JP2001521705A - 接続の両側のエコーを制御する方法と装置 - Google Patents

接続の両側のエコーを制御する方法と装置

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JP2001521705A JP54556598A JP54556598A JP2001521705A JP 2001521705 A JP2001521705 A JP 2001521705A JP 54556598 A JP54556598 A JP 54556598A JP 54556598 A JP54556598 A JP 54556598A JP 2001521705 A JP2001521705 A JP 2001521705A
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Abstract

(57)【要約】 単一の2端エコーキャンセラ(102)を提供する。これは、エコー路のインパルス応答をモデル化して接続のPSTN側で発生するエコーを消去する適応FIRフィルタ(112)と、入力信号レベルにより制御されて接続の移動電話側で発生するエコーを消去する非線形プロセッサ(114)を用いる。移動電話側のエコーを消去するのに線形処理機能を用いないので、接続の両側のエコーを推定して消去するアルゴリズムは、付随する全ての利点を含めて単一DSP内で実行される。

Description

【発明の詳細な説明】 接続の両側のエコーを制御する方法と装置 発明の背景 発明の技術分野 本発明は一般に電気通信分野に関するもので、特に電話システムのエコー消去 に関する。 関連技術の説明 「エコー」とは、伝送された音声信号エネルギーの一部が送信者に反射されて 戻るときに電話システム内で起こる現象である。この反射は、電話網のアナログ 部でのインピーダンス不整合により起こる。エコーの発生源は多々ある。例えば 、公衆加入電話網(PSTN)加入者インターフェースにおいて4線から2線に 変換するハイブリッド回路や、移動無線電話の音響的漏話などである。かなりの 遅れ(例えば、物理的距離や処理の遅れ)を伴うエコーがあると、処理される音 声信号の品質を大幅に劣化させる原因になる。 エコーキャンセラは、電話システムにおいて長距離トラヒックでのエコーを抑 制または除去するために通常用いられる。例えば、セルラ公衆陸上移動体網(P LMN)では、移動体サービス交換局(MSC)において音声トラヒックでのエ コーを抑制または除去するために用いられる。またエコーキャンセラは、移動無 線電話や「ハンズフリー」電話装置において音響的エコーを補償するために用い 「コヒーレンスに基づくダブルトーク検出器(A Double Talk Detector Based on Coherence)」、Signal Processing Group,Dept.of Elec.Eng.and Comp.Sc ience,Lund University,Sweden、に述べられている。 原理的には、ハンドセットまでの接続には4線を用いるので、ディジタル移動 無線電話ハンドセットはエコーを生成しないはずである。しかし実際には、多く の移動電話はハンドセット内の音響的または機械的漏話から発生するエコーを生 成する。この種のエコーは、特にシステムのオペレータがダウンリンク信号レベ ルを上げた場合には、ユーザにとってうるさいものである。移動体ハンドセット のスピーカからの出力レベルが低いという顧客の苦情が多いので、ダウンリンク 信号レベルを上げることは良く行われている。 公衆陸上移動体網(PLMN)において長距離トラヒックとMSCを提供する 既存の電話システムは、接続のPSTN側で生成されるエコーを制御するために エコーキャンセラを用いる。例えば図1は、長距離トラヒックとMSCにおいて 用いられる先行技術のエコーキャンセラ10の略ブロック図である。このエコー キャンセラの主構成要素は適応有限インパルス応答(FIR)フィルタ12であ る。適応アルゴリズム(例えば、ソフトウエアで実行される)の制御の下で、フ ィルタ12はエコー路のインパルス応答をモデル化する。入力信号を線形処理し た後に残る残留エコーを除去するために非線形プロセッサ(NLP)14を用い る。エコー信号対「近端」信号比が、フィルタ12を更に適応させてもエコー路 の推定がそれ以上改善されないような値のときは、ダブルトーク検出器(DTD )16を用いて適応過程を制御して停止する。18で示すブロックは電話システ ム内のエコー源を表す。これは、「遠端」信号x(t)と「近端」信号v(t) の関数として「望ましい」信号y(t)を生成する。快適雑音発生器(CNG: Comfort Noise Generator)20は、「近端」における背景雑音と実質的に同じ 雑音信号を生成するのに用いる。この雑音信号は、NLP14が活動的なときに 接続に挿入される。「Vシリーズ」モデムを用いて高ビットレートのデータトラ ヒックを運ぶ接続では、エコーキャンセラを切り離すのが普通である。なぜなら 、これらのモデムは自分のエコーキャンセラを持っているからである。このため 、網のエコーキャンセラは一般にエコーサプレッサ付加機能(TD:Tone Disab ler)22を含む。これは、モデムの応答トーン(例えば、2100Hzトーン )を検出し、或る所定の特性を持つ応答トーンを受信した場合はエコーキャンセ ラ機能の一部または全部を不能にする。 PSTNで発生するエコー信号とディジタル移動電話で発生するエコー信号で は、特性に多くの相違がある。例えば、PSTNからのエコー路は準線形なので 線形フィルタで容易にモデル化することができる。この種のエコーは、適応濾波 技術を用いた多くの既存の解決法を用いてうまく消去することができる。これら の網のエコーキャンセラから「見た」エコー路の長さは最大64msである。こ れは、エコー路をモデル化するには最大512タップ(tap)の適応フィルタを 用いることを意味する。この長さのフィルタの適応アルゴリズムを実行するのに 必要な計算資源は、エコーキャンセラを構成するディジタル信号プロセッサ(D SP)の容量の大きな部分を消費する。更に、PSTNからの反響リターンロス (ERL)は網内で用いる平衡回路に依存する。通常、dBで測定したERLは 、ガウス分布(分離ループ平衡方式では平均値が13.6dB、標準偏差が2. 8dB)から選択されたランダム変数と考えることができる。 他方で、ディジタル移動電話のエコー路は伝送路内に2つの音声コーダ/デコ ーダ(コーデック)対と無線インターフェースを用いるので、非線形であり時変 的である。更に、ディジタル移動電話におけるエコーのレベルはPSTNのエコ ーレベルよりはるかに低い。例えば、ディジタルセルラ移動通信用グローバルシ ステム(GSM)の仕様は、300-3400Hz帯域でのレベル0dBの純音 についてERLの測定値が46dB(移動電話で)であることを要求している。 純音以外の信号を用いて測定した場合はERLは低くなるが、それでも抑制レベ ルは約40dBであろう。言い換えると、エコー路が非線形の場合は量子化雑音 が大きな源のようである。実際上、ディジタル移動電話からのERLは、先行技 術のPSTNエコーキャンセラの線形フィルタ部分から得られるERLと同程度 である。上述の理由から、線形フィルタでディジタル移動電話からのエコーを数 dB以上消去することはできない。 このように、既存のエコーキャンセラは交換接続の片側だけで発生するエコー を消去するよう設計されている。したがって、交換接続の両側で発生するエコー を消去するには、接続当たり2個のエコーキャンセラを用いる。 或る例示の構成では、ディジタル交換システム内に複数のエコーキャンセラを 組み込む。例えばエリクソンAXE10ディジタル交換システム内には、エリク ソン・ラジオ・システムズAB製の複数のエコーキャンセラが組み込まれている 。これらのエコーキャンセラはAXE10幹線および信号サブシステム(Trunk a nd Signalling Subsystem)(TSS)の一部を形成し、プール構成(「ECP」す なわちプール内のエコーキャンセラ(echo cancellers in a pool)と呼ぶ)内の グループスイッチに直接接続する。網内でこれらのエコーキャンセラを動作させ る従来の方法は、各幹線に1つの装置を接続することであった。言い換えると、 エコー消去が必要な場合はAXE10はプールから1個のエコーキャンセラを選 択して、選択されたエコーキャンセラを通る接続を設定する。このようにして、 AXE10ECP構成はトラヒックを集中することにより、以前用いられた直接 接続幹線構成に比べて必要なエコーキャンセラの総数を減らすことができる。 交換接続の両側からのエコーを別個のエコーキャンセラで制御することには問 題がある。図2は、2個のエコーキャンセラ52と54(例えば図1に示す2個 のエコーキャンセラ10)を用いてMSC56内の接続の両側で発生するエコー を制御する例示のシステム(50)である。図2に示すように、別個の装置を用 いる場合は、接続の両側からのエコーを制御するには明らかに通常の2倍のエコ ーキャンセラが必要である。更に、用いるエコーキャンセラをプール構成(例え ば、エリクソン・ラジオ・システムズAB製のECP101またはECP303 )で接続する場合は、用いるエコーキャンセラの数は必要なグループスイッチ多 重入力/出力位置の数に比例して増加する。更に、2100Hzトーン検出器な どの他の機能も、用いる両方のエコーキャンセラに備えなければならない。 発明の概要 したがって本発明の目的は、交換接続の両側で発生するエコーを消去すること である。 また発明の目的は、交換接続の両側で発生するエコーを単一のエコー消去装置 で消去することである。 本発明の更に別の目的は、エコーキャンセラに必要なグループスイッチ多重位 置の数を減らすことである。 本発明の更に別の目的は、エコーキャンセラの物理的空間および電力の要求を 減らすことである。 本発明の更に別の目的は、PSTNおよびディジタル移動電話で発生するエコ ーを消去することである。 本発明では、上記およびその他の目的は、エコー路のインパルス応答をモデル 化して接続のPSTN側で発生するエコーを消去する適応FIRフィルタと、入 力信号レベルにより制御されて接続の移動電話側で発生するエコーを消去する非 線形プロセッサにより達せられる。移動電話側のエコーの消去に線形処理機能を 用いないので、接続の両側のエコーを推定して消去するのに用いるアルゴリズム は単一のDSP内で行うことができる。 図面の簡単な説明 添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照すれば、本発明の方法と装置はより 完全に理解される。 図1は、長距離トラヒックシステムとMSCに用いられる先行技術のエコーキ ャンセラの略ブロック図である。 図2は、MSCにおける接続の両側で発生するエコーを制御するのに用いられ る2個のエコーキャンセラの例示のシステムの図である。 図3は、本発明の好ましい実施の形態における、交換接続の両側で発生するエ コーを制御するのに単一の2端エコーキャンセラを用いる例示のシステムのブロ ック図である。 図4は、図3に示す例示の2端エコーキャンセラの詳細を示すブロック図であ る。 図面の詳細な説明 本発明の好ましい実施の形態とその利点は図1−4を参照すれば良く理解でき る。各図において類似のおよび対応する部分には類似の番号を用いる。 図3は、本発明の好ましい実施の形態における、交換接続の両側で発生するエ コーを制御するのに単一の2端エコーキャンセラ(102)を用いる例示のシス テム(100)のブロック図である。図はPLMN環境におけるエコーキャンセ ラ102を示すが、これは単なる例示であって本発明はこれに限定されるもので はない。例えば、エコーキャンセラ102は長距離トラヒックシステムにおける スイッチに接続してもよい。これにより、グループスイッチ入力/出力位置の数 を大幅に減らすことができる(例えば、MSC104内で)し、接続の各側の機 能(例えば、トーン検出や快適雑音生成)の数を1個のエコーキャンセラ(10 2)内で共用することができる。更に、2端エコーキャンセラ(102)がMS C(104)内で占める物理的空間は、先行技術の2個のエコーキャンセラが占 める空間より少ない。後者については、2端エコーキャンセラを幹線(trunk li ne)に直接接続する場合(これも本発明の範囲内である)にも当てはまる。 図4は、図3に示す例示の2端エコーキャンセラ102の詳細を示すブロック 図である。本質的に、エコーキャンセラ102の第1の部分はPSTN側で発生 するエコーを消去し、エコーキャンセラ102の第2の部分は移動電話側で発生 するエコーを消去する。好ましくは一方の側に用いられる移動電話はディジタル 移動電話であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、アナログ電話やハ イブリッドのアナログ/ディジタル電話を含んで良い。エコーキャンセラ102 はFIRフィルタ112を含む。適応アルゴリズム(例えばソフトウエアで実行 される)の制御の下で、フィルタ112はPSTN側のエコー経路のインパルス 応答をモデル化する。PSTN側では、入力信号を線形処理した後に残る残留エ コーを全て除去するためにNLP114を用いる。エコー信号対「近端」信号比 が、フィルタ112を更に適応させてもエコー路の推定がそれ以上改善されない ような値のときは、DTD116を用いて適応過程を制御して停止する。ブロッ ク118は電話システム内のエコー源を表す。これは、「遠端]信号x(t)と 「近端」信号v(t)の関数として「望ましい」信号y(t)を生成する。CN G120は、「近端」における背景雑音と実質的に同じ雑音信号を生成するのに 用いる。この雑音信号は、NLP114が活動的なときに接続内に挿入される。 第1のTD122と第2のTD124はモデムの応答トーン(例えば、2100 Hz)を検出し、或る所定の特性を持つトーンを受信した場合はエコーキャンセ ラ機能の一部または全部を不能にする。 また交換接続の移動体側で発生するエコーを消去するエコーキャンセラ102 の第2の部分は、第2のNLP126と遅れおよびレベル推定器128を含む。 一般に動作を示すと、エコーキャンセラ102のこの部分は、まず、使用中の現 在の移動電話(図示せず)がエコー信号を発生しているかどうか判定する。市販 されている移動電話の中にはエコー問題が少ないかまたは全くないものもあれば 、明らかに聞こえるエコー信号を発生するものもあるので、第2のNLP126 は可聴エコー信号だけをクリップし、「良い」移動電話からの信号はクリップし ない。次にエコーキャンセラ(102)は接続の移動電話側のエコー路遅れを推 定 する。測定の結果分かったことは、移動電話のエコー路の分散部分は比較的短い ので(一般のPSTNエコーとは異なる)、推定に関係するパラメータはエコー 路遅れ(以後、「遅れ推定」と呼ぶ)である。次に、エコーキャンセラ(102 )は移動体に向かって送信する信号の電力(b点)とエコーの電力(a点)の関 係を推定する。以後、これを「レベル推定」と呼ぶ。 すでに述べたように、接続の移動電話側からのエコーを消去するエコーキャン セラ102の部分は、エコー路遅れとエコーの電力レベルを推定する(遅れおよ びレベル推定)推定器(128)と第2のNLP(126)を含む。NLP12 6は、可聴エコーを生成するだけの十分な信号電力を移動電話に向けて送信した 場合に活動的になる(すなわち、移動体側から来る信号を快適雑音に置き換える )。NLP126は、(bで)信号電力のしきい値を検出した後の所定の時間だ け活動的になる。遅れおよびレベル推定器128は所定の活動化時間と、電力の しきい値を構成する信号電力のレベルを判定する。これらの推定は、例えば(a )点と(b)点で非線形に変換された信号の相関関数を計算し、次に最大値を探 索することにより得られる。好ましくは、使用中の移動電話が、聞こえる大きさ の(例えば、所定のしきい値レベルを超える)可聴エコーを生成する場合にNL P126を活動化する。更に他の利点として、移動電話とPSTN電話を用いる 話者が同時に通話をすると、DTD116は第2のNLP126(および/また は第1のNLP114)の動作を不能にする。 本発明の方法と装置の好ましい実施の形態を添付の図面に示して上記の詳細な 説明で説明したが、理解されるように、本発明はここに開示した実施の形態に限 定されるものではなく、以下の請求の範囲に示され規定されている本発明の精神 から逸れることなく、種々の再配列、修正、代替を行うことができる。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成11年6月10日(1999.6.10) 【補正内容】 請求の範囲 1. 接続の両側からのエコーを消去するのに用いるエコーキャンセラであって 、 FIRフィルタを用いたエコーキャンセラを含み、接続の第1の側から受けた 網エコーを消去するのに用いる第1の部分と、 前記第1の部分と結合し、非線形プロセッサと前記非線形プロセッサに接続す る遅れおよびレベル推定器を含み、接続のディジタル移動体側から受けた第2の エコーを消去するのに用いる第2の部分と、 を含むエコーキャンセラ。 2. 前記接続は移動体サービス交換局内の交換接続を含む、請求項1に記載の エコーキャンセラ。 3. 前記接続は長距離トラヒックシステム内の交換接続を含む、請求項1に記 載のエコーキャンセラ。 4. 前記非線形プロセッサに接続する快適雑音発生器を更に含む、請求項1に 記載のエコーキャンセラ。 5. 接続の前記第1の側はPSTNを含む、請求項1に記載のエコーキャンセ ラ。 6. 接続の前記ディジタル移動体側はディジタル移動電話を含む、請求項1に 記載のエコーキャンセラ。 7. 前記接続は幹線への直接接続を含む、請求項1に記載のエコーキャンセラ 。 8. 前記遅れおよびレベル推定器は接続の前記ディジタル移動体側のエコー路 遅れを推定し、また接続の前記ディジタル移動体側に向かって送信される信号の 信号電力と前記第2のエコーの信号電力との関係を推定する、請求項1に記載の エコーキャンセラ。 9. 前記非線形プロセッサは、接続の前記ディジタル移動体側に向かって送信 される信号の信号電力のしきい値を検出した後の選択された時間活動化される、 請求項1に記載のエコーキャンセラ。 10.前記FIRフィルタを用いるエコーキャンセラと前記非線形プロセッサと を制御するディジタル信号を更に含む、請求項1に記載のエコーキャンセラ。 11.移動体電気通信システム内の交換接続の両側からのエコーを消去するのに 用いるエコーキャンセラであって、 前記交換接続の網側から交換接続で受けたエコーを消去するのに用いる適応F IRフィルタと、 前記適応フィルタと結合し、前記交換接続の移動体側から前記交換接続で受け たエコーを消去するのに用いる非線形プロセッサと、 前記適応FIRフィルタを用いたエコーキャンセラと前記非線形プロセッサと を制御するディジタル信号プロセッサと、 を含むエコーキャンセラ。 12.ディジタル移動電話で発生するエコーを消去するのに用いる装置であって 、 非線形プロセッサと、 前記非線形プロセッサと結合し、推定された背景雑音レベルに応じて快適雑音 信号を生成する快適雑音発生器と、 前記非線形プロセッサと結合し、前記ディジタル移動電話に向かって送信され た信号の電力レベルと前記ディジタル移動電話で発生するエコーの電力との関係 を少なくとも推定する、エコー遅れおよび電力レベル推定器と、 を含むエコー消去装置。 13.ディジタル信号プロセッサを更に含む、請求項12に記載のエコー消去装 置。 14.PSTNで発生するエコーを消去するのに用いるエコーキャンセラを更に 含む、請求項12に記載のエコー消去装置。 15.交換接続の両側からのエコーを消去するのに用いる方法であって、 交換接続の第1の側から第1の信号を送信し、 交換接続の前記第1の側で発生する、前記第1の信号の反射を含む第1のエコ ー信号のインパルス応答を推定し、 前記第1のエコー信号を消去し、 交換接続の第2の側から第2の信号を送信し、 交換接続の前記第2の側で発生する、前記第2の信号の反射を含む第2のエコ ー信号を検出し、 前記第2のエコー信号の遅れを推定し、 前記交換接続の前記第2の側に向かう第1の電力信号と前記第2のエコー信号 との関係を推定し、 前記遅れと前記関係に応じて前記第2のエコー信号を消去する、 ステップを含むエコー消去方法。 16.前記第1のエコー信号はPSTNで発生するエコー信号を含む、請求項1 5に記載のエコー消去方法。 17.前記第2のエコー信号はディジタル移動電話で発生するエコー信号を含む 、請求項15に記載のエコー消去方法。 18.第2のエコー信号を消去する前記ステップは快適雑音信号を注入するステ ップを含む、請求項15に記載のエコー消去方法。 19.前記交換接続は移動体サービス交換局内の交換接続を含む、請求項15に 記載のエコー消去方法。 20.前記交換接続は長距離トラヒックシステム内の交換接続を含む、請求項1 5に記載のエコー消去方法。 21.前記第2のエコー信号を消去するステップは前記第2の信号の信号電力の しきい値の検出に応じる、請求項15に記載のエコー消去方法。 22.前記関係に応じて前記第2のエコー信号を消去するステップを行う時間を 計算するステップを更に含む、請求項15に記載のエコー消去方法。
───────────────────────────────────────────────────── 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,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,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,E S,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID ,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL, TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,VN,Y U,ZW (72)発明者 トランプ,トーヌ スウェーデン国,ストックホルム,バベル バックスグランド 95

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 接続の両側からのエコーを消去するのに用いるエコーキャンセラであって 、 接続の第1の側からの網エコーを消去するのに用いる第1の部分と、 前記第1の部分と結合し、接続のディジタル移動体側からの第2のエコーを消 去するのに用いる第2の部分と、 を含むエコーキャンセラ。 2. 前記第1の部分はFIRフィルタを用いたエコーキャンセラを含み、前記 第2の部分は非線形プロセッサを含む、請求項1に記載のエコーキャンセラ。 3. 前記非線形プロセッサに接続する遅れおよびレベル推定器を更に含む、請 求項1に記載のエコーキャンセラ。 4. 前記接続は移動体サービス交換局内の交換接続を含む、請求項1に記載の エコーキャンセラ。 5. 前記接続は長距離トラヒックシステム内の交換接続を含む、請求項1に記 載のエコーキャンセラ。 6. 前記非線形プロセッサに接続する快適雑音発生器を更に含む、請求項1に 記載のエコーキャンセラ。 7. 接続の前記第1の側はPSTNを含む、請求項1に記載のエコーキャンセ ラ。 8. 接続の前記ディジタル移動体側はディジタル移動電話を含む、請求項1に 記載のエコーキャンセラ。 9. 前記接続は幹線への直接接続を含む、請求項1に記載のエコーキャンセラ 。 10.接続の両側からのエコーを消去するのに用いるエコーキャンセラであって 、 接続の第1の側からのエコーを消去するのに用いる適応FIRフィルタと、 前記適応フィルタと結合し、接続の第2の側からのエコーを消去するのに用い る非線形プロセッサと、 を含むエコーキャンセラ。 11.ディジタル移動電話で発生するエコーを消去するのに用いる装置であって 、 非線形プロセッサと、 前記非線形プロセッサと結合し、推定された背景雑音レベルに応じて快適雑音 信号を生成する快適雑音発生器と、 前記非線形プロセッサに結合するエコー遅れおよび電力レベル推定器と、 を含むエコー消去装置。 12.ディジタル信号プロセッサを更に含む、請求項11に記載のエコー消去装 置。 13.PSTNで発生するエコーを消去するのに用いるエコーキャンセラを更に 含む、請求項11に記載のエコー消去装置。 14.交換接続の両側からのエコーを消去するのに用いる方法であって、 交換接続の第1の側で発生する第1のエコー信号のインパルス応答を推定し、 前記第1のエコー信号を消去し、 前記交換接続の第2の側で発生する第2のエコー信号を検出し、 前記第2のエコー信号の遅れを推定し、 前記交換接続の前記第2の側に向かう第1の電力信号と前記第2のエコー信号 との関係を推定し、 前記遅れと前記関係に応じて前記第2のエコー信号を消去する、 ステップを含むエコー消去方法。 15.前記第1のエコー信号はPSTNで発生するエコー信号を含む、請求項1 4に記載のエコー消去方法。 16.前記第2のエコー信号はディジタル移動電話で発生するエコー信号を含む 、請求項14に記載のエコー消去方法。 17.第2のエコー信号を消去する前記ステップは快適雑音信号を注入するステ ップを含む、請求項14に記載のエコー消去方法。 18.前記交換接続は移動体サービス交換局内の交換接続を含む、請求項14に 記載のエコー消去方法。 19.前記交換接続は長距離トラヒックシステム内の交換接続を含む、請求項1 4に記載のエコー消去方法。
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