegt wird, die auf eine entsprechende Vielzahl von Durchlassbändern abgestimmt sind. Eine Rauscherfassungseinheit erfasst das Durchlassband mit dem meisten Rauschen und stimmt eines der Schmalbandfilter auf dieses Durchlassband ab. Der Prozess wird für jedes der anderen Schmalbandfilter wiederum wiederholt, um die RFI-Signale in den entsprechenden Bändern zu unterdrücken. Solche adaptiven Techniken sind jedoch nicht zum Unterdrücken eines Impulsrauschens geeignet, das typischerweise eine sehr kurze Dauer und eine relativ breite Bandbreite hat und im Wesentlichen zufällig auftritt, so dass es keine "Vorgeschichte" hat, die eine zu verwendende Anpassung zulässt.
Das im April 1995 erteilte US-Patent Nr. 5,410,264 (Lechleider) offenbart eine Technik zur Auslöschung von Impulsrauschen in digitalen Teilnehmerleitungen. Die Technik basiert auf der Annahme, dass für eine bestimmte Installation das Impulsrauschen allgemein nicht vollständig zufällig bezüglich der Form, der Größe und der Zeit eines Auftretens sein wird und somit nachgebildet werden kann. Demgemäß offen bart Lechleider eine Technik zum Abschätzen von einem oder mehreren der Form, der Amplitude und der Ankunftszeit eines Impulses, um eine Nachbildung zu erzeugen, die dann vom ursprünglichen Signal subtrahiert wird. Lechleider betrifft nur Impulsrauschen, und diese Technik kann nicht für eine Funkfrequenz-Interferenz verwendet werden. Ein weiterer Nachteil ist die Notwendigkeit von komplexen Berechnungen, um Impulse zu erfassen und Nachbildungen zu erzeugen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Eliminieren oder wenigstens Abmildern von einigen oder allen dieser Nachteile und im Schaffen einer Rauschunterdrückungsschaltung, die besser für die Unterdrückung eines Funkfrequenz- und/oder Impulsrauschens in Kommunikationskanälen geeignet ist.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Rauschunterdrückungsschaltung für einen Kommunikationskanal geschaffen, der eine Hybridvorrichtung aufweist, die mit dem Kanal gekoppelt ist, zum Liefern eines Differential-Ausgangssignals entsprechend einem vom Kanal empfangenen Signal, eine Verzögerungseinheit, die mit dem Ausgang der Hybridvorrichtung gekoppelt ist, zum Verzögern des Differentialsignals, eine Extraktionseinrichtung, die mit dem Kanal gekoppelt ist, zum Extrahieren eines Gleichtaktsignals vom Kanal, eine Rauschabschätzungseinheit zum Liefern eines Gleichtaktrausch-Abschätzsignals in Abhängigkeit von einer Vorgeschichte des Gleichtaktsignals über eine vorbestimmte Zeitperiode und über eine Vielzahl von Frequenzbändern, und eine Einrichtung zum Kombinieren des Gleichtaktrausch- Abschätzsignals mit dem verzögerten Eingangssignal, um ein rauschunterdrücktes Ausgangssignal zur Ausgabe von der Rauschunterdrückungsschaltung zu liefern.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die Rauschabschätzeinrichtung eine Analysefilterbank auf, die auf das Gleichtaktsignal zum Erzeugen einer Vielzahl von Unterbandsignalen reagiert, die jeweils bei einer anderen einer Vielzahl von unterschiedlichen Frequenzen sind, eine Vielzahl von Rauscherfassungseinrichtungen, die jeweils mit der Analysefilterbank gekoppelt sind, um ein jeweiliges der Vielzahl von Unterbandsignalen zu empfangen und um davon eine Komponente des Gleichtaktrausch-Abschätzsignals zu liefern, und eine Synthesefilterbank zum Verarbeiten der Gleichtaktrauschsignalkomponenten von der Vielzahl von Rauscherfassungseinrichtungen, um das rauschunterdrückte Ausgangssignal zu liefern.
Vorzugsweise sind die Analysefilterbank und die Synthesefilterbank digital.
Das aus dem Kanal extrahierte Gleichtaktsignal ist analog, kann aber durch einen Analog/Digital-Wandler zwischen der Extraktionseinrichtung und der Rauschabschätzeinheit in ein digitales Signal umgewandelt werden. Jede Rauscherfassungseinrichtung kann dann eine Einrichtung aufweisen, die in jeder Abtastperiode betreibbar ist, zum Überwachen und zum Summieren einer Vielzahl von vorherigen Abtastungen des entsprechenden Unterbandsignals, eine Einrichtung zum Vergleichen der Summe mit einer vorbestimmten Schwelle und eine Selektoreinrichtung zum Auswählen, in Abhängigkeit von dem Vergleich, entweder eines Nullwerts oder eines Momentanwerts des invertierten Unterbandsignals und zum Zuführen des ausgewählten Werts zu einem jeweiligen einer Vielzahl von Unterbandeingängen der Synthesefilterbank.
Die Analysefilterbank und die Synthesefilterbank können Mehrfachauflösungs- Filterbänke sein, wobei einige der Unterbandsignale schmalere Bandbreiten als andere der Unterbandsignale haben.
Der Ausdruck "Unterbandsignale" wird hierin zur Bezugnahme auf eine Vielzahl von Schmalbandsignalen verwendet, die durch eine Analysefilterbank derart erzeugt werden, die in dem Artikel mit dem Titel "Perfect-channel Splitting by Use of Interpolation and Decimation Tree Decomposition Techniques", Proc. Intl. Conf. Inform. Bei. Syst., S. 443-446, Aug. 1976 von A. Crosier, D. Esteban und C. Galand offenbart ist. Solche Analysefilterbänke erlauben eine "perfekte Rekonstruktion bzw. Wiederherstellung" des ursprünglichen Signals mittels einer komplementären Synthesefilterbank. Für eine neuere Diskussion der beteiligten Unterbandtransformationen, die bestimmte Transformationen von kleinen Wellenlängen enthalten, wird die Aufmerksamkeit des Lesers auf einen Artikel gerichtet, der den Titel "Wavelet and Subband Transforms: Fundamentals and Communication Applications", Ali. N. Akansu et al., IEEE Communications Magazine, Vol. 35, No. 12, Dezember 1997 hat. Beide dieser Artikel sind hierin durch Bezugnahme, enthalten. Durch Vorsehen der Analysefilterbank und der Synthesefilterbank, die bestimmte Bedingungen erfüllen, wie sie im Artikel von Akansu et al. aufgezeigt sind, kann eine "perfekte Wiederherstellung" erreicht werden. Bei einer praktischen Implementierung, wie beispielsweise in einem Telekommunikationssystem, kann ein gewisses Maß an Verzerrung akzeptierbar sein, so dass es möglich sein kann, eine Analysefilterbank zu verwenden, die die Bedingungen nicht ganz erfüllt, die in dem Artikel von Akansu et al. aufgezeigt sind, und die nur eine sogenannte "pseudoperfekte Wiederherstellung" zur Verfügung stellt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung und hierin nachfolgend in dieser Beschreibung bezieht sich der Ausdruck "Analysefilterbank" auf eine Filterbank, die die vorgenannten Bedingungen für eine "perfekte Wiederherstellung" erfüllt, oder die Bedingungen für eine "pseudoperfekte Wiederherstellung", und bezieht sich der Ausdruck "Unterbandsignale" auf Signale, die durch eine solche Analysefilterbank erzeugt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Verschiedene Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung genommen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, die nur anhand eines Beispiels beschrieben sind, offensichtlich werden. In den Zeichnungen gilt folgendes:
Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Rauschunterdrückungsschaltung für einen Zweidraht-Kommunikationskanal;
Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das detaillierter eine Verzögerungsbank und andere Komponenten der Rauschunterdrückungsschaltung der Fig. 1 zeigt;
Fig. 3A stellt Inhalte der Verzögerungsbank gemäß einer Zeit und einer Frequenz für eine Funkfrequenz-Interferenz dar;
Fig. 3B stellt Inhalte der Verzögerungsbank gemäß einer Zeit und einer Frequenz für ein Impulsrauschen dar;
Fig. 4 ist ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm von Mehrfachauflösungs-Analyse- und -Synthesefilterbänken zur Verwendung bei der Rauschunterdrückungsschaltung der Fig. 1;
Fig. 5 stellt eine Zeit-Frequenz-Verteilung von Unterbandsignalen der Rauschunterdrückungsschaltung unter Verwendung der Mehrfachauflösungs-Analyse- und -Synthesefilterbänke dar; und
Fig. 6 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Modifikation der Rauschunterdrückungsschaltung der Fig. 1 darstellt.

BESTE ART(EN) ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Nimmt man nun Bezug auf Fig. 1, sind bei einer Rauschunterdrückungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die SPITZEN- und RING-Drähte einer paarweise verdrillten Teilnehmerleitung 10 mit den jeweiligen Eingängen einer Hybridvorrichtung in der Form einer Schaltung oder eines Transformators 11 gekoppelt, und auch mit jeweiligen Eingängen eines Summierers 13, der ein Gleichtaktsignal extrahiert. Der Ausgang der Hybridvorrichtung 11 ist mittels einer analogen Verzögerungsleitung 12 mit einem Eingang eines Summierers 19 gekoppelt, dessen Ausgang mit dem gewöhnlichen Empfänger (nicht gezeigt) gekoppelt ist. Die Hybridvorrichtung 11 wandelt das von der Teilnehmerleitung 10 empfangene Signal in ein Differentialsignal um, das eine Komponente entsprechend einem Gleichtaktrauschen im empfangenen Signal enthält.
Das Gleichtaktsignal von der Summiervorrichtung 13 wird durch einen Verstärker 14 verstärkt und durch einen Analog/Digital-Wandler 15 in ein digitales Signal umgewandelt. Das digitale Signal vom Analog/Digital-Wandler 15 wird durch eine digitale Rauschabschätzeinheit 16 verarbeitet, und das Rauschabschätzsignal davon wird durch einen Digital/Analog-Wandler 17 in ein analoges Rauschabschätzsignal umgewandelt. Das analoge Rauschabschätzsignal wird durch ein Tiefpassfilter 18 geführt, um jedes Quantisierungsrauschen vorn Digital/Analog-Wandler 17 zu entfernen. Die Ausgabe des Tiefpassfilters 18, d. h. das digitale Rauschabschätzsignal, wird durch die Summiervorrichtung 19 mit dem verzögerten Differentialsignal kombiniert. Die digitale Rauschabschätzeinheit 16 erzeugt ein digitales Rauschabschätzsignal, das relativ zur Gleichtaktkomponente des Differentialsignals invertiert ist, so dass eine Addition durch die Summiervorrichtung 19 veranlasst, dass das digitale Rauschabschätzsignal im Wesentlichen die entsprechende Gleichtaktrauschkomponente des zum Empfänger (nicht gezeigt) zugeführten Differentialsignals auslöscht.
Die Dauer der Verzögerung, die durch die Verzögerungsleitung 12 zur Verfügung gestellt wird, wird ausgewählt, um eine Verzögerung zu kompensieren, die in der digitalen Rauschabschätzeinheit eingeführt wird, welche typischerweise mehrere Mikrosekunden sein würde.
Fig. 2 zeigt die digitale Rauschabschätzeinheit 16 detaillierter. In der digitalen Rauschabschätzeinheit 16 wird das digitale Gleichtaktsignal zu einer Analysefilterbank 20 zugeführt, die ein Tiefpassfilter 21&sub1;, eine Vielzahl von Bandpassfiltern 212 bis 21M-1, die jeweils eine unterschiedliche Mittenfrequenz haben, und ein Hochpassfilter 21M aufweist. Die Schmalbandsignale von den Filtern 211 bis 21M werden zu jeweiligen einer entsprechenden Vielzahl von Abwärtsmischern 22&sub1; bis 22M zugeführt, von welchem jeder um einen Faktor M abwärts mischt. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Abwärtsmischrate M gleich der Anzahl von Unterbändern, d. h. die Analysefilterbank 20 ist einheitlich, maximal dezimiert.
Die Vielzahl von Unterbandsignalen S&sub1; bis SM wird jeweils an eine entsprechende Vielzahl von Rauscherfassungsschaltungen 23&sub1; bis 23M angelegt, deren Ausgaben jeweilige Unterband-Rauschabschätzsignale E&sub1; bis EM sind. Die Unterband- Rauschabschätzsignale E&sub1; bis EM werden zu jeweiligen Eingängen einer Synthesefilterbank 24 zugeführt. Die Analysefilterbank 20 und die Synthesefilterbank 24 sind komplementär und derart entworfen, dass sie eine "pseudoperfekte Wiederherstellung" zur Verfügung stellen, wie es früher beschrieben ist. Somit weist die Synthesefilterbank 24 eine Vielzahl von Aufwärtsmischern 25&sub1; bis 25M auf, die jeweils die digitalen Unterband-Rauschabschätzsignale E&sub1; bis EM empfangen und um einen Faktor M (denselben wie die Abwärtsmischrate in dem Analysefilter 20) aufwärts mischen. Die Ausgaben der Aufwärtsmischer 25&sub1; bis 25 werden jeweils zu einer entsprechenden Vielzahl von Bandpassfiltern 26&sub1; bis 26M zugeführt. Die Ausgaben der Filter 26&sub1; bis 26M werden durch eine Summiervorrichtung 27 für eine Ausgabe zum D/A- Wandler 17 (Fig. 1) summiert. Es sollte beachtet werden, dass die Filter 26&sub1; bis 26M in der Synthesefilterbank 24 nicht identisch zu den entsprechenden Filtern 21&sub1; bis 21M in der Analysefilterbank 20 sind. Die Beziehung zwischen der Analysefilterbank 20 und der Synthesefilterbank 24 und, insbesondere der Koeffizienten ihrer Filter ist Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt und wird somit hier nicht detailliert beschrieben. Für Details wird die Aufmerksamkeit des Lesers auf Kapitel 7 mit dem Titel "Multirate Signal Processing" des Buchs "Advanced Digital Signal Processing: Theory and Applications" von G. Zelniker und F. Taylor, veröffentlicht von Marcel Dekker, Inc. und auf die technische Literatur einschließlich der Artikel von Akansu et al. und von Crosier et al. supra gelenkt.
Die Rauscherfassungsschaltungen 23&sub1; bis 23M haben identische Strukturen, so dass der Einfachheit halber nur eine Schaltung 23M in Fig. 2 detailliert gezeigt ist.
Die Komponenten der Rauscherfassungsschaltung 23M werden durch einen gemeinsamen Takt gesteuert, der der angenehmeren Darstellung halber nicht gezeigt ist. Innerhalb der Rauscherfassungsschaltung 23M wird jeder Abtastwert des Unterbandsignals SM an einen Eingang eines Selektors 28M angelegt, der ein Multiplexer sein kann, und an eine Absolutwertvorrichtung 29M, die das Vorzeichen abstreift und den Abtastwert zu einem Eingang der Verzögerungsbank 30M zuführt. Die Ausgaben der Verzögerungsbank 29M werden parallel zu einer Summiervorrichtung 31M zugeführt, die sie summiert und die Summe zu einem Komparator 32M zuführt. Der Selektor 28M wird durch die Ausgabe des Komparators 32M gesteuert, um entweder die momentane Abtastung des Unterbandsignals oder einen Nullwert auszuwählen und sie bzw. ihn zum entsprechenden Eingang der Synthesefilterbank 24 zuzuführen. Das Unterbandsignal SM wird durch die Verzögerungsbank 29M kontinuierlich getaktet. Die Werte in der Verzögerungsbank 29M werden in jedem Taktzyklus durch die Summiervorrichtung 31M summiert und der Summierwert wird mit einem Schwellwert T verglichen. Wenn der Summierwert größer als der Schwellenwert T ist, ist die Ausgabe des Komparators 32M "1", was veranlasst, dass der Selektor 28M den momentanen Abtastwert des Unterbandsignals SM auswählt und ihn als das digitale Rauschabschätzsignal EM für den Kanal M zum entsprechenden Eingang der Synthesefilterbank 24 zuführt. Wenn der Summierwert kleiner als die Schwelle T ist, führt der Komparator 32M eine Null zum Selektor 28M zu, was veranlasst, dass er einen Nullwert als das digitale Rauschabschätzsignal EM liefert. Somit wird dann, wenn das Unterbandsignal SM eine bestimmte Gleichtakt-Rauschkomponente enthält, der momentane Abtastwert des Unterbandsignals SM als das digitale Rauschabschätzsignal EM zugeführt. Sonst wird kein Wert zugeführt.
Die anderen Rauscherfassungs- und Phaseninversionsschaltungen 23&sub1; bis 23M-1 erzeugen entsprechende digitale Rauschabschätzsignale E&sub1; bis EM-1 auf eine ähnliche Weise.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 verwenden alle Rauscherfassungsschaltungen 23&sub1; bis 23M denselben Schwellenwert T. Es sollte jedoch erkannt werden, dass sie jeweils unterschiedliche Schwellenwerte T&sub1; bis TM verwenden könnten.
Allgemein wird jeder Schwellenwert gemäß der Art des Rauschens im entsprechenden Unterband-Frequenzband ausgewählt werden. Allgemein wird ein Impulsrauschen im Vergleich mit einer Funkfrequenz-Interferenz dazu neigen, eher bezüglich der Amplitude groß zu sein, aber von kürzerer Dauer. Folglich kann jeder Schwellenwert T&sub1; bis TM so ausgewählt werden, dass der Schwellenwert überschritten werden wird, wenn eine kleine Anzahl von Segmenten der entsprechenden der Verzögerungsbanken 30&sub1; bis 30M relativ hohe Werte enthält; oder alle der Segmente der Verzögerungsbank etwas niedrigere Werte enthalten, wie es bei einem Funkfrequenzinterferenzsignal erfolgen würde. Somit würden die Länge der Verzögerungsbanken 30&sub1; bis 30M, alle Skalierungsfaktoren des zu der Analysefilterbank zugeführten Signals und die Schwelle eingerichtet, oder könnten so eingestellt werden, um für bestimmte Bedingungen geeignet zu sein, und zwar vorausgehend in der Nähe der Installation.
Es sollte erkannt werden, dass, obwohl das spezifische Ausführungsbeispiel eine einheitlich, maximal dezimierte Analysefilterbank verwendet, andere Strukturen möglich sind. Beispielsweise könnte die Analysefilterbank eine Vielzahl von Unterbandsignalen zur Verfügung stellen, die bei den höheren Frequenzen konzentriert sind, bei welchem ein Funkfrequenz- oder Impulsrauschen aufgrund der relativ niedrigeren Energie des übertragenen Signals ein größeres Problem sein könnte.
Somit stellt die Fig. 3A die Inhalte der Verzögerungsbanken 30&sub1; bis 30M dar, wenn es eine RFI nur in einem Band gibt, d. h. demjenigen entsprechend dem Unterbandsignal S&sub2;. Die gesamte Zeile bzw. Reihe, d. h. alle Segmente der Verzögerungsbank 30&sub2;, hält Werte r&sub1; bis rw, die größer als die Schwelle T sind. Die Werte in den anderen Verzögerungsbanken sind nicht größer als die Schwelle und sind somit nicht gezeigt. Die Fig. 3B stellt die Inhalte der Verzögerungsbanken 30&sub1; bis 30M dar, wenn nur ein Impulsrauschen vorhanden ist. In diesem Fall gibt es deshalb, weil das Impulsrauschen von kurzer Dauer ist, aber eine breite Bandbreite aufweist, in allen Verzögerungsbanken Werte, die größer als die Schwelle sind, aber nur im ersten Segment von jeder. Natürlich könnte dann, wenn das Impulsrauschen von längerer Dauer ist, es mehrere Segmente besetzen.
Es wird erkannt werden, dass sowohl RFI als auch ein Impulsrauschen oft zusammen auftreten wird, in welchem Fall die Inhalte der Verzögerungsbanken durch ein Kombinieren der Fig. 3A und 3B dargestellt werden könnten.
Die Analysefiltereinrichtung kann einheitlich sein, wie beispielsweise eine M-Band- Filterbank oder eine Einheit für eine kurzzeitige Fourier-Transformation, oder nicht einheitlich, wie beispielsweise eine "Mehrfachauflösungs"-Filterbank, wie beispielsweise eine Oktavband-Filterbank oder eine dyadische Filterbank, die Unterbänder mit unterschiedlichen Bandbreiten erzeugen wird, und zwar typischerweise jeweils der Hälfte der Breite ihres Nachbarn. Die Analysefilterbankeinrichtung kann eine Oktavband-Filterbank aufweisen, die eine diskrete Transformation für kleine Wellen (DWT) implementiert.
Fig. 4 stellt eine sechsbändige Mehrfachauflösungs-Analysefilterbank 20' und eine entsprechende sechsbändige Mehrfachauflösungs-Synthesefilterbank 24' dar, die für die entsprechenden Komponenten der Fig. 1 eingesetzt werden können. Die Analysefilterbank 20' weist drei Zerlegungsstufen auf, die jeweils das Eingangssignal in Tiefpass- und Hochpass-Komponenten aufteilen. Somit empfangen bei der ersten Stufe A ein erstes Hochpassfilter 40 und ein erstes Tiefpassfilter 41, die mit dem Eingang der Analysefilterbank 20' verbunden sind, das digitale Gleichtaktsignal. Die Ausgaben der Filter 40 und 41 werden um einen Faktor von Zwei durch ein Paar von jeweiligen Abwärtsmischern 42 und 43 abwärts gemischt und zur Stufe B geführt, wo die Hochpasskomponente wieder zerlegt wird, und zwar auf eine gleiche Weise, durch ein zweites Hochpassfilter 44, ein zweites Tiefpassfilter 45 und Abwärtsmischer 46 und 47. In der Stufe B wird die Tiefpasskomponente durch ein drittes Hochpassfilter 48, ein drittes Tiefpassfilter 49 und Abwärtsmischer 50 und 51 zerlegt. Die Ausgaben von den Abwärtsmischern 46 und 51 weisen das sechste Unterbandsignal S&sub6; bzw. das erste Unterbandsignal S&sub1; auf. In der Stufe C wird die Ausgabe vom Abwärtsmischer 47 noch einmal wieder durch ein viertes Hochpassfilter 52, ein viertes Tiefpassfilier 53 und Abwärtsmischer 54 und 55 zerlegt, um Unterbandsignale S&sub4; und S&sub5; zu liefern. Gleichermaßen wird in der Stufe C die Ausgabe vom Abwärtsmischer 50 durch ein fünftes Hoch passfilter 56, ein fünftes Tiefpassfilter 57 und Abwärtsmischer 58 und 59 zerlegt, um Unterbandsignale S&sub2; und S&sub3; zu liefern.
Die Komponenten der Synthesefilterbank 24' bilden effektiv ein Spiegelbild der Komponenten der Analysefilterbank 20' und werden somit nicht detailliert beschrieben werden.
Jedes Paar aus einem Hochpassfilter und einem Tiefpassfilter teilt das entsprechende Eingangssignal in zwei gleiche Bänder auf. Folglich werden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, die vier Unterbandsignale S&sub2;, S&sub3;, S&sub4; und S&sub5; jeweils eine Hälfte der Bandbreite der Unterbandsignale S&sub1; und S&sub6; haben. Somit liefert die Analysefilterbank 20' eine nichtlineare Auflösung, die bezüglich des Frequenzbands entsprechend den Unterbändern S&sub2; bis S&sub5; höher ist.
Es sollte erkannt werden, dass eine höhere Auflösung in anderen Teilen des Frequenzbands durch geeignete Rekonfiguration der Komponenten der Analysefilterbank 20' zur Verfügung gestellt werden könnte. Es wird auch ins Auge gefasst, dass eine nichtlineare Auflösung im Zeitbereich zur Verfügung gestellt werden könnte, indem ein Analog/Digital-Wandler 15 vorgesehen wird, der eine teilweise Mischung des eingegebenen Gleichtaktsignals und ein Entfernen ausgewählter Abtastungen in den Verzögerungsbanken durchführt.
Verschiedene andere Modifikationen und Substitutionen sind möglich, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Somit stellt die Fig. 6 eine Modifikation der Rauschunterdrückungsschaltung der Fig. 1 dar, welche ihr ermöglicht, eine digitale Ausgabe zuzuführen, was eine direkte Schnittstellenbildung zu einem digitalen Empfänger zulässt. Bei der Rauschunterdrückungsschaltung der Fig. 6, bei welcher Komponenten entsprechend denjenigen in Fig. 1 dieselben Bezugszeichen haben, ist die analoge Verzögerungsleitung 12 durch einen Verstärker 34, einen Analog/Digital-Wandler 35 und eine First-in-First-out-(FIFO-)Vorrichtung 36 ersetzt. Die Summiervorrichtung 19 ist durch einen Addierer 37 ersetzt. Somit wird das Differentialsignal von der Hybridvorrichtung 11, einschließlich der Gleichtakt- Rauschkomponente, durch den Verstärker 34 verstärkt, durch den A/D-Wandler 35 in ein digitales Signal umgewandelt und durch die FIFO-Vorrichtung 36 verzögert. Die Gesamtverzögerung ist natürlich gleich derjenigen, die in der digitalen Rauschabschätzeinheit zur Verfügung gestellt ist. Die Ausgabe der digitalen Rauschabschätzeinheit 16 wird direkt zum Addierer 37 zugeführt, der sie mit dem verzögerten Differentialsignal subtrahierend zur Ausgabe zum digitalen Empfänger (nicht gezeigt) kombiniert. Der D/A-Wandler 17 und das Tiefpassfilter 18 der Fig. 1 sind nicht erforderlich.
Für eine bestimmte Installation kann die Verzögerung, die durch die analoge Verzögerungsleitung 12 oder die FIFO-Vorrichtung 36 zur Verfügung gestellt wird, konstant sein.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind auf eine Rauschreduzierung in Zweidraht-Kommunikationskanälen anwendbar, wie beispielsweise paarweise verdrillten Teilnehmerleitungen, die bei hohen Frequenzen arbeiten, wie beispielsweise ADSL- und VDSL-Raten.

Claims

1. Rauschunterdrückungsvorrichtung für einen Kommunikationskanal (10), gekennzeichnet durch:

(i) eine Hybridvorrichtung (11), die mit dem Kanal gekoppelt ist, zum Liefern eines Differentialsignals entsprechend einem vom Kanal empfangen Signal;

(ii) eine Verzögerungseinheit (12), die mit dem Ausgang der Hybridvorrichtung gekoppelt ist, zum Verzögern des Differentialsignals um eine erste vorbestimmte Zeitperiode;

(iii) eine Extraktionseinrichtung (13), die mit dem Kanal gekoppelt ist, zum Extrahieren eines Gleichtaktsignals vom Kanal;

(iv) eine Rausch-Schätzeinheit (16) zum Liefern eines Gleichtaktrausch- Schätzsignals (ECM) innerhalb der Zeitperiode in Abhängigkeit von einer Vorgeschichte des Gleichtaktsignals über eine zweite vorbestimmte Zeitperiode und über eine Vielzahl von Frequenzbändern, wobei die erste vorbestimmte Zeitperiode einer durch die Rausch- Schätzeinheit (16) eingeführten Verarbeitungs-Zeitverzögerung entspricht; und

(v) eine Einrichtung (19) zum Subtrahieren des Rausch-Schätzsignals (ECM) vom verzögerten Differentialsignal zum Bilden eines rauschreduzierten Ausgangssignals.

2. Rauschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rausch-Schätzeinheit (16) folgendes aufweist:

(vi) eine Analysefilterbankeinrichtung (20), die auf das Gleichtaktsignal reagiert, um eine Vielzahl von Unterbandsignalen (S&sub1;-SM) zu erzeugen, von welchen jedes bei einer anderen einer Vielzahl von Frequenzen ist und eine Bandbreite hat, die wesentlich schmäler als die Bandbreite des Gleichtaktsignals ist;

(vii) eine Vielzahl von Rauscherfassungseinrichtungen (23&sub1; bis 23M), die jeweils einen Eingang haben, der mit einem jeweiligen einer Vielzahl von Ausgängen der Analysefilterbankeinrichtung (20) gekoppelt ist, um ein jeweiliges der Unterbandsignale (S&sub1;-SM) zu empfangen, und einen Ausgang für ein jeweiliges einer Vielzahl von Unterband- Rausch-Schätzsignalen (E&sub1;-EM), wobei jede Rauscherfassungseinrichtung folgendes aufweist:

eine Selektoreinrichtung (28&sub1;-28M);

eine Verzögerungseinrichtung (30&sub1;-30M) zum aufeinander folgenden Speichern eines Momentanwerts des Unterbandsignals und einer Vielzahl von Werten vor dem Momentanwert;

eine Summiereinrichtung (31&sub1;-31M) zum Summieren jedes des Momentanwerts und einer entsprechenden Vielzahl von vorherigen Werten, um einen Summenwert zu erzeugen;

eine Einrichtung (32&sub1;-32M) zum Vergleichen des Summenwerts mit einem vorbestimmten Schwellenwert (T) und Steuern der Selektoreinrichtung (28&sub1;-28M) in Abhängigkeit vom Vergleich, um entweder den Momentanwert des Unterbandsignals oder einen Nullwert auszuwählen, und zum Anlegen aufeinander folgender Werte an den entsprechenden Ausgang, die das Unterband-Rausch-Schätzsignal (EM) für dieses Unterband bilden;

(ix) wobei die Synthesefilterbankeinrichtung (24) die Vielzahl von Unterband-Rausch-Schätzsignalen (E&sub1;-EM) verarbeitet, um das Rausch- Schätzsignal (ECM) zu bilden.

3. Rauschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysefilterbankeinrichtung (20) und die Synthesefilterbankeinrichtung (24) jeweils eine Mehrfachauflösungs-Filterbank (Fig. 4) aufweist, wobei einige der Unterbandsignale (S&sub1;-SM) schmälere Bandbreiten als andere der Unterbandsignale haben.

4. Rauschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch eine Analog-zu-Digital-Wandlereinrichtung (15) zum Umwandeln des extrahierten Gleichtaktsignals in ein digitales Signal vor einem Anlegen an die Rausch-Schätzeinrichtung (16), und wobei die durch die Analysefilterbankeinrichtung (20) gelieferten Unterbandsignale (S&sub1;-SM) digitale Signale sind und, in jeder Rauscherfassungseinrichtung (23&sub1; bis 23M), die Verzögerungseinrichtung Abtastwerte des Unterbandsignals dort hindurch kontinuierlich taktet.

5. Rauschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch eine Analog-zu-Digital-Wandlereinrichtung (15) zum Umwandeln des extrahierten Gleichtaktsignals in ein digitales Signal vor einem Anlegen an die Rausch-Schätzeinrichtung (16), und wobei die durch die Analysefilterbankeinrichtung (20) gelieferten Unterbandsignale (S&sub1;-SM) digitale Signale sind, in jeder Rauscherfassungseinrichtung (23&sub1; bis 23M) die Verzögerungseinrichtung Abtastwerte des Unterbandsignals dort hindurch kontinuierlich taktet und die Analysefilterbankeinrichtung (20) und die Synthesefilterbankeinrichtung (24) jeweils eine Mehrfachauflösungs-Filterbank aufweist, wobei einige der Unterbandsignale (S&sub1;-SM) schmälere Bandbreiten als andere der Unterbandsignale haben.

6. Rauschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das an die Rausch-Schätzeinheit (16) angelegte Gleichtaktsignal ein digitales Signal ist und die zweite vorbestimmte Zeitperiode äquivalent zu einer Vielzahl von Abtastperioden des digitalen Signals ist.