AT391784B - Verfahren zur adaptiven kompensation eines echos in einer kommunikationseinrichtung - Google Patents

Description

Nr. 391 784

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur adaptiven Kompensation eines Echos in einer Kommunikationseinrichtung mit Sende- und Empfangssignalen durch einen Kompensationswert, der vom abgetasteten Sendewert des Sendesignals subtrahiert wird, wobei der Kompensationswert aus dem abgetasteten Empfangswert des unverändert weitergeleiteten Empfangssignals und dem durch die Subtraktion entstandenen 5 Übertragungswert gebildet wird.

Nach einem derartigen Verfahren arbeitet der in der EP 231 854 beschriebene Echokompensator. Der Kompensationswert bildet dabei das Echo nach. Auf einer Fernleitung werden Signale im Frequenzband von 0,3 · 3,4 kHz übertragen. Um zu verhindern, daß die Kompensationskoeffizienten aus dem vorgegebenen Bereich herauslaufen, wird dem Empfangswert ein "Rauschrahmen" im Frequenzbereich 0 - 0,3 und 3,4 - 4 kHz 10 hinzugefügt.

Bei Fieisprecheinrichtungen wird zur Unterdrückung des Echos eine sogenannte "Sprachsteuerung" verwendet. Bei Überwiegen des Empfangssignals wird das Sendesignal gedämpft und umgekehrt. Wenn Störgeräusche ein Nutzsignal Vortäuschen, so wird in der falschen Richtung gedämpft Darüberhinaus hat die Sprachsteuerung eine endliche Ansprechzeit und erfaßt die ersten gesprochenen Silben nicht oder nur teilweise. Daher ist auch kein 15 echtes Gegensprechen möglich, und die Benutzer müssen Spiechdisziplin wahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne zusätzliches Rauschsignal und ohne merklicher Ansprechzeit eine gute Echokompensation zu erzielen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht daß der Kompensationswert durch skalare Multiplikation eines Summenvektors aus vorher äbgetasteten Empfangswerten mit einem Koeffizientenvektor gebildet wird, der aus 20 dem jeweils zeitlich vorhergehenden Koeffizientenvektor durch Addition des durch die Energie des Empfangssignals dividierten Produktes des Summenvektors mit dem Übertragungswett ermittelt wird.

Die nach diesem Verfahren gebildeten Koeffizienten konvergieren zuverlässig, schwingen in der Startphase rasch ein und bleiben stabil. Die erforderliche Anzahl von Koeffizienten des Koeffizientenvektors (die Dimension), wird nur durch die Impulsantwort des nachzubildenden Systems maßgeblich bestimmt. Die 25 maximal kompensierbare Echolaufzeit hängt also von der Anzahl der Koeffizienten ab und kann somit jedem gewünschten Anwendungsfall angepaßt werden.

Um ein Driften der einzelnen Koeffizienten bei ungünstigem Empfangswert zu verhindern und einen optimalen Kompromiß zwischen Adaptionsgeschwindigkeit und Koeffizientenbewegung im eingeschwungenen Zustand einstellen zu können, wird bei der Berechnung des Koeffizientenvektors der vorhergehende 30 Koeffizientenvektor und das durch die Energie des Empfangssignals dividierte Produkt des Summenvektors mit dem Übertragungsweit mit je einem Konvergenzfaktor multipliziert.

Um die Filterkoeffizienten rasch zu berechnen und die notwendige Signalverzögerung möglichst kurz zu halten ist es vorteilhaft, daß ein digitaler Signalprozessor vorhanden ist, dessen Sendeein- und Übertragungsausgang mit einer Sendeleitung der Kommunikationseinrichtung und dessen Empfangseingang mit 35 einer Empfangsleitung der Kommunikationseinrichtung verbunden ist. Darüber hinaus ist es durch diese Anordnung möglich, die Echokompensation auch nachträglich in die Kommunikationseinrichtung einzubauen.

Ist die Kommunikationseinrichtung als Mobiltelefon für analoge Signalübertragung mit Freisprecheinrichtung ausgebildet und der Signalprozessor zur Kompensation des Echos der Freisprecheinrichtung über Analog/Digital-Wandler mit den als analoge Niederfrequenzleitungen ausgeführten Sende- und 40 Empfangsleitungen verbunden, kann das erfindungsgemäße Verfahren die Freisprecheinrichtung solcher Mobiltelefone im Kraftfahrzeug wesentlich verbessern. Die akustische Rückkopplung vom Lautsprecher zum Mikrophon, die ein Echo und Rückkopplungspfeifen erzeugt, wird wirksam gedämpft. Da auf die bei Sprachsteuerung verwendete Logik verzichtet werden kann, ist der Schaltungsaufwand gering. Die ständige Veränderung des akustischen Echopfades durch die Bewegungen des Fahrers, das Öffnen des Fensters und dgl. wird 45 durch die adaptive Kompensation berücksichtigt. Gegensprechen ist möglich, und die zahlreichen Störgeräusche, die im Kraftfahrzeug besonders bei höherer Geschwindigkeit auftieten, stören die Echokompensation nicht

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles und von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Übersichtsdarstellung des Ausführungsbeispieles und Fig. 2 ein Blockschaltbild des Echokompensators. 50 Fig. 1 zeigt Mikrophon (M) und Lautsprecher (L) der Freisprecheinrichtung eines Mobiltelefons (MT), die in einem Kraftfahrzeug montiert ist. Zwischen dem Mikrophon (M) und dem Lautsprecher (L) und dem Niederfrequenzteil des Mobiltelefons (MT) ist ein Echokompensator (EK) zwischengeschaltet.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Echokompensators (EK) im Detail. Er ist über eine Sende- und eine Empfangsleitung (SL),(EL) mit der Freisprecheinrichtung bzw. dem Mobiltelefon verbunden. Die 55 Echokompensation wird von einem digitalen Signalprozessor (DSP) vorgenommen, der über Analog/Digital-Wandler (A/D) mit den analoge Signale übertragenden Sende- und Empfangsleitungen (SL), (EL) verbunden ist. Die vom Mikrophon kommenden Sendesignale werden in Sendewerte (s) umgesetzt. Diese werden über einen Sendeeingang (SE) dem Signalprozessor (DSP) zugeleitet. Das zur Ausgabe über den Lautsprecher bestimmte Empfangssignal steht als Empfangswert (e) an einem Empfangseingang (EE) an. Ein adaptives Filter (AF) 60 erzeugt einen Kompensationswert (c), der vom Sendewert (s) subtrahiert wird. Dadurch wird ein Übertragungswert (ü) gebildet, der sowohl dem adaptiven Filter (AF) zugeleitet wird, als auch über einen Übertragungsausgang (ÜA), Digital/Analog-Wandler (A/D) und die Sendeleitung (SL) zum Mobiltelefon -2-

Claims (4)

1. Nr. 391 784 übertragen wird. Die Abtastwerte der Signale sind im PCM-Format codiert Zur Berechnung des Kompensationswertes (c) wird ein α-LMS-Algorithmus verwendet. Der akustische Echopfad im Kraftfahrzeug ist so beschaffen, daß das adaptive Filter (AF) mit ca. 120 Koeffizienten auskommt. Das entspricht einer maximal kompensierbaren Echolaufzeit von 15 ms. Der Pegel des noch verbleibenden Restechos liegt dann um etwa 20 dB unter dem maximalen Echopegel. Der Kompensationswert (c) wird durch skalare Multiplikation eines Summenvektors aus vorher abgetasteten Empfangswerten (e) mit einem Koeffizientenvektor (A) nach folgender Formel gebildet: N Cj = Σ ej. N + j Aj^'1 N + 1... Anzahl der Koeffizienten i = o t Der Koeffizientenvektor (A) wird aus dem jeweils zeitlich vorhergehenden Koeffizientenvektor (A) durch Addition des durch die Energie des Empfangssignals dividierten Produktes des Summenvektors mit dem Übertragungswert (ü) nach folgender Formel ermittelt: uj ej - k Aj + 1k = (l- fl)Ajk + Ώ.- N S(ej.k)1 2 k = o Dabei werden Konvergenzfaktoren (fl), (f2) verwendet. Der erste Konvergenzfaktor (fl) (beispielsweise = 10'^) verhindert ein Driften der Koeffizienten bei ungünstigen Empfangswerten (e). Der zweite Konvergenzfaktor (f2) (beispielsweise = 1) legt den Algorithmus auf einen für den Anwendungsfall optimalen Kompromiß zwischen Adaptionsgeschwindigkeit und Koeffizientenbewegung im eingeschwungenen Zustand aus. In den Formeln definieren die tiefgestellten Indizes den Abtastzeitpunkt, der mit der Nummer der Iteration übereinstimmt. Die hochgestellten Indizes kennzeichnen die Nummer des Filterkoeffizienten. Die wesentlichen Eigenschaften eines Echokompensators sind Echodämpfung und Konvergenzgeschwindigkeit. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Echodämpfung in der Größenordnung des Geräuschabstandes der verwendeten Analog/Digital-Wandler (A/D) und des Rauschens der Femsprechübertragung erzielt Bei ungestörter Adaption der Koeffizienten beträgt die Adaptionsdauer zwischen 60 und 100 ms. Daraus ergibt sich eine mittlere Konvergenzgeschwindigkeit von 400 dB/s. Diese hohe Konvergenzgeschwindigkeit wird dadurch erreicht daß in jedem Abtastzyklus das gesamte adaptive Filter (AF) neu berechnet wird. Das ist insbesondere bei rasch veränderlichen Echopfaden wichtig, wie sie beim Freisprechen in Kraftfahrzeugen durch hinreichend große Körperbewegungen des Sprechers Vorkommen. Das Kompensationsverfahren läuft in Echtzeit ab und die übertragenen Sendesignale erleiden lediglich eine Verzögerung von ca. 128 ps. PATENTANSPRÜCHE -3- 1 Verfahren zur adaptiven Kompensation eines Echos in einer Kommunikationseinrichtung mit Sende- und Empfangssignalen durch einen Kompensationswert, der vom abgetasteten Sendewert des Sendesignals subtrahiert wird, wobei der Kompensationswert aus dem abgetasteten Empfangswert des unverändert weitergeleiteten Empfangssignals und dem durch die Subtraktion entstandenen Übertragungswert gebildet wird, dadurch 2 gekennzeichnet, daß der Kompensationswert (c) durch skalare Multiplikation eines Summenvektors aus vorher abgetasteten Empfangswaten (e) mit einem Koeffizientenvektor (A) gebildet wird, der aus dem jeweils Nr. 391 784 zeitlich vorhergehenden Koeffizientenvektor (A) durch Addition des durch die Energie des Empfangssignals dividierten Produktes des Summenvektors mit dem Übertragungswert (ü) ermittelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Berechnung des Koeffizientenvektors 5 (A) der vorhergehende Koeffizientenvektor (A) und das durch die Energie des Empfangssignals dividierte Produkt des Summenvektors mit dem Übertragungswert (ü) mit je einem Konvergenzfaktor (fl, f2) multipliziert wird.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitaler Signalprozessor (DSP) vorhanden ist, dessen Sendeein- und Übertragungsausgang (SE, ÜA) mit 10 einer Sendeleitung (SL) der Kommunikationseinrichtung (KE) und dessen Empfangseingang (EE) mit einer Empfangsleitung (EL) der Kommunikationseinrichtung (KE) verbunden ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationseinrichtung (KE) als Mobiltelefon für analoge Signalübertragung mit Freisprecheinrichtung ausgebildet ist und der Signalprozessor 15 (DSP) zur Kompensation des Echos der Freisprecheinrichtung über Analog/Digital-Wandler (A/D) mit den als analoge Niederfrequenzleitungen ausgeführten Sende- und Empfangsleitungen (SL, EL) verbunden ist. 20 Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-