DE10247208A1

DE10247208A1 - Brückenschaltung zur Echounterdrückung in Kommunikationseinrichtungen

Info

Publication number: DE10247208A1
Application number: DE10247208A
Authority: DE
Inventors: Christian Fleischhacker
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-04-22
Also published as: CN100521567C; US20080117840A1; CN1514550A; US7778210B2; US20040114543A1; KR20040032781A; KR100631383B1; US7324467B2

Abstract

Brückenschaltung zur Echounterdrückung für ein Empfangssignal (c) einer an eine Übertragungsstrecke angeschlossenen Kommunikationseinrichtung, welcher einerseits das über die Übertragungsstrecke empfangene Empfangssignal (c) und ein von der Kommunikationseinrichtung über die Übertragungsstrecke zu übertragendes Sendesignal (a) zuführbar ist, wobei die Brückenschaltung derart ausgestaltet ist, dass bei Abgleich der Brückenschaltung an ihr das Empfangssignal echokompensiert mit einem unterdrückten, durch das Sendesignal hervorgerufenen Sendesignalanteil abgreifbar ist und zum Abgleich der Brückenschaltung eine veränderbare Nachbildungseinrichtung (8) zur Nachbildung mindestens eines Schaltungsabschnitts (Z5) mindestens eines Brückenzweigs vorgesehen und mit dem mindestens einen Brückenzweig verschaltet ist. Durch eine derartige Anordnung kann der Signalpegel in der Nachbildungseinrichtung (8) so weit reduziert werden, dass diese als integrierte Schaltung und programmierbar ausgeführt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brückenschaltung zur Echounterdrückung oder Echodämpfung in Kommunikationseinrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In einem Duplex-Betrieb werden mit einer Zwei-Draht-Leitung Signale in beide Richtungen gleichzeitig von und zu einer Kommunikationseinrichtung, beispielsweise einem xDSL-Modem, übertragen. Um weiterverarbeitet werden zu können, müssen die ankommenden und abgehenden Signale allerdings an beiden Leitungsenden in ihre jeweiligen Übertragungsrichtungen getrennt werden. Dabei erfolgt eine Umsetzung der Zweidrahtübertragung auf eine Vierdrahtübertragung und umgekehrt, welche beispielsweise von einer Hybridschaltung durchgeführt wird.

In 3 ist schematisch eine derartige Anordnung dargestellt. Ein Sende- und ein Empfangssignal c werden gemeinsam auf einer Zweidrahtleitung 4 von und zu einem fernen Ende 5 der Leitung 4 übertragen. Am nahen Ende der Leitung erfolgt durch eine Hybridschaltung 6 die Umsetzung von Zweidrahtübertragung auf Vierdrahtübertragung. Das Sendesignal a wird an dem Hybriden an einem Anschluss 1 für eine Sendevorrichtung zugeführt, das Empfangssignal b an einem Anschluss 2 für eine Empfangsvorrichtung abgegriffen.

Dabei tritt das Problem auf, dass das Sendesignal a als Echo d in das Empfangssignal b reflektiert wird. Je nach Leitungstyp kann die Signalleistung dieses Echos die des Empfangssignals weit übersteigen. Hybridschaltungen und/oder Filterlösungen zielen darauf ab, dieses Echo möglichst weitgehend zu unterdrücken.

Eine bekannte Möglichkeit zur Echounterdrückung ist der Einsatz von passiven oder aktiven Filtern. Diese Art der Echounterdrückung hat den Vorteil, dass die Filter unabhängig von der Übertragungsstrecke dimensioniert werden können. Je nach verwendetem Übertragungssystem können diese Filter jedoch sehr aufwändig und damit kostenintensiv werden. Ein weiterer Nachteil von Filterlösungen liegt darin, dass für je nach System unterschiedliche Sende- und Empfangsfrequenzbänder die Filter entsprechend angepasst werden müssen, was z.B. bei integrierten Lösungen nur bedingt möglich ist.

Ein anderer Lösungsansatz zielt darauf ab, den Echopfad nachzubilden und das Echo mit einem durch Nachbildung gewonnenen Signal auszulöschen. Dieser Ansatz wird generell als Echoauslöschung („Echo Cancellation") bezeichnet. Beispiele dafür sind sogenannte Balancingfilter oder sogenannte 2^nd-DAC(„Digital Analog Converter")-Lösungen. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass eine weitgehende Unabhängigkeit von den verwendeten Frequenzbändern besteht.

Beide Lösungen sind relativ leicht programmierbar ausführbar, jedoch im Gesamtsystem in Hinblick auf deren Linearität und Rauschbeitrag kritische Elemente. Der Grund liegt darin, dass die Echounterdrückung erst am entsprechenden Empfängerbeziehungsweise Halbleiterbaustein erfolgt. Nach dieser Unterdrückung ist eine hohe Verstärkung notwendig, um den maximalen Signalpegel der bei derartigen Schaltungen im Empfangssignalpfad vorhandenen Analog-Digitalwandler (ADC) auszunutzen.

Eine weiter Möglichkeit der Echoauslöschung sind ohmsche oder komplexe Gabel- oder Brückenschaltungen. Diese Schaltungen werden so dimensioniert, dass sie einen bestimmten Bereich von Leitungstypen möglichst gut nachbilden. Dabei ist man wegen der verschiedenen möglichen Leitungseigenschaften gezwungen, Kompromisse in der Dimensionierung einzugehen und erhält damit nicht für jeden Leitungstyp eine gute Echounterdrückung.

In 4 ist der prinzipielle Aufbau eines einfachen Hybriden in Form einer Brückenschaltung dargestellt. Dabei wird ein kombiniertes Sende- und Empfangssignal c über einen Übertrager 7 auf die Brückenschaltung übertragen. Das Sendesignal a wird über einen Anschluss 1 für eine Sendevorrichtung zugeführt, das Empfangssignal b über einen Anschluss 2 für eine Empfangsvorrichtung abgegriffen. Eine Impedanz Z1 kann beispielsweise Lasten einer die Brückenschaltung umfassenden Kommunikationseinrichtung repräsentieren, eine Impedanz Z2 kann einer Wicklung des Übertragers 7 entsprechen und zur Berücksichtigung der Leitungsimpedanz der entsprechenden Übertragungsstrecke beziehungsweise Übertragungsleitung dienen. Die Impedanzen Z1 und Z2 sind Bestandteile eines ersten Brückenzweigs der Brückenschaltung. Ein zweiter Brückenzweig, gebildet aus den Impedanzen Z3 und Z4, dient zur Nachbildung des durch Z1 und Z2 gebildeten Pfades und damit zum Abgleich der Brückenschaltung. Das Echo wird minimiert, wenn die Gleichung 1

erfüllt ist. Die Übertragungsfunktion des Sendesignals auf die Leitung wird durch den Abgleich nicht beeinflusst und wird hier nicht weiter betrachtet.

Bei diesen Schaltungen tritt das Problem auf, dass eine derartige Schaltung nicht in einer integrierten Schaltung realisiert werden kann, da der Signalpegel im zweiten Brückenzweig im allgemeinen sehr hoch ist, obwohl die Signalleistung nur einen Bruchteil der Sendeleistung beträgt, da der zweite Brückenzweig im Allgemeinen hochohmig ausgeführt ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine derartige in Form einer Brückenschaltung vorliegende Hybridschaltung in einem bestimmten Bereich programmierbar und zumindest teilweise in Form einer integrierten Schaltung ausführbar zu machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brückenschaltung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist zum Abgleich der Brückenschaltung eine veränderbare Nachbildungseinrichtung zur Nachbildung mindestens eines Brückenzweigs oder von Schaltungsabschnitten mindestens eines Brückenzweigs bereitgestellt. Der Abgleich der Brückenschaltung erfolgt somit nicht oder nicht nur durch Verändern von Impedanzen in einem der Brückenzweige der Brückenschaltung, sondern durch Adaption der Nachbildungseinrichtung bzw. der dadurch realisierten nachgebildeten Brückenzweige oder Schaltungsabschnitte der Brückenschaltung.

Dabei kann diese Nachbildungseinrichtung insbesondere so ausgestaltet und mit dem mindestens einen Brückenzweig verschaltet sein, dass in ihr ein geringerer Signalpegel vorliegt als in dem mindestens einen Brückenzweig. Somit kann die Nachbildungseinrichtung in Form einer integrierten Schaltung und programmierbar ausgestaltet sein.

Dabei kann diese im Verhältnis zu dem nachgebildeten Brückenzweig bzw. dem nachgebildeten Schaltungsabschnitt im Allgemeinen hochohmigere Nachbildungseinrichtung parallel zu einer in dem mindestens einen Brückenzweig vorhandenen Impedanz verschaltet sein. Die Brückenschaltung wird im Allgemeinen auch Impedanzen umfassen, die durch eine Wicklung eines mit der jeweiligen Übertragungsstrecke gekoppelten Übertragers, eine Leitungsimpedanz der Übertragungsstrecke oder durch in einer Kommunikationseinrichtung, welche die Brückenschaltung umfasst, vorhandene Lasten gebildet sind.

Die Erfindung eignet sich bevorzugt zum Einsatz in xDSL-Übertragungssystemen, zum Beispiel VDSL- oder RDSL-Übertragungssystemen, ohne jedoch auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt zu sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung,
3 eine schematische Darstellung einer 2-Draht/4-Draht-Umsetzung und
4 eine Brückenschaltung gemäß dem Stand der Technik.
Bei der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Brückenschaltung wird über einen Anschluss 3 für eine Übertragungsstrecke und über einen Übertrager 7 ein kombiniertes Sende- und Empfangssignal c mit einer Brückenschaltung gekoppelt. Dieser Brückenschaltung wird über einen Anschluss 1 für eine Sendevorrichtung ein Sendesignal a zugeführt und an einem Anschluss 2 für eine Empfangsvorrichtung ein Empfangssignal b abgegriffen.
Die Brückenschaltung besteht aus einem ersten Brückenzweig, welcher aus einer Impedanz Z1, die beispielsweise Lasten einer die Brückenschaltung umfassenden Kommunikationseinrichtung repräsentiert bzw. zur Leistungsanpassung dient, und einer Impedanz Z2, welche die Impedanz der Übertragungsstrecke darstellt und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Wicklung des Übertragers 7 realisiert ist, gebildet wird, und aus einem zweiten Brückenzweig. Dieser zweite Brückenzweig besteht aus Impedanzen Z3, Z4 und Z5. Eine veränderbare oder einstellbare Nachbildungseinrichtung 8 ist parallel zu der Impedanz Z5 verschaltet. Ein Pol des Anschlusses 2 für die Empfangsvorrichtung wird an der Nachbildungseinrichtung 8 abgegriffen, ein anderer Pol dieses Anschlusses 2 wird zwischen den Impedanzen Z1 und Z2 abgegriffen. Die Nachbildungseinrichtung, welche die Impedanz Z5 nachbildet, kann, dargestellt durch einen Abgleichparameter k, so verändert werden, dass das Echo minimiert wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Gleichung 2
erfüllt ist, wobei k im abgeschlossenen Intervall von 0 bis 1 liegt. Die Bestimmung des Abgleichparameters k kann durch einen geeigneten Algorithmus geschehen, welcher beispielsweise eine Messung des Echosignalpegels als Input verwenden kann.
Durch die Einführung der Impedanz Z5 im Vergleich zu dem weiter oben erläuterten, in 4 gezeigten Stand der Technik wird eine Reduzierung des Signalpegels in der Nachbildungseinrichtung 8 erreicht. Durch diese Art der Brückenschaltung ist es nun möglich, die Nachbildungseinrichtung so hochohmig auszuführen, dass die Realisierung eines programmierbaren Impedanzarrays auch in integrierter Form ermöglicht wird. So kann beispielsweise im Fall von VDSL-Übertragungssystemen der Widerstand der Nachbildungseinrichtung zwischen 1kΩ und 4kΩ liegen, während der Widerstand des nachgebildeten Teils des Brückenzweigs beispielsweise nur 20Ω beträgt.
Dieses Ausführungsbeispiel stellt einen guten Kompromiss zwischen Adaptierbarkeit an unterschiedliche Lastbeziehungsweise Leitungsimpedanzen (im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Z1 beziehungsweise Z2 dargestellt), geringen Signalleistungen im nachgebildeten Pfad Z3 bis Z5 und möglichst rauscharmen Eingangspfad des Eingangssignals dar.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in 2 dargestellt. Dieses stellt prinzipiell eine Verdoppelung der in 1 gezeigten Brückenschaltung dar.
Analog dem oben dargestellten Fall wird über einen Anschluss 3 für eine Übertragungsstrecke und über einen Übertrager 7 ein Sende- und Empfangssignal c mit einer doppelten Brückenschaltungsanordnung gekoppelt. Dieser doppelten Brückenschaltungsanordnung wird wie in 1 über einen Anschluss 1 für eine Sendevorrichtung ein Sendesignal a zugeführt, und an einem Anschluss 2 für eine Empfangsvorrichtung wird ein Empfangssignal b abgegriffen.
Ein erster Brückenzweig einer erste Brückenschaltung der doppelten Brückenschaltungsanordnung wird durch eine Impedanz Z11 und eine Impedanz Z2 gebildet und ein zweiter Brückenzweig dieser ersten Brückenschaltung wird von Impedanzen Z31, Z41 und Z51 gebildet. Analog wird ein erster Brückenzweig einer zweiten Brückenschaltung der doppelten Brückenschaltungsanordnung durch eine Impedanz Z12 und die Impedanz Z2 gebildet und ein zweiter Brückenzweig dieser zweiten Brückenschaltung wird von Impedanzen Z32, Z42 und Z52 gebildet.
Die Impedanzen Z11 bzw. Z12 können beispielsweise analog zu der in 3 gezeigten Impedanz Z1 Lasten einer die Brückenschaltung umfassenden Kommunikationseinrichtung repräsentieren. Die Impedanz Z2 repräsentiert die Impedanz einer Wicklung des Übertragers zuzüglich einer entsprechend dem Übersetzungsverhältnis transformierten Leitungsimpedanz der Übertragungsstrecke. Eine veränderbare Nachbildungseinrichtung 8 greift entsprechend an den Impedanzen Z51 und Z52 ab, beide Pole des Anschlusses 2 für eine Empfangsvorrichtung werden in diesem Ausführungsbeispiel an der Nachbildungseinrichtung 8 abgegriffen. Die Nachbildungseinrichtung 8, welche die Impedanzen Z51 und Z52 nachbildet, kann, dargestellt durch einen Abgleichparameter k, so verändert werden, dass das Echo minimiert wird. In diesem Fall ist der Abgleichparameter k zweidimensional, k = (k1, k2), wobei k1 einen für den Abgleich der ersten Brückenschaltung vorgesehen Anteil und k2 einen für den Abgleich der zweiten Brückenschaltung vorgesehenen Anteil des zweidimensionalen Abgleichparameters k bezeichnet und sowohl k1 als auch k2 im abgeschlossenen Intervall zwischen 0 und 1 liegen. Das Echo wird optimal unterdrückt, wenn beide, der Gleichung 2 entsprechenden Gleichungen 3.1 und 3.2 erfüllt sind.
Durch die Einführung der Impedanzen Z51 und Z52 wird wiederum eine Reduzierung des Signalpegels in der Nachbildungseinrichtung 8 erreicht, welche somit in Form einer integrierten und programmierbaren Schaltung ausgeführt werden kann. Die Bestimmung des Abgleichparameters k kann analog zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel von 1 erfolgen.

Claims

Brückenschaltung zur Echounterdrückung für ein Empfangssignal (c) einer an eine Übertragungsstrecke (4) angeschlossenen Kommunikationseinrichtung, welcher einerseits ein von der Kommunikationseinrichtung über die Übertragungsstrecke (4) zu übertragendes Sendesignal (a) und andererseits das über die Übertragungsstrecke (4) empfangene Empfangssignal (c), welches einen durch das Sendesignal (a) hervorgerufenen Sendesignalanteil aufweist, zuführbar ist, wobei die Brückenschaltung derart ausgestaltet ist, dass bei Abgleich der Brückenschaltung an ihr das Empfangssignal (b) echounterdrückt mit dem unterdrückten, durch das Sendesignal hervorgerufenen Sendesignalanteil abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abgleich der Brückenschaltung eine veränderbare Nachbildungseinrichtung (8) zur Nachbildung mindestens eines Schaltungsabschnitts (Z5; Z51, Z52) mindestens eines Brückenzweigs vorgesehen und mit dem mindestens einen Brückenzweig verschaltet ist.
Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil mindestens eines Brückenzweigs eine Impedanz der Übertragungsstrecke (4), eine Impedanz (Z2) eines mit der Übertragungsstrecke (4) zu koppelnden Übertragers (7) oder eine Impedanz (Z1; Z11, Z12) der Kommunikationseinrichtung umfasst.
Brückenschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbildungseinrichtung (8) derart ausgestaltet und mit dem mindestens einen Brückenzweig verschaltet ist, dass in ihr ein geringerer Pegel des Sendesignals (a) vorliegt als in dem mindestens einen Brückenzweig.
Brückenschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbildungseinrichtung (8) zu dem mindestens einen Schaltungsabschnitt (Z5; Z51, Z52) des mindestens einen Brückenzweigs parallel geschaltet ist.
Brückenschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Brückenzweig mindestens eine Impedanz (Z5; Z51, Z52) umfasst, zu welcher die Nachbildungseinrichtung (8) zur Nachbildung dieser mindestens einen Impedanz (Z5; Z51, Z52) parallel geschaltet ist.
Brückenschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbildungseinrichtung (8) hochohmiger als der von dieser Nachbildungseinrichtung (8) nachgebildete Schaltungsabschnitt (Z5; Z51, Z52) des mindestens einen Brückenzweigs ausgeführt ist.
Brückenschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbildungseinrichtung (8) in Form einer integrierten Schaltung ausgeführt ist.
Brückenschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbildungseinrichtung (8) zum Abgleich der Brückenschaltung programmierbar ausgeführt ist.
Kommunikationseinrichtung zum Senden eines Sendesignals (a) über eine Übertragungsstrecke (4) und zum Empfangen eines Empfangssignals (b) über die Übertragungsstrecke (4), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Brückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
Kommunikationseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Senden und Empfangen von XDSL-Signalen ausgestaltet ist.