JPH0482317A - エコーキャンセラ - Google Patents

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、双方向送受信伝送装置において、受信側に回
り込んできた送信出力エコーを除去するエコーキャンセ
ラに関する。

（従来の技術） 近年のネットワークにおけるディ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ンーバの必
要性か増大してきた。

電気通信の国際標準を審議するＣＣＩＴＴては、Ｉ　　
Ｓ　　Ｄ　　Ｎ　　（Ｉｎｔｅｇｒａｉｅｄ　　５ｅｒ
ｖｉｃｅ　　Ｄｉｇｉｔａｌ　　Ｎｅｔｗｏｒｋ）と呼
ばれる国際的なディ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チヤネ
ル、１６ｋｂｐｓを１チヤネル有した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、勧告化ないしは勧告を
目指した作業か進められている。

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、公衆網から家庭内
の電話機に至る加入者線である。

一方、ｌ５ＤＮにおいては、この加入者線を用いてディ
ジタル伝送を行なうわけであるか、すてに膨大なメタリ
ック２線による加入者線が敷設されており、ディジタル
加入者線用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
ディジタル信号伝送を行なう２線式双方向データ伝送技
術の研究、開発か盛んに行なわれている。

従来の２線式双方向データ伝送装置の構成を第４図に示
す。

関連技術は、例えば「ディジタルフィルタによる通信情
報処理」　（電子雑誌エレクトロニクス１９８８年２月
号Ｐ３９〜４３　　オーム社）等の文献に記載されてい
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。この時、上りと下りの信号は、ハイブ
リッドコイルと呼ばれる方向性結合器により送受各々分
離され、これにより双方向データ伝送か可能になる。し
かしながら、実際はハイブリッド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、データ伝送のエラーの原因に
なる。このため、第４図に示すようなＥ　ＣＭ方式（Ｅ
ｃｈｏ　Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ　Ｍｅｔｈｏｄ　）か２線
式双方向データ伝送技術として従来から採用されている
。ＥＣＭ方式では、２線／４線変換で発生するエコーと
同一の疑似エコーを人工的に合成し、エコーを含む受信
信号から差引くことが行なわれる。

以下、第４図を用いて、−船釣な２線式双方向データ伝
送トランシーバの例を説明する。

ます、送信側では、本トランシーバに入力する送信デー
タは符号化器５０　（ＣＯＤ）に入力される。符号化方
式としては２ＢＩＱ方式を採用した場合を示す。この符
号化器５０は、１６０ｋｂｐＳの２値デ一タ信号の連続
した２シンボルを、以下に示すようなルールで８０ｋｂ
ａｕｄの４値の２ＢＩＱデータに変換するものである。

その後、このコード出力データはＤ／Ａ変換器５１てＤ
／Ａ変換された後、送信器５２に入力する。送信器５２
から信号がハイブリッド回路５３を通過して伝送路５４
に送出される。

受信側では、伝送路５４を経た受信信号がハイブリッド
回路５３を通過し、受信器５５に入力される。さらに、
Ａ／Ｄ変換器５６で２進ディジタル信号に変換される。

先に述べたように、ハイブリッド回路５３の不完全性か
ら、送信信号成分かエコーとして受信側に回り込んでく
る。このエコーを抑圧するためにエコーキャンセラ６０
が用いられる。このエコーキャンセラ６０は、適応フィ
ルタ６１と減算器６２から構成される。エコーキャンセ
ラ６ｏでは、回路の不完全性から発生する。エコーと同
一の疑似エコーを人工的に合成し、エコーを含む受信信
号から差引くことか行なわれる。差引いた残差信号か０
になるように制御を行なう。

等化器では、伝送路の特性に起因する波形歪が補償され
る。そして、復号化器５７によりデータか再生される。

第５図に従来の一般的なエコーキャンセラの構成を示す
。エコーキャンセラ６５はトランスバーサルフィルタ６
６と減算器６７を備え、トランスバーサルフィルタ６６
はエコー経路と同一の特性を実現するように適応的に制
御される。トランスバーサルフィルタ６６は非再帰形フ
ィルタであり、伝達関数Ｔ　（Ｚ）は、式（１）で表わ
される。

Ｔ　（Ｚ）−ＴＯ＋ＴＩ　Ｚ’十・・・＋ＴＮＺ−ＮＮ
は整数　　・・・（１） エコー経路が非再帰形フィルタの伝達関数で近似できる
場合は、トランスバーサルフィルタ６６によりエコー経
路とほぼ同一の特性を実現することかでき、回路の不完
全性から発生するエコーとほぼ同一の疑似エコーを人工
的に合成することか可能となる。

ところで、エコー経路は、現実には式（２）の再帰形フ
ィルタの伝達関数Ｈ（Ｚ）で表わされ、エコーは長い尾
びきを有するため、トランスバーサルフィルタ６６によ
るエコーキャンセラ６５では、エコーの十分な除去は困
難である。

Ｌ、Ｍは整数　　　・・・（２） 従って、エコーキャンセラ６５を式（３）の再帰形フィ
ルタで実現し、 ・・・　（３） 分母、分子の係数が式（２）のＨ（Ｚ）と等しくなるよ
うに°適応的に制御すれば、エコーの十分な除去が可能
となるか、エコーキャンセラ６５の残差信号で分母、分
子の係数を適応的に制御する方式は、適応制御の収束性
が保証されず、従来は、再帰形フィルタの分子の係数の
み可変とし、分母の係数は固定としていた。このため、
エコーの十分な除去は困難であり、約４０ｄＢのエコー
抑制が要求される７ｋｍ程度の長距離伝送の場合、大き
な問題となっている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の２線式双方向ディジタル伝送において、エコー制
御は、再帰形フィルタの伝達関数で表わされ、エコーは
長い尾びきを有するため、再帰形フィルタを用いたエコ
ーキャンセラが必要となるか、従来はフィルタ係数の精
度のよい適応制御は困難であったため、エコーの十分な
除去は難しく、長距離伝送を実現する場合に大きな障害
となっている。

本発明は、このような従来の欠点を除去するためになさ
れたもので、エコー経路の分母、分子の伝達関数を精度
よく推定することにより、長距離伝送において必要な厳
密なエコー抑圧が極めて容易となるエコーキャンセラを
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） 上記従来の目的を達成する本発明は、送信手段と受信手
段を有する双方向伝送装置備えられるエコーキャンセラ
において、少なくとも第１．第２、第３の３個の適応フ
ィルタを有し、前記第１の適応フィルタに再帰形適応フ
ィルタを用い、前記第２及び第３の適応フィルタに非再
帰形適応フィルタを用い、送信信号を前記第１の適応フ
ィルタに入力し、受信信号と前記第１の適応フィルタの
出力信号をを減算する第１の減算器を有し、前記送信信
号を前記第２の適応フィルタに入力し、前記受信信号を
前記第３の適応フィルタに入力し、前記第２の適応フィ
ルタの出力信号と、前記第３の適応フィルタの出力信号
を減算する第２の減算器を有し、前記第１の適応フィル
タのタップ係数制御は、少なくとも前記第１の減算器の
出力信号と前記第２の減算器の出力信号に依存し、前記
第２の適応フィルタのタップ係数制御は、少なくとも前
記第１の減算器の出力信号に依存し、前記第３の適応フ
ィルタのタップ係数制御は、少なくとも前記第２の減算
器の出力信号に依存することを特徴とする 請求項第２項の本発明は、前記第１の適応フィルタの伝
達関数における分子の項の係数に係わるタップ係数の制
御は、前記第１の減算器の出力信号に依存し、前記第１
の適応フィルタの伝達関数における分母の項の係数に係
わるタップ係数の制御は、前記第２の減算器の出力信号
に依存することを特徴とする 請求項第３項の本発明は、複数の前記適応フィルタの係
数制御を、時分割に行なうことを特徴とする。

（作　用） 本発明では、２線式双方向ディジタルデータ伝送におい
て、再帰形適応フィルタのフィルタ係数の精度のよい適
応制御が実現され、エコー経路の有する再帰形フィルタ
の伝送関数による特性に起因するエコーの長い尾びきの
除去か可能となり、長距離伝送か実現される。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック図を示す。

伝送データは、符号化器１０で符号化（例えば、２ＢＩ
Ｑ符号）され送信信号か生成される。送信信号は、Ｄ／
Ａ変換器１１にてアナログ信号に変換された後、送信器
１２．ハイブリッド回路１３を経て伝送路１４に送出さ
れる。ここで、送信器１２は、例えば送信フィルタ、ド
ライバ等から構成される。ハイブリッド回路１３は、例
えばトランス、バランスネット等から構成され、送受信
の分離、２線４線変換等の働きをする。

伝送路１４からの受信信号は、ハイブリッド回路１３、
受信器１５を経てＡ／Ｄ変換器１６でディジタル信号に
変換され、さらに復号化器１７で受信データが復号され
る。ここで、受信器１５は、例えば受信フィルタ、レベ
ル制御器、等化器等から構成される。

一方、ハイブリッド回路１３の不完全性に起因して、送
信信号か受信側に回り込む（この回り込み信号をエコー
と呼ぶ）。このエコーを除去するために本発明によるエ
コーキャンセラ１９を用いる。

本実施例のエコーキャンセラ１９は、再帰形適応フィル
タ２０と、第１の非再鋸形適応フィルタ２１と、第２の
非再鋸形適応フィルタ２２と、第１の減算器２３及び第
２の減算器２４により構成し、再帰形と非再帰形を組み
合わせている。

ここで、−船釣な再帰形適応フィルタ２０の構成を第２
図に示す。伝達関数が分母と分子の多項式からなり、イ
ンパルス応答の時間は無限であり、無限インパルス応答
（ＩＩＲ）フィルタと呼ばれる。係数を適応的に変化さ
せ、適応フィルタとしてエコーキャンセラ１９に導入す
る場合、長い尾びきのエコーの抑圧も可能であるが、残
差信号（エコーのキャンセル残信号）による係数制御が
容易でない。

また、−船釣な第１の非再鋸形適応フィルタ２１の構成
を第３図に示す。第１の非再鋸形適応フィルタ２１は、
通常のトランスバーサルフィルタからなり、伝達関数か
分母の多項式を有さず、インパルス応答の時間は有限で
あり、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタと呼ばれ
る。係数を適応的に変化させ、適応フィルタとしてエコ
ーキャンセラ１つに導入する場合、長い尾びきのエコー
の抑圧には大きなタップ数を要するか、残差信号による
係数制御か容易である。

再帰形適応フィルタ２０の伝達関数を Ｆ　（Ｚ）−Ｆａ　（ｚ）／Ｆｂ　（Ｚ）第１の非再鋸
形適応フィルタ２１の伝達関数をＧａ　（ｚ） 第２の非再鋸形適応フィルタ２２の伝達関数をＧｂ　（
Ｚ） のように、Ｚ変換を用いて表わす。

Ｄ／Ａ変換器１１．送信器１２．ハイブリッド回路１３
．受信器１５．Ａ／Ｄ変換器１６からなるエコー経路の
伝達関数はアナログ領域の関数であるが、それをディジ
タル領域に変換し、Ｚ変換を用いて表わした伝達関数を Ｈ（ｚ）＝Ｈａ　（ｚ）／Ｈｂ　（ｚ）と定める。

ここで、エコーキャンセラ１９のエコー除去特性を考察
するため、相手側からの受信信号か存在しない場合を考
える。なお、受信信号が存在する場合においても、送信
信号と受信信号は無相関であるので、以下の議論は成り
立つ。

第１図のＰ点の信号をＸ（ｚ）、Ｑ点の信号をＥ　（ｚ
）と表わす。Ｘ　（ｚ）は送信信号、Ｅ　（ｚ）は送信
信号のエコーをそれぞれＺ変換形で表わしたものである
。

Ｅ　（ｚ）　＝Ｈ（ｚ）　　・Ｘ　（ｚ）＝Ｈａ　　（
ｚ）／Ｈｂ　（ｚ）　　・Ｘ　（ｚ）となる。

第１の非再壷形適応フィルタ２１の出力信号をＵ　（ｚ
）　、第２の非再壷形適応フィルタ２２の出力信号をＶ
　（ｚ）とそれぞれＺ変換形で表わすと、Ｕ　　（ｚ）
　　−Ｇａ　　（ｚ）　　・　Ｘ　　（ｚ）Ｖ　　（ｚ
）　　＝Ｇｂ　　（ｚ）　　・　Ｅ　　（ｚ）＝Ｇｂ　
　（ｚ）　　・　Ｈａ　　（ｚ）／Ｈｂ　　（ｚ）　　
−Ｘ　　（ｚ）となる。

再帰形適応フィルタ２０の出力信号をＷ　（ｚ　）のＺ
変換形で表わすと、 Ｗ　（ｚ）　−Ｆ　（ｚ）　・Ｘ　（ｚ）−Ｆａ　（ｚ
）／Ｆｂ　（ｚ）　・Ｘ　（ｚ）となる。

ここで、 Ｆ　（ｚ）　＝Ｈ（ｚ） 従って、 Ｆａ　（ｚ）−Ｈａ　（ｚ） Ｆｂ　（ｚ）＝Ｈｂ　（ｚ） であれば、エコー経路の伝送関数と再帰形適応フィルタ
２０の伝送関数が等しくなり、 Ｗ（ｚ）−Ｅ（ｚ） となり、第１の減算器２３によりエコーは除去される。

再帰形適応フィルタ２０の伝達関数の分子の係数をエコ
ー経路の伝達関数の分子の係数と等しくなるように制御
すること、つまり、 Ｆａ　（ｚ）＝Ｈａ　（ｚ） となるように制御することは、第１の減算器２３の出力
（残差信号）に基づき制御する従来の手法により可能で
ある。例えば、「ディジタルフィルタの設計」　（東海
大学出版）に記載されているＬＭＳ法によって可能であ
る。

一方、−船釣に再帰形適応フィルタ２０の伝達関数の分
母の係数をエコー経路の伝達関数の分母の係数と等しく
なるように制御すること、つまり、Ｆｂ　（ｚ）−Ｈｂ
　（ｚ） となるように制御することは、第１の減算器２３の出力
（残差信号）に基づく制御法では、収束の過程で不安定
になるという欠点があり、容易ではなく、従来は再帰形
適応フィルタ２０の伝達関数の分母の係数は固定にして
おくか、あるいは何種類かの係数値を予め用意して選択
する手法がとられ、エコーキャンセラの特性は十分ては
なかった。

本発明では、−船釣に適応フィルタの伝達関数の分母の
係数を減算器の残差信号に基づき可変することは容易で
はないが、分子の係数を減算器の残差信号に基づき可変
することは容易であるという特徴を利用している。

つまり、第２の非再壷形適応フィルタ２２の伝達関数Ｇ
ｂ　（ｚ）の係数を第２の減算器２４の残差信号に基づ
き可変し、 Ｇｂ　（ｚ）＝Ｈｂ　（ｚ） となるよう制御する。

そして、Ｇｂ　（ｚ）の係数を、再帰形適応フィルタ２
０の伝達関数の分母Ｆｂ　（ｚ）の係数として供給する
ことにより、 Ｇｂ　（ｚ）−Ｈｂ　（ｚ）＝Ｆｂ　（ｚ）となる。

第１の非再壷形適応フィルタ２１の伝達関数Ｇａ　（ｚ
）の分子の係数は、再帰形適応フィルタ２０の伝達関数
の分子Ｆａ（ｚ）から供給され、Ｇａ　（ｚ）＝Ｈａ　
（ｚ）−Ｆａ　（ｚ）となる。

収束した状態では、第１の非再帰形適応フィル夕２１の
出力Ｕ　（ｚ）は、 Ｕ　（ｚ）−Ｇａ’（ｚ）　　・Ｘ　（ｚ）−Ｈａ　（
ｚ）　　・Ｘ　（ｚ） となり、第２の非再壷形適応フィルタ２２の出力Ｖ　（
ｚ）は、 Ｖ　（ｚ）−Ｇｂ　（ｚ）　　・Ｅ　（ｚ）−Ｇｂ　（
ｚ）Ｈａ　（ｚ）／Ｈｂ　（ｚ）Ｘ　（ｚ）−Ｈａ　（
ｚ）Ｘ　（ｚ） となり、第２の減算器２４の出力、つまり残差信号Ｒ２
（ｚ）は、 Ｒ２（ｚ）　−Ｖ　（ｚ）　−Ｕ　（ｚ）　＝０となる
。同様に、収束した状態では、再帰形適応フィルタ２０
の出力Ｗ（ｚ）は、 Ｗ　（ｚ）　＝Ｆ　ａ　（ｚ）　／Ｆ　ｂ　（ｚ）　Ｘ
　（ｚ）−Ｈａ　（ｚ）／Ｈｂ　（ｚ）Ｘ　（ｚ）であ
り、第１の減算器２３の出力、つまり残差信号Ｒ１（ｚ
）は、 Ｒ１（ｚ）　＝Ｗ　（ｚ）　−Ｅ　（ｚ）　＝０となり
、安定な収束状態となる。

すなわち、本発明では、適応フィルタの分子の伝達関数
の係数制御は、残差信号による学習により行ない、一方
、分母の伝達関数の係数制御は、他の適応フィルタの分
子の伝達関数の係数により与えられる。従って、安定な
制御か可能となる。

本発明では、７ｋｍ程度の長距離伝送の場合にも対応で
きる精密なエコー抑圧か可能となる。

上記実施例では、再帰形適応フィルタ２０、第１の非再
壷形適応フィルタ２１、第２の非再壷形適応フィルタ２
２の伝達関数の係数制御を同時に行なったか、例えば、
まず第２の非再壷形適応フィルタ２２の伝達関数の係数
＄１　ｇｏを行ない、次に残りの適応フィルタの伝達関
数の係数制御を行なう時分割制御も可能である。

また、第１の非再壷形適応フィルタ２１を省略しＸ　（
ｚ）をそのまま第２の減算器２４に供給する方法も考え
られる。

［発明の効果〕 以上説明したように本発明のエコーキャンセラによれば
、エコー経路の分母、分子の伝達関数を精度よく推定す
ることにより、長距離伝送において必要な厳密なエコー
抑圧が極めて容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るエコーキャンセラのブ
ロック図、第２図は一般的な再帰形フィルタの構成を示
すブロック図、第３図は一般的な非再帰形フィルタの構
成を示すブロック図、第４図は従来のエコーキャンセラ
のブロック図、第５図は第４図の適応フィルタにトラン
スバーサルフィルタを用いたエコーキャンセラのブロッ
ク図である。 １０・・・符号化器、１１・・・Ｄ／Ａ変換器、１２・
・・送信器、１３・・・ハイブリッド回路、１５・・・
受信器、１６・・・Ａ／Ｄ変換器、１７・・・復号化器
、１９・・・エコーキャンセラ、２０・・・再帰形適応
フィルタ、２１・・・第１の非再壷形適応フィルタ、２
２・・・第２の非再壷形適応フィルタ、２３・・・第１
の減算器、２４・・・第２の減算器。 出願人　　　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 第２図 第３図 −ｘｌす一望−ζ６５ 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信手段と受信手段を有する双方向伝送装置備え
   られるエコーキャンセラにおいて、 少なくとも第１，第２，第３の３個の適応フィルタを有
   し、 前記第１の適応フィルタに再帰形適応フィルタを用い、
   前記第２及び第３の適応フィルタに非再帰形適応フィル
   タを用い、 送信信号を前記第１の適応フィルタに入力し、受信信号
   と前記第１の適応フィルタの出力信号をを減算する第１
   の減算器を有し、 前記送信信号を前記第２の適応フィルタに入力し、前記
   受信信号を前記第３の適応フィルタに入力し、 前記第２の適応フィルタの出力信号と、前記第３の適応
   フィルタの出力信号を減算する第２の減算器を有し、 前記第１の適応フィルタのタップ係数制御は、少なくと
   も前記第１の減算器の出力信号と前記第２の減算器の出
   力信号に依存し、 前記第２の適応フィルタのタップ係数制御は、少なくと
   も前記第１の減算器の出力信号に依存し、前記第３の適
   応フィルタのタップ係数制御は、少なくとも前記第２の
   減算器の出力信号に依存することを特徴とするエコーキ
   ャンセラ。
2. （２）前記第１の適応フィルタの伝達関数における分子
   の項の係数に係わるタップ係数の制御は、前記第１の減
   算器の出力信号に依存し、 前記第１の適応フィルタの伝達関数における分母の項の
   係数に係わるタップ係数の制御は、前記第２の減算器の
   出力信号に依存することを特徴とする請求項第１項に記
   載のエコーキャンセラ。
3. （３）複数の前記適応フィルタの係数制御を、時分割に
   行なうことを特徴とする請求項第１項に記載のエコーキ
   ャンセラ。