JPH02238728A - 低域遮断歪除去方式 - Google Patents

低域遮断歪除去方式

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JPH02238728A
JPH02238728A JP5930089A JP5930089A JPH02238728A JP H02238728 A JPH02238728 A JP H02238728A JP 5930089 A JP5930089 A JP 5930089A JP 5930089 A JP5930089 A JP 5930089A JP H02238728 A JPH02238728 A JP H02238728A
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JP
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low
distortion
signal
frequency
filter
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JP5930089A
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Takeshi Yamaguchi
武史 山口
Shigenobu Minami
重信 南
Shoichiro Yamazaki
山崎 彰一郎
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Toshiba Corp
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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、たとえばメタリック2線ケーブルを用いて双
方向にデータ伝送を行なうトランシーバの主要構成要素
である低域遮断歪除去方式に関する。
(従来の技術) 近年のネットワークにおけるデジタル化の進展に伴い、
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
を行なう2線式双方向データ伝送用トランシーバの必要
性が増大してきた。
電気通信の国際標準を審議するCCITTでは、I S
 D N ( Integrated Service
 D1g1tal Network)と呼ばれる国議的
なデジタル網の構築を目指して標準化作業が進められて
おり、この中で、64kbpsを2チャンネル、16k
bpsを1チャンネル有した、144kbpsのデータ
伝送を行な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、勧告化ないし勧告を目指した
作業が進められている。
このベーシックアクセスは、従来のアナログ網において
は通常の電話線に相当するもので、第6図に示すような
公衆網から家庭内の電話線に至る加入者線である。
一方、ISDNにおいては、この加入者線を用いてデジ
タル伝送を行なう訳であるが、既に膨大なメタリック2
線ケーブルによる加入者線が敷設されており、デジタル
加入者線として新たに回線を敷設するのは非常に大変な
作業となる。このため、既存のアナログ回線を用いてデ
ジタル信号の伝送を行なう2線式双方向データ伝送技術
の研究、開発が盛んに行なわれている。
以下、第7図および第8図を用いて、この2線式双方向
データ伝送の原理につき説明する。なお、図において、
TXは送信機、RXは受信機、HYBはハイブリッドコ
イルである。
一般に、加入者線の多くは2線のメタリックワイヤに上
りと下りの信号を乗せることにより双方向データ伝送を
行なっている。このとき、上りと下りの信号はハイブリ
ットコイルと呼ばれる方向性結合器により送受それぞれ
に分離され、これにより双方向データ伝送が可能になる
しかしながら、実際はハイブリットコイルと回線との間
のインピーダンス不整合により、送信信号が受信側に漏
れてくるエコーが発生する。このエコーは、本来受信す
べき信号に重なってしまうため、データ伝送エラーの原
因になる。
このため、第7図および第8図に示すような方式が2線
式双方向データ伝送技術として確立されている。
第7図の方式は、TCM方式(TiIIe Compe
rssionMultlpleX ) 、通称ピンポン
方式と呼ばれるもので、上りと下りの伝送タイミングを
ずらすことにより、2線式で双方向のデータ伝送を可能
にする。
第8図の方式は、EC方式( Echo Cancel
 Ier)と呼ばれるもので、2線/4線変換で発生す
るエコーと同一の擬似エコーを人工的に合成し、エコー
を含む受信信号から差引く。
これらの中で、EC方式は伝送路でのとットレートを下
げることができ、国際的にも有望な方式となっている。
このEC方式を用いたデータ伝送システムは、たとえば
第9図に示すように実現できる。第9図は、従来の一般
的な2線式双方向データ伝送トランシーバの一例を示し
ており、以下それについて説明する。この例はEC方式
を用い、符号化方式としでは多値符号によりボーレート
を下げることのできる2BIQ方式を採用したものであ
る。
まず、本トランシーバに入力する送信データTXDは、
符号化器(COD)1に入力される。
この符号化器1は、たとえば160kbpsの2進デー
タ2組を、以下に示すようなルールで80kボーの4値
の28IQデータに変換する。
符号化器1の出力は、ドライバ(DRV)2、エコーキ
ャンセラ(AFEC)3、エコーキャンセラ(I IR
EC)4に入力される。ドライバ2では、符号化器1の
出力に基づき以下のようなルールでパルスを発生し、ハ
イブリッドコイル(HYB)5を介して回線に送出する
エコーキャンセラ4は、固定係数の4次IIRフィルタ
を用いて実現し、等化的にハイブリットコイル5のバラ
ンスネットワークとして粗いエコー除去を行なう。この
エコーキャンセラ4はボーレートで動作する。
参照信号としての入力データは、A/D変換器6によっ
てボーレートでサンプリングされてA/D変換され、エ
コーキャンセラ4の出力とともに減算器7に入力される
。減算器7は、A/D変換器6の出力(受信信号)から
エコーキャンセラ4の出力を差引くことにより、粗いエ
コー除去を行ない、そのエコー除去を行なった受信信号
をルートfAGC回路8へ入力する。ルートfAGC回
路8は、回線の高城信号減衰特性(ルートf特性)を補
償するため、受信信号にハイパスフィルタ処理を施す。
以上の処理により粗いエコー除去、ルートf等化を施さ
れた受信信号は、エコーキャンセラ3の出力とともに減
算器9に入力される。減算器9の出力は、エコーキャン
セラ3および判定器(DEC)10に入力され、判定器
10の出力は判定帰還形等化器(AFDFE)11に入
力される。判定帰還形等化器11では、判定器10の判
定結果を入力してブリッジタップによる歪みを推定し、
その出力を減算器9に入力する。減算器9は、ルートf
AGC回路8から出力される受信信号からエコーキャン
セラ3および判定帰還形等価器11の各出力を差引くこ
とにより、エコー除去およびブリッジタップによる歪み
の除去を行なう。
以上の処理により再生された受信信号は、復号器(DE
T)12で再び2進データに変換されて受信データRX
Dとなる。
なお、受信クロックは、ルー}fAGC回路8から出力
される受信信号をPLL回路13に入力することにより
、PLL回路13によって受信信号からタイミング抽出
される。このタイミング抽出の方式には種々の方式があ
るが、たとえば受信パルスの波形、ゼロクロス点などか
ら抽出できる。
(発明が解決しようとする課題) 上述の28IQなどの多値符号を用いた2線式双方向ベ
ースバンド伝送方式は、占有帯域を低域に集中すること
ができ、したがって漏話性ノイズに強く、またサンプリ
ング周波数が低いため、ディジタル信号処理の導入に適
すといった利点がある。
しかしながら、これらの符号は直流成分を有し、また直
流近くの周波数に信号成分があるため、通常の加入者線
に通すとトランスなどの低域遮断特性により深刻な符号
間干渉が発生し、データ伝送の誤りが増大する。
この低域遮断歪の発生メカニズムは、たとえば第10図
に示すようにモデル化できる。図において、伝達特性2
1は、遠端のトランスおよびコンデンサによる低域遮断
歪をカットオフ周波数fctHZなる1次のハイバスフ
ィルタで近似したものであり、また伝達特性22は、近
端のトランスおよびコンデンサによる低域遮断歪をカッ
トオフ周波数fcrcHzなる1次のハイパスフィルタ
で近似したものである。また、第10図において、x 
(v)は送信データ特性を示し、y (w)は受信デー
タ特性を示している。
ここで、これらの伝達特性HT (S) , HR (
S)は下記のように表現できる。
但し τt”2πfCT τR w− ’2 π fCR 以上の式により伝送路全体の遮断歪H (s)は、H(
s)=HT(s)  ・HR (S)    ・= (
2)で表される2次のハイパスフィルタで表される。
このような遮断歪を等化する従来の方式は、第11図に
示すような量子化帰還形の等化方式が一般的である。こ
こで、受信信号y (v)は量子化帰還信号で、加算器
23によって信号y (v)と加算されて等化出力信号
Z (v)となり、判定器24に入力する。また、判定
器24の出力x (v)は、特性H (s)なるローバ
スフィルタ26に入力し、ここを通過することにより量
子化帰還信号y(ν)となる。
以上のことから以下の関係が成立する。
Z(v)−y(v)+H(s)  ・x(v)  − 
(3)また、伝送路の入出力関係から、 y (v) =H(s)  ・x (v)      
・・・(4)となる。ここで、(4)式を(3)式に代
入し、判定結果がほぼ正し< x(v) !x(v) 
テ、マタ判定による遅延が無視できるとすると、 Z(w) ’:M (H(s) +H(s) ) x(
w)−(5)となる。したがって、ローバスフィルタ2
6が肴 fi(s)  − 1−H(s) ・・・ (6) なる特性のローパスフィルタのときに低域遮断歪の等化
ができる。
ここで、カットオフ周波数fc↑+fCRは、トランス
やコンデンサの特性によって決り、未知な場合が多いた
め、(6)式の特性は一定でなく、伝送路によって適応
的に変化させる必要がある。
このためには、第11図に示したように、判定器24の
出力から入力を差引く減算器25の出力を用い、判定誤
差が最小になるようローパスフィルタ26の係数を適応
的に学習させればよい。
しかしながら、(6)式のような2次のIIRフィルタ
の学習アルゴリズムは非常に複雑で、最適な係数を得る
簡単な方式は確立していない。
このため、比較的簡単に最適値を得ることのできる1次
のIIRフィルタで(6)式を近似する方式などが用い
られているが、本来、2次の特性を持つフィルタを1次
で近似するため、誤差が大きく、充分な性能が得られな
いといった問題点があった。
そこで、本発明は、上記問題点を考慮し、低域遮断歪等
化の量子化帰還方式に、従来適用が困難であった高次の
適応11Rフィルタの代わりに、帯域分割処理によりロ
ーコストで実現可能な、適応方式が確立したFIRフィ
ルタを使用した、充分な性能を有する低域遮断歪除去方
式を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段および作用)伝送路のトラ
ンスおよびコンデンサによる低域遮断のカットオフ周波
数f ct (遠端)  【。8(近端)は500k前
後と考えられ、低域遮断歪成分は100七〜2KEIz
以内にその成分の大部分が集中する。したがって、80
Kボーのデータ伝送システムでも、この受信信号や判定
結果から2KHz以下の信号を抽出して、この低域信号
のみで低域遮断特性を推定することができる。
また、抽出した低域信号をボーレート1/M、たとえば
1 0KHz (M−8)程度の低いサンプルで処理す
る帯域分割処理を導入することにより、低域遮断特性の
推定に適応アルゴリズムが確立している簡単なF I 
R (F1n1te Impulse Respons
e )適応フィルタを用いることができる。このとき、
FIR適応フィルタの所要タップ数は、ボーレート処理
時の1/Mで済む。
また、再サンプル間隔もボーレートのM倍になるため、
1ボー当りに処理する必要のあるタップ数もボーレート
処理時の1/Mになる。
第6図は、この処理の原理を示したもので、80K11
zのサンプル信号である受信信号Y (Z)(第2図a
参照)は、カットオフ周波数2KHzのローパスフィル
タで5KHz以上の成分は完全に無視できるまで帯域制
限され(第2図b参照)、たとえば10KHzで再サン
プリングされることにより、第2図(c)(d)に示さ
れるような信号になる。この信号から10KHzの処理
により、効率的に低域遮断歪等化信号(第2図e参照)
を得ることができる。
また、第3図は帯域分割処理による低域遮断歪特性の推
定を時間領域で説明するもので、同図(a)に示すよう
なインパルス応答の歪成分(斜線部)を打ち消すために
必要な等化信号は、同図(b)に示すような応答(a図
においてメイン応答の部分を除いたもの)となる。この
応答は非常になだらかで、周波数成分が非常に低いため
、原サンプル80K11zよりも大幅に低い10KHz
で再サンプルしても、同図(C)に示すようにインパル
ス応答の形状は保存される。
上述した帯域分割処理で実現したFIR適応フィルタの
係数は、低域遮断歪特性のインパルス応答であり、この
係数を用いると擬似低域遮断歪を作ることが可能で、こ
の擬似信号により低域遮断歪を等化することができる。
第4図はこの処理の原理を示したものである。
図におイテ、X (Z)は判定器(DEC)31(7)
判定結果であり、この信号から低域遮断歪等化に必要な
周波数成分が、位相直線ローバスフィルタ(LPF)3
2および再サンプリング処理部33によって抽出され、
帯域制限された信号x(z’)となる。次に、この信号
x(z’)を、前述した帯域分割処理で求めた低域遮断
歪特性のインパルス応答の係数を利用したFIR適応フ
ィルタ(FIR)34に入力し、擬似低域遮断歪信号Y
’ (Z’ )を得る。さらに、この擬似低域遮断歪信
号Y’ (Z’ )は、再サンプリング処理部35およ
び位相直線ローパスフィルタ(LPF)36を経て、元
の帯域の信号y (z)となる。最後に、減算器37で
、入力信号y (z)から擬似低域遮断歪信号Y (Z
)を差引くことにより、低域遮断歪が等化される。
次に、FIR適応フィルタ34の係数の定め方について
説明する。時間領域での原理を第5図に示す。帯域分割
処理の行なわれる系では、元の系に対して位相直線ロー
パスフィルタなどを介するために遅延Dを生ずる。この
結果、前述した帯域分割処理で推定した低域遮断歪特性
のインパルス応答の係数をそのまま利用したFIR適応
フィル夕のインパルス応答は第5図(b)に示すように
なり、この遅延Dにより低域遮断歪を充分に等化できな
いことがわかる。したがって、この時間遅れDを補償す
るためには、ローバスフィルタなどによる遅延分だけイ
ンパルス応答を進めればよい(第5図C参照)。このこ
とは、前述した帯域分割処理で推定した低域遮断歪特性
のインパルス応答の係数を移動させることにより可能と
なり、この移動した係数をFIR適応フィルタ34の係
数として用いればよい。
しかし、帯域分割処理の系での負の時間範囲(第5図C
の斜線部分)は、FIR適応フィルタ34で実現するこ
とは不可能であるから、この時間範囲、すなわちローバ
スフィルタなど帯域分割処理に伴う遅延時間の間の低域
遮断歪の補償は従来のFIR適応フィルタで補う。
以上により本発明方式では、適応アルゴリズムの確立し
ているFIR適応フィルタを低域遮断歪成分の大部分が
集中している低域で、帯域分割処理を用いることにより
効率的に実現し、この係数により低域遮断歪の補償に用
いるFIR適応フィルタの係数を決定する。
(実施例) 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。なお、本実施例で取扱う全ての信号は、デジタル信
号処理での実現を前提とした離散信号であるとし、Z領
域で表現する。
第1図において、41はインパルス応答推定部、42は
第1の低域遮断歪等化部、43は第2の低域遮断歪等化
部であり、以下それぞれについて説明する。
まず、インパルス応答推定部41について説明する。こ
こでは、受信信号Y (Z)および判定信号X (Z)
により、帯域分割処理[但し、2−EXP (2πjf
/fa):fsはボーレート]で実現したFIR適応フ
ィルタによりインパルス応答を推定する。
まず、受信信号y (z)と判定信号X (Z)は、た
とえばカットオフ周波数2KHzの位相直線ローバスフ
ィルタ(LPF)44.45で帯域制限された後、再サ
ンプリング処理部46.47で、たとえばfs=10K
}lzで再サンプリングされ、帯域分割後の信号y’ 
(z’ ) , x’ (z’ )となる。
・・・ (7) 但し、Z’ 一EXP (2πj f/fs ) 、O
≦f≦2KHz、dはf s Hzサンプル数による位
相直線ローパスフィルタの遅延量、L (Z)は位相直
線ローパスフィルタの特性(実数)である。
FIR適応フィルタ48、減算器49.50では、分割
された帯域において、よく知られた最急降下法などの学
習アルゴリズムにより、残差信号E’(Z’)の電力を
最小にすることで、低域遮断歪等化のインパルス応答C
i(i=1−N)を推定する。
ここで、適応FIRフィルタ4gが収束したときの特性
G(Z’)は となる。伝送路での低域遮断歪特性がH (Z)送信信
号がX (Z)で、判定誤りがない( X (Z)X(
Z))とすると、(7)式から となり、 式から て低域遮断歪の等化を行なう。この部分は、位相直線の
ローパスフィルタ45,51、FIR適応フィルタ52
、ボーレートの1/Mの周波数fsKHz(たとえば1
0KHz)での再サンプリング処理部47、およびボー
レートfsKHz(たとえば80KHz)での再サンプ
リング処理部53からなる。
FIR適応フィルタ52の各係数は、前述のインパルス
応答推定部41で求められたFIR適応フィルタ48の
各係数を、帯域分割処理に伴う遅延時間を考慮して時間
の進む方へ2d+1だけシフトしたものである。すなわ
ち、 − H(Z)− 1 ・・・ (lO) となり、分割された帯域での低域遮断歪補償成分の特性
となることがわかる。
次に、第1の低域遮断歪等化部42について説明する。
ここでは、前述したインパルス応答推定部41のFIR
適応フィルタ48の係数を利用しなる関係がある。ここ
で、G(Z’),CiはFIR適応フィルタ48の伝達
特性と各タップルタ52の伝達特性と各タップの係数を
表し、H (Z)は伝送路の低域遮断歪特性を表してい
る。
したがって、判定器(DEC)54の出力をX(Z)、
位相直線ローバスフィルタ45(特性L(z)、遅延d
)および再サンプリング処理部47を通過した信号をX
’ (Z’ ) 、FIR適応フィルタ52(特性G’
(Z’))を通過した信号をY1 (z′)、再サンプ
リング処理部53および位相直線ローパスフィルタ51
(特性L(Z)、遅延d)を通過した信号をY1(Z)
とすると、・・・ (12) となる。但し、Z’ −exp (2πj f/fs)
、Z −+ e x p ( 2 yr j f / 
f s )で、f8はボーレートの1/Mの周波数(た
とえば10KHz)、f8はボーレート周波数(たとえ
ば80KHz)である。
さらに、低域遮断歪等化信号の周波数成分が大部分集中
する周波数領域において、L(Z)−1であること、お
よび判定結果を帰還して低域遮断歪を補償することから
生ずる遅延(X(Z)−X(Z)−Z−1)を考慮する
と、(11)式オヨび(12)式から、低域遮断歪等化
信号Y+(Z)はYl(Z)−  +L(Z)+2 ・
G’  (Z’)・x (z)  ・Z−222d+1 −Z    −  (H(Z)−1)−2””・X (
Z)  ・Z −1 − (H(Z)− 1)− X(Z) ・ (1 3)
となる。
最後に、減算器55によって、受信信号y (z)から
上記低域遮断歪等化信号Yl(Z)を差引くことにより
、低域遮断歪を等化することができる。
次に、第2の低域遮断歪等化部43について説明する。
ここでは、よく知られている最急降下法などの学習アル
ゴリズムによって、判定器54の判定誤差信号E (Z
)の電力を最小にすることにより、FIR適応フィルタ
(AF)56で低域遮断歪のインパルス応答を推定し、
判定結果X (Z)を用いて、前述した第1の低域遮断
歪等化部42で帯域分割処理などにより生ずる遅延のた
めに補償できない部分を等化する。この部分は、従来の
ブリッジタップイコライザと同じである。
なお、第1図において、57.58はそれぞれ減算器で
ある。
以上の処理により、従来低域遮断歪の推定に適応が困難
であった高次の適応11Rフィルタの代わりに、学習ア
ルゴリズムの確立したFIR適応フィルタを採用するこ
とが可能となり、その係数を用いて低域遮断歪を等化す
ることができる。
なお、前記実施例において、インパルス応答推定部41
の処理は、トレーニング時だけでよく、通常はこれらの
処理を他の処理に振り分けることにより、処理量の大幅
な低減が可能になる。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明の低域遮断歪除去方式によれ
ば、従来、低域遮断歪の推定に適用が困難であった高次
の適応IIRフィルタの代わりに、帯域分割処理で大幅
に処理量を低減することにより、学習アルゴリズムの確
立したFIR適応フィルタを採用することが可能となる
そして、このFIR適応フィルタにより正確に低域遮断
歪を推定することができ、その係数を用いることにより
良好な低域遮断歪の等化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は本発明を説明するためのもので、
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は帯域
分割処理による低域遮断歪特性推定の周波数領域での原
理説明図、第3図は帯域分割処理による低域遮断歪等化
の時間領域での原理説明図、第4図は帯域分割処理によ
る低域遮断歪等化方式の原理説明図、第5図は低域遮断
歪補償FIR適応フィルタの係数決定の原理図、第6図
はISDNにおける加入者線データ伝送の説明図、第7
図および第8図は2線式双方向データ伝送の原理説明図
で、第7図はTCM方式の説明図、第8図はEC方式の
説明図、第9図は従来方式を説明する構成図、第10図
は低域遮断歪のモデル図、第11図は量子化帰還形等化
方式を説明する構成図である。 41・・・インパルス応答推定部、42・・・第1の低
域遮断歪等化部、43・・・第2の低域遮断歪等化部、
44,45.51・・・位相直線ローパスフィルタ、4
6,47.53・・・再サンプリング処理部、49,5
0,55,57.58・・・減算器、48,52.56
・・・FIR適応フィルタ、54・・・判定器。 (a) (b) 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 f(b+χ》 (d) <e> 第2図 (a) (b) (c) 第 図 第 図 (a) (b) (c) (網終端) 第 図 (回線終端)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 直流成分を阻止する伝送路を用いたデータ伝送システム
    において、 帯域分割処理を用いて低域遮断歪特性を推定する手段と
    、 この手段の推定結果から得られる推定低域遮断特性から
    擬似低域遮断歪を生成し、それを入力信号から差引く手
    段と を具備したことを特徴とする低域遮断歪除去方式。
JP5930089A 1989-03-10 1989-03-10 低域遮断歪除去方式 Pending JPH02238728A (ja)

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