JP3043767B2 - エコーキャンセル方式及びエコーキャンセラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、２線ケ−ブルを用いて双方向にデ−タ伝送
を行うトランシ−バ等に採用されるエコ−キャンセル方
式及びエコ−キャンセラに関するものである。

（従来の技術） 近年、ネットワークにおけるディジタル化の伸展に伴
い、既存のメタリック加入者線や構内網を用いてデータ
伝送を行う２線双方向データ伝送用トランシーバの必要
正が増大してきた。

このような状況下、電気通信の国際標準の審議するCC
ITTでは、ISDN（Integrated Service Digital Networ
k）と呼ばれる国際的なディジタル網の構築を目指して
その標準化作業が進められており、中でも、64kbpsを２
チャンネル、16kbpsを１チャンネル有し、144kbpsのデ
ータ伝送を行うベーシックアクセスと呼ばれる伝送手段
が最も基本的なものとして勧告化あるいは勧告を目指し
た作業が進められている。

尚、このベーシックアクセスは、従来のアナログ網に
あっては、第２図に示すように、公衆網から家庭内の電
話器に至る加入者線（電話線）１に相当するものであ
る。

一方、ISDNにおいてのディジタル伝送も、やはりこの
加入者を用いて行う訳であるが、現状においてメタリッ
ク２線ケ−ブルによる加入者線は既にその数が膨大なも
のとなっており、ディジタル加入者線用として新たに改
選を敷設するのは非常に大変な作業となる。

このことから、最近では、既存のアナログ回線を用い
てディジタル信号伝送を行う２線敷双方向データ伝送技
術の研究、開発が盛んに行われている。

次にこの２線式双方向データ伝送の原理を説明する。
この方式では、２千のメタリックワイヤにそれぞれ上り
と下りの信号を乗せることにより双方向のデータ伝送を
行う。すなわち、ここで上りと下りの信号は、ハイブリ
ッド回路と呼ばれる方向性結合器により送受信をそれぞ
れ分離している。

しかしながら、このようなメタリック２千ケ−ブルを
用いたデ−タ伝送方式では、ハイブリッド回路と回線と
の間のインピーダンス不整合により送信信号が受信側に
漏れてエコーが発生し、このエコーが本来受信すべき信
号と重なってデータ伝送のエラーを招く原因の一つとな
っていた。

このような事情に鑑みて、これまで次のような２通り
の方式が確立されている。

その一つは、第３図に示すTCM方式（Time Compressio
n Multiplex）である。これは通称ピンポン方式と呼ば
れるもので、伝送路２上において上りと下りの信号をそ
れぞれ時分割で交互に送り合うようにしたものである。

もう一つは、第４図に示すEC方式（Echo Canceller）
である。この方式は、ハイブリッド回路３における２線
/2線変換点で発生するエコーの量を推定し、これを打ち
消すような信号を疑似エコ−として発生して、エコ−の
重畳された受信信号から疑似エコー信号を差し引くとい
ったものである。

これらの中で、EC方式は、伝送路４のビットレ−トを
TCM方式の1/2〜1/4に下げることができるため、帯域も1
/2〜1/4に下げることができる。したがってサンプル間
隔がTCM方式の２倍以上になり、高度の信号処理の導入
が容易になるといった利点がある。さらに、４値信号等
を用いると帯域がTCM方式の1/4になり、漏話の点でも遊
離になるといった利点があるため、世界的に広く用いら
れている。

以下、このエコ−キャンセル方式を採用した双方向デ
ータ伝送用トランシ−バについて第５図を用いて説明す
る。

同図において、Ｘ（ｚ）（但し、ｚ＝EXP（２πｊ×f
/fs）fs;サンプリング周波数、f;周波数）なる特性を有
する送信信号は、ドライバ501およびハイブリッド回路5
02を介して、 なる特性を有する伝送路503に送出されるとともに、そ
の一部が受信側に漏れて、これがエコ−Ｙ（ｚ）とな
る。

一方、遠隔からの特性Ｓ（ｚ）なる信号は、特性 を有する伝送路503を介して、ハイブリッド回路402に入
力され、レシ−バ504を介して特性Ｒ（ｚ）なる受信信
号となる。

この受信信号Ｒ（ｚ）は、上述のエコ−Ｙ（ｚ）を含
んでいるため、 となる。正し、Ｈ（ｚ）はハイブリッド回路502におけ
るエコーパス特性である。

従来のトランシ−バでは、この受信信号Ｒ（ｚ）から
次のような処理を行うことにより、特性（ｚ）なる再
生信号を得る。

まず 回路505で受信信号Ｒ（ｚ）を入力し、伝送路503の高域
減衰特性である 特性による高域の減衰や回線のフラット減衰を補償す
る。

ここで、伝送路503の特性 を、 と考え、Ｆ（ｚ）を伝送路503の 特性、Ｂ（ｚ）を 以外の伝送路503の特性（例えばブリッジタップによる
特性）とすると、 回路505では、 なる特性のハイパスフィルタを実現し、これにより高域
補償を行う。したがって、 回路505の出力Ｒ′（ｚ）は、 と表すことができる。

なお、 回路505の特性F^-1（ｚ）は、ピ−ク値検出回路506にお
いて、エコ−打消し後の受信し号Ｒ′（ｚ）のピ−クレ
ベルを検出することにより決定される。

この 回路505で高域減衰特性の補償を終えた信号は、次に第
１の適応フィルタ507および第１の減算器508からなるエ
コーキャンセラ部に入力される。

このエコ−キャンセラ部では、まず適応フィルタ507
において、 回路505の周波数特性を含んだ全体のエコ−パス特性
（ｚ）を推定する。そしてこの推定特性（ｚ）を有す
る第１の適応フィルタ507に送信信号Ｘ（ｚ）を通すこ
とにより疑似エコ−を生成し、これを第１の減算器50
8に入力する。

第１の減算器508では、次式の如くエコ−Ｙ（ｚ）の
重畳された受信信号Ｒ′（ｚ）から疑似エコ−を差し
引き、その残差信号Ｅ（ｚ）を得る。

Ｅ（ｚ）＝Ｒ′（ｚ）−（ｚ）Ｘ（ｚ） …（５） ここで、推定特性（ｚ）が、下式のように 回路505の特性も含んだ全体のエコ−パス特性と近似す
る場合、 残差信号Ｅ（ｚ）は、 となる。これによりエコ−を含まない受信信号を得るこ
とができる。

判定帰還型等化器を構成する判定器509および第２の
適応フィルタ510は、上記残差信号Ｅ（ｚ）からブリッ
ジタップによる歪成分Ｂ（ｚ）を除去する。

すなわち、判定器509から出力される遠端信号Ｓ
（ｚ）の推定値である特性（ｚ）なる判定結果は、−
１＋（ｚ）なる特性を有する第２の適応フィルタ510
を介して第２の減算器511に入力される。そしてこの減
算器511において、次式の演算が行われる。

ここで、第２の適応フィルタ510の近似状態が良く判
定器509の判定結果が正しいと仮定して、 とすると、（８）式からＥ′（ｚ）は、 となり、これで正しく受信信号が再生されたことにな
る。

なお、各適応フィルタ507、510における推定動作は、
下式のように、それぞれ第３の減算器512の減算結果で
ある判定器509の出力（ｚ）と第２の減算器511の出力
Ｅ′（ｚ）との判定誤差信号Ｄ（ｚ）が最小になるよう
学習を行うことによりなされる。

Ｄ（ｚ）＝Ｅ′（ｚ）−（ｚ） …（11） 以上が従来の一般的なエコ−キャンセル方式を用いた
２線式双方向デ−タ伝送用トランシ−バの原理である。

ところで、このようなエコ−キャンセル方式では次の
ような課題が残されている。

すなわち、上述のエコ−キャンセル方式では、ハイブ
リッド回路502におけるエコ−パス特性Ｈ（ｚ）と 回路505の周波数特性F^-1（ｚ）とを結合した特性に対
し、推定特性（ｚ）が、 （ｚ）＝F^-1（ｚ）Ｈ（ｚ） …（12） なるときに完全にエコ−を打消すことができる。

ところで、ここで、 回路505の推定特性（ｚ）を考えると、 回路505の周波数特性F^-1（ｚ）は受信信号のピ−クレベ
ルにより決まるものであるため、エコ−キャンセラの学
習開始前に、（ｚ）とF^-1（ｚ）とが近似していない
状態が発生し得る。例えば、エコ−キャンセラの収束後
にはじめて受信信号が得られる場合や送信信号と受信信
号が同時に存在する場合がこの状態にあてはまる。した
がって、この場合、エコ−キャンセラの収束途中あるい
は収束後に 回路505の周波数特性F^-1（ｚ）が変化する恐れがある。

いま、エコ−キャンンセルが_A ^-1（ｚ）なる特性の 回路505において収束し、 （ｚ）＝_A ^-1（ｚ）Ｈ（ｚ） …（13） であったときに、 回路505の特性が_A ^-1 （ｚ）から_B ^-1（ｚ）に変化したとすると、この
変化時点で残差信号Ｅ（ｚ）は、 Ｅ（ｚ）＝（Ｈ（ｚ）_B ^-1（ｚ）−Ｈ（ｚ）_A ^-1 （ｚ））Ｘ（ｚ）＋Ｂ（ｚ）Ｓ（ｚ） ＝（_B ^-1（Ｚ）−_A ^-1（ｚ）） Ｈ（ｚ）Ｘ（ｚ）＋Ｂ（ｚ）Ｓ（ｚ） …（14） となり、 回路505の特性の変化により（_B ^-1（Ｚ）−
_A ^-1（ｚ）^-1）Ｈ（ｚ）Ｘ（ｚ）なる値分だけ、エコ−
の打消性能が劣化することになる。

したがって、このような場合、 回路505の特性が変化する毎に、一旦収束したエコ−キ
ャンセラにおいて再度の学習が発生し、収束速度が大幅
に低下するという問題が発生する。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来からのエコ−キャンセル方式では、
可変フィルタである 回路の周波数特性が変化する毎に、エコ−キャンセラの
主要部である適応フィルタにおいて再度の学習が生じる
ので、特に可変フィルタの特性変更直後におけるエコ−
打消し性能が劣化するという問題があった。

本発明はこのような課題を解決するためのもので、可
変フィルタの周波数特性の変化に応じて、速やかに適応
フィルタにおける推定特性を修正して、可変フィルタの
特性変更直後におけるエコ−打消し性能の低下を防止す
ることのできるエコ−キャンセル方式およびエコ−キャ
ンセラの提供を目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のエーコーキャンセル方式は上記の目的を達成
するために、反響路のエコーパス特性を推定して、その
推定特性と前記反響路への入力信号とから疑似エコーを
生成し、この疑似エコーで前記反響路に発生したエコー
を打消すエコーキャンセル方式において、前記反響路に
挿入された既知の可変周波数特性を有する可変フィルタ
の特性が変更されたとき、前記可変フィルタの変更前後
の特性により決まる予め記憶された補正値に基づき、前
記推定特性を修正することを特徴としている。

また、本発明のエコーキャンセルは上記の目的を達成
するために、反響路既知の可変周波数特性を有する可変
フィルタが挿入されてなるエコーキャンセラであって、
前記反響路のエコーパス特性を推定して、その推定特性
と前記反響路への入力信号とから疑似エコーを生成する
適応フィルタと、前記反響路に発生したエコーを前記適
応フィルタにより生成された疑似エコーで減算し打消す
減算手段と、前記可変フィルタの特性が変更されたと
き、前記可変フィルタの変更前後の特性により決まる予
め記憶された補正値に基づき、前記推定特性を修正する
推定特性修正手段とを具備することを特徴としている。

（作 用） 本発明では、可変フィルタの周波数特性が変更された
とき、適応フィルタにおける推定エコ−パス特性を、可
変フィルタの変更前後の周波数特性に基づいて修正す
る。

例えば、第６図に示すように、時刻ｋにおいて、エコ
−キャンセラが_A ^-1（ｚ）なる性の可変フィルタであ
る 回路601で収束し、この時点の適応フィルタ602の特性
_Ａ（ｚ）が、 _Ａ（ｚ）＝Ｈ（ｚ）_A ^-1（ｚ） …（15） になっていたとする。

この後、時刻ｋ＋１で、 回路601の特性が_B ^-1（ｚ）に変更されると、適応フィ
ルタ602の特性は次のように修正されて、開当たな特性
_Ｂ（ｚ）を得る。

したがって、（15）式、（16）式より、 _Ｂ（ｚ）＝_B-1（ｚ）Ｈ（ｚ） …（17） となる。

したがって、この発明によれば、可変フィルタの周波
数特性の変化に応じて、速やかに適応フィルタにおける
推定特性を修正して、可変フィルタの特性変更直後にお
ける性能の低下を防止することができる。

なお、上記（16）式の処理は、第７図に示すように、 回路の周波数特性の変化時点で、（16）式の特性を有す
るIIR型フィルタ701に_Ａ（ｚ）を通すことにより実現
される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明に係る一実施例のエコ−キャンセラを
採用した２線式双方向データ伝送用トランシーバの構成
を示すブロック図である。

同図において、送信信号ｘは、ドライバ101、ハイブ
リッド回路102を介して伝送路103に送出される。また、
受信信号ｓはハイブリッド回路102、レシ−バ104を介し
て 回路105に入力される。

回路105の周波数特性F^-1（ｚ）は、ピ−ク値検出回路10
6において、エコ−除去後の受信信号ｅからそのピ−ク
値の検出を行うことにより決定される。そしてこの 回路105は、受信信号ｒに、ピ−ク値検出回路106で決定
されたF^-1（ｚ）なる利得周波数特性を与えることによ
り、伝送路103の高域減衰特性を補償する。

この 回路105は、具体的には、第８図に示すIIR型フィルタで
実現できる。すなわち、ピ−ク値検出回路106により受
信信号ｅのピ−ク値ｊが検出されると、係数ROM801か
ら、これに対応したフィルタ係数Aij、Bij、Cij、Dijが
選択されることにより、IIR型フィルタにおける特性が
決まる。

この 回路105により高域減衰特性の補償が行われた信号は、
次に第１の適応フィルタ107および第１の減算決108から
なるエコ−キャンセラ部に入力される。

このエコ−キャンセラ部では、適応フィルタ107にお
いて、送信信号ｘと後述する判定誤差信号ｄより、 回路105の周波数特性を含んだ全体のエコ−パス特性
（ｚ）を推定する。そして、この推定エコ−パス特性
（ｚ）を有する第１の適応フィルタ107に送信信号ｘを
通すことにより疑似エコ−を生成し、これを第１の減
算器108に入力する。

なお、この適応フィルタ107は、具体的には、第９図
に示す適応FIRフィルタで実現できる。すなわち、入力
信号ｘ（ｋ）が、シフトレジスタ901₁〜901_Nにおいてサ
ンプル毎にシフトされ、それぞれの信号について乗算器
902₁〜902_N、アキュムレ−タ903からなる積和演算回路
で講話演算を行うことで、疑似エコ−が生成される。
また、ここでタップ係数_１〜_Ｎは、公知の最急降下
法等により、判定誤差信号ｄが最小になるよう学習を行
うことにより求められる。すなわち、同図中、904はタ
ップ係数_１〜_Ｎを記憶するメモリであり、このメモ
リ904に記憶された内容は、加算器905において更新デ−
タを加算することで修正される。この更新デ−タは、判
定誤差信号ｄから符号を除いてこれに定数を掛け合せた
値と、シフトレジスタ901₁〜901_Nの出力Ｘ（ｋ＋ｉ）と
を乗算器906で掛け合せたものである。

第１の減算器108は、第１の適応フィルタ107から出力
された疑似エコ−と 回路105の出力ｒ′との減算を行い、その結果を残差信
号ｅとして出力する。

判定帰還型等化器を構成する判定器109および第２の
適応フィルタ110は、伝送路103でのブリッジタップによ
る信号の歪成分を除去する。すなわち、受信信号の歪を
判定する判定器109の出力は、第２の適応フィルタ110
に入力されることにより、この適応フィルタ110から歪
を等化するための信号が出力される。

そして、適応フィルタ110からの信号は、第２の減
算器111において、第１の減算器108の残差信号ｅと差し
引かれることにより、エコ−除去後の受信信号から歪成
分が除去される。

なお、上述の各適応フィルタ107、110における推定動
作は、それぞれ第３の減算器112において、判定器109の
出力と第２の減算器111の出力信号ｅ′とを減算した
結果（判定誤差信号）ｄが最小になるよう学習を行うこ
とによりなされる。

さて、この実施例のエコ−キャンセラでは、 回路105における周波数特性の変更に応じて、第１の適
応フィルタ107の推定特性であるタップ係数を変換する
タップ係数変換部113を備えたことを特徴としている。

すなわち、このタップ係数変換部113では、 回路105の周波数特性が_A ^-1（ｚ）から_B ^-1（ｚ）に
変化したときに、 なる特性のフィルタに、適応フィルタ107のタップ係数
を通すことにより実現できる。

このタップ係数変換部113を構成するフィルタは、例
えば、第８図に示し 回路105を構成するIIR型フィルタで実現することができ
る。この場合は、係数ROM801に（18）式に示したＧ
（ｚ）なる特性を記憶しておき、 係数の変化前と変化後のピ−ク値検出値よりROMから係
数を選択してIIRフィルタで用いる。

なお、第８図には、IIR型フィルタとしてよく知られ
た２次のハイカットフィルタを例示したが、Ｇ（ｚ）の
特性が複雑な場合は、このフィルタをカスケ−ド接続し
て用いればよい。

かくしてこの実施例のエコ−キャンセラによれば、 回路105における周波数特性の変更による全体的なエコ
−パス特性の変動に対し、 回路105の変更前後の周波数特性を用いた単純な計算式
を用いて第１の適応フィルタ107の推定特性を修正する
ことにより、 回路105の特性変更直後のエコ−打消し性能を劣化させ
るなく、速やかに第１の適応フィルタ107の推定特性を
適切な値に修正することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のエコ−キャンセル方式お
よびエコ−キャンセラによれば、可変フィルタの特性が
変化しても、これに応じて速やかに適応フィルタにおけ
る推定特性を修正して、可変フィルタの変動直後におけ
るエコ−打消し性能の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例のエコ−キャンセラを採
用した２線式双方向データ伝送用トランシーバの構成を
示すブロック図、第２図は従来からのISDNにおける加入
者線伝送の概要を説明するための図、第３図はTCM方式
を説明するための図、第４図はEC方式を説明するための
図、第５図は従来のエコ−キャンセラを採用した２線式
双方向データ伝送用トランシーバの構成を示すブロック
図、第６図および第７図はそれぞれ本発明の原理を説明
するためのブロック図、第８図は 回路の実施例を示すブロック図、第９図は第１の適応フ
ィルタの実現例を示すブロック図である。 102……ハイブリッド回路、103……伝送路、 106……ピ−ク値検出回路、107……第１の適応フィル
タ、108……第１の減算器、113……タップ係数変換部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 武史 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会 社東芝柳町工場内 (56)参考文献 特開 昭60−22833（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−92027（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 1/76 - 3/44 H04B 3/50 - 3/60 H04B 7/005 - 7/015

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反響路のエコーパス特性を推定して、その
   推定特性と前記反響路への入力信号とから疑似エコーを
   生成し、この疑似エコーで前記反響路に発生したエコー
   を打消すエコーキャンセル方式において、 前記反響路に挿入された既知の可変周波数特性を有する
   可変フィルタの特性が変更されたとき、前記可変フィル
   タの変更前後の特性により決まる予め記憶された補正値
   に基づき、前記推定特性を修正することを特徴とするエ
   コーキャンセル方式。
2. 【請求項２】反響路既知の可変周波数特性を有する可変
   フィルタが挿入されてなるエコーキャンセラであって、 前記反響路のエコーパス特性を推定して、その推定特性
   と前記反響路への入力信号とから疑似エコーを生成する
   適応フィルタと、 前記反響路に発生したエコーを前記適応フィルタにより
   生成された疑似エコーで減算し打消す減算手段と、 前記可変フィルタの特性が変更されたとき、前記可変フ
   ィルタの変更前後の特性により決まる予め記憶された補
   正値に基づき、前記推定特性を修正する推定特性修正手
   段と を具備することを特徴とするエコーキャンセル。