NO160239B - Fremgangsmaate og koplingsanordning for adaptiv ekkoutslettelse i utgangsanordninger for dupleks-dataoverfoering overtotraadsledninger. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en koplingsanordning for utførelse av fremgangsmåten for adaptiv ekkoutslettelse i utgangsanordninger for dupleks-dataoverføring over totrådsledninger i overensstemmelse med innledningen til patentkrav 1 og patentkrav 4.

Ved dataoverføring over telefonledninger som består av totråds- og firetrådsledninger, opptrer det ekkosignaler som ved dupleksdrift kan forstyrre dataoverføringen. For å unngå disse forstyrrelser, er det fra fig. 2 og 3 i den europeiske patentsøknad 0 023 056 kjent å frembringe et ekko-utslettelses- eller ekkoslukkesignal ut fra sendesignalet og å subtrahere dette fra inngangssignalet som oppviser ekkosignaler. Ekkoslukkesignalet frembringes ved at sendesignalet forsinkes i flere forsinkelsestrinn og multipliseres med de til de enkelte forsinkelsestrinn tilordnede koeffisienter, og alle således frembrakte produkter summeres. Det differansesignal som oppstår ved subtrahering av ekkoslukkesignalet fra inngangssignalet, inneholder fremdeles et restekkosignal. Dette utnyttes til å tilpasse koeffisientene på en slik måte at restekkosignalet ikke overskrider en terskel. Fra GB publi-seringsskrift 2 045 038 er det i og for seg kjent å forsinke et signal i flere forsinkelsestrinn, a multiplisere med koeffisienter og summere alle produkter. Det er videre kjent å sammenlikne et signal med en terskelverdi og å endre alle koeffisienter i avhengighet av resultatet av denne sammenlikning. Det er videre kjent å forsterke et signal under anvendelse av en variabel forsterkningsfaktor, idet den variable forsterkningsfaktor utvinnes ut fra sammen-likningen av det forsterkede signal med et annet signal.

Den fremgangsmåte som er kjent fra ovennevnte europeiske patentsøknad, har den ulempe at koeffisientene på grunn av de mulige store nivårforskjeller mellom ekkosignalene må omfatte et stort verdiområde, slik at en koplingsanordning for utførelse av den kjente fremgangsmåte er meget kostbar. Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken koeffisientene også ved store nivåforskjeller mellom ekkosignalene bare må omfatte et lite verdiområde.

Ovennevnte formål oppnås med en fremgangsmåte ifølge krav 1, og med en koplingsanordning ifølge krav 4.

Med henblikk på god tilpasning av koeffisientene er en langsom arbeidsmåte hensiktsmessig. Utførelsesformen ifølge krav 2 muliggjør også ved langsom tilpasning av koeffisientene en fordelaktig, hurtig nivåendring av ekkosignalet ved hurtig varierende nivå av ekkosignalet.

Utførelsesformen ifølge krav 3 har den fordel at ekkoslukkesignalets nivå ved en endring av summen av alle produkter ikke endrer seg eller endrer seg bare lite, og det derfor ikke skjer noen eller bare en liten, ny tilpasning av forsterkningen.

Krav 5 angir en hensiktsmessig utførelse av koplingsanordningen for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen .

Krav 6 angir en hensiktsmessig anv-endelse av kop-lings anordn ingen ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med de på fig. 1-5 viste utførelseseksempler.

Fig. 1 viser en ende- eller utgangsanordning for dupleks-dataoverføring som over en overføringsvei U er forbundet med en ikke vist motanordning (tysk: Gegengerat). Overføringsveien U består av totråds- og firetrådsledninger, idet det til utgangsanordningen er tilkoplet en totrådsled-ning.

En sender S sender et sendesignal xA som overføres til motanordningen over et sendefilter SF, en gaffelkopling G og overføringsveien U. Samtidig sender også motanordningen et sendesignal xfi som over overføringsveien U, gaffelkoplingen G, et mottagningsfilter EF og en subtraherer SUB1 ankommer til en mottaker E.

På grunn av ufullkommen etterlikning av totrådsled-ningene i gaffelkoplingen G og de ytterligere, ikke viste gaffelkoplinger, ankommer en del av sendesignalet xA som ekkosignal e til mottagningsfilteret EF, slik at det på det-tes utgang opptrer et inngangssignal xB + e.

For å gjøre ekkosignalet e uvirksomt, tilføres inngangssignalet xB + e til subtrahererens SUB1 ikke-inverterende inngang 21, idet subtrahererens inverterende inngang 22 tilføres et ekkoslukkesignal é. På subtrahererens utgang 23 fremkommer således et differansesignal d som består av sendesignalet x_ og et restekkosignal og tilføres til mottakeren E.

Ekkoslukkesignalet é utvinnes av sendesignalet xA ved hjelp av en ekkoslukker EC og en etter denne innkoplet forsterkningsregulering Aa. Ekkoslukkeren EC inneholder en nivåovervåkning PU og et adaptivt filter AF som består av et ved hjelp av koeffisienter styrbart, variabelt filter VF og en koeffisientregnemaskin.KR. Det variable filter VF er et ortogonalfilter slik det eksempelvis er beskrevet i det tyske tidsskrift "Elektronik", årgang 1977, hefte 3, side 69 - 74. Forsterkningsreguleringen Aa består av en reguleringsforsterker RV og en forsterkningsstyring VS.

Sendesignalet xA tilføres over signalinngangen 1

til det variable filter VF hvor det forsinkes i flere forsinkelsestrinn og multipliseres med koeffisienter. De således oppstående produkter summeres og frembringer det variable filters utgangssignal x som uttas på filterets signalutgang 2 og tilføres til nivåovervåkningens PU inngang 3, til reguleringsforsterkerens RV signalinngang 11 og til forsterkningsstyringens VS sendesignalinngang 17. På reguleringsforsterkerens RV signalutgang 12 uttas ekkoslukkesignalet é" og tilføres til subtrahererens SUB1 inverterende inngang 22. Med henblikk på koeffisienttilpasningen og tilpasning av forsterkningen er subtrahererens SUBl utgang 23 for-uten med mottakeren E også forbundet med en første koeffisienttilpasningsinngang 5 til koeffisientregnemaskinen KR og med en første forsterkningsstyreinngang 14 til forsterkningsstyringen VS.

Til hver koeffisientmultipliserer i det variable filter VF er en koeffisient tilordnet. Disse koeffisienter fastslås av koeffisientregnemaskinen KR i avhengighet av restekkosignalet og de forsinkede sendesignaler og overføres over dens koeffisientstyreutganger 7 (én utgang for hver koeffisient) samt koeffisientstyreinngangen 8 til koeffisient-multiplisereren. De forsinkede sendesignaler overføres over forbindelsen 9 fra det variable filter VF til koeffisientregnemaskinen KR.

Koeffisienttilpasningen ved hjelp av koeffisientregnemaskinen KR skjer på den måte at denne endrer koeffisientene så lenge restekkosignalet ikke overskrider en første terskel, koeffisientregnemaskinens KR utløsnings- eller reaksjonsterskel. Derved bevirker nivåovervåkningen PU at en middelverdi av utgangssignalet x ikke avviker fra et forutbestemt børnivå med mer enn et bestemt beløp, nemlig nivåovervåkningens reaksjonsterskel, idet den over forbindelsen mellom sin utgang 4 og en andre koeffisienttilpasningsinngang 6 til koeffisientregnemaskinen KR justerer eller endrer alle koeffisienter i retning av en konstantholdeIse av middelverdien. Som middelverdi er tilveiebrakt den aritmetiske middelverdi av det likerettede utgangssignal x, men imidlertid kan også den kvadratiske middelverdi benyttes.

Reguleringsforsterkerens RV forsterkningsfaktor kan innstilles ved hjelp av en på dens forsterkningsinnstillingsinngang 13 tilført reguleringsstørrelse. Denne regule-ringsstørrelse avgis av forsterkningsstyringen VS på dennes styreutgang 16 og styrer dermed reguleringsforsterkerens RV forsterkningsfaktor og dermed ekkoslukkesignalets é nivå på en slik måte at restekkosignalet ikke overskrider en bestemt andre terskel, nemlig forsterkningsstyringens VS reaksjonsterskel .

Ekkosignalet kan endre seg plutselig med hensyn

til sitt nivå, f.eks. ved at overføringsveien U til motanordningen oppviser bærefrekvens- eller retningsradiostrek-ninaer, og det på en sådan strekning skjer en omkopling fra driftsanordningene til reserveanordningene med avvikende for-sterkning. For å utjevne raske nivåendringer av ekkosignalet, er det fordelaktig å la forsterkningstilpasningen arbeide 10 til 100 ganger raskere enn koeffisienttilpasningen.

Derved bevirkes at raske nivåendringer utjevnes raskt og det likevel oppnås en god koeffisienttilpasning på grunn av til-pasningens langsomme arbeidsmåte. Dessuten oppnås at koeffisientregnemaskinen ikke reagerer ved raske nivåendringer.

Når nivået av ekkoslukkerens EC utgangssignal x endrer seg i det foran beskrevne eksempel, i hvilket den på fig. 1 strektegnet viste forbindelse ennå ikke er inneholdt, f.eks. for på nytt å anta sitt børnivå, endres i begynnelsen også ekkoslukkesignalet é, og ekkoslukkingen er mindre god. Over restekkosignalet og forsterkningsstyringen VS blir imidlertid straks reguleringsforsterkerens RV forsterkningsfaktor tilbakestilt eller etterjustert så mye i motsatt retning at restekkosignalet ligger under forsterkningsstyringens VS reaksjonsterskel.

En raskere motsatt endring av forsterkningsfaktoren ved endring av utgangssignalet x bevirkes ved hjelp av en utførelse av oppfinnelsen i overensstemmelse med krav 5. Over den på fig. 1 strektegnet viste forbindelse mellom nivåovervåkningens PU utgang 4 og en andre forsterkningsstyreinngang 15 til forsterkningsstyringen VS endres reguleringsforsterkerens RV forsterkningsfaktor i motsatt retning ved hjelp av nivåovervåkningen PU ved en endring av alle koeffisienter, og dette fremdeles før forsterkningsstyringen VS reagerer over sin inngang 14.

Fig. 1 refererer seg til et utførelseseksempel med analog signalbehandling. Et eksempel med digital signalbehandling er vist på fig. 2. Denne figur er forskjellig fra fig. 1 ved at det for analog-digital-omforming er anordnet en avsøker AT foran det variable filters VF signalinngang 1. Videre er det mellom reguleringsforsterkerens RV signalutgang 12 og subtrahererens SUBl inverterende inngang 22 inn-satt en digital/analog-omformer DA. Videre tilføres differansesignalet d til koeffisientregnemaskinen KR og forsterkningsstyringen VS som digitalt differansesignal d<1> over en analog/digital-omformer AD.

På sidene 654 - 666 i tidsskriftet "IEEE Transactions on Communications," Vol. CPM-25, nr. 7, juli 1977 er det i avhandlingen "A Passband Data-Driven Echo Canceller for Full-Duplex Transmission on Two-Wire Circuits" beskrevet hvordan det med en fjernende-ekkoslukker utvinnes et fjernende-ekkoslukkesignal og med en nærende-ekkoslukker utvinnes et nærende-ekkoslukkesignal.

Patentkrav 6 og fig. 3 angår anvendelse av oppfinnelsen for tilveiebringelse av et fjern-ende-ekkoslukkesignal e_r. Til dette formål tjener en avsøker AT, et løpetidsledd LZ, en fjern-ende-ekkoslukker ECF, en forsterkningsregulering Aa, en digital/analog-omformer DA og en analog/digital-omformer AD. Løpetidsleddet LZ, som er innkoplet mellom av-søkeren AT og det variable filters VF signalinngang 1, redu-serer omkostningene for det variable filter. De øvrige byggegrupper er de samme som på fig. 1 og 2.

Til frembringelse av nær^ende-ekkoslukkesignalet

é»N, tjener nær-ende-ekkoslukkeren ECN. Denne er utført på én av de kjente måter.

To utførelseseksempler skal beskrives utførlig på grunnlag av fig. 4 og 5. Disse refererer seg til frembringelse av fjernende-ekkoslukkesignalet og digital signalbehandling, idet det for like byggegrupper osv. er benyttet de samme henvisningstegn som på fig. 1, 2 og 3 og det videre henvises til de tilhørende deler av beskrivelsen. Utførelsen ifølge fig. 4 arbeider uten endring og utførelsen ifølge fig. 5 arbeider med samtidig endring av forsterkningsfaktoren ved hjelp av nivåovervåkningen PU.

Først beskrives utførélsen ifølge fig. 4. Avsøke-ren AT drives med takt- eller pulsfrekvensen l/T. Det variable filter VF er utført som transversalfilter. Det består av en av flere forsinkelseselementer dannet forsinkelseskjede som oppviser uttak 37, flere, til uttakene 37 tilordnede koeffisient-multipliserere, og en summerer 36. Hvert av forsinkelseselementene oppviser forsinkelséstiden T. På uttakene 37 oppstår således tidsforsinkede signaler som er av-hengiae av sendesignalet x .

Av forsinkelseselementene er bare inntegnet de to første (31, 32) og det siste (33). Likeledes er bare vist den første (34) og den siste (35) av koeffisient-multiplisererne hvis utganger er forbundet med summererens 36 innganger. Dennes utgang svarer til det variable filters VF signalutgang 2 og fører utgangssignalet £. Koeffisient-multipliserernes første innganger er forbundet med de til disse tilordnede uttak, og deres andre innganger mates med koeffisientene over koeffisientstyreinngangene 8 og koeffisientregnemaskinens KR koeffisientstyreutganger 7.

Koeffisientregnemaskinen KR inneholder flere likt oppbyggede enkeltkoeffisientregnere, én for hver koeffisient. Bare den første (KR^) og den siste (KR^ enkeltkoeffisientregner er vist. Videre er det anordnet en for alle enkelt-koef f isientregnere felles konstantmultipliserer M^. Hver enkeltkoeffisientregner består av multiplisererne 41 og 42, en adderer 4 3 og et forsinkelsesledd 44.

Det digitale differansesignal d' blir over koeffisientregnemaskinens KR koeffisienttilpasningsinngang 5 tilført til konstantmultiplisereren Mj^ hvor det multipliseres med en innstillbar konstant P. Konstanten bestemmer størrel-sen av de enkelte trinn av koeffisienttilpasningen og dermed også dennes hurtighet. Det således frembrakte, multipliserte digitale differansesignal d" tilføres til alle multipliserere 41 hvor det sammenknyttes med de på de tilhørende uttak 37 tilstedeværende, tidsforsinkede signaler. Multipliserernes 41 utganger er forbundet med innganger til addererne 43. Multiplisererne 42 er innkoplet mellom addererne 4 3 og forsinkelsesleddene 44 og påvirkes med en av nivåovervåkningen PU fastslått korreksjonsverdi. Forsinkelsesleddene 44 for-sinker signalene med takten T og avgir på sine utganger koeffisientene til det variable filter VF over koeffisient-styreutgangene 7.

Nivåovervåkningen PU består av en nivåutnytter 51, en sammenlikner 52, en fortegnbestemmer 53 og en omkopler 54. Over nivåovervåkningens PU inngang 3 blir utgangssignalet x tilført til nivåutnytteren 51 som ut fra dette frembringer et signal px som er avhengig av middelverdien av utgangssig-nalets x" nivå. Dette signal blir i sammenlikneren 52 sammen-liknet med en innstillbar, til børnivået svarende børverdi Pq• Det således frembrakte utgangssignal fra sammenlikneren 52 styrer omkopleren 54 via fortegnbestemmeren 53 på en slik måte at nivåovervåkningens PU utgang 4 ved for lavt nivå gjennomkoples til en første korreksjonsverdi (1 + 6), ved

for høyt nivå gjennomkoples til en andre korreksjonsverdi

(1 - 6), og ved overensstemmelse mellom nivået og dets bør-nivå fører verdien 1. Overensstemmelse betyr at forskjellen mellom signalet px og børverdien Pq er mindre enn sammen-liknerens 52 reaksjonsterskel.

Da nivåovervåkningens PU utgang 4 over koeffisientregnemaskinens KR andre koeffisienttilpasningsinngang 6 er forbundet med multiplisererne 4 2 for alle enkeltkoeffisientregnere, blir alle koeffisienter ved for lavt nivå av utgangssignalet x multiplisert så lenge med hver takt T med den før-ste korreksjonsverdi (1 + 6) at signalet px stemmer overens med børverdien pQ. På samme måte blir alle koeffisienter

ved for høyt nivå multiplisert med korreksjonsverdien (1 - 6) .

Forsterkningsstyringen VS inneholder to multipliserere 61 og 63, en fortegnbestemmer 62 og en av en adderer 64 og et forsinkelsesledd 6 7 bestående akkumulator. Multiplisereren 61 sammenknytter det variable filters VF utgangssignal x og styrer med resultatet fortegnbestemmeren 62 som alt etter resultatets polaritet avgir verdien +1 eller -1

til multiplisereren 63. Denne påvirkes dessuten med en innstillbar, andre konstant y ved hjelp av hvilken størrel-sen av de enkelte trinn og dermed hurtigheten av forsterkningstilpasningen bestemmes. Ved tilstedeværelse av verdien +1 avgir multiplisereren 6 3 verdien +y, og ved tilstedeværelse av verdien -1 avgir den verdien -y til sin utgang som er forbundet med en inngang til addereren 64. Multiplisereren 6 3 består av en omkopler som alt etter den på dens inngang tilstedeværende verdi +1 eller -1 enten gjennomkopler verdien +y eller verdien - y til utgangen.

På utgangen av forsinkelsesleddet 67, som oppviser en forsinkelsestid T, uttas reguleringsstørrelsen for styring av reguleringsforsterkerens RV forsterkningsfaktor og til-føres til reguleringsforsterkeren RV over styreutgangen 16

og forsterkningsinnstillingsinngangen 13.

Eksemplet ifølge fig. 5 er forskjellig fra eksemplet ifølge fig. 4 ved at forsterkningsstyringen VS dessuten omfatter en omkopler 65 og en mellom addereren 64 og forsinkelsesleddet 67 innkoplet multipliserer 66. Liksom omkopleren 54 styres omkopleren 65 fra fortegnbestemmerens 53

utgang og omkopler likeledes mellom de to korreksjonsverdier (1 + 6) og (1 - 5), men imidlertid vekselvis. Da dens utgang er forbundet med multiplisereren 66, blir ved multiplikasjo-nen av alle koeffisienter med den første korreksjonsverdi

(1 + 6) samtidig reguleringsstørrelsen for styring av for-sterkningsf aktoren multiplisert med den andre korreksjonsverdi (1-6), og omvendt. Ved endring av alle koeffisienter endres således forsterkningsfaktoren i motsatt retning.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for adaptiv ekkoutslettelse i utgangsanordninger for dupleks-dataoverføring over totrådsledninger ved utvinning av et ekkoslukkesignal av et sendesignal i et variabelt filter, idet sendesignalet forsinkes i flere forsinkelsestrinn og multipliseres med de tilde enkelte forsinkelsestrinn tilordnede koeffisienter, og alle produkter summeres, og idet ekkoslukkesignalet subtraheres fra et inngangssignal som oppviser ekkosignaler, og det således frembrakte differansesignal utnyttes for tilpasning av koeffisientene på en slik måte at det i differansesignalet fremdeles inneholdte restekkosignal ikke overskrider en første terskel, karakterisert ved at det ved en avvikelse av

nivået av summen av alle produkter fra et børnivå ved hjelp av en koef-fisientregnemaskin foretas en sådan endring av alle koeffisienter at av-vikelsen ikke overskrider et bestemt beløp, og at ekkoslukkesignalet utvinnes av summen av alle produkter fra det variable filter ved multinli- i kasjon med en forsterkningsfaktor i en reguleringsforsterker, idet for- sterkningsfaktoren tilpasses slik at restekkosignalet ikke overskrider en andre terskel.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at tilpasningen av forsterkningsfaktoren skjer raskere enn tilpasningen av koeffisientene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forsterkningsfaktoren ved endring av alle koeffisienter endres i motsatt retning.

4. Koplingsanordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, idet utgangen av en sender er forbundet med signalinngangen til et ved hjelp av koeffisienter styrt, variabelt filter, idet det variable filters signalutgang er forbundet med den inverterende inngang til en subtraherer til hvis ikke-inverterende inngang inngangssignalet tilføres, og idet subtrahererens utgang er forbundet med en første koeffisienttilpasningsinngang til en koeffisient-regnemaskin som fastslår koeffisientene, karakterisert ved at det variable filters (VF) signalutgang (2) er forbundet med inngangen (3) til en nivåovervåkning (PU") og sendesignalinngangen (17) til en forsterkningsstyring (VS), at nivåovervåkningens (PU) utgang (4) er forbundet med en andre koeffisienttilpasningsinngang (6) til koeffisientregnemaskinen (KR), at det mellom det variable filters (VF) signalutgang (2) og subtrahererens (SUBl) inverterende inngang (22) er innkoplet en reguleringsforsterker (RV) hvis forsterkningsinnstillingsinngang (13) er forbundet med forsterkningsstyringens (VS) styreutgang (16), og at subtrahererens (SUBl) utgang (23) er forbundet med en første forsterkningsstyreinngang (14) til forsterkningsstyringen (VS) (fig. 1).

5. Koplingsanordning ifølge krav 4, for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 3, karakterisert ved at nivåovervåkningens (PU) utgang (4) er forbundet med en andre forsterkningsstyreinngang (15) til forsterkningsstyringen (VS) (fig. 1) .

6. Anvendelse av koplingsanordningen ifølge krav 4 eller 5 for utvinning av et fjern-ende-ekkoslukkesignal (éF) (fig. 3).