JP2001527315A - 非線形のエコーキャンセラ - Google Patents
非線形のエコーキャンセラInfo
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Abstract
Description
するエコーキャンセラ装置に関する。
スのデータ伝送において、端末装置の受信機の入力側で送信信号の入力によって
同じ端末装置の線路に発生するエコーを抑圧するために使用される。こうしたエ
コーの抑圧は、同じ周波数帯域で2つの方向へ伝送が行われる場合に必要となる
。エコーキャンセラを有する伝送システムは、例えば米国特許第5132963
号明細書、米国特許第4464545号明細書、米国特許出願第31253号明
細書から公知である。
上昇するにつれて高まっている。なぜならこの場合、端末装置によって受信され
た信号のレベルが信号を低下させ、主として端末装置自体によって発生されたエ
コーのレベルがほとんど変化せずに残留するからである。きわめて長い線路では
エコー信号のレベルが受信信号の整数倍分だけ(30dB〜40dB)上昇し、
これにより補償の精度に高い要求が置かれる。補償後、伝送された信号の段階(
Stufigkeit)と全システムのノイズ抑圧への要求とに応じて、受信信号と残留エ
コー信号とのSN比を30dB以上としなければならない。
のブロック回路図が示されている。ここでの伝送装置はそれぞれ送信機2、受信
機4、ハイブリッドまたは端子セットと称されるラインイネーブル装置6を有し
ている。ここでラインイネーブル装置6は送信機2からのデータを伝送線路8へ
入力結合し、伝送線路を介して到来するデータを受信機4へ転送する機能を有し
ている。通常の場合、エコー成分はラインイネーブル装置6で行われるアナログ
の線路シミュレーションにより補償される。Trick et al., ntz-Archiv Bd. 10,
1988, P59-68 にはこの種のラインイネーブル装置の複数のバリエーションが記
載されている。可能な接続線路が多重化されており、かつ使用される構成ユニッ
トにトレランスがあるため、発生するエコー信号の一部しか補償することができ
ない。
ーキャンセラ)を用いて補償する。このことは図7に示されている。この図には
線路符号化器16を有するデータ伝送装置の構造が概略的に示されており、この
符号化器は到来するデータを伝送線路8上で使用される信号フォーマットへ変換
し、送信チャネル12へ送出し、この送信チャネルを介して送信機2およびエコ
ーキャンセラ10へ供給される。送信機2は時間的平滑化と伝送すべきメッセー
ジ信号のスペクトル制限とを行うパルス形成回路18を有しており、さらにこれ
に接続された増幅器(ラインドライバ)20を有している。この増幅器は非線形
歪みの主たる源となっており、その大きさは実現にかかるコストと必要な損失電
力とに依存する。
確に受信チャネル14の残留エコー信号に一致するように調整される。受信チャ
ネルにはエコーキャンセラの出力側が接続されている。この場合線形のエコー成
分を考慮しなければならない。このエコー成分は送信チャネル上を流れるデータ
シーケンスを送信機のパルス応答h(t)で畳み込むことにより発生し、さらに
送信機の出力信号の非線形成分が発生する。この非線形成分はデータシーケンス
のシンボルシーケンスにより定められ、かつ2つの異なる送信信号シンボル間の
送信機の伝送特性がこれらのシンボルの組み合わせに応じて異なることに起因し
て生じる。このため受信機入力側で障害パルスが発生する。このパルスは複数の
シンボル期間Tが経過するうちに減衰するが、線形のエコーキャンセラでは抑圧
されない。
生個所(送信機または受信機)にしたがって区別されていない。そのため、エコ
ーパルス応答がM個のシンボル期間中(ここでM>N)に減衰する場合、すなわ
ち持続時間M*Tを有する場合、この時間範囲内に送信されたM個のシンボの全
てをエコー補償の際に考慮しなくてはならなくなる。このためメモリ法(Speich
er methode)およびヴォルテラ級数法(Volterra-Reihen-Methode)が用いられ ている。
して記憶される。これによれば確かに送信機および受信機の非線形性は排除され
るが、このために必要なメモリスペースの数はパルス応答の長さと共に指数的に
増大し、L段の送信信号ではS=LMとなる。
法では全ての組み合わせの寄与分が送信シンボルから長さMの組み合わせにいた
るまでエコー信号に対して考慮される。ここでも一般にはS=LMの種々の組み 合わせに対するメモリスペースが必要となる。確かにこの級数によって規模に応
じて非線形性を早期に阻止することができ、これにより考慮すべき係数の数を低
減することはできるが、エコーパルス応答の長さが増大し、複数段階の伝送が行
われる際にはコストが著しく大きくなる。
エコーキャンセラが公知となっており、ここではそれぞれの係数メモリにメッセ
ージ信号のシンボルが割り当てられ、このシンボルは係数メモリによってアドレ
シングされる。さらに伝送装置が設けられており、この伝送装置によってメモリ
から読み出される係数は受信信号に重畳される。
のエコーキャンセラとから成るエコーキャンセラが公知となっている。線形のエ
コーキャンセラはディジタルトランスバーサルフィルタを有している。
ることである。この構造は特に送信機内で発生する非線形性を補償するのに適し
ている。
くとも1組のN個の連続するメッセージ信号のシンボルが割り当てられており、
送信チャネルに接続された選択回路を有しており、この選択回路は連続的にメッ
セージ信号を受信し、実際に受信された値に基づいてメッセージ信号のN−1個
の先行シンボルのうちこれらのシンボルによって形成された組に割り当てられた
グループを選択するように構成されている、L段のメッセージ信号に対する非線
形のエコーキャンセラ装置において、重畳回路はグループの係数が順次シンボル
クロックにより受信チャネルへ到来するメッセージ信号に重畳されるように構成
されていることを特徴とするエコーキャンセラ装置により解決される。有利には
部分フィルタとしてディジタルトランスバーサルフィルタが使用される。
分フィルタを形成している。
の先行シンボルとに基づいて、これらのシンボルによって形成された組に割り当
てられた部分フィルタを励起するように構成されており、重畳回路は到来するメ
ッセージ信号と部分フィルタの応答信号とが重畳されるように構成されている。
この手段により、シンボル期間ごとに到来するメッセージ信号と、その時点で励
起されている部分フィルタ第1の係数、および場合により先行のシンボル期間で
励起された部分フィルタの第2の係数、すなわち一般にはn−1個のシンボル期
間だけ以前のシンボル期間のn番目の係数とが重畳される。このようにして送信
機内で連続して発生する非線形性の正確なシミュレーションが得られる。
スの列を形成しており、選択回路はシンボル期間中に所定の組に割り当てられた
グループの第1のシンボル期間を選択し、後続のシンボル期間中にはそれぞれ後
続のグループの係数が選択され、重畳回路により到来するメッセージ信号と選択
される係数の合計とが重畳されるように構成することができる。これにより送信
機内で連続して発生する非線形性の正確なシミュレーションが得られる。
分の持続時間に相応して選択される。この場合、係数の数は最長のエコー信号成
分の持続時間に相応に全てのグループに対して等しくてもよいし、また個々にそ
れぞれのエコー信号成分の長さに適合させてもよい。
み合わせて使用される。エコー信号では線形成分が大部分を占めているので、線
形のキャンセラにより粗い補償を行うことができ、これにより個々のグループに
よって発生された応答の振幅を低減して、その係数の数を小さく維持することが
できる。
。送信機は送信チャネルへ送信すべきデータを受信して伝送線路へ送出する。送
信機内のメッセージ信号の送信パルス持続時間はNTに制限されており、ここで
Tはメッセージ信号のシンボル期間である。この送信パルス持続時間の制限は、
送信機から送出される信号が各時点で最大N個のシンボルにより定められており
、ここでN個のシンボルは送信機の出力における非線形性を定める。
説明する。図1には本発明の非線形のエコーキャンセラのブロック回路図が示さ
れている。図2には本発明の非線形のエコーキャンセラの第2の実施例が示され
ている。図3には図2の非線形のエコーキャンセラ内の係数設定用回路装置が示
されている。図4のA〜Cには線形のエコーキャンセラおよび非線形のエコーキ
ャンセラと場合により固定の再帰形フィルタとを有するキャンセラ装置が示され
ている。図5には線形のエコーキャンセラが示されている。図6には従来の伝送
システムが示されている。図7にはエコーキャンセラを有する伝送装置が示され
ている。図8には理想的な送信パルスが示されている。図9にはラインドライバ
の出力側でのアイパターンが示されている。図10には送信機の出力側での非線
形の障害パルスが示されている。図11には受信機の入力側での非線形の障害パ
ルスが示されている。
ージ信号に関している。ただし別の段階の信号での一般化も当業者にとっては問
題なく可能となる。
れた理想的な送信パルスが示されている。この送信パルスの持続時間は最大でも
2Tに制限されており、ここでTは伝送装置のシンボル持続時間である。図9に
は時間的に制限されたパルスを有する4段のメッセージ信号のアイパターンが示
されている。このアイパターンでは、各時点でラインドライバ20に印加される
信号レベルが最大で2つのシンボルに依存することが見て取れる。相応してライ
ンドライバの出力信号は個々のパルスが2*Tに制限される場合、線形成分と非
線形成分とから成る。線形成分は送信すべき4段のデータシーケンスを送信機の
パルス応答h(t)で畳み込むことにより得られる。非線形成分は時間シフトさ
れた歪みパルスから成っており、このパルスは送信信号の2つのシンボル間の遷
移に相当する。4段の伝送システムでパルス持続時間が2*Tである場合、全体
で16個の可能な種々の歪みパルス応答が16個の可能なデータの遷移に相応に
存在する。
イバの非線形歪みとして、簡単には飽和特性を有する統計的な出力特性曲線が用
いられる。所定の制御限界を考慮すると、正弦状の制御において−45dBの第
3の高調波と−50dBの第5の高調波とがそれぞれグラウンド波に関連して生
じる。図10に示された非線形の歪みパルスはラインドライバの出力側で測定さ
れたものである。この図には全部で5つのパルスが示されており、これらは+3
から±1、+1から±3、+3から−3の遷移に相応している。別の5つの歪み
パルスは符号の反転により得られ、4つの歪みパルス(+3から+3、+1から
+1、−1から−1、−3から−3)は生じず、残りの2つ(+1から−1、−
1から+1)は無視できる。
ことにより得られる。受信機の入力側ではエコーパスの分散特性のために障害パ
ルスが発生し、この障害パルスは複数のシンボル期間を経た後にしか減衰しない
。図11にはこの障害パルスが示されている。線形のエコーキャンセラはこのよ
うな障害パルスを補償するようには構成されていない。
の入力レベルがN個の最後のシンボルによって定められており、非線形の障害パ
ルスは最終的に伝送された2つのシンボルによって求められるのみでなく、N個
の最後のシンボル全体に依存することがわかる。この場合には全体でLN個の異 なる障害パルスを考慮しなければならない。
ンセラの構造が形成されている。このエコーキャンセラは図7の伝送装置のエコ
ーキャンセラとして使用される。この非線形のエコーキャンセラは2つの入力側
104、106とL2個の出力側とを有するデマルチプレクサのかたちの選択回 路102を有している。出力側のうち110、112、114の3つのみが示さ
れている。出力側は2Tのパルス持続時間に制限されたメッセージ信号に対して
構成されている。第1の入力側104は直接に送信チャネルに接続されており、
第2の入力側106は遅延レジスタ120を介して接続されている。この遅延レ
ジスタは送信信号をそれぞれ1つのシンボル期間Tだけ遅延して送出する。選択
回路102の入力側には、それぞれその時点で送信チャネル上を伝送されるシン
ボルd(k)と1つのシンボル期間だけ先行して伝送されたシンボルd(k−1
)とが印加される。
110、112、114が割り当てられる。割り当てられたこの組み合わせが選
択回路110へ印加されると、励起信号、例えば論理1が出力側へ送出される。
このように例えばd(k)=3、d(k−1)=3のとき出力側110が論理1
を受け取り、そうでない場合には論理0を受け取る。
30、132、134が接続されている。これらの部分フィルタのそれぞれは周
知のようにチェーンのタイプの遅延レジスタ136と、この遅延レジスタチェー
ンの入力側および出力側および遅延レジスタの間に接続された乗算器138と、
この乗算器の出力信号を加算する加算器140とを有する。乗算器は記憶された
設定可能な係数を乗算し、出力側加算器150は出力信号を加算して補償信号を
形成する。
延レジスタの数に相応する数の期間中に特徴的なシーケンスの補償値が再生され
る。この補償値は相応のシンボルペアによって送信機内で生じる非線形の障害を
シミュレートしている。この障害は所定数の期間の後にもはや補償の必要のない
所定の限界値の下方まで減衰する。遅延レジスタチェーンの長さはこの期間の数
に相応して選択される。
シンボルペアは共通の部分フィルタに割り当てることができる。
よい。
個の入力側とN−1個の遅延レジスタ120とを有する選択回路102を有して
いる。このエコーキャンセラは一般にN*Tの持続時間に制限されたメッセージ
信号のためのものである。遅延レジスタはチェーンを形成しており、選択回路1
02の入力側にN個のシンボルを印加する。部分フィルタの数は考慮すべき非線
形の障害パルスの数W=LNに相応する。次に挙げる表には、送信パルス長さ2 T〜3Tで種々の段階に対する最大必要な部分フィルタの数が示されている。
1に示されたものよりも少なくてよい。
例えばL=4)しか有さない場合、上述のキャンセラの構造は非線形のエコー信
号を補償するのに都合のよい手段となる。
このエコーキャンセラはマトリクス状の行列のかたちに編成されたメモリフィー
ルド200、アドレス論理回路210のかたちの係数の読み出しおよび書き込み
のための選択回路、エコーキャンセラの最後のM個のステータスを記憶するステ
ータスメモリ、中間メモリ214、加算器216、およびメモリ218を有して
いる。メモリフィールドはそれぞれM個の係数を有するW個の列202,204
,206,・・・,208を備えている。
わせとして規定されている。実際に送信チャネル上を伝送されたシンボルがd(
k)である場合、ステータスメモリ212のセル1に記憶された最も新しいステ
ータスはシンボルd(k),d(k−1),...,d(k−N)を有しており
、セル2に記憶されたステータスはシンボルd(k−1),d(k−2),..
.,d(k−N−1)を有している。各シンボル期間ではそれぞれ記憶されてい
る最も古いステータスがその時点でのステータスによって置換される。各ステー
タスは相応のシンボル期間で励起された部分フィルタを表している。
M個のステータスが連続的にアドレス論理回路210によって読み出される。こ
こでj番目のステータス(j=1,...,M)はこのステータスに割り当てら
れたメモリフィールド200の列のj番目のセルにアドレシングするために用い
られる。この列は内部に記憶された係数とともに、ステータスに割り当てられた
部分フィルタを形成する。
てすでにメモリ218に含まれている値に加算される。係数がM個の全てのステ
ータスに対して読み出されて加算された後、メモリ218は当該のシンボル期間
に対して必要な補償値を有する。
じ素子を有している。これらの素子には同じ参照番号を付してあるので、ここで
再度の説明は行わない。調整論理回路300は補償信号と受信チャネル上の実際
のエコーとの間の差を表すエラー信号を受信する。この差信号は加算器216か
らアドレス論理回路210によって読み出されて中間メモリ214にロードされ
た係数に加算または減算され、係数のメモリセル内へ戻し書き込みされる。
に加えて線形のエコーキャンセラ402をも有しており、この線形のエコーキャ
ンセラは図4のAに示されているように非線形のエコーキャンセラ400と同時
にデータを送信チャネル12から受信し、線形のエコー成分を抑圧する。線形の
エコー成分の補償は非線形のエコーキャンセラのみを用いてももちろん可能であ
るが、線形のエコー成分の振幅および持続時間は一般に非線形のエコー成分のそ
れよりも大きいので、非線形のエコーキャンセラ内で処理すべき係数の幅(ビッ
ト数)およびその数を考慮すると、線形のキャンセラ402を設けるほうが有利
である。線形のキャンセラの構造は図5に示されている。このキャンセラは図1
の部分フィルタ130、132、134と同一であり、したがってここで再び詳
細な説明は行わない。線形の障害の振幅および持続時間が大きいため、線形のキ
ャンセラのビット幅および長さ(係数の数)は部分フィルタのビット幅および長
さよりも大きい。
ができる。伝達関数 H(z)=1/[1−(1−2-n)*z-1] を有するオーダー404は、図4のB、Cに示されているように、エコーキャン
セラの必要長さ、すなわち係数の数をさらに低減する。このフィルタ404は線
形のキャンセラ401に単独で直列接続することもできるし(図4のB)、また
加算器406に後置して接続することもできる(図4のC)。これにより線形の
キャンセラおよび非線形のキャンセラの補償信号が制御される。後者の配置構成
は特にダブルワイヤの導線の伝送システムに適した手段であり、線形のキャンセ
ラおよび非線形のキャンセラの係数の数を低減するように構成されている。この
種の適用分野では伝達関数 H(z)=1/[1−0.875*Z-1] を有するフィルタが良好に適していると判明した。
再帰形フィルタとを有するキャンセラ装置を示す図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 非線形のエコーキャンセラを有しており、 該非線形のエコーキャンセラは複数のグループ(130、132、134;2
04、206、208)の係数メモリを有しており、ここで各グループに少なく
とも1組のN個の連続するメッセージ信号のシンボルが割り当てられており、 前記非線形のエコーキャンセラは送信チャネル(12)に接続された選択回路
(102;210)を有しており、該選択回路は送出されているメッセージ信号
を受信し、実際に受信されたシンボルに基づいてメッセージ信号のN−1個の先
行シンボルのうち該シンボルによって形成された組に割り当てられたグループを
選択するように構成されており、 重畳回路(140;150;216;406)はグループの係数が順次シンボ
ルクロックにより受信チャネルへ到来するメッセージ信号に重畳されるように構
成されている、 ことを特徴とするL段のメッセージ信号に対するエコーキャンセラ装置。 - 【請求項2】 各グループの係数はディジタルトランスバーサルフィルタの
かたちの部分フィルタ(130、132、134)を形成している、請求項1記
載のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項3】 前記選択回路は実際に受信されたシンボルとメッセージ信号
のN−1個の先行シンボルとに基づいて、後者のシンボルによって形成された組
に割り当てられた部分フィルタ(130、132、134)を励起するように構
成されており、前記重畳回路(140、150)は到来するメッセージ信号と部
分フィルタ(130、132、134)の応答信号とを重畳するように構成され
ている、請求項2記載のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項4】 各グループの係数は行列のかたちに編成されたメモリマトリ
クス(200)の列(202、204、206、208)を形成しており、前記
選択回路(210)はシンボル期間中に所定の組に割り当てられたグループの第
1の係数を選択し、後続のシンボル期間中にはそれぞれ後続のグループの係数を
選択するように構成されており、前記重畳回路により到来するメッセージ信号と
選択される係数の合計とが重畳される、請求項1記載のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項5】 前記選択回路(210)はマトリクスの行数に相応する数の
メモリセル(212)を有しており、該メモリセルは組を記憶し、かつ各シンボ
ル期間中にメモリセルに記憶された組のうち最も古い組を最新の組と置換するよ
うに構成されている、請求項4記載のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項6】 Nは2または3である、請求項1から5までのいずれか1項
記載のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項7】 Lは2、3、4、または8である、請求項1から6までのい
ずれか1項記載のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項8】 割り当てられた組から生じたエコー信号成分の持続時間に相
応してグループの係数の数が選択される、請求項1から7までのいずれか1項記
載のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項9】 所定の最小値を上方超過するエコー信号成分を発生させる組
のみにグループが割り当てられている、請求項1から8までのいずれか1項記載
のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項10】 係数は設定可能である、請求項1から9までのいずれか1
項記載のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項11】 線形のエコーキャンセラ(402)を有しており、該線形
のエコーキャンセラはディジタルトランスバーサルフィルタであり、受信チャネ
ルに到来するメッセージ信号と線形のエコーキャンセラの出力信号とを重畳する
第2の装置(406)が設けられている、請求項1から10までのいずれか1項
記載のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項12】 前記2つの重畳のための装置は加算素子によって形成され
ている、請求項11記載のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項13】 固定の再帰形フィルタ(404)が線形のエコーキャンセ
ラ(402)に直列接続されている、請求項11または12記載のエコーキャン
セラ装置。 - 【請求項14】 非線形のエコーキャンセラ(400)の出力信号と線形の
エコーキャンセラ(402)の出力信号とを加算する加算回路(406)を有し
ており、前記再帰形フィルタ(404)の入力側は該加算回路(406)の出力
側に接続されている、請求項13記載のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項15】 再帰形フィルタ(404)の伝達関数はf=1/(1−(
1−2n)z-1)の形を有する、請求項13記載のエコーキャンセラ装置。 - 【請求項16】 データ伝送システムで使用するために、送信チャネル(1
2)で送信すべきデータを受信して伝送線路(8)へ送出する送信機(2)を有
しており、メッセージ信号の送信パルス持続時間は送信機内でNTに制限されて
おり、ここでTはメッセージ信号のシンボル期間である、請求項1から15まで
のいずれか1項記載のエコーキャンセラ装置。
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