SE505152C2 - Adaptivt ekosläckningsförfarande - Google Patents

Description

505 152 2 passningen fullständigt inhiberas. Filterkoefficientema är därför frusna, och om det antages att ERL skattas ur filterkoefficienterna, kommer inga nya skattningar av ERL att hittas. Om ekoalstringssystemets karaktäristika nu ändras kommer filtret ej att vara i stånd att anpassa sig till den nya situationen. Den i [1] föreslagna metoden är alltför konservativ, dvs. filteruppdateringen inhiberas även i situationer där detta bör undvikas.

SUMMERING AV UPPFINNINGEN Ett syftemål för föreliggande uppfinning är erbjudande av ett adaptivt ekosläck- ningsförfarande, i vilket anpassningen av ekosläckaren förhindras i en miljö med lågt förhållande mellan signal och bakgrundsljud endast då så är absolut nödvändigt.

Detta syftemål löses genom särdragen i patentkravet 1.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen samt ytterligare syftemål och fördelar med denna förstås bäst genom hänvisning till nedanstående beskrivning och de bifogade ritningarna, i vilka: Fig. 1 är ett blockschema av ett ekoalstringssystem; fig. 2 är ett blockschema av ett ekosläckningssystem; fig. 3 är ett tidsdiagram av insignaleffekten till en ekosläckare; och fig. 4 är ett flödesschema av en föredragen utföringsform av förfarandet i enlighet med föreliggande uppfinning. 505 152 3 DETALJERAD BESKRIVNING AV DE FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMERNA Fig. 1 illustrerar ekoalstringsprocessen i ett telefonsystem. En abonnent A, nedan kallad fiärrabonnenten, är ansluten till en hybrid (en hybrid bildar på välkänt sätt gränssnittet mellan en fyrtrådig och en tvåtrådig förbindelse) via en tvåtrådig ledning.

På liknande sätt är en abonnent B, nedan kallad närabonnenten, ansluten till en an- nan hybrid via en tvåtrådig ledning. De tvåtrådiga ledningarna överför både inkom- mande och utgående talsignaler. Utgående tal från fiärrabonnenten A överförs till närabonnenten B via den övre tvåtrådiga ledningen i fig. 1. På liknande sätt överförs utgående tal från närabonnenten B till fjärrabonnenten A på den undre tvåtrådiga ledningen i fig. 1. Den undre tvåtrådiga ledningen från abonnent B till abonnent A innehåller dock även ett eko av utgående tal från abonnent A som hybriden vid abonnent B ej var i stånd att undertrycka fullständigt. På liknande sätt innehåller den övre tvåtrådiga ledningen i fig. 1 eko av utgående tal från abonnent B.

Fig. 2 illustrerar hur ekot tillbaka till abonnent A släcks vid den närbelägna änden (ett liknande arrangemang förekommer vid den bortre änden). lnsignalen x(n) , där n betecknar diskret tid, representerar tal från abonnent A. lnsignalen x(n) dämpas av hybriden (dämpningen representeras av ekovägsdämpningen ERL (ERL = Echo Retum Loss)), och den resulterande ekosignalen s(n) kombineras med närsignalen v(n), som eventuellt kan innehålla närtal. Den resulterande utsignalen y(n) innehåller därför både närsignalen och eko från fiärrsignalen. lnsignalen x(n) leds också till ett adaptivt filter, som modellerar hybridens impulssvar genom inställning av sina koeffi- cienter (en typiskt fllterlängd är 512 koeffioienter). Den resulterande skattningen av ekosignalen s(n) betecknas š(n). Denna skattning subtraheras från utsignalen y(n), och den resulterande felsignalen e(n) leds till det adaptiva filtret för inställning av filterkoefficienterna och till den tvåtrådiga ledningen tillbaka till fiärrabonnenten A.

Ofta modelleras ekot s(n) genom användning av en FIR-modell (Finite lmpulse Res- ponse) och bestäms skattningen š(n) med hjälp av den normaliserade minsta kvad- ratmetoden (NLMS) (se exempelvis [2]). För tidsinvarianta signaler kan man visa att den stationära felinställningen, dvs. effekten av felet för det skattade ekot, 505 152 4 E(š(n)-s(n))2 , för en konstant steglängd p i NLMS-metoden ges av (se exempelvis [21 Bokia-s(n)? = Zfy Eviin) <1 > där Ev2(n) är variansen av närbruset v(n) (signalen från närabonnenten B under tidsperioder utan tal). Felet i skattningen š(n) beror dock på fel i skattade FIR- koefficienter {bk}. Dessa FlR-filterkoefficientfel kan approximeras genom (baserat på ekvation (45) i [2]) E03 -bkf- t* 1 EVZÛ” (2) där N är filterlängden. Om det antages att filtret har konvergerat i ett stationärt sce- nario ges variansen av filterkoefficienterna av (2). Om nu effekten av insignalen x(n) minskar ger (2) en ökad varians av filterkoefficienterna vid stationärt tillstånd och kommer filtret därför att divergera. Om effekten av x(n) åter ökar kommer filtret åter att konvergera, men det skattade felet E(š(n)- s(n))2 kan vara ogynnsamt högt in- nan filtret åter har konvergerat. Därför är någon sorts kontroll av filteruppdaterings- processen önskvärd för att förhindra att skattningsfelet ökar alltför drastiskt i situa- tioner med icke-stationära insignalkaraktäristika.

Fig. 3 illustrerar den ovan beskrivna situationen itidsdiagramform. Kurvan 1 ifig. 3 representerar insignaleffekten R, för insignalen x(n). I detta fall är signalen ganska stark och långt över brusnivån NL (v(n) utan närtal), representerad av den punkt- streckade linjen i fig. 3. I detta fall skulle filtret konvergera även i kurvans dalar. Om emellertid avståndet mellan brusnivån NL och signalen reduceras, antigen på grund av en lägre signaleffekt, representerat av kurvan 2 i fig. 3, eller på grund av en högre brusnivå NL, kommer filtret att divergera i dalarna. Såsom nämnts ovan jämför den i [1] beskrivna metoden insignalens x(n) effekt med bakgrundsbrusnivån NL för att övervinna detta problem. En anpassning av filtret förhindras om effekten av ekot s(n) är mindre än bakgrundsbrusnivån med en marginal på 1 till 5 dB. Dvs. 505 152 R* ERL där ERL betecknar en skattning av ekovägsdämpningen och C är en konstant sä- kerhetsmarginal (i intervallet 1 till 5 dB).

Ett problem med den ovan beskrivna metoden är dess beroende av en noggrann skattning av ekovägsdämpningen ERL. Om ett stort värde uppskattas på ERL kan anpassningen fullständigt inhiberas, eftersom Rx/ERL gott och väl kan underskrida C-NL för alla insignalnivåer. Filterkoefficienterna är alltså frusna, och om det anta- ges att ERL skattas genom summan av kvadraterna av filterkoefficienterna kommer ingen ny skattning av ERL att bildas. Villkoret (3) är alltså alltför konservativt. Filtret kan sluta i ett anpassningsdödläge. Detta kan t.ex. vara fallet för en insignal liknande kurvan 3 i fig. 3, vilken kurva ligger fullständigt under den streckade linjen ERL+NL+C (ERL-NL-C uttryckt i dB).

Grundidén enligt föreliggande uppfinning för övervinnande av detta problem är att styra uppdateringen av filtret genom attjämföra ett korttidsmedelvärde Rx” av ef- fekten av x(n) med ett långtidsmedelvärde RQ” av effekten av x(n). Om korttidsme- delvärdet faller under långtidsmedelvärdet inhiberas filteranpassningen.

Denna grundläggande idé kan formuleras enligt följande: anpassningen inhiberas om Rf” < max(yRí"',D) ( 4 ) där D är en förutbestämd konstant (t.ex. av storleksordningen -45 dBmO) som an- vänds för inhibering av anpassningen under perioder med både låg insignaleffekt och låga bakgrundsbrusnivåer, och där y ges av PÅÉLJYå (s) = min a, r ( Rim 505 152 6 Konstanten a (>0) säkerställer att anpassningen av filtret ej fullständigt inhiberas (när det skattade värdet av ERL är stort kommer a att väljas i ekvation (5), eftersom oi i detta fall kommer att vara mindre än ERL-NL/R,."°). Genom att välja ow1 (t.ex. 0.95) uppdateras filtret åtminstone när korttidsmedelvärdet Rx” för insignalen x(n) överskrider långtidsmedelvärdet RÅ”.

Förfarandet i enlighet med föreliggande uppfinning illustreras i kurvan 3. Den korta dubbelpilen Rx” representerar korttidsmedelvärdet. Längden av dubbelpilen repre- senterar det tidsintervall över vilket medelvärdet bildas (typiska värden är 60-70 mil- Iisekunder). På liknande sätt representerar dubbelpilen Rx” långtidsmedelvärdet, som i typfallet beräknas över ett tidsintervall som är åtminstone en storleksordning längre än tidsperioden för beräkning av korttidsmedelvärdet, t.ex. av storleksord- ningen 4 sekunder. Därför används endast de senaste samplen för beräkning av korttidsmedelvärdet, medan ett stort antal sampel används för beräkning avlång- tidsmedelvärdet. Såsom framgår av figuren överskrider korttidsmedelvärdet vid samplingstillfället n långtidsmedelvärdet vid samma tillfälle (avståndet ovanför t- axeln representerar motsvarande medelvärde). l detta fall (kurva 3, samplingstillfälle n) skulle föreliggande uppfinning tillåta filteruppdatering, medan förfarandet i enlig- het med känd teknik skulle inhibera filteruppdatering.

En föredragen utföringsform av förfarandet i enlighet med föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas under hänvisning till flödesschemat i fig. 4. I steg 10 in- samlas nästa sampel x(n) av insignalen. I steg 12 bildas ett nytt långtidsmedelvärde RÅ” innehållande det nya samplet. På liknande sätt beräknas i steg 14 ett nytt kort- tidsmedelvärde Rf” innehållande det nya samplet. I steg 16 beräknas y i enlighet med (5) ovan. l steg 18 beräknas en referensnivå R i enlighet med högerledet av relation (4) ovan. I steg 20 jämförs korttidsmedelvärdet med denna referens. Om korttidsmedelvärdet faller under referensnivån inhiberas filteruppdateringen i steg 24, i annat fall uppdateras filtret i steg 22. Därefter återgår algoritmen till steg 10 för insamling av nästa sampel. 505 152 7 I en förenklad utföringsform av denna uppfinning kan D sättas till 0, vilket svarar mot -oo dBmO eller inget bakgrundsbrus. I detta fall kommer högerledet av (4) att alltid vara lika med y Rx”.

Fackmannen inser att olika modifieringar och förändringar kan göras vid föreliggan- de uppfinning utan awikelse från dess grundtanke och ram, som definieras av de bifogade patentkraven.

REFERENSER [1] wo93/O9608, Nokia Telecommunications OY [2] D.T.M Slock, "On the convergence behavior of the LMS and the normalized LMS algorithms”. IEEE Transactions on Signal Processing, 41(9):2811- 2825, September 1993.

Claims (8)

505 152 PATENTKRAV

1. Ett adaptivt ekosläckningsförfarande, i vilket anpassningen av en ekosläcka- re förhindras i en miljö med litet förhållande mellan signal och bakgrundsbrus, inne- hållande stegen bestämning av en skattning av ekovägsdämpningen (ERL) och av en skattning av brusnivån (NL) i miljön, kännetecknat av stegen: bestämning av ett långtidsmedelvärde (RXM) av nyligen inkomna sampel av en insignal x(n) till ekosläckaren; bestämning av ett korttidsmedelvärde (Rfa) av nyligen inkomna sampel av insignalen x(n); förhindrande av anpassning av ekosläckaren om korttidsmedelvärdet är mindre än maximum av långtidsmedelvärdet multiplicerat med en förutbestämd fak- tor (y) och en första förutbestämd konstant (D).

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att den förutbestämda faktorn ut- gör minimum av (a) en andra förutbestämd konstant (a), och (b) en produkt av brusnivåskattningen och skattningen av ekovägsdämp- ningen (ERL) dividerad med làngtidsmedelvärdet (RF).

3. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att den första förutbestämda konstanten svarar mot en bakgrundsbrusnivå av storleksordningen -45 dBmO.

4. Förfarande enligt krav 2 eller 3, kännetecknat av att den andra förutbe- stämda konstanten är approximativt 1. 505 152 9

5. Förfarande enligt krav 4, kännetecknat av att den andra förutbestämda konstanten är lika med 0,95.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att korttids- medelvärdet bildas över en tidsperiod av storleksordningen 60-70 ms.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att långtids- medelvärdet bildas över en tidsperiod av storleksordningen 4 sekunder.

8. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att den första förutbestämda kon- stanten är lika med noll, vilket svarar mot avsaknad av bagrundsbrus.