JP3158414B2 - エコーキャンセラ - Google Patents

エコーキャンセラ

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    • H04B3/20Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other
    • H04B3/23Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other using a replica of transmitted signal in the time domain, e.g. echo cancellers
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は2線式デジタル伝送装置等に用いるエコーキ
ャンセラに関し、特にアダプティブ・デジタル・フィル
タを用いた適応可変型エコーキャンセラに関する。
〔従来の技術〕
従来のエコーキャンセラは入力信号をA/D変換回路に
よりデジタル信号に変換し、そのデジタル信号とアダプ
ティブ・デジタル・フィルタにより発生したエコーレプ
リカ信号をデジタル的に減算し、エコー信号のキャンセ
ルを行う構成となっていた(例えば、ISSCC'89 DIGEST
pp256−257“An ANSI Standard ISDN Transcever Chi
p Set"、同DIGEST pp258−259“An ISDN Echo Cancell
ing Transcever Chip Set for 2B1Q Coded U−Interfac
e"、同DIGEST pp260−261“2B1Q Transcever for the
ISDN Subscriber Loop")。
次に従来のエコーキャンセラの動作について説明す
る。
第9図に従来の2線式デジタル伝送装置に用いるエコ
ーキャンセラの基本的な構成を示す。図9において、参
照数字83は遅延回路、84はD/A変換回路、85はローパス
・フィルタ、86はライン・ドライバ、87はバランシング
・ネットワーク、88は加算回路、89はローパス・フィル
タ、90はA/D変換回路、91はデジタル・ローパス・フィ
ルタ、92は加算回路、93は線路等化回路、94はアダプテ
ィブ・デジタル・フィルタ、95はスイッチ、R3及びR4は
抵抗、Trはトランス、TDは送信信号、RDはエコーキャン
セラ後の受信信号を示し、端子L1及びL2に2線式伝送路
が接続される。送信信号TDは遅延回路、D/A変換回路、
ローパス・フィルタ、ライン・ドライバ、トランスを介
して伝送路に送出される。抵抗R3及びR4とバラシング・
ネットワーク(87)と加算回路(88)はハイブリッド回
路を構成している。今、トランスと伝送路のインピーダ
ンスをZ1、バランシング・ネットワークのインピーダン
スをZbとすると、R4/Zb=R3/Z1の条件が満足されれば、
ブリッジ回路が平衡状態にあり加算回路の出力には相手
側の送信信号、即ちファー・エンド・シグナルのみが出
力される。この様にバランシング・ネットワークのみで
完全な平衡条件を実現する事ができれば、送信信号の受
信部への回り込み、即ちエコーは発生しない。ところ
が、伝送路が分布定数回路であるのに対して、バランシ
ング・ネットワークは一般的に集中定数回路で構成され
るため、完全な平衡条件を実現する事ができない。従っ
てバランシング・ネットワークによりある程度エコーが
抑圧されるが、完全に零にすることはできない。そこで
受信部にエコーキャンセラが必要となる。今、バランシ
ング・ネットワークのエコー抑圧量を20dB、伝送線路の
最大損失を50dBとし、20dBの信号/エコー信号比を得よ
うとすると、エコーキャンセラーは50dBのエコー抑圧を
実現しなければならないことになる。
次に受信部の動作について説明する。
前述の様に加算回路(88)の出力にはファーエンド信
号とエコー信号の加算信号が出力される。この信号はロ
ーパス・フィルタ(89)で帯域外雑音を除去した後A/D
変換回路(90)でデジタル信号に変換される。このA/D
変換回路は高い線形性が要求されるため、一般的にはオ
ーバーサンプリング型のA/D変換器が用いられる。本従
来例はこのオーバーサンプリング型A/D変換器を用いた
構成をしめしている。デジタル・ローパス・フィルタ
(91)はオーバーサンプリング型A/D変換器の出力を入
力し、高周波の量子化雑音除去及びオーバーサンプリン
グ周波数からボーレート周波数(送信信号TDの周波数)
へのデシメーションを行う。次にデジタル・ローパス・
フィルタの出力はアダプティブ・デジタル・フィルタ
(94)の出力と加算回路(92)で加算される。アダプテ
ィブ・デジタル・フィルタの動作の詳細は後で説明する
が、ここでボーレートのエコーレプリカが発生され、ア
ダプティブ・デジタル・フィルタが引き込みを完了して
いれば加算回路(92)の出力では完全にエコー信号が除
去される。従って加算回路(92)の出力にはファーエン
ド信号のみが出力される。このファーエンド信号は線路
等化回路(93)で伝送歪を除去し、受信信号(RD)を出
力する。
次にエコーレプリカを発生するアダプティブ・デジタ
ル・フィルタについて説明する。第10図は代表的なアダ
プティブ・デジタルフィルタの構成例を示した物であ
る。入力端子(IN1)には送信信号(TD)が入力され、
入力端子(IN2)には加算回路(92)の出力または線路
等化回路(93)の出力が入力される。入力端子(IN2)
に入力される信号の選択はスイッチ(95)により行わ
れ、アダプティブ・デジタル・フィルタが引き込みを完
了するまでは加算回路出力が選択され、引き込み完了後
線路等化回路出力が選択される。今ファーエンド信号が
零の状態を仮定すると入力端子(IN2)に加わる信号は
エコーキャンセラの誤差信号を意味する。図中αは引き
込み速度を決定する定数で、一般的にはα≪1の値が用
いられる。又、図の単位遅延回路(T)はボーレートの
1周期の遅延を発生する。各タップに接続された積分回
路(98)で送信信号と誤差信号の相関を取って積分を行
なう。この結果として各積分器にはボーレート周期でサ
ンプリングしたエコー波形が蓄積される。またこのエコ
ー波形は送信信号のタイミングに合わせて各タップから
出力され、加算回路(99)で加算され、アダプティブ・
ディジタル・フィルタの出力となる。又、ファーエンド
信号が加わった場合においても、ファーエンド信号と送
信信号とは無相関であるため上記と同様の動作となる。
〔発明が解決しようとする課題〕
この従来のエコーキャンセラでは、エコー信号がA/D
変換回路に入力されるためA/D変換回路の非線形性がエ
コーキャンセラの特性を決定してしまう。又、A/D変換
回路にはエコー信号とファーエンド信号の加算信号が入
力されるためA/D変換回路及びエコーレプリカを加算す
る加算回路に広いダイナミックレンジが要求されるた
め、回路規模が大きくなるという欠点があった。
上記の欠点を解決する手段として、アダプティブ・デ
ジタル・フィルタの出力をD/A変換し、ローパス・フィ
ルタで波形成形したエコーレプリカを作成し、A/D変換
器の前でエコーレプリカ減算する手段が考えられるが、
この方法を実現するためには線形性の非常に高いD/A変
換回路およびローパス・フィルタが必要になり、実現が
困難である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のエコーキャンセラは、送信信号をエコーキャ
ンセラ後の受信信号の相関を取りタップ係数を適応可変
するアダプティブ・デジタル・フィルタにおいて、該ア
ダプティブ・デジタル・フィルタの出力信号を該アダプ
ティブ・デジタル・フィルタの動作周波数の整数倍でサ
ンプリングしデルタ・シグマ変調を行う変調回路と、該
変調回路出力を入力とするD/A変換回路と、該D/A変換回
路の出力と受信信号を加算する加算回路と、該加算回路
出力を入力とするデルタ・シグマA/D変換回路とを備え
ている。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。第1図
は本発明の一実施例のエコーキャンセラのブロック図で
ある。図中参照数字1は遅延回路、2はD/A変換回路、
3はローパス・フィルタ、4はライン・ドライバ、5は
バランシング・ネットワーク、6はアダプティブ・デジ
タル・フィルタ、7は2次ΔΣ変調回路、8はD/A変換
回路、9は加算回路、10はローパス・フィルタ、11は加
算回路、12は2次ΔΣA/D変換回路、12はデジタル・ロ
ーパス・フィルタ、14は線路等化回路を示す。ここで遅
延回路(1)、D/A変換回路(2)、ローパス・フィル
タ(3)、ライン・ドライバ(4)、バランシング・ネ
ットワーク(5)、アダプティブ・デジタル・フィルタ
(6)、加算回路(9)、ローパス・フィルタ(10)、
デジタル・ローパス・フィルタ(13)、線路等化回路
(14)は従来例と同じであるので説明を省略する。以下
従来例と異なる点についてのみ説明する。アダプティブ
・デジタル・フィルタ(6)は従来例と同様にボーレー
トのエコーレプリカを出力する。アダプティブ・デジタ
ル。フィルタの出力は2次ΔΣ変調回路(7)に入力さ
れ、ボーレートの整数倍のオーバーサンプリングレート
でサンプリングされた後変調され、オーバーサンプリン
グ周波数の1bitの信号を出力する。この1bitのデジタル
信号はD/A変換回路(8)により2値のアナログ信号に
変換される。この2値のアナログ信号はローパス・フィ
ルタ(10)で帯域制限された入力信号と加算回路(11)
で加算される。この加算回路出力は2次ΔΣA/D変換回
路(12)に入力され、1bitのデジタル信号に変換され
る。以下従来例と同様の動作によりエコーキャンセルを
行なう。第2図は本実施例に用いるアダプティブ・デジ
タル・フィルタの例を示したものである。この回路は従
来例のアダプティブ・デジタル・フィルタとほとんど同
じであるが、エコーレプリカの加算点をA/D変換回路の
前に出したことによるループ遅延の増加を補正するため
に、乗算回路に加える送信信号のタイミングをずらして
いる。
第3図は本実施例に用いた2次ΔΣ変調回路のブロッ
ク図である。図中参照数字19,20は積分回路、21は量子
化回路、22は単位遅延回路、23,24は加算回路を示し、
すべてオーバーサンプリング周波数で動作する。
第4図は第1図のD/A変換回路(8)と加算回路(1
1)をスイッチド・キャパシタ・フィルタで構成した実
施例を示したものである。図中参照数字25から37はスイ
ッチ、38から41は容量、42は演算増幅器、43はインバー
タ、44及び45はANDゲートを示す。本実施例を用いるこ
とにより、D/A変換回路と加算回路の演算増幅器を共用
化することができる。
第5図はD/A変換回路及び加算回路の第二の実施例を
示したものである。図中参照数字46から68はスイッチ、
69から75は容量、76及び77は演算増幅器、78はコンパレ
ータ、79はスイッチ制御回路、80はインバータ、81及び
82はANDゲートをしめす。本実施例は2次ΔΣ変換回路
にD/A変換回路と加算回路の機能を加えたもので、スイ
ッチ64から68および容量75で構成される部分が1bitのD/
A変換回路を構成し、2次ΔΣA/D変換回路の第一積分器
で加算を行なっている。本実施例を用いることにより、
D/A変換回路及び加算回路の演算増幅器が必要なくな
り、回路規模を最少化する事が出来る。
第6図は2次ΔΣ変換回路の第二の実施例を示す。図
中記号Aはデジタル・ローパス・フィルタ、Bは2次Δ
Σ変換回路(第3図と同一回路)をしめす。本実施例は
アダプティブ・デジタル・フィルタの出力であるボーレ
ートのエコーレプリカの補間を行うため、2次ΔΣ変調
回路の前にオーバーサンプリング周波数で動作するデジ
タル・ローパス・フィルタを置いたものである。この構
成を用いることによりボーレートサンプル点間のエコー
抑圧特性が向上する。具体的な効果については後で説明
を行なう。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、送信信号とエコーキャ
ンセラ後の受信信号の相関を取りタップ係数を適応可変
するアダプティブ・デジタル・フィルタを有するエコー
・キャンセラにおいて、該アダプティブ・デジタル・フ
ィルタの出力信号を該アダプティブ・デジタル・フィル
タの動作周波数の整数倍でサンプリングしデルタ・シグ
マ変調を行う変調回路と、該変調回路出力を入力とする
D/A変換回路と、該D/A変換回路の出力と受信信号を加算
する加算回路を用いることにより、線形性の高いエコー
レプリカをA/D変換回路の前で加算することができる。
この事によりA/D変換回路の非線形性の影響を小さくす
ることが出来又、エコー信号がA/D変換回路の前で抑圧
されるため、A/D変換回路以降の回路に要求されるダイ
ナミックレンジを小さくすることが出来、また回路の小
型化も可能となる。
次にシミュレーション結果により本発明の効果を説明
する。第7図(a)及び(b)は非線形性を有するA/D
変換回路を使用した場合の残留エコーを示したものであ
る。A/D変換回路の非線形性はA/D変換回路内のスイッチ
ド・キャパシタ積分器のモデルとして5%の入出力間歪
を与えることによりモデル化した。(a)は従来のエコ
ーキャンセラ、(b)は本発明によるエコーキャンセラ
の特性を示したものである。本シミュレーション結果か
ら本発明によるエコーキャンセラの方が約10dBエコー抑
圧量がおおきいことがわかる。従って本発明のエコーキ
ャンセラはA/D変換回路の非線形性の影響を受けにくい
ことが判る。
第8図(a)及び(b)は本発明の第一の実施例
(a)と第6図に示した第二の実施例(b)の特性を示
したものである。デジタル・ローパス・フィルタは96タ
ップのFIRフィルタを用いた。この図は引き込み完了後
のエコーキャンセラ出力をプロットしたもので、縦の線
はボーレートサンプル点を示す。エコーキャンセラはボ
ーレートサンプル点の在留エコーを零にするように動作
するため、ボーレートサンプル点では両方ともエコーが
十分抑圧されている。但しボーレートサンプル点以外の
エコー抑圧特性はエコーキャンセラループの補間特性で
決まるため、第二の実施例の方がボーレートサンプル点
以外のエコーが小さくなっている。この様にボーレート
サンプル点以外のエコーを小さくすることにより、受信
クロックの位相ズレによる残留エコーの増加を少なくで
きる為、タイミング抽出特性を改善する事が出来る。
以上説明したように、本発明を用いることにより、高
性能で小型のエコーキャンセルを実現することが出来
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロック図、第2図は第1
図のアダプティブ・デジタル・フィルタの構成図、第3
図は第1図の2次ΔΣ変調回路の構成図、第4図及び第
5図は第1図のD/A変換機及び加算回路の第一及び第二
の構成図、第6図は第1図の2次ΔΣ変調回路の第二の
構成図、第7図は従来例及び本発明のエコーキャンセラ
の残留エコーのシミューレーション結果、第8図は本発
明の第一及び第二の実施例のボーレートサンプル点外の
残留エコーのシミュレーション結果、第9図は従来のエ
コーキャンセラのブロック図、第10図は第9図のアダプ
ティブ・デジタル・フィルタの構成図である。 1……遅延回路、2……D/A変換回路、3……ローパス
・フィルタ、4……ライン・ドライバ、5……バランシ
ング・ネットワーク、6……アダプティブ・デジタル・
フィルタ、7……2次ΔΣ変調回路、8……D/A変換回
路、9……加算回路、10……ローパス・フィルタ、11…
…加算回路、12……2次ΔΣA/D変調回路、13……デジ
タル・ローパス・フィルタ、14……線路等化回路、15…
…単位遅延回路(記号:T)、16……乗算回路(記号:
X)、17……積分回路(記号:I)、18……加算回路(記
号:+)、19,20……積分回路、21……量子化回路、22
……単位遅延回路、23,24……加算回路、25,37……スイ
ッチ、38,41……容量、42……演算増幅器、43……イン
バータ、44,45……ANDゲート、46,68……スイッチ、69,
75……容量、76,77……演算増幅器、78……コンパレー
タ、79……スイッチ制御回路、80……インバータ、81,8
2……ANDゲート、A……デジタル・ローパス・フィル
タ、B……2次ΔΣ変調回路、83……遅延回路、84……
D/A変換回路、85……ローパス・フィルタ、86……ライ
ン・ドライバ、87……バランシング・ネットワーク、88
……加算回路、89……ローパス・フィルタ、90……A/D
変換回路、91……デジタル・ローパス・フィルタ、92…
…加算回路、93……線路等化回路、94……アダプティブ
・デジタル・フィルタ、95……スイッチ、96……単位遅
延回路(記号:T)、97……乗算回路(記号:X)、98……
積分回路(記号:I)、99……加算回路(記号:+)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−3745(JP,A) 特開 昭60−180225(JP,A) 特開 昭61−84128(JP,A) 三好清司、外5名,”ディジタル加入 者線伝送用AD変換器の検討”,電子情 報通信学会春季全国大会講演論文集, 1989,No.Spring,B−565, p.3−271 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 3/00 - 3/44

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】送信信号をエコーキャンセラ後の受信信号
    の相関を取りその結果を用いてアダプティブ・デジタル
    ・フィルタのタップ係数を適応可変するエコー・キャン
    セラにおいて、該アダプティブ・デジタル・フィルタの
    出力信号を該アダプティブ・デジタル・フィルタの動作
    周波数の整数倍でサンプリングしデルタ・シグマ変調を
    行う変調回路と、該変調回路出力を入力とするD/A変換
    回路と、該D/A変換回路の出力と受信信号を加算する加
    算回路と、該加算回路出力を入力とするデルタ・シグマ
    A/D変換回路とを有する事を特徴とするエコーキャンセ
    ラ。
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