FI87869C - Foerfarande och anordning foer avlaegsnande av eko i en transmissionsanordning, saosom modem - Google Patents

Description

1 π 7 8 6 9

Menetelmä ja laite kaiun poistamiseksi transmissiolait-teessa, kuten modeemissa 5 Keksinnön kohteena on menetelmä ja laite kaiun poistamiseksi transmissiolaitteessa, kuten modeemissa. Menetelmässä muodostetaan kaikuestimaatti lähetetystä signaalista ja vähennetään mainittu kaikuestimaatti vastaanotettavasta signaalista. Keksinnön mukainen laite 10 käsittää puolestaan elimet kaikuestimaatin muodostamiseksi lähetetystä signaalista ja elimet mainitun kaikuestimaatin vähentämiseksi vastaanotettavasta signaalista.

Tyypillinen toimintaympäristö, jossa keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta käytetään on puhelinverkon 15 tilaajasilmukka, jossa käytetään full-duplex siirtoa, mutta keksintöä voidaan luonnollisestikin käyttää muidenkin kaksijohdinlinjojen yhteydessä, esim. lähiverkoissa. Tällaisessa ympäristössä on transmissiolaitteen vastaanotin- ja lähetinhaarat kytketty linjahaarukan kautta kak-20 sijohdinyhteydelle. Lähetinhaarassa olevan lähettimen lähettäessä signaalin linjahaarukan kautta kaksijohdinyh-teydelle, summautuu tämän signaalin kaikukomponentti kaksi johdinyhteydeltä linjahaarukan kautta vastaanotettavaan signaaliin, jolloin siis linjahaarukasta vastaanotinhaa-.25 raan saatava signaali sisältää sekä vastaanotettavan hyö-tysignaalin että lähetetyn signaalin kaikukomponentin.

Kaikukomponentin poisto vastaanotettavasta signaalista voidaan tehdä periaatteessa kahdella tavalla. Molemmissa menetelmissä muodostetaan ensin erillisessä kaiun- 30 poistajassa lähetetyn signaalin perusteella kaikukomponen- tille digitaalimuodossa oleva estimaatti. Ensimmäinen tapa on vähentää kaikuestimaatti digitaalisesti vastaanotetusta signaalista, joka on ensin muunnettu digitaaliseen muotoon A/D-muuntimella. Toinen tapa on muuntaa kaiunpoistajan •35 laskema kaikuestimaatti ensin analogiasignaaliksi ja vä- 2 37869 hentää se linjahaarukasta tulevasta signaalista analogisella summausvahvistimellä. Esillä olevan keksinnön ymmärtämisen helpottamiseksi kuvataan molempia tunnettuja tapoja vielä tarkemmin jäljempänä selityksen erityisessä osas-5 sa.

Edellä kuvattujen tunnettujen kaiunpoistomenetelmien puutteena on se, että tarvittaville A/D- ja D/A-muuntimil-le on asetettava melkoiset tarkkuusvaatimukset, mikä puolestaan tekee käytännön piiriratkaisusta monimutkaisen.

10 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on parantaa

tunnettuja kaiunpoistomenetelmiä ja -laitteita siten, että tarvittaville A/D- ja D/A-muuntimille asetettavia vaatimuksia voidaan vähentää ja siten yksinkertaistaa käytännön piiriratkaisua. Keksinnön mukaisella menetelmällä tämä 15 saavutetaan siten, että kaikuestimaatista erotetaan N

eniten merkitsevää bittiä ja niitä vastaava osa kaikuesti-maattia vähennetään analogisesti vastaanotettavasta signaalista, ja että jäljelle jääviä vähiten merkitseviä bittejä vastaava osa kaikuestimaattia poistetaan digi-20 taalisesti vastaanotettavasta signaalista. Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan tunnusomaista se, mikä kuvataan oheisen patenttivaatimuksen 4 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaisena perusajatuksena on jakaa kai-kuestimaatti kahteen osaan ja poistaa suurin osa kaiusta .25 analogisesti. Näin saadaan ennen analogista vähennyspis- tettä olevan D/A-muuntimen tasojen lukumäärä pienemmäksi, ja kaiun dynamiikka-alueen pudotessa vähennyspisteen jälkeen pienenevät myös vähennyspisteen jälkeiselle A/D-muun-timelle asetettavat tarkkuusvaatimukset.

.30 Tarvittavien A/D- ja D/A-muuntimien tarkkuusvaati- musten pienenemisestä on hyötyä erityisesti suurilla bit-tinopeuksilla, joilla muuntimen hinta nousee nopeasti bittimäärän kasvaessa, sekä VLSI-toteuksissa, joissa pii-pinta-ala kasvaa tarkkuuden kasvaessa.

. .-35 Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti 3 87869 voidaan D/A-muuntimen tasojen tarkkuusvaatimusta pienentää edelleen siten, että analogisen vähennyksen tuloksena saatua signaalia korjataan muistista luettavien korjaus-termien avulla.

5 Keksinnön toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti säädetään korjaustermejä jatkuvasti. Näin pystytään mukautumaan esim. lämpötilan muutoksen aiheuttamiin D/A-muuntimen tasojen muutoksiin.

Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten 10 oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää kaksijohdinyhteydelle kytkettyä modeemia, joka on varustettu tunnetulla kaiunpoistopiiril-lä, jossa kaikuestimaatti poistetaan digitaalisesti vastaanotettavasta signaalista, 15 kuvio 2 esittää kaksijohdinyhteydelle kytkettyä modeemia, joka on varustettu tunnetulla kaiunpoistopiiril-lä, jossa kaikuestimaatti poistetaan analogisesti vastaanotettavasta signaalista, ja kuvio 3 esittää kaksijohdinyhteydelle kytkettyä 20 modeemia, joka on varustettu keksinnön mukaisella kaiun-poistopiirillä.

Kuviossa 1 on sinänsä tunnetulla, digitaalisesti toteutetulla kaiunpoistopiirillä varustettu modeemi, joka käsittää lähetin-ja vastaanotinhaarat 1 ja vastaavasti 2, .25 kytketty linjahaarukan 3 kautta kaksijohdinyhteydelle 4, joka voi olla esim. puhelinverkon tilaajajohto. Lähetin-haarassa 1 on modeemin lähetin 5 kytketty linjahaarukalle D/A-muuntimen 6 ja alipäästösuodattimen 7 kautta. Lähettimen ulostulosignaali on kytketty kaiunpoistajalle 8, joka .30 muodostaa kaikuestimaatin lähetetyn signaalin perusteella.

Modeemin vastaanotinhaarassa kytketään haarukalta 3 tuleva signaali vastaanottimelle 9 alipäästösuodattimen 11 ja A/D-muuntimen 10 kautta. Vastaanottimen 9 ja A/D-muuntimen 10 välissä on digitaalinen summausyksikkö 12, jossa kaiun-.-.-35 poistajan laskema numeerinen kaikuestimaatti vähennetään 4 is 7 8 6 9 A/D-muuntimen 10 ulostulosignaalista. Koska kaiun taso voi olla huomattavasti hyötysignaalin tasoa suurempi, tarvitaan tässä ratkaisussa tarkka A/D-muunnos, jotta hyötysignaalin tarkkuus olisi riittävä. Käytännössä tarvittava 5 A/D-muuntimen 10 bittitarkkuus on 12-16 sovellutuksesta riippuen.

Kuvio 2 esittää toisella edellä mainitulla ja sinänsä tunnetulla kaiunpoistopiirillä varustettua modeemia. Samoista osista on käytetty samoja viitenumerolta kuin 10 kuvion 1 yhteydessä. Tässä toteutuksessa muunnetaan kaiun-poistajan 8 laskema numeerinen kaikuestimaatti ensin ana-logiasignaaliksi D/A-muuntimella 13 ja vähennetään linja-haarukalta 3 tulevasta signaalista analogisella summaus-vahvistimella 14. D/A-muuntimelta 13 vaadittava bittitark-15 kuus on 12-16 sovellutuksesta riippuen. Summausvahvistimen 14 jälkeen on vastaanotinhaarassa analogiavahvistin 15, jolla nostetaan vähennyksen jälkeen dynamiikka-alueeltaan pienentyneen signaalin tasoa. Näin saatu signaali syötetään A/D-muuntimeen 16, jolla se muunnetaan digitaaliseen 20 muotoon. A/D-muuntimen ulostulosignaali viedään vastaanottimeen 9 ja kaiunpoistajan 8 säätöpiiriin. A/D-muuntimelta 16 vaadittava bittitarkkuus on pienempi verrattuna kuviossa 1 esitettyyn tapaukseen, eli noin 6-10 sovellutuksesta riippuen.

25 Sekä kuvion 1 että kuvion 2 tapauksessa sisältää vastaanotettava signaali kaikuestimaatin vähennyspisteen jälkeen vastapään lähettämän hyötysignaalin sekä kaiunpoistajan epätäydellisestä asettumisesta johtuvan kaiun jäännösvirheen. Hyötysignaalin ja kaiun jäännösvirheen .30 ollessa korreloimattomia voidaan jäännösvirhe "kaivaa esiin" korreloimalla jäännösvirhe ja lähetetty signaali keskenään. Tätä varten syötetään jäännösvirhe, jota on kuvioissa 1 ja 2 merkitty viitemerkillä e, kaiunpoistajal-... le 8, jonka säätö pyrkii minimoimaan ko. jäännösvirheen.

.•.35 Edellä kuvatut tunnetut kaiunpoistomenetelmät on 5 07869 kuvattu myös US-patentissa 4,669,116, joka liittyy kai-kuestimaatin muodostamiseen.

Kuviossa 3 on modeemi varustettu keksinnön mukaisella kaiunpoistopiirillä. Vastaavista osista on käytetty 5 samoja viitemerkkejä kuin edellä. Kaiunpoistajalta 8 saadaan sinänsä tunnettuun tapaan (m+1 bitin pituinen) numeerinen kaikuestimaatti, jota on merkitty viitemerkillä · ·β·-ν*ι· · ·Bo/ jossa Bn on eniten merkitsevä bitti ja B0 vastaavasti vähiten merkitsevä bitti. Kaikuestimaatista 10 erotetaan haaroitinlohkossa 25 keksinnön mukaisesti N eniten merkitsevää bittiä BBBm.1. . •Bm.NJ.1, jotka johdetaan N-bittiseen D/A-muuntimeen 20. Muuntimen 20 antama signaali vähennetään analogisesti haarukalta 3 tulevasta signaalista summausvahvistimessa 14. Vähennyksen jälkeen vas-15 taanotettava signaali vahvistetaan vahvistuskertoimen G omaavalla analogiavahvistimella 15 ja muunnetaan A/D-muun-timella 16 numeeriseen muotoon. Kaiunpoisto-D/A-muuntimen 20 ollessa N-bittinen putoaa kaiun dynamiikka-alue analogisen kaiunpoistopisteen 14 jälkeen noin 20 log10(2N) dB:iä, 20 jolloin A/D-muuntimelta 16 vaadittava bittitarkkuus pienenee.

Kaikuestimaatin alimmat bitit B^.-.Bu, jotka jätettiin pois D/A-muuntimen 20 ohjauksesta, kerrotaan numeerisesti vahvistuksella G kertojassa 21, ja näin saatu kai-• 25 kuestimaatin osa vähennetään vastaanotettavasta signaalista digitaalisessa summausyksikössä 12.

Jakamalla kaikuestimaatti kahteen osaan saadaan D/A-muuntimen 20 tasojen lukumäärää (2N) pienennettyä. Tarkan kaiunpoiston saavuttamiseksi täytyy kuitenkin D/A-muunti-.30 men tasojen olla edelleen tarkkoja. On kuitenkin helpompaa tehdä tasoiltaan tarkka, mutta ohjaussanaltaan lyhyempi D/A-muunnin kuin ohjaussanaltaan pitkä muunnin.

···.: Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti voi- daan käytännön piiri toteutusta yksinkertaistaa edelleen .•.*35 kompensoimalla D/A-muuntimen epätarkkuuksia muistista 6 87869 luettavien korjausarvojen avulla. Näin saadaan D/A-muunti-men tasoille asetettavat tarkkuusvaatimukset pienemmiksi. Tätä varten pitää keksinnön mukainen laite 2N kappaletta korjausarvoja RAM-muistissa 22. D/A-muuntimelle 20 ohja-5 tuista N bitistä muodostetaan ohjauslinjaan 24 mainitun RAM-taulukon osoite, jolloin taulukosta voidaan lukea käytettyä D/A-muuntimen 20 antamaa tasoa vastaava korjaus-termi, joka sitten lisätään numeerisesti vastaanotettavaan signaaliin digitaalisessa summausyksikössä 23.

10 Periaatteessa voitaisiin korjaustermeinä käyttää etukäteen laskettuja arvoja, mutta on kuitenkin edullisempaa säätää jatkuvasti RAM-muistissa 22 ylläpidettäviä korjaustermejä, koska näin kaiunpoisto pystyy mukautumaan lämpötilan muutoksen aiheuttamaan D/A-muuntimen tasojen 15 muutokseen ja myös analogiavahvistimen 15 vahvistuskertoi-men muutoksiin. Säädön kuvaamiseksi merkitään hetkellä i vallitsevaa virhesignaalia viitemerkillä e* ja D/A-muun-timen 20 ohjaussanaa viitemerkillä XA, jolloin siis käytetään korjaustermiä RAMtXi). Korjaustermin säätö tapahtuu 20 keksinnön mukaisesti seuraavasti: RAM(Xt) -> RAMiXj) - ύ et, missä o on skaalauskerroin. Uusi korjaustermi saadaan siis, kun kullakin hetkellä käytettävästä korjaustermistä vähennetään skaalauskertoimella kerrottu virhesignaalin 25 arvo. Säädön suorittavaa lohkoa, johon virhesignaali e4 syötetään, on kuviossa 3 merkitty viitenumerolla 26. Säätö voi olla toteutettu myös ohjelmallisesti.

Virhesignaali ex sisältää myös kaksijohdinlinjan vastapäästä tulevan hyötysignaalin. Tämä hyötysignaali on 30 korreloimatonta ohjaussanan ja tarvittavan korjaustermin RAM(Xa) arvon kanssa, jolloin se keskiarvoistuu pois säädettäessä korjaustermejä jatkuvasti. Virheen skaalausker-— roin o on valittava riittävän pieneksi, jolloin hyötysig- .naalin aiheuttama korjaustermin (nollakeskiarvoinen) vael-.35 telu on niin pienellä tasolla, että se ei häiritse kaiun- 7 87869 poistopiirin toimintaa. Voidaan osoittaa, että korjauster-min varianssi = (o σΓ2)/2, missä a on edellä mainittu säädön askel ja σΓ2 on hyötysignaalin teho. Tästä lausekkeesta voidaan laskea säädön askeleen suuruus halutulle 5 hyöty-/häiriösignaali suhteelle. Esim. haluttaessa häiriö 30 dB:iä alle hyötysignaalin, saadaan säätöaskeleen suuruudeksi ύ-0,002.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisen piirustuksen mukaiseen esimerkkiin, on selvää, 10 ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Esim. haaroi-tinlohko 25 voidaan toteuttaa paitsi digitaalilogiikan keinoin, myös ohjelmallisesti. Myös kaikuestimaatti voi-15 daan muodostaa monin eri tavoin. Eräs tyypillinen kaiun-poistajan toteutustapa on adaptiivinen FIR-suodatin. Muita tunnettuja tapoja on selostettu alussa mainitussa US-pa-tentissa 4,669,116. Transmissiolaitteen ei myöskään tarvitse välttämättä olla modeemi, vaan muutkin laitteet 20 (joissa voi tosin olla sisäänrakennettu modeemi) voivat tulla kysymykseen.

Claims (6)

8 87869

1. Menetelmä kaiun poistamiseksi transmissiolait-teessa, kuten modeemissa, jossa menetelmässä muodostetaan 5 kaikuestimaatti (... Bm_N+1... B0) lähetetystä signaalista ja vähennetään mainittu kaikuestimaatti vastaanotettavasta signaalista, tunnettu siitä, että kaikuestimaatis-ta erotetaan N eniten merkitsevää bittiä (. . .Bm.N^1) ja niitä vastaava osa kaikuestimaattia vähennetään (14) ana-10 logisesti vastaanotettavasta signaalista, ja että jäljelle jääviä vähiten merkitseviä bittejä (Bm_N...B0) vastaava osa kaikuestimaattia poistetaan digitaalisesti (12) vastaanotettavasta signaalista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n-15 n e t t u siitä, että analogisen vähennyksen tuloksena saatua signaalia korjataan muistista (22) luettavien kor-jaustermien (RAM(Xi) avulla.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että korjaustermiä säädetään jatkuvasti.

4. Laite kaiun poistamiseksi transmissiolaitteessa, kuten modeemissa, joka laite käsittää elimet (8) kaikues-timaatin (BmBlt_1... ... B0) muodostamiseksi lähetetystä signaalista ja elimet (14, 12) mainitun kaikuestimaatin ;; vähentämiseksi vastaanotettavasta signaalista, t u n - •25 n e t t u siitä, että se käsittää yhdistelmänä: - elimet (25, 20, 14) kaikuestimaatin \* (BeBa.j... Bm_N+1... B0) eniten merkitseviä bittej ä (Β,,Β,,.!.. . BB.Ntl) vastaavan osan vähentämiseksi analogisesti vastaanotettavasta signaalista, ja •30 - elimet (25, 21, 12) kaikuestimaatin vähiten mer- kitseviä bittejä (Bb.n.. .B0) vastaavan osan vähentämiseksi digitaalisesti vastaanotettavasta signaalista.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, t u n-..." n e t t u siitä, että se käsittää muistin (22), jossa . .‘35 säilytetään korjaustermejä (RAM(Xt), ja digitaalisen sum-

9 B 7 8 69 mausyksikön (23) korjaustermien lisäämiseksi/vähentämisek-si vastaanotettavasta signaalista.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on elimet (26) korjaustermien 5 (RAMiXj) jatkuvaa säätöä varten. 8 7 869 10