JP2001503217A

JP2001503217A - フィルタの長さを動的に適応させるシステム

Info

Publication number: JP2001503217A
Application number: JP10517353A
Authority: JP
Inventors: タル、ニール; シャピラ、ニール; コーヘン、ロン
Original assignee: コネクザント・システムズ・インコーポレイテッド
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2001-03-06
Also published as: EP1019847A4; US5909384A; WO1998015901A1; AU4317997A; EP1019847A1

Abstract

(57)【要約】フィルタの長さを短縮しシステムの処理能力を所定のレベルまたは閾値まで低下させることによって、フィルタリング処理を行う際の中央処理装置（ＣＰＵ）の使用度を低下させることができる新規なプロセスを提供する。このフィルタが適応的である場合(１５０)、プロセスはフィルタが収束（１５２）するまで待機する。次に品質基準が品質閾値より高い場合（１５８）は、フィルタからＭ個のタップが取り除かれ(１５６)、プロセスはステップ１５０に戻る。測定された品質基準が閾値を下回っている場合には、Ｍ個のタップがフィルタに加えられ(１６０)、プロセスが終了する。

Description

【発明の詳細な説明】フィルタの長さを動的に適応させるシステム発明の分野本発明は一般に通信システムに関するものであり、特にデジタル通信フィルタの長さを動的に適応させる装置及び方法に関するものである。発明の背景全二重通信システムは、典型的には専用ＤＳＰベース・ハードウェアを用いて実現される。このようなモデムインプリメンテーション方式は、使用される専用ＤＳＰハードウェアのために通常極めてコストが嵩む。従って、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）産業における最近の傾向は、処理用ハードウェアを追加する必要なしに各ＰＣに組み込まれた汎用ＣＰＵを利用することによってモデムを実現する方向にある。このようなインプリメンテーション方式をネイティブシグナルプロセシング（ＮＳＰ）と称する。任意のＮＳＰベースのモデム設計における暗黙の前提は、モデムが同じ処理装置上のＰＣシステムにおいて実行される他のタスクとＣＰＵ使用時間を共有する必要があるということである。従って、新規なＤＳＰアルゴリズムとハード符号化されたアセンブリ言語の最適化を利用して、ＮＳＰソフトウェアのＣＰＵ使用度を最小限にすることは極めて重要なことである。ごく最近のモデムインプリメンテーションは、それがＮＳＰベースであるかＤＳＰベースであるかに関わらず、種々のフィルタリング機能を果たすための１または２以上の有限インパルス応答（ＦＩＲ）適応的フィルタを用いている。ＦＩＲ適応的フィルタの応用例には、遠端（ＦＥ）エコーキャンセラＦＩＲフィルタ、近端（ＮＥ）エコーキャンセラＦＩＲフィルタ及びイコライザ（ＥＱＵ）ＦＩＲフィルタが含まれる。各フィルタは、特定の数のタップまたは遅延ユニットを有するように構成される。一般にタップの数が増加するほど、フィルタがそのフィルタリング機能をよりよく果たすようになる。しかし、その代価はプロセシング時間が長くなることである。更に、モデムが用いられている通信システムでは、数多くの様々なチャネルにおける及びエコーによる信号劣化を取り扱う必要がある。所定の処理能力曲線を保持するのに必要な通信フィルタの長さは、チャネルにおける及びエコーによる信号劣化によって導入される信号歪みの量によって決まる。通常、チャネルに存在する歪みが大きくなるほど、それをキャンセルするのに必要なフィルタの長さも長くなる。通信システムは最悪の信号劣化状態を取り扱うことができなければならないため、また歪み特性がアプリオリに分かっていないため、固定長フィルタを用いる従来型のモデムは、実際の信号歪みの大きさに関わらず、最悪の状態における必要を満たすような長いフィルタ長を用いなければならなかった。しかし、最悪の歪み状態の発生は極めてまれであることから、固定長フィルタインプリメンテーションを用いることは、ＣＰＵリソースを無駄に消費することに繋がる。最適な音響エコーキャンセルを作り出すためにデジタルフィルタの長さを変更する技術が従来より周知である。Virdeeに付与された米国特許第5,473,686号には、最適なエコーキャンセルを達成するために適応的有限インパルス応答（ＡＦＩＲ）のタップ数を変更する技術が開示されている。ここではフィルタの末端にあるタップを、そのタップが第１閾値量だけエコー推定量に寄与している否かについて調べる。そうでない場合はサンプル数を減らし、フィルタの末端のタップを再度チェックする。フィルタ末端のタップが第２閾値量より多く寄与している場合には、サンプルの数を増やして処理を反復する。発明の要約従って本発明の目的は、所定の基準に従ってフィルタの長さを動的に適応させる方法を提供することである。本発明の別の目的は、フィルタの長さを短くすることによりシステムの処理能力を所定の閾値レベルまで低下させることによって、中央処理装置（ＣＰＵ）の使用度を減らすことができる方法を提供することである。本発明の別の目的は、フィルタの長さを短くしたり、或いは長くするプロセスの際にフィルタの出力が整合した状態（coherent）に維持されるようにフィルタの長さを動的に適応させる方法を提供することである。本発明の別の目的は、フィルタの長さを動的に適応させることにより、品質基準が所定の設定閾値より低くならないようにフィルタ長さを最小化する方法を提供することである。本発明の更に別の目的は、選択された品質基準に基づいてフィルタ長さの即時推定が得られる、フィルタ長を動的に適応させる方法を提供することである。本発明の別の目的は、フィルタのヘッド（頭部）から係数を除去するか、フィルタのヘッドに係数を加えるか、フィルタのテール（尾部）から係数を除去するか、或いはフィルタのテールに係数を加えることにより、フィルタ出力における信号の整合性（coherence）を損なわずに、即ちフィルタの入力又は出力から任意のサンプルを損失することなく、フィルタの係数ベクトルの長さを変化させ得る、フィルタ長を動的に適応させる方法を提供することである。本発明は、フィルタの長さを動的に適応させる幾つかの方法を含む。本発明の方法は、（１）その長さを短くすることによりシステムの処理能力が低下するようなフィルタを有し、（２）システムの動作中に信頼性のある品質基準が測定され得るようなシステムに適用できる。この方法は、ＩＴＵＶ．３２ｂｉｓの１４，４００ｂｐｓモデムにおける遠端エコーキャンセラフィルタを例として用いることにより実施される。本発明による方法は、モデムにおける他のフィルタのみならず、他の用途の通信用フィルタにも同様に適用できるということに注意されたい。モデムで用いられる他の通信用フィルタの例には、記号間干渉（ＩＳＩ）キャンセルを実行するイコライザーフィルタ、近端エコーキャンセラー及びマッチドフィルタが含まれる。しかし、本発明の方法の目的のため、本発明は、遠端フィルタが、種々の信号劣化状態におけるそのフィルタ長の大きなダイナミックレンジのために、ＣＰＵ使用度の点で比較的良好な結果を生み出すことから、遠端フィルタを例に取って説明する。本発明による方法は、フィルタの長さの変化に応じて測定され得る幾つかのパラメータがシステム内に存在するような、任意の型の可変長フィルタに対して一般に用いることができる。このパラメータの典型的なものは、フィルタの長さの変化に応じて変化する、システム内の或る点におけるＳＮ比に関するものである。無駄な処理を最小化することに加えて、不必要なフィルタタップを除去することの他の利点は、フィルタの出力における残留誤りが少なくなることである。また、不必要なフィルタタップを除去することによって、タップ係数を計算するのに用いられるフィルタアルゴリズム、例えば最小二乗法（ＬＭＳ）アルゴリズムの収束時間について大きな改善が得られる。本発明の方法は、受信器の出力において或る量のビット誤り率（ＢＥＲ）が許容され得るという原理に基づいている。このＢＥＲは受信器のスライサの出力におけるＳＮ比（ＳＮＲ）と比例関係にある。従って、最小許容ＳＮＲに変換される最大許容ＢＥＲが存在する。この最小許容ＳＮＲは、ＳＮＲが最小閾値ＳＮＲより低下することなく除去できるフィルタタップの数を決定するための距離として用いられる閾値になる。本発明は、システム内例えば受信器のスライサの出力において測定されるＳＮＲの測定値に基づいてフィルタの長さを適応させる２つの方法を示唆している。従って、本発明の好適実施例によれば、複数のタップを有し、少なくとも１つの測定可能な品質基準Ｑを有するシステムにおいて用いられるデジタルフィルタの長さを動的に調節する方法であって、前記システムにおける前記少なくとも１つの測定可能な品質基準を測定する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準と所定の閾値とを比較する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準が前記所定の閾値より高い場合、前記デジタルフィルタからＭ個のタップを除去し、測定と比較の前記過程を反復する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準が前記所定の閾値より低い場合、前記デジタルフィルタにＭ個のタップを加える過程とを含むことを特徴とする方法が提供される。この少なくとも１つの品質基準は、システム内の或る点における測定可能なＳＮ比である。また、本発明の好適実施例によれば、適応プロシージャ及び複数のタップを有し、少なくとも１つの測定可能な品質基準Ｑを有するシステムにおいて用いられる適応的デジタルフィルタ（ＡＤＦ）の長さを動的に調節する方法であって、前記ＡＤＦの前記適応プロシージャが収束するのを待機する過程と、前記システムにおける前記少なくとも１つの測定可能な品質基準を測定する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準と所定の閾値とを比較する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準が前記所定の閾値より高い場合、前記ＡＤＦからＭ個のタップを除去し、測定及び比較の前記過程を反復する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準が前記所定の閾値より低い場合、前記ＡＤＦにＭ個のタップを加える過程とを含むことを特徴とする方法が提供される。更に、本発明の好適実施例によれば、関連するフィルタ係数の組を有する複数のタップを有し、測定可能なＳＮ比（ＳＮＲ）を有するシステムにおいて用いられる適応的デジタルフィルタ（ＡＤＦ）の長さを動的に調節する方法であって、前記ＡＤＦが収束するのを待機する過程と、前記ＳＮＲを測定する過程と、前記フィルタ係数を格納する過程と、測定された前記ＳＮＲと所定の閾値とを比較する過程と、測定された前記ＳＮＲが前記所定の閾値より高い場合、前記ＡＤＦからＭ個のタップを除去し、測定及び比較の前記過程を反復する過程と、測定された前記ＳＮＲが前記所定の閾値より低い場合、以前に格納された前記フィルタ係数を再格納する過程とを含むことを特徴とする方法が提供される。また、本発明の好適実施例によれば、初めにＬ_maxの数のタップを有し、少なくとも１つの測定可能な品質基準Ｑを有するシステムにおいて用いられる最小二乗（ＬＭＳ）エコーキャンセラーの長さを動的に調節する方法であって、前記Ｌ_maxの数のタップを用いている前記エコーキャンセラーが収束するのを待機する過程と、前記システムにおける前記少なくとも１つの測定可能な品質基準を測定する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準と所定の閾値とを比較する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準が前記所定の閾値より高い場合、前記ＡＤＦからＭ個のタップを除去し、待機、測定、及び比較の前記過程を反復する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準が前記所定の閾値より低い場合、前記ＡＤＦにＭ個のタップを加える過程とを含むことを特徴とする方法が提供される。この少なくとも１つの品質基準は、前記システム内のスライサの出力におけるＳＮ比（ＳＮＲ）を含む。更に、本発明の好適実施例によれば、関連するフィルタ係数の組を有するＬ_ma _x の数のタップを有し、測定可能なＳＮ比（ＳＮＲ）及びエコー対信号比（ＥＳＲ）を有するシステムにおいて用いられる適応的エコーキャンセラーの長さを動的に調節する方法であって、前記Ｌ_maxの数のタップを用いている前記エコーキャンセラーが収束するのを待機する過程と、前記システム内の適切な点において旧ＳＮＲ（ＳＮＲ_old）を測定する過程と、前記システム内の第２の適切な点においてＥＳＲを測定する過程と、前記エコーキャンセラーから除去され得るエネルギーの百分率を計算する過程と、前記計算されたエネルギーの百分率に基づいて前記エコーキャンセラーからＭ個のタップを除去する過程とを含むことを特徴とする方法が提供される。また、本発明の好適実施例によれば、タップ及び関連する係数の数を表す長さ fir_len、fir_coefs_ptrによって表される第１係数に対するポインタを有し、ヘッド（頭部）及びテール（尾部）を有し、データサンプルの組を処理し、データポインタdata_ptrが処理される次のサンプルを指定するデジタルフィルタにおいて、前記フィルタの前記ヘッドからＭ個のタップを除去する方法であって、フィルタ長fir_lenをＭ減らす過程と、前記第１係数へのポインタfir_coefs_ptrをＭだけインクリメントする過程と、前記データポインタdata_ptrをＭだけインクリメントする過程とを含むことを特徴とする方法が提供される。更に、本発明の好適実施例によれば、タップ及び関連する係数の数を表す長さ fir_len、fir_coefs_ptrによって表される第１係数に対するポインタを有し、ヘッド（頭部）及びテール（尾部）を有し、データサンプルの組を処理し、データポインタdata_ptrが処理される次のサンプルを指定するデジタルフィルタにおいて、前記フィルタの前記テールからＭ個のタップを除去する方法であって、前記フィルタの長さfir_lenをＭだけディクリメントする過程を含むことを特徴とする方法が提供される。更に、本発明の好適実施例によれば、タップ及び関連する係数の数を表す長さ fir_len、fir_coefs_ptrによって表される第１係数に対するポインタを有し、ヘッド（頭部）及びテール（尾部）を有し、データサンプルの組を処理し、データポインタdata_ptrが処理される次のサンプルを指定するデジタルフィルタにおいて、前記フィルタの前記ヘッドにＭ個のタップを加える方法であって、前記フィルタ長さfir_lenをＭだけインクリメントする過程と、前記第１係数に対するポインタfir_coefs_ptrをＭだけディクリメントする過程と、前記データポインタdata_ptrをＭだけディクリメントする過程とを含むことを特徴とする方法が提供される。更に、本発明の好適実施例によれば、タップ及び関連する係数の数を表す長さ fir_len、fir_coefs_ptrによって表される第１係数に対するポインタを有し、ヘッド（頭部）及びテール（尾部）を有し、データサンプルの組を処理し、データポインタdata_ptrが処理される次のサンプルを指定するデジタルフィルタにおいて、前記フィルタの前記テールにＭ個のタップを加える方法であって、前記フィルタ長さfir_lenをＭだけインクリメントする過程を含むことを特徴とする方法が提供される。図面の簡単な説明本発明の実施例を以下の図面を参照しつつ説明する。第１図は、信号劣化原因と音声帯域全二重通信チャネルのモデルを示す高レベルのブロック図である。第２図は、本発明の好適実施例により構築されたモデムを示すブロック図である。第３図は、第２図に示すモデムのベースバンド受信器部分を示すブロック図である。第４図は、フィルタのフィルタ長を適応させる好適な方法を示す高レベルの流れ図である。第５図は、品質基準がＳＮ比であるフィルタのフィルタ長を適応させる好適な方法を示す高レベルの流れ図である。第６図は、エコーキャンセルの用途に用いられているフィルタのフィルタ長を適応させる好適な方法を示す高レベルの流れ図である。第７図は、エコーキャンセルの用途に用いられているフィルタのフィルタ長を適応させる他の好適な方法を示す高レベルの流れ図である。第８Ａ図は、本発明により用いられるフィルタ係数データ構造の編成を示すブロック図である。第８Ｂ図は、フィルタ係数データ構造内の係数を指定する現在データポインタを示すブロック図である。発明の詳細な説明第１図に示すのは信号劣化原因と音声帯域全二重通信チャネルのモデルを示す高レベルのブロック図である。このモデルは、モデムＡ２２及びモデムＢ４６、ローカルループＡ（Ｌ_A）２４及びローカループＢ（Ｌ_B）４４、中央局（ＣＯ）２６内のハイブリッドＡ（Ｈ_A）及び別の中央局４２内のハイブリッドＢ（Ｈ_B）、チャネルＡ（Ｃ_A）３０及びチャネルＢ（Ｃ_B）３８、モデムＡ（ＴＨＬ_B）４０及びモデムＢ（ＴＨＬ_A）３２から転送された信号のハイブリッド通過損失、及びそれぞれ加算器３４、３６を介して信号経路に加えられる２つの白色ガウス熱ノイズ源Ｎ_A、Ｎ_Bを有する。トランスハイブリッド３２、４０は、それぞれ加算器２８及び３９を介して信号経路に加えられているのが示されている。モデムＡへの信号経路を以下に説明する。このモデムは、ローカルループ２４を介して末端局（ＥＯ）又はＣＯに、２本のワイヤラインによって接続されている。このローカルループはリニアフィルタＬ_Aによってモデル化される。ＥＯはハイブリッドＨ_A２６を用いて２ワイヤから４ワイヤへの変換を行う。転送された信号Ｔｘ_Aはリニアチャネル歪源Ｃ_A３０を通過し、白色ガウス熱ノイズＮ_Bが加えられた後、モデムＢの受信信号Ｒｘ_Bとなる。遠端エコーは、遠端ＥＯ４２におけるトランスハイブリッド損失ＴＨＬ_B４０を原因とする戻り信号によって導入される。この戻り信号は、モデムＢから転送された信号に加わり、チャネル歪源Ｃ_B３８を通過し、白色ガウス熱ノイズＮ_Aが加えられて、モデムＡの受信信号Ｒｘ_Aとなる。この信号は更に、ＣＯ２６内でＨ_Aを用いて４ワイヤから２ワイヤへに変換され、ローカルループＬ_A２４を通過する。本発明の好適実施例により構築されたモデム５０を示すブロック図が第２図に示されている。このモデムは送信器５２、受信器５８、エコーキャンセラユニット６０、加算器７０、Ｄ／Ａコンバータ５４，Ａ／Ｄコンバータ７２、及びデジタルアクセス装置（ＤＡＡ）つまりハイブリッド５６を有する。エコーキャンセラユニットは、近端エコーフィルタ６６、遅延部ライン６２、遠端エコーフィルタ６４、及び加算器６８を有する。送信器５２は、ポートにおける送信器データからデータを受信し、送信（Ｔｘ）サンプルを、エコーキャンセラー及びＤ／Ａコンバータに出力する。ＤＡＡまたはハイブリッド５６は、電話線と送信器及び受信器のインピーダンスのマッチングを取る機能を果たす。このハイブリッドは末端局（ＥＯ）からの２ワイヤペア上の平衡アナログ電圧を、２つの２ワイヤの非平衡ペア（一方は送信器用、一方は受信器用）に変換する。このエコーキャンセラは、近端エコーをキャンセルするために適応的近端フィルタを、遠端エコーをキャンセルするために適応的遠端フィルタを適用することによって受信された信号からエコーを除去する役目を果たす。遠端フィルタへの入力における信号は、遅延ラインによって遅延され、ネットワークによって導入されるラウンドトリップリレーへのマッチングが取られる。遠端フィルタ及び近端フィルタの出力信号は、加算器６８により加算され、エコーキャンセラ出力となる。エコーキャンセラの出力は、加算器７０を用いて受信された信号から差し引かれる。受信器はデジタル受信（Ｒｘ）データ出力信号を出力する役目を果たす。全二重モデムの受信器部分５８を示すブロック図が第３図に示されている。この受信器は復調器８０、ロータスフィルタ（ＬＰＦ）８２、タイミングユニット８４、イコライザ８８、イコライザ適応部９１、乗算器８６及び９５、位相回復ループ９０、スライサ９２、加算器９４、複素共役関数部９３、及びビタビデコーダ９６を有する。受信器５８への入力信号は復調されて、ベースバンド信号が生成される。この復調プロセスは、受信された入力信号にｅ^-j2 ^πfctを乗じて、複素数のベースバンド信号を生成し、この信号は二重ライン（一本は出力の実数部用、他方は複素数部用）によって表される。次に復調信号はＬＰＦに入り、適切なシンボルタイミングを達成するためにＬＰＦの位相を制御するタイミングユニット８４を用いたマッチドフィルタリングを行う。次にチャネル歪みを補償するためにイコライザアダプタ９１によって適応されるイコライザ８８を用いて信号が等化される。イコライザの出力はシンボルレートでサンプリングされ、経時的なキャリア周波数のドリフトを補償するために乗算器８６を用いて回転（位相修正）される。イコライザ出力では、位相修正の共役複素数ｅ^-j ^θが乗じられる。乗算器８６の出力は、集合体（constellation）における最も良くマッチする点を決定する（即ちシンボル値のハードな決定（hard decision）を発生する）スライサ９２に入力される。乗算器８６の出力は、トレリスコードのソフトな決定（soft decision）である最尤法デコーディングを行うビタビ（Viterbi）デコーダ９６にも入力される。乗算器及びスライサの双方の出力は、この２つの入力の間の複素誤り信号を計算する位相回復部９０に入力される。この複素誤り信号は、複素共役関数部９６に入力され、これは乗算器８６が用いる信号を発生する。乗算器及びスライサの双方の出力は加算器９４にも入力される。スライサの出力はその入力から差し引かれて誤り信号が生成され、この誤り信号は乗算器９５によって逆回転（逆方向の位相修正）され、イコライザタップを適応させるために用いられる誤り信号が形成される（即ちイコライザ適応部９１の出力がイコライザ８８の入力に整合するようにする）。イコライザ適応部９１への信号入力は、イコライザ８８の入力に整合するように逆回転（逆方向の位相修正）されなければならない。品質基準に基づいてフィルタのフィルタ長を適応させる好適な方法を示す高レベルの流れ図が第４図に示されている。この方法はフィルタが適応的であるなしに関わらず用いることができる。フィルタで適応的である場合は、プロセスはフィルタの適応が収束するのを待機する。フィルタが安定化すると、品質基準Ｑが測定される。この品質基準Ｑは幾つかの測定されたパラメータの関数であり得、複数の出力を生成し得、何れの場合にも複数の閾値が考えられる。フィルタが適応的でない場合は、品質基準Ｑの測定が即座に行われ得る。品質基準Ｑの測定には幾つかの段階が含まれ、ノイズを含むパラメータの平均化を行う必要があり、これには追加の時間がかかり得るということに注意されたい。品質基準Ｑは複数の所定の閾値に対してチェックされる。この基準が閾値より高い場合には、Ｍ個のタップがフィルタから除去され、このプロセスは品質基準が閾値より低くなるまで反復される。品質基準が閾値より低くなると、Ｍ個のタップは所望に応じてフィルタに戻され、システムの処理能力の質が閾値以上にある状態を確保する。第４図を参照すると、フィルタが適応的である場合(ステップ１５０)、プロセスはフィルタが収束するのを待機する（ステップ１５２）。次に品質基準が測定される（ステップ１５４）。測定された品質基準が品質閾値より高い場合には（ステップ１５８）、Ｍ個のタップがフィルタから除去され（ステップ１５６）、プロセスはステップ１５０に戻る。測定された品質基準が閾値より低い場合には、Ｍ個のタップはフィルタに戻され（ステップ１６０）、プロセスは終了する。品質基準がＳＮ比である、フィルタのフィルタ長を適応させる好適な方法を示す高レベルの流れ図が、第５図に示されている。第５図に示す方法は、第４図に示すものの特別な場合であり、フィルタが適応的で品質基準がシステムのＳＮ比（ＳＮＲ）である場合である。初めにフィルタが安定化される（ステップ１００）。次にＳＮ比（ＳＮＲ）が計算され（ステップ１０２）、フィルタの係数が格納される（ステップ１０４）。ＳＮＲが閾値Λ_SNRより高い場合には（ステップ１０６）、フィルタタップの数がＭだけ増やされ（ステップ１１０）、プロセスはステップ１００に戻る。一度ＳＮＲが閾値より低くなると、フィルタ係数は以前に格納された係数から再格納される（ステップ１０８）。従って、前のループ反復時に用いられた係数の組を再トレースすることになる。本発明のフィルタ長適応法の動作及び使用をより良く説明するために、全二重音声帯域モデムのフレーム枠内、特に遠端エコーキャンセラフィルタの実施例によって本発明の方法を説明する。しかし、本明細書において提示された実施例は本発明の範囲を限定するものではないということに注意されたい。当業者はシステムの原理及びここに開示する本発明の方法を、それらをこの技術分野において良く知られた、フィルタが用いられている多くの他の型の通信システムに適用することができる。遠端（話し手）エコーとは、ネットワークを一度に走った（モデムＡからモデムＢ及びモデムＢからモデムＡへ）転送信号を指す。従って、遠端エコーチャネルのモデル（第１図参照）は、以下のように与えられる。ＦＥ_imPairments＝Ｌ_A・Ｃ_A・ＴＨＬ_B・Ｃ_B・Ｌ_A また、受信信号の信号劣化モデルは以下のように与えられる。ＲＸ_impairments＝Ｌ_B・Ｃ_B・Ｌ_A 遠端エコー信号劣化モデルは、受信信号チャネル信号劣化モデルより明らかに厳しいものである。従って、遠端歪みをキャンセルするのに必要な遠端エコーキャンセラーフィルタは、イコライザフィルタのような、モデムの受信器における他のフィルタより長いことが予想される。更に、チャネル及びローカルループの特性は、通信ネットワーク毎に異なったものであり得、通信シナリオが異なると、必要な遠端エコーキャンセラフィルタの長さの範囲は大幅に異なってくる。最悪の信号劣化シナリオを取り扱うように設計された固定長フィルタは、信号劣化が最悪シナリオほど悪くない場合には、ＣＰＵの処理能力を不必要に消費することになる。従って、本発明は、ネットワークに導入された特定の信号劣化に従って遠端フィルタの長さを適応させる方法を開示する。前に説明したように、本発明では、必要なフィルタ長を推定するためにＳＮＲ基準を用いる。特にＩＴＵＶ．３４標準のような多くの全二重通信規準の場合のトレリスコーディング方式を用いることによってコード化利得が導入されるため、スライサ９２の出力（第３図）におけるシンボル誤り率（ＳＥＲ）の或る量が許容範囲にあり得る、という仮定を置く。このＳＥＲ基準は、スライサの出力においてＳＮＲに基づく基準に直接変換することができる。多くの一般的な場合には、システム内の任意の適切な点を品質基準の測定のために用いることができる。必要なＳＮＲ閾値Λ_SNRは、ＳＮＲとＢＲとの間の関係または結びつきを示すよく知られた原理によって決定される最大可能ビット誤り率（ＢＥＲ）Ｂ_maxに従って決定される。受信器のスライサ９２（第３図）の出力におけるＳＮＲは、信号集合体点（si gnal constellation points）の平均電力（これは前もって受信されたシンボルのランダムな分布を仮定し、全ての集合体点の電力を平均化することにより計算され得る）を、スライサ出力における誤り信号の電力の測定値で割ることによって計算される。この誤り信号は、スライサ９２のシンボル値入力からスライサの出力におけるハード決定シンボルを差し引くことによって得られる。エコーキャンセルに適用されるフィルタのフィルタ長を適応させる好適な方法を示す高レベルの流れ図が第６図に示されている。この方法では、受信器のスライサの出力においてＳＮＲが所定の閾値に達するまで、フィルタ長を徐々に短くしていく。このフィルタは初めに最大可能フィルタ長Ｌ_maxを用いてトレーニングされる（ステップ１２０）。Ｌ_maxは、最悪信号劣化シナリオによって生ずる最悪の場合の係数スプレッドに基づいて決定される。平均最小二乗法（ＬＭＳ）、再帰的最小二乗法（ＲＬＳ）、又は他の任意の適切な適応アルゴリズムを用いてトレーニングが収束し、最初の出力におけるＳＮＲが安定化した後、ＳＮＲの値が、加算器９４の出力の大きさを平均化することにより測定される（ステップ１２２）。次にこの測定されたＳＮＲと閾値ＳＮＲ Λ_SNRとが比較される（ステップ１２４）。ＳＮＲがΛ_SNRより大きい場合には、Ｍ個のタップがフィルタから除去される（ステップ１３０）。スライサの出力におけるＳＮＲが再度安定化（ステップ１２８）した後、プロシージャが反復される。スライサの出力におけるＳＮＲがΛ_SNRより低くなるまで、ループの反復の各回においてフィルタからＭ個のタップが除去される。最終的に、スライサの出力におけるＳＮＲが一度Λ_SFRより低くなると、ＳＮＲを閾値より高いレベルに上げるためにＭ個のタップがフィルタに戻されて加えられる。各ループの反復の際にＭ個のタップが除去されるが、タップの除去はヘッド及びテールから交替的になされる。同様に、ステップ１２６において加えられるＭ個のタップは、それらが除去された時と同様に交替的に戻されて加えられる。タップの数Ｍを決定する方法についてここで説明する。Ｍの決定は古典的なトレードオフを与える。Ｍが大きな値になることはプロセスの迅速な適応に寄与するが、最終フィルタ長に関する解決が準最適なものとなり、最終的に不安定なプロセスになり得る。一方、Ｍの値が小さいと、プロセスの収束時間が長くなるが、ＳＮＲが必要な閾値Λ_SNRに近づく最適な解決に近い状態が確保される。このジレンマの解決法は、最終反復の際にＭの値が１になるようにＭの値をプロセス全体を通して変えていくことである。エコーキャンセルプロセスにおけるフィルタタップの独立性のために、タップは、適応プロセスに干渉することなく除去したり加えたりすることができるということに注意しなければならない。これが意味するのは、タップがエコーキャンセルフィルタから除去されても、残ったタップの収束点が変わらないということである。従って、適応アルゴリズムは、フィルタ長適応アルゴリズムと並行して実行することができる。しかし、推定（エコー）チャネル特性が非安定的である場合（つまり経時的に変化する場合）、フィルタを再度適応させる前に連結されたタップをゼロにする必要がある。上述の方法の利点は、非常に正確に尤も短い可能なフィルタを確立することができる点である。しかし、この方法には２つの欠点がある。第１は、収束時間が長いことであり、第２は、不安定ノイズ変動及び適応アルゴリズムによって導入される変動を原因とする変動がスライサの出力における推定ＳＮＲに生ずるために、初期ＳＮＲ値が閾値に非常に近い値である状況又はそれより低くなるような状況を取り扱うことが困難であるという点である。従って、特にスライサの出力におけるＳＮＲが閾値に近い時、ＳＮＲの信頼できる推定値を得ることが必要である。このことは適切な長さの時間にわたってＳＮＲの測定値の平均値を取ることにより達成され得る。従って、極めて早く結果が得られるようなフィルタを適応させるための別の方法が本発明によって提供される。この方法は、フィルタの最適長さを推定するためにエネルギー基準を用いる。ＳＮＲ_oldは、遠端エコーキャンセラＬＭＳアルゴリズムが、Ｌ_max個のフィルタタップを用いて収束した後求められるスライサの出力におけるＳＮＲの初期測定値を表す。スライサの出力におけるＳＮＲは、受信器の入力におけるＳＮＲの良い推定値であるという仮定に基づき、ＳＮＲ_ol _d を以下の式で表した。ここで、Ｅ_Sは入力信号電力であり、Ｎ_Cはチャネルノイズ電力であり、Ｇ_Pはプロセシング利得である。Ｇ_Pは、特定の受信器構造に対する定数であり、通常フィルタリング処理に基づいている。プロセシング利得Ｇ_Pをアプリオリに計算する方法は、従来よりよく知られている。Ｎ_Cは、Ｌ_maxの長さの遠端フィルタにおいて無視され得ると仮定された遠端エコーを除いた、全てのチャネル信号劣化要素を含んでいる。Ｎ_eは、遠端フィルタの短縮化により導入される受信器の入力における残留遠端エコーを表す。残留エコー対チャネルノイズ比（ＲＥＮＲ）は以下の式で表される。遠端フィルタの短縮化の後の受信器の入力におけるＳＮＲはＳＮＲ_newで表され、ＳＮＲ閾値Λ_SNRに等しい。ＳＮＲ_newは次の式で表され得る。ＲＥＮＲの解は、以下のように求められる。更に、遠端フィルタの出力における信号の電力をＥ_eによって表すものとし、受信器の入力における信号の電力をＳで表すものとした。遠端フィルタが短縮化される前のＳは以下の式で表される。Ｅ_e及びＳの双方は、遠端フィルタが短縮化される前に測定され得る。この測定値はエコー対信号比（ＥＳＲ）と称し、以下の式で表される。更に、エコー対チャネルノイズ比（ＥＮＲ）を以下の式で定義する。従って、ＥＳＲは以下の式で表される。方程式を解くことによりＥＮＲは以下の式で求められる。遠端フィルタから捨てられたエネルギーの百分率は、短縮化された遠端フィルタからの残留エコーの電力と遠端フィルタの出力における信号の電力との間の比に等しい。このエネルギー百分率は以下の式で表される。エコーキャンセルのために適用されるフィルタのフィルタ長を適応させる方法を示す高レベルの流れ図が第７図に示されている。第１ステップは、Ｌ_max個のタップで適応アルゴリズムを用いて遠端エコーキャンセラフィルタを適応させ、フィルタが収束するのを待機する過程である（ステップ１４０）。次に、スライサの出力におけるＳＮＲ_oldの測定を行う（ステップ１４２）。次にＥＳＲを、遠端エコー信号Ｅ_c、遠端フィルタの出力における信号の電力、及び受信器の入力における信号Ｓの電力を測定することにより計算する（ステップ１４４）。次に遠端フィルタから捨てられたエネルギーの百分率を、上述のＮ_e／Ｅ_eの方程式を用いて計算する（ステップ１４６）。次に、フィルタの全エネルギーに対する残ったタップのエネルギーの比率の百分率が上述のステップ１４６で計算された百分率に等しくなるまで、フィルタのヘッドまたはテールから交替的に１つづつタップを除去することによりフィルタのタップ除去を行う。第６図及び第７図の方法は、スライサの出力における初期ＳＮＲ測定値が許容される閾値Λ_SNRより大きいという仮定に基づいている。しかし、そうでない場合には、Λ_SNRの値をアルゴリズムが適用できるように変えなければならない。 Λ_SNRの値は、モデムの性能を損なわないような許容される小さなΛ_SNRの倍率だけ、初期のＳＮＲ測定値より低くあるべきである。本発明の別の実施例では、第６図及び第７図の方法を結合して、フィルタの長さを高速且つ正確に適応させることができる。つまり、ＳＮＲをΛ_SNR作動点の近くまで速やかに収束させる第７図の方法を初めに適用し、その後第６図の方法を適用してより正確な推定値を得ることができる。本発明で用いられるフィルタ係数データ構造の編成を示すブロック図が第８Ａ図に示されている。フィルタに入力されるサンプルデータの編成を示すブロック図は、第８Ｂ図に示されている。以前に説明したように、本発明の方法により、フィルタの出力における信号の整合性（coherency）を損なうことなくフィルタ長さを適応させることが可能となる。フィルタの係数は、配列型で格納され、fi r_coefs配列と称される。fir_coefs配列の長さは初期最大フィルタ長Ｌ_maxである。フィルタ長fir_lenは可変長で、第８Ａ図において符号１７４で表されている。フィルタ長fir_lenはフィルタの実長さを保持し、Ｌ_maxに初期化される。この維持のためには２つのポインタが必要である。１つは、fir_coefs_ptrポインタ１６４であり、現在のフィルタの係数ベクトルの第１係数１６８を指定する。第２は、data_ptr１６６ポインタであり、フィルタの現在サンプル入力を指定する。フィルタへの入力として適用される現在のサンプルの組は第８Ｂ図において符号１７６で表され、第１サンプル１７８及び最終サンプル１８０を含んでいる。data_ptrポィンタは、フィルタが適用される毎に次のサンプルを指定するようにインクリメントされる。フィルタが適用される毎にfir_len点の畳み込みが、data_ptr及びfir_coefs_ptrによって指定される２つのベクトルの間で行われる。以下の表は、本発明の方法によるフィルタ長の操作の概略を示したものである。上の表を参照すると、Ｍ個の係数がフィルタのヘッドから落ちた場合、可変長 fir_lenは、Ｍだけディクリメントされ、fir_coefs_ptrポインタはＭだけインクリメントされて、Ｍ個削除された係数を飛び越す。信号の整合性を維持するために、data_ptrポインタもＭ個インクリメントされなければならない。Ｍ個の係数がフィルタのヘッドに加えられた場合、fir_len係数はＭ個インクリメントされ、fir_coefs_ptrポインタはＭ個ディクリメントされて、新たなＭ個の係数が収容される。信号の整合性を維持するために、data_ptrはＭ個ディクリメントされなければならない。ＬＭＳアルゴリズムは非定常（エコー）チャネルフィルタを追跡する場合、Ｍ個の連結された係数は、更にＬＭＳ適応処理を行う前にゼロに設定される。Ｍ個の係数がフィルタのテールから落ちた場合、必要なことはfir_len変数をＭだけディクリメントすることだけである。Ｍ個の係数がフィルタのテールに加えられた場合、fir_len変数はＭだけインクリメントされる。ＬＭＳアルゴリズムは、非定常（エコー）チャネルフィルタを追跡する場合には、Ｍ個の連結された係数は、更にＬＭＳ適応処理を行う前に０に設定される。本発明の幾つかの実施例について説明してきたが、本発明の多くの実施例の変更、改変及び本発明の他の形態の応用が可能であることは理解されよう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者コーヘン、ロンイスラエル国ラマットハシャロン47208ラダクストリート４

Claims

【特許請求の範囲】１．複数のタップを有し、少なくとも１つの測定可能な品質基準Ｑを有するシステムにおいて用いられるデジタルフィルタの長さを動的に調節する方法であって、前記システムにおける前記少なくとも１つの測定可能な品質基準を測定する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準と所定の閾値とを比較する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準が前記所定の閾値より高い場合、前記デジタルフィルタからＭ個のタップを除去し、測定と比較の前記過程を反復する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準が前記所定の閾値より低い場合、前記デジタルフィルタにＭ個のタップを加える過程とを含むことを特徴とする方法。２．前記少なくとも１つの品質基準が、前記システム内の或る点における測定可能なＳＮ比であることを特徴とする請求項１に記載の方法。３．適応プロシージャ及び複数のタップを有し、少なくとも１つの測定可能な品質基準Ｑを有するシステムにおいて用いられる適応的デジタルフィルタ（ＡＤＦ）の長さを動的に調節する方法であって、前記ＡＤＦの前記適応プロシージャが収束するのを待機する過程と、前記システムにおける前記少なくとも１つの測定可能な品質基準を測定する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準と所定の閾値とを比較する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準が前記所定の閾値より高い場合、前記ＡＤＦからＭ個のタップを除去し、測定及び比較の前記過程を反復する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準が前記所定の閾値より低い場合、前記ＡＤＦにＭ個のタップを加える過程とを含むことを特徴とする方法。４．関連するフィルタ係数の組を有する複数のタップを有し、測定可能なＳＮ比（ＳＮＲ）を有するシステムにおいて用いられる適応的デジタルフィルタ（ＡＤＦ）の長さを動的に調節する方法であって、前記ＡＤＦが収束するのを待機する過程と、前記ＳＮＲを測定する過程と、前記フィルタ係数を格納する過程と、測定された前記ＳＮＲと所定の閾値とを比較する過程と、測定された前記ＳＮＲが前記所定の閾値より高い場合、前記ＡＤＦからＭ個のタップを除去し、測定及び比較の前記過程を反復する過程と、測定された前記ＳＮＲが前記所定の閾値より低い場合、以前に格納された前記フィルタ係数を再格納する過程とを含むことを特徴とする方法。５．Ｍが１に等しいことを特徴とする請求項４に記載の方法。６．初めにＬ_maxの数のタップを有し、少なくとも１つの測定可能な品質基準Ｑを有するシステムにおいて用いられる最小二乗（ＬＭＳ）エコーキャンセラーの長さを動的に調節する方法であって、前記Ｌ_maxの数のタップを用いている前記エコーキャンセラーが収束するのを待機する過程と、前記システムにおける前記少なくとも１つの測定可能な品質基準を測定する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準と所定の閾値とを比較する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準が前記所定の閾値より高い場合、前記ＡＤＦからＭ個のタップを除去し、待機、測定、及び比較の前記過程を反復する過程と、測定された前記少なくとも１つの品質基準が前記所定の閾値より低い場合、前記ＡＤＦにＭ個のタップを加える過程とを含むことを特徴とする方法。７．前記少なくとも１つの品質基準が、前記システム内のスライサの出力におけるＳＮ比（ＳＮＲ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。８．関連するフィルタ係数の組を有するＬ_maxの数のタップを有し、測定可能なＳＮ比（ＳＮＲ）及びエコー対信号比（ＥＳＲ）を有するシステムにおいて用いられる適応的エコーキャンセラーの長さを動的に調節する方法であって、前記Ｌ_maxの数のタップを用いている前記エコーキャンセラーが収束するのを待機する過程と、前記システム内の適切な点において旧ＳＮＲ（ＳＮＲ_old）を測定する過程と、前記システム内の第２の適切な点においてＥＳＲを測定する過程と、前記エコーキャンセラーから除去され得るエネルギーの百分率を計算する過程と、前記計算されたエネルギーの百分率に基づいて前記エコーキャンセラーからＭ個のタップを除去する過程とを含むことを特徴とする方法。９．タップ及び関連する係数の数を表す長さfir_len、fir_coefs_ptrによって表される第１係数に対するポインタを有し、ヘッド（頭部）及びテール（尾部）を有し、データサンプルの組を処理し、データポインタdata_ptrが処理される次のサンプルを指定するデジタルフィルタにおいて、前記フィルタの前記ヘッドからＭ個のタップを除去する方法であって、フィルタ長fir_lenをＭ減らす過程と、前記第１係数へのポインタfir_coefs_ptrをＭだけインクリメントする過程と、前記データポインタdata_ptrをＭだけインクリメントする過程とを含むことを特徴とする方法。１０．タップ及び関連する係数の数を表す長さfir_len、fir_coefs_ptrによって表される第１係数に対するポインタを有し、ヘッド（頭部）及びテール（尾部）を有し、データサンプルの組を処理し、データポインタdata_ptrが処理される次のサンプルを指定するデジタルフィルタにおいて、前記フィルタの前記テールからＭ個のタップを除去する方法であって、前記フィルタの長さfir_lenをＭだけディクリメントする過程を含むことを特徴とする方法。１１．タップ及び関連する係数の数を表す長さfir_len、fir_coefs_ptrによって表される第１係数に対するポインタを有し、ヘッド（頭部）及びテール（尾部）を有し、データサンプルの組を処理し、データポインタdata_ptrが処理される次のサンプルを指定するデジタルフィルタにおいて、前記フィルタの前記ヘッドにＭ個のタップを加える方法であって、前記フィルタ長さfir_lenをＭだけインクリメントする過程と、前記第１係数に対するポインタfir_coefs_ptrをＭだけディクリメントする過程と、前記データポインタdata_ptrをＭだけディクリメントする過程とを含むことを特徴とする方法。１２．タップ及び関連する係数の数を表す長さfir_len、fir_coefs_ptr によって表される第１係数に対するポインタを有し、ヘッド（頭部）及びテール（尾部）を有し、データサンプルの組を処理し、データポインタdata_ptrが処理される次のサンプルを指定するデジタルフィルタにおいて、前記フィルタの前記テールにＭ個のタップを加える方法であって、前記フィルタ長さfir_lenをＭだけインクリメントする過程を含むことを特徴とする方法。