DE2427102C3 - Echokompensator - Google Patents

Description

a) der Wert ( ^wf J der Summe der Quadrate

aller taktweise festgehaltenen Ausgangssignale (W₁) der Verzweigungseinrichtung wird ermittelt,

b) ein Korrekturfaktor (q) wird durch Division des mittels des verfügbaren Echopfadmodells entstehenden Restechosignals (<?,) durch den nach dem vorhergehenden Verfahrensschritt ermittelten Summenwert f ^ vvf J gebildet,

c) die Koeffizienten (c}²⁾) des zweiten Echopfadmodells werden jeweils durch Summierung des jeweiligen Koffizienten (c{") des ersten Echopfadmodells mit dem Produkt (q ■ w,) des nach dem vorhergehenden Verfahrensschrittes gebildeten Korrekturfaktors (q) mit dem zugehörigen Ausgangssignal (w,) der Verzweigungseinrichtung festgelegt,

d) mittels des zweiten Echopfadmodells wird ein zweites Restechosignal (e₂) (intern) ermittelt,

e) die Auswahleinrichtung (K) prüft, ob der Absolutwert des zweiten Restechosignals (e₂) einen festgelegten Schwellenwert (/) unterschreitet und veranlaßt bei Erfüllung dieser Bedingung (Ie₂I < /), daß das zweite Echopfadmodell zum neuen ersten Echopfadmodell wird; bei Nichterfüllung (\e₂ > f) der vorgenannten Bedingung wird das bisherige erste Echopfadmodell unmittelbar oder modifiziert zum neuen ersten Echopfadmodell,

das nach dem vorhergehenden Verfahrensschritt festgelegte neue erste Echopfadmodell wird zur Erzeugung des neuen künstlichen Echosignals und mithin zur Erzeugung des abgehenden Signals (e) der zweiten Übertragungsrichtung verwendet.

2. Echokompensator nach Anspruch I, dadurch ekennzeichnet, daß die Koeffizienten (£}·") des modifizierten ersten Echopfadmodells Werte an nehmen, die jeweils zwischen dem zugehörige Wert des ersten und dem zugehörigen Wert de zweiten Echopfadniodells liegen.

3. Echopfadmodell nach Anspruch 2, dadurcl gekennzeichnet, daß die Auswahleinrichtung (K die Koeffizienten (r|³¹) derart steuert, daß sii um so näher an die Koeffizienten (cf^]) des erste: Echopfadmodells angenähert sind, je größer da zweite Restechosignal(\e₂\)ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Echokompen sator für ein eine erste und eine zweite übertragungs richtung aufweisendes übertragungssystem, bei den die Signale der ersten übertragungsrichtung, insbesondere am Ende des Vierdrahtübertragungssystems, teilweise reflektiert werden und als Echosignale in dem Signal der zweiten übertragungsrichtung erscheinen. Dieser Echokompensator ist ausgestattet mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines künstlichen Echosignals, die zwei sich an die Ubertragungseigenschaflen des Echopfades annähernde Echopfadmodelle, eine den Echopfadmodellen gemeinsame Verzweigungseinrichtung mit einer Anzahl der einstellbaren Koeffizienten jedes der beiden Echopfadmodelle entsprechenden Anzahl von Ausgangssignalen aufweist, mit Mitteln zum Substrahieren des künstlichen Echosignals von den Signalen der zweiten übertragungsrichtung sowie mit einer Auswahleinrichtung zur Auswahl des für die Erzeugung des abgehenden Signals der zweiten übertragungsrichtung verwendeten Echopfadmodells.

Ein Echokompensator der vorgenannten Art ist durch die DT-OS 22 24403 bekannt. Dieser bekannte Echokompensator enthält einen Vergleicher, der die mittels der beiden Echopfadmodelle erzeugten Restechosignale miteinander ergleicht und veranlaßt, daß das Echopfadmodell mit der besseren Annäherung an den tatsächlichen Echo pfad zur Erzeugung der abgehenden Sprechsignale verwendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Echokompensator anzugeben, der mit höherer Einstellgeschwindigkeit als bekannte Anordnungen mit vergleichbarem Aufwand arbeitet.

Diese Aufgabe ist durch die Anwandung der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen beinhaltet ein Zwei-Schrittverfahren, das mit vergleichbar geringem Aufwand zu einer derart großen Einstellgeschwindigkeit fuhrt, daß das Restechosignal auch bei beliebiger Frequenzverwerfung im Echopfad bis auf ein Quantisierungsrauschen beseitigt wird.

An Hand der Zeichnung ist die Erfindung nachstehend näher erläutert. Im einzelnen zeigt die Zeichnung in

F i g. 1 die grundsätzliche Wirkungsweise eines Echokompensators und dessen Einschaltung in ein übertragungssystem, welches gegebenenfalls ein nichtsynchrones Trägerfrequenzsystem enthält,

Fig. 2 ein Schema und die dazugehörige Anordnung zur Ermittlung des vorläufigen Restechosignals e, und des Korrekturfaktors q,

F i g. 3 ein Schema und die dazugehörige Anordnung zur Ermittlung des endgültigen Restechosignals e.

F i g. 1 zeigt als Ausschnitt einer Fernsprechweitverbindung einen mit einer Leitungsnachbildung ausuerüsteten Gabelübergang 5, einen an den Gabelübergang 5 angeschlossenen laufzeitbehafteten Vierdrahtweg mit einer ersten, ankommenden übertragungrichtung 1-2-4 und einer zweiten, abgehenden übertragungsrichtung 7-8-11 sowie einem ebenfalls an den Gabelübergang 5 angeschlossenen Zweidrahtweg zu einem Teilnehmer 6. Das Signal χ auf der ankommenden übertragungsrichtung wird hierbei in der Regel, insbesondere am Ende des Vierdrahtsystems, wegen der unvollkommenen Leitungsnachbildung der Gabel 5 teilweise reflektiert und erscheint als Echosignal y im abgehenden übertragungsweg. Der Echokompensator enthält einen quer in den Vierdrahtweg eingeschalteten Vierpol 9, der aus dem Signal χ der ankommenden übertragungsrichtung 1 das künstliche Echosignal y erzeugt, indem er sich an die Übertragungseigenschaften des Echopfades 2-4-5-7-8 selbsttätig adaptiert. Das künstliche Echosignal y wird über die Subtrahiereinrichlung 10 im echo unterdrücken den Sinn dem Signal y + n der abgehenden übertragungsrichtung 8 zugesetzt, so daß im idealen Fall (y - y) das Restechosignal e am Ausgang der Subtrahiereinrichtung 10 nur noch das vom nahen Teilnehmer 6 herrührende Signal η enthält.

Viele Vierdrahtstrecken benötigen wegen ihrer geringen Laufzeit keine eigenen Echosperren bzw. Echokompensatoren, so daß lediglich stark laufzeitbehaftete Weitverkehrverbindungen, wie z. B. Seekabel- oder Satellitenverbindungen, an ihren Endstellen mit diesen Geräten ausgerüstet werden. Zwischen diesen stark laufzeitbehafteten Verbindungen und den Gabelübergängen zu den Zweidrahtverbindungen können sodann aber noch weitere Vierdraht-Übertragungssysteme wie z. B. ein nichtsynchrones Trägerfrequenzsystem 3 eingeschaltet sein, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet.

Die vorliegende Erfindung geht von einem Echokompensator aus, wie er z. B. in dem Aufsatz »An adaptive echo cancellor«, von M. M. Sondhi, beschrieben ist, welcher in »The Bell System Technical Journal«, März 1967, Seiten 497 bis 511 abgedruckt ist. Bei dem Echokompensator nach Sondhi ist das Signal χ der ankommenden Richtung einer Verzweigungseinrichtung zugeführt, die bei der Anordnung nach Fig. 1 als Verzögerungsleitung und bei der Anordnung nach F i g. 3 als eine Reihe von parallelgeschalteten Filtern ausgestaltet ist. In jedem Fall weist das Verzweigungsnetzwerk eine Anzahl von N Ausgängen auf, die Systemen mit untereinander linear unabhängiger Impulsantworten entsprechen, und die entsprechenden Ausgangssignale χ werden je über eines der Einstellglieder M₂₁ ... M_2n geführt und anschließend zu dem künstlichen Echo ζ summiert, das in vorliegender Erfindung mit y bezeichnet ist. Die Koffizienten gj ... g_N, die in vorliegender Erfindung mit c ... c_N bzw. kurz mit c, bezeichnet sind, charakterisieren in jedem Augenblick die Übertragungseigenschaften des das künstliche Echosignal y erzeugenden Vierpols (Transversalfilters) und müssen bei auftretendem Frequenzversatz im Echopfad laufend nachgeregelt werden. Da die Regelgeschwindigkeit bei den bekannten Echokompensatoren zur Gewährleistung der Konvergenz eng begrenzt, sein muß, können diese bekannten Eochokompensatoren den Frequenzversatz nur sehr unvollkommen aus-An Hand der F i g. 2 und 3 wird nachstehend der erfindungsgemäße Echokompensator näher beschrieben, welcher (wie ei dem vorbekannten Echokompensator nach der DT-OS 2224403) digital arbeitet und demgemäß für das Signal χ einen Analog-Digitalwandler 12, für das Signal y + η ein Analog-Digital-Wandler 13 und für das den Echokompensator verlassende Restechosignal e einen Digital-Analogwandler 14 aufweist.

Wird das auf 4 kHz bandbegrenzte Signal χ bzw. x(i) der ankommenden Richtung des Vierdrahtweges mit 8 kHz abgetastet, so last sich über die Abtastwerte

XIi-(I-I)T) = W₁, /= 1,2... N, T=\25·^

N = Anzahl der Ausgänge des Verzweigungsnetzwerkes, das Echosignal y{t) in der Form

yU) =

darstellen.

Die Koeffizienten c_t spiegeln die Ubertragungseigenschaften des Echopfades 2-4-5-7-8 dar, in welchem die Gabel 5 und u. U. das nichtsynchrone Trägerfrequenzsystem 3 enthalten ist. Bei verschwindendem Frequenzversatz sind die Koeffizienten c, konstant, ansonsten zeitabhängig.

1st der Echokompensator mit einem Transversalfilter ausgerüstet, so besitzt das künstliche Echo die Form

y(t) = Σ

i = 1

wobei die Koeffizienten c, die Einstellung des als Transversalfilter ausgeführten Vierpols 9 (F i g. 1) des Echokompensators charakterisieren. Mit den Gleichungen (1), (2) ergibt sich für das den Echokompensator verlassende Reslechosignal e bzw. e(t) der Ausdruck

e(t) = y(t) - y(t) =

1 = 1

Um ein möglichst kleines Restechosignal zu erreichen, ist es das Ziel der bekannten Einstellververfahren, die Koeffizienten c, des im Transversalfilter 9 enthaltenem Modells an die Koeffizienten c des tatsächlichen Echopfades anzugleichen. Es läßt sich nun nachweisen, daß für einen beliebigen Sat2 von Abtastwerten \v,(i = 1 ... N) und von Koeffizienten c, in einfacher Weise ein Koeffizientensatz c gefunden werden kann, der nichi notwendigerweise der Bedingung c, = c, genügt, der aber bei Abwesenheit von Störsignalen (n = 0) das Restechosignal e(t verschwinden läßt. Liegt nun kein Frequenzversatz vor, so konvergieren die Koeffizienten c,· gegen die Koeffizienten c, bei fortlaufender Anwendung de; erfindungsgemäßen Verfahrens, welches lediglicr bei Auftreten eines Signals η des nahen Teilnehmers ( nicht unmittelbar anwendbar ist, da in diesem FaIU das Restechosignal e(t) nicht verschwindet. Ein nichi verschwindendes Restechosignal ist andererseits je doch ein Indiz für das Vorhandensein eines Gegen

sprechsignals η und löst gemäß der Erfindung einen später noch zu beschreibenden bestimmten Schritt aus. Es seien nun c|" die Einstellung des Echokompensator zum vorangegangenen Abtastzeitpunkt f — T wobei T die Abtastperiode darstellt. Mit diesem, einem ersten Echo pfad modell entsprechenden Koeffizientensatz ergibt sich zum Zeitpunkt t nach der Gleichung (3) ein Restechosignal

MO =Σ ta-ei

ei¹

(4)

i = 1

Mit diesem ersten, vorläufigen Restechosignal e, lassen sich neue, einem zweiten Echopfadmodell entsprechende Koeffizienten cf nach der Beziehung

C₁W₁, /= \---N (5) Ausgangssignale u>_; der Verzweigungseinrichtung wird ermittelt,

c) das vorläufige Restechosignal e,

e,(i) = j/(t) — j)^(ll(i)

wird gebildet und intern gespeichert;

d) ein Korrekturfaktor q wird durch Division des mittels des verfügbaren Echopfadmodells entstandenen, vorläufigen Restechosignals C₁ durch den bereits ermittelten Summenwert

Σ w?

ι = 1

15

gebildet:

0 = -■;

i = 1

berechnen, die ein neues Restechosignal

<:J^Z) des zweiten EchopfadSi d ji

— CT) W.

erzeugen. Einsetzen von (5) in (6)

i = 1

1"<

-Σ

i = 1

/= 1

(C-Cj¹V,--—-Σ^ <⁷>

i = 1

i = 1

zeigt, daß das Restechosignal e₂ verschwindet.

Das durch Gleichungen (4) bis (6) definierte Zweischrittverfahren wird nun mittels folgender Verfahrensschritte realisiert:

a) die Koeffizienten cf' des ersten Echopfadmodells und das daraus gebildete künstliche Echosignal j)ⁿⁱ

i= 1

werden mit einem Takt t,, der z. B. einer Taktzeit von f = 125 JiS entspricht, in bekannter Weise ermittelt und gespeichert, wobei N die Anzahl der Ausgänge des Verzweigungsnetzwerkes bzw. ZaId der Abtastwerte w, eines das Verzweigungsnetzwerk realisierenden Schieberegisters ist;
b) der Wert

1 = 1

der Summe der Quadrate aller takt weise festgehaltenen

e) die Koeffizienten

modells werden jeweils durch Summierung des jeweiligen Koeffizienten c|^u des ersten Echopfadmodells (6) mit dem Produkt q · w, des nach dem vorhergehenden

Verfahrensschritt gebildeten Korrekturfaktors q mit dem zugehörigen Ausgangssignal w,- der Verzweigungseinrichtung festgelegt:

f) mittels des zweiten Echopfadmodells wird ein zweites künstliches Echosignal

y^a) = Σ3²¹·*/

i = 1

erzeugt;

g) mittels des zweiten Echopfadmodells wird unter Verwendung des erzeugten zweiten künstlichen Echosignals y⁽²⁾ ein zweites Restechosignal e₂ intern ermittelt:

45

h) die Auswahleinrichtung K prüft, ob der Absolutwert des zweiten Restechosignals e₂ einen festgelegten Schwellenwert / unterschreitet, d. h. ob kein insbesondere vom nahen Teilnehmer 6 herrührendes Störsignal η im Signal e₂ auftritt; bei Erfüllung dieser Bedingung \e₂\ < f veranlaßt die Auswahleinrichtung, daß das zweite Echopfadmodell zum neuen ersten Echopfadmodell wird; bei Nichterfüllung (Je₂) >/) der vorgenannten Bedingung wird das bisherige erste

Echopfadmodell unmittelbar oder modifiziert zum neuen Echopfadmodell;

i) das nach dem vorhergehenden Verfahrensschritt festgelegte neue erste Echopfadmodell wird zur Erzeugung des neuen künstlichen Echosignals und mit-

hin zur Erzeugung des abgehenden Signals e der zweiten übertragungsrichtung 11 verwendet

In Weiterbildung der Erfindung ist die Auswahleinrichtung K derart ausgestaltet, daß die Koeffizienten c⁽³⁾ des modifizierten ersten Echopfadmodells

Werte annehmen, die jeweils zwischen dem zugehörigen Wert ei¹¹ des ersten und dem zugehörigen Wert rj²¹ des zweiten Echopfadmodells liegen. Dabei steuert die Auswahleinrichtung K die Koeffizienten

rj³' derart, daß sie um so näher an die Koeffizienten c)¹' des ersten Echopfadmodells angenähert sind, je größer das zweite Restechosignal Ie₂I ist, was wie folgt ausgedrückt werden kann: c[³⁾ = £·} + α q ■ W₁-, wobei «ein ModifikationsfaktorzwischenOund 1 (0 < « < 1) ist. Dieser Modifikationsfaktor wird hierbei taktweise derart gesteuert, daß er um so kleiner ist, je größer das zweite Restechosignal |e₂| ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen einen mit einem Transversalfilter aufgebauten digitalen Echokompensator, der die Verfahrensschritte a) bis i) ausführt: Im einzelnen gibt F i g. 2 die Verfahrensschritte a) bis d) wieder.

In dem Schieberegister Sl sind die Abtastwerte W₁-(Z = 1 ... N) und in den Schieberegistern S2 und S3 die Transversalfilterkoeffizienten cj" gespeichert. Welcher der beiden Speichern S 2 oder S3 zur Ausführung des Verfahrenschrittes a) verwendet wird, hängt von dem durch t_f gesteuerten Schalter ab. Die Funktion von t_f wird weiter unten erläutert. Durch eine Multiplextechnik werden die Funktionen a) und b) durch den Multiplizierer M und den Addierer A2 ausgeführt und die Zwischenergebnisse y^a) bzw.

in den Speichern S4 bzw. SS abgespeichert. Hierbei steuert der Multiplextakt r, die jeweiligen Eingänge des Multiplizierers M und des Addierers A 2 so, daß in der einen Schalterstellung das Produkt w,- · cf' und in der anderen Stellung das Produkt wf gebildet und in den entsprechenden Speichern S4 bzw. S5 akkumuliert wird. Anschließend werden das durch einen Subtrahierer A3 entstehende erste Restechosignal <?, in dem Speicher S6 gespeichert und durch einen Dividierer D der Quotient

40

gebildet. Durch Multiplikation mit dem gemultiplexten Multiplizierer M des Signals e, mit dem Quotienten

E"?

entsteht der Korrekturfaktor q.

In Fig. 3 ist derjenige Teil des Echokompensators gezeigt, der die Verfahrensschritte e) bis i) durchführt.

über den Multiplextakt I₂ wird zuerst das Produkt q ■ W₁- gebildet, welches in dem Speicher S7gespeichert und dem jeweiligen Koeffizienten c}¹¹ hinzuaddiert wird. Am Ausgang des Summierers A1 entsteht der Koeffizient £}²⁾. Nach Umschalten des Taktes t₂ wird über den Addierer A2 und den Speicher S4 das zweite künstliche Echosignal j>⁽²⁾ gebildet. Bei Abwesenheit von Störsignalen (n = 0) müßte nun das zweite Restechosignal e₂ am Ausgang des Speichers S 4 nach Gleichung (7) verschwinden. Durch die aus der Digitalisierung entstehenden Quantisierungsfehler kann der Absolutwert \e₂] des zweiten Restechosignals nur einen Quantisierungswert / unterschreiten. Ist dieser Absolutwert Ie₂I größer als /, so liegt der Zustand des Gegensprechens vor, d. h.. dem Echosignal y ist ein Gegensprechsignal η überlagert. Da in diesem Fall die unmittelbare Anwendung des Algorhytmus gemäß den Gleichungen (4) bis (6) zu einer falschen Einstellung der Koeffizienten cj²¹ und somit zu einer falschen Berechnung des Echosignals yⁱ²⁾ führt, bleibt das vorläufige Restechosignal C₁ und die ursprüngliche Einstellung der Transversalfilterkoeffizienten cj" erhalten. Zu diesem Zweck steuert der Takt t_f, der aus der einen Komparator enthaltenden Auswahleinrichtung K erzeugt wird, die Speicher S2 und S3 und den Eingang des Digital-Analog-Wandlers 14 derart, daß im Gegensprechfall das vorläufige Restechosignal e_t zum endgültigen Restechosignal e und im Digital-Analog-Wandler 14 als abgehendes Signal in der abgehenden Richtung 11 verwendet wird. Für den nächsten Abtastzeitpunkt t + T wird der Inhalt des Speichers S3 zur Bildung des neuen vorläufigen künstlichen Echosignals j?⁽¹⁾ (t + T) herangezogen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 709 609/341

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Echokompensator fur ein eine erste und eine zweite übertragungsrichtung aufweisendes Übertragungssystem, bei dem die Signale der ersten übertragungsrichtung, insbesondere am Ende des Vierdrahtübertragungssystems, teilweise reflektiert werden und als Echosignale in dem Signal der zweiten übertragungsrichtung erscheinen, miteiner Einrichtung zur Erzeugung eines künstlichen Echosignals, die zwei sich an die Übertragungseigenschaften des Echopfades annähernde Echopfadmodelle, eine den Echopfadmodellen gemeinsame Verzweigungseinrichtung mit einer der Anzahl der einstellbaren Koeffizienten jeder der beiden Echopfadmodelle entsprechenden Anzahl von Ausgangssignalen aufweist, mit Mitteln zum Substrahieren des künstlichen Echosignals von den Signalen der zweiten übertragungsrichtung sowie mit einer Auswahleinrichtung zur Auswahl des für die Erzeugung des abgehenden Signals der zweiten übertragungsrichtung verwendeten Echopfadmodells, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung folgender Verfahrensschritte nach taktweiser Festlegung der Koeffizienten (cf) des ersten Echopfadmodells: