DE2535141C3 - Echokompensator für ein Nachrichtenübertragungssystem - Google Patents

Description

sich durchaus noch eine längere Vierdrahtstrecke befinden kann.

Der adaptive Vierpol des Echokompensators bestehi beispielsweise aas einer Filterbank mit einer größeren Anzahl N eingangsseitig parallelgeschalteter Filter s 21... 29, sodann aus den Filtern nachgeschalteten Stellgliedern 61... 69, sowie einem nachfolgendem Summierer 7. Der Eingang dieses Vierpols ist aus dem Signal χ der ankommenden Richtung 1—2 gespeist; der Ausgang des Vierpols speist ein simuliertes Echosignal _w + y über Jen Differenzverstärker 8 im subtrahierenden Sinn in die abgehende Richtung 5—6 ein. Im abgeglichenen Zustand hat der Vierpol annähernd die gleiche Übertragungsfunktion wie die des Echopfades vom Eingang des Vierpols über die Gabel 3 zurück zum ι s Differenzverstärker 8, so daß am Ausgang des Differenzverstärkers 8 eine weitgehende Kompensation des über die Gabel 3 übergetretenen Echos y erfolgt. Das vom nahen Teilnehmer, welcher über die Zweidrahtstrecke 4 an die Gabel 3 angeschlossen ist, j_O stammende Sprechsignal erscheint im abgehenden Weg 5 des Vierdrahtweges als das Signa! n. Das Signal c am Ausgang des Differenzverstärkers 8 ergibt sich daher zu

c=y-y+ n=c + n.

Die günstigen ^Vrhältnisse für die Einstellung der Stellglieder 61 ... o4 mittels der noch zu beschreibenden Korrelationsglieder ergeben sich bei de, Verwendung eines Verzweigungsnetzwerkes, welches Systeme mit orthogonalen Impulsantworten ergibt. Ein solches γ, Verzweigungsnetzwerk laßt sich wie im vorliegenden Heispiel durch eine Anzahl N eingangsseitig parallelgeschalteter Filter 21... 29 aber z.B. auch durch ein reines l.aiif/eitglied mit einer Anzahl N von Abgriffen realisieren. Im allgemeinen genügt hierfür die Bedin- is gting, daß die Impuisiintwortcn der Filter untereinander linear unabhängig sind.

Die einzelnen Ausgangssignale Iv₁ ... w\ werden bei der Anordnung nach F i g. I durch die Ausgänge des Ver/weigiingsnetzwerkes 21 ... 29 erzeugt und nach ₍₍. Durchgang je eines der Stellglieder 61 ... 69 durch den Summierer 7 zu dem simulierten Echosignal y zusammengefaßt. Da die Stellglieder 61 ...69 jeweils eine einstellbare Verstärkung C\ ... c\ aufweisen, die größer oder kleiner als Null sein kann, ergibt sich am ^ Ausgang des Summierers 7 das geschätzte bzw. simulierte Echosignal yzu

Die Einstellung der Verstärkung der Stellglieder 61 .. .69 erfolgt jeweils durch das Ausgangssignal des zugehörigen Multiplizierers, leder dieser Multiplizierer 41 ... 49 wird einerseits von dem durch die Vorzeichen- s, bildner 101 ... 109 erzeugten Vorzeichen sign(w,) des zugehörigen Ausgangssignais w,(i=\, 2...N) des Verzweigungsnetzwerkes 21... 29 und andererseits durch das mit dem Faktor k verstärkte Restechosignal e in der abgehenden Richtung 6 des Vierdrahtweges <₁₀ gesteuert. Die Multiplikation des Signals k ■ e lediglich mit der Vorzeichenfunktion s\%n(w,) des jeweiligen Signals iv, erlaubt eine wesentliche Vereinfachung der Multiplizierer 41 ... 49.

Von ganz besonderer Bedeutung ist die Vereinfa- i.^ chung hei der später noch genauer beschriebenen digitalen Ausführung des Echokompensator, bei der die Funktion der Multiplizierer 41...49 durch einen einzigen, in Zeitmultipiexteehnik arbeitenden Multiplizierer erfüllt ist, da hierdurch die Rechengeschwindigkeit dieses Multiplizierers wesentlich herabgesetzt werden kann und somit eine weitaus wirtschaftlichere und sichere Technologie Anwendung finden kann.

)e ein Ausgangssignal k ■ e ■ signfiv^der Multiplizierer, welches das Produkt des verstärkten Restechosignals Jt · e mit dem zugehörigen Vorzeichen des Ausgangssignals w, des Verzweigungsneizwerkes darstellt, steuert sodann über eines der nachgeschalteten Integrierglieder 51... 59 die Verstärkung t, des zugehörigen Stellgliedes.

Das Restechosignal e wird also mit dem Bewertungsfaktor k multipliziert den Multiplizierer 41... 49 zugeführt. Zu diesem Zweck ist in der Zuleitung /mischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 8 und die Multiplizierer 41 ... 49 ein Verstärker 9 eingeschaltet, welcher durch die Steuereinrichtung 100 in seiner Verstärkung k gesteuert ist. Der Steuereinrichtung 100 ist erstens das Restechosignal c, zweitens das Sunimensignal Σ wr der Quadrate der Signale w, und drittens das .Summensignal Σ \w\ der Absolutwerte der Signale u··, zugeführt. Das Sunimensignal der Quadrate der Signale w, wird von einem Summierer 11 erzeugt, der die Anzahl von N Eingängen aufweist, von denen jeder über einen der Quadrierer 31 ... 39 mit einem der Ausgänge des Verzweigungsnetzwerkes 21 ... 29 verbunden ist. Das Summensignal der Absolutwerte der Signale w, ist von einem weiteren Summierer 15 erzeugt, der ebenfalls die Anzahl von N Eingängen aufweist, von denen jeder über einen der Betragsbildner 111... 119 mit einem der Ausgänge des Verzweigungsnet/werkes 21 ...29 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 100 steuert den Uewertungsfaktor k in Abhängigkeit von den drei Signalen c. Σ w,- und Σ \w\ derart, daß dieser Bewertungsfaktor k im Normalfall einen Maximalwert einnimmt und bei auftretenden Störgeräuschen η in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges 5 — 6 der Bewertungsfaktor A um so mehr abgesenkt wird, je größer die Störgeräusche »sind und je besser die bcreiis erreichte Einstellgcnauigkeit der Stellglieder 61 ...69 ist. Auftretende Störgeräusche /i können /.. B. Sprechsignale des nahen Teilnehmers 4 sein, aber auch vom nahen Teilnehmer 4 ausgehende Signale einer Datenübertragung.

Durch die vorstehend beschriebene Art der Steuer vorrichtung des Bewertungsfaktors k in Abhängigkeil von den drei Signalen c, Σ w,' und Σ | iv,| eröffnet sich die Möglichkeit, die Einstellgeschwindigkeit noch spezifischer an die augenblicklichen Parameter der Bctriebsverhältnisse anzupassen und somit das gesamte F.instellverhalten weiter zu optimieren.

Die vorstehenden Erläuterungen bezogen sich des leichteren Verständnisses halber auf eine Arbeitsweise des Echokompensators mit rein analogen Signalen. Tatsächlich zeigt das Ausführungsbeispiel jedoch einen Echokompensator, der mit digitalen Signalen arbeitet und daher das Signal χ über den Analog-Digital-Wandler 12 aus der ankommenden Richtung 1 —2 erhält.

Weiterhin gelangen die Signale y+ η der abgehenden Richtung 5 über den Analog-Digital-Wandler 1.3 zum Differenzverstärker 8, dessen das Restechosignal <■ darstellendes Ausgangssignal dem Digital-Analog Wandler 14 zugeführt ist und diesen in der abgehenden Richtung 6 verläßt. Fü^r diese digitale Betriebweise kann das Verzweigungsnctzwcrk 21 ... 29 z. B. durch ein Schieberegister realisier· werden. Die Steuereinrichtung 100 verarbeitet über die Summierer 11 und 15

sowie die vorgeschalteten Quadricrcr 31... 39 bzw. Betragsbildner 111 ... 119 die zu Taktzeiten l,„(m-0. I, 2...) abgetasteten Ausgangssignale w,(i,„)... w^,„) und Restechosignal c(l,„)'\n Iterationsschritten m.

Nachstehend wird an Hand des in Ι·' ι g. 2 dargestellten Diagramms das Verfahren zur Ermittlung des Bewertungsfaktor λ aus dem (das Störsignal /) enthaltenden) Restechosignal t\ der Summe Σ w,² der quadrierten Ausgangssignale des Verzweigungsnetzwerkes und der Summe ^'Ι^Ί ^er Absolutwerte der Ausgangssignale des Vcrzweigjngsnetzwerkcs näher erläutert. Über den Quolientenbildncr 71 wird unler Bewcrtmg der Anzahl N der Ausgänge des Verzweigungsnetzwerkes während der Iteration m das Signal

gebildet, welches einen Schätzwert für die mittlere Leistung des Eingangssignals χ darstellt. Das Signal a,„ wird sodann mittels des Multiplizierers 72 mit dem Wert r_m der in der vorherigen Iteration m—\ berechnet wurde, multipliziert. Die Größe /·,„ stellt ein Maß für bereits erzielte Einstellgenauigkeit der Stellglieder

61 69 dar. Die vom Multiplizierer 72 gelieferte

Größe a_mr„, ist nun ein Schätzwert für die Leistung des reinen Restechosignals c. Aus dieser Größe a„,r_nl und der mittels des Multiplizierers 73 quadrierten Größe c(lm) bildet der Subtrahierer 74 die Größe c² - a„,r,„, die einen Schätzwert für die augenblickliche Leistung des (insbesondere bei Gegensprechen vorhandenen) Störsignalen /!darstellt. Die Größe c(t„,)\s\ der zur Taklzcit /,„ auftretende Abtastwert des (das evtl. vorhandene Störsignal π enthaltenden) Restechosignals c.

Hiernach wird unter Mitwirkung des Subtrahierers 75, des Multiplizierers 76 sowie des Addierers 77 die Größe Z_1n aus den Größen o'-a,,,/-,,,. fund S_n, gebildet. Die Größe S_n, ist das bei der vorhergehenden Itcration /;?—1 gewonnene Maß für die gemittelte Leistung des Störsignals n.

Die Größe Z_n, stellt eine über mehrere Schritte g;mittelu:, geschätzte Leistung des Störsignals η dar. wobei die Anzahl der Schritte, über die die Größe Z,„ gemittelt wird, durch die Konstante /' festlegbar ist. Zweckmäßigerweise wird ungefähr /V. 0,2 gewählt, was einer Mittelung der Größe Z_1n über fünf Schritte entspricht, jedoch ist die Konstante f grundsätzlich zwischen einem Wert größer als 0 und dem Wert 1 frei wählbar. Die Größe Z_n, ergibt sich zu

',„ - S_m + f- Ic²UJ -ti_mr_m- SJ ()<·/<!

In dem ersten Komparator 79 wird abgefragt, ob die Beziehung Z_n, < 0 gilt, d. h., ob sich für Z_n, ein negativer Wert ergibt. In diesem Fall liegt eine Fehlschätzung vor, da eine Leistung immer positiv sein muß, und dem Speicher 84, der den Wert S_n, enthält, wird der neue Wert Sm-H=O zugeführt. Ist die Bedingung Z_n, < 0 nicht erfüllt, so wird der zweite Komparator 80 aktiviert und nach der Bedingung Z_n, > S_n, ■ SW abgefragt, wobei der Wert SW ■ S_n, über den Multiplizierer 78 gebildei wird. Die Größe 5WiSt ein Schwellwert und ist größer als 1 zu wählen Bei einer Ja-Entscheidung, d. h., wenn Z_n, (oder bei einer anderen nicht näher dargestellten Ausführungsform die Größe Cm — a_n,r_m—S_m) wesentlich größer als das Produkt aus Schwellwert SWund vorheriger Schätzung S_n, ist, so ist dies ein Anzeichen dafür, daß in der Gespräehsführunj ein Übergang von der Phase »kein Gegensprcchen« zi der Phase »Gegensprechen« vorliegt und es wire demnach S_n, nicht mehr durch den gemittcltcn Wert Z₁, sondern den geschätzten Augenblickswert c,;, — a„,r,, der Gegensprechleistung bestimmt, was durch Schließen des Schallers 82 realisiert wird, welcher den Speicher 84 den wert e^-a,,,/-,,, zuordnet. Im falle de; alleinigen Sprechens des fernen Teilnehmers oder be fortlaufendem Gegensprechbetrieb trifft der zweite Komparator 80 die Nein-Entscheidung, so daß über der Schalter 83 der Speicher 84 den Wert Z,„ einspeichert was der Gleichsetzung S₁₁,, ι = Z_n,entspricht.

Allgemein wird also der Schätzwert S„m für die mittlere Leistung des Gegensprechsignals durch die Beziehung

für
fulfil ι-

.SM .S,„ MI ■ I

sonst

bestimmt. Aus Gründen der leichteren Instrumente rung kann es auch vorteilhaft sein, wie bereit:

2_s angedeutet, den Gegensprechbetrieb, bei dem der Wert

S_n, ^ = C-¹- λ,,,γ,,,
gesetzt wird, durch die Bedingung

c\,-a„,r,„-S_n, > SW- S,„

zu indizieren.

Über den Qiioticntenbildner93 wird unter Bcwcrtunj der Anzahl Nder Ausgänge des Verzwcigungsneizwer kes während der Iteration mdas Signal

Σ kl

I I

gebildet, welches einen Schätzwert für den mittlerer Absolutbetrag des Eingangssignals χ bildet. Das Signa a„! wird sodann mittels des Multiplizierers 94 mit derr Wert r,„ multipliziert, der wie bereits erwähnt, ein MaC für die bereits erzielte Einstellgenauigkcit der Stellglieder 61 ... 69 darstellt. Die vom Multiplizierer 94 gelieferte Größe a_m'r„, ist nun ein Schätzwert für der mittleren Absolutwert des reinen Echosignals c.

Danach wird durch die Multiplizierer 86 und 87, der Addierer 85 und den Quotientenbildner 88 aus der Größen a_mr_nt, a,„'r_mS,„, ι sowie den Konstanten A/und t nach der Ermiitlung des Wertes S_n^ ι der Bewertungsfaktor k für die Iteration m+ 1 mit

^h "

.S_m41)

bestimmt und der Verstärker 9 auf diesen neuer ho Bewertungsfaktor Ar₁₁₁₄1 eingestellt. Die Konstante I muß im Bereich 0 < b < 1 liegen. Für die optimale Einstellgeschwindigkeit der Stellglieder 61... 69 richte!

sich der günstigste Wert der Konstante b nach der An

und Statistik der vom Echokompensator zu übertragenes den Signale und ist für Sprache etwa 6=0,5 und füi weißes gaußverteiltes Rauschen b= 1.

Über die Multiplizierer 89 und 90 sowie die

Addier-Subtrahiereinrichtung 91 wird unter Verwen-

dung der Größen r_nh k_m+ 1 und a_m'r_m sowie der Konstanten cund dnun der Wert r_m+1 mit

^{= r}m~ ^C '

0 < C

berechnet und dem Speicher 92 zugeführt, so daß zur Iteration m+1 der Wert r„_M ι zur Verfügung steht.

Die Konstante c muß im Bereich 0 < c < 1 liegen. Für die optimale Einstellgeschwindigkeit richtet ihr günstigster Wert nach der Art und Statistik der zu übertragenden Signale und ist für Sprache etwa C=0,8 und gaußverteiltes weißes Rauschen c= 1.

Die Konstante c/muß d > 0 sein.

Für rein niederfrequentdurchverbundene Standverbindungen, in denen keinerlei Frequenzverwerfunj zwischen dem ankommenden Signal χ und dem über dif Gabel übergetretenen Echosignal y auftritt, kann dei Wert für t/sehr klein, z. B. c/= 0,00001 gewählt werden Bei möglichen Frequenzverwerfungen zwischen der Signalen χ und y, z. B. bei Trägerfrequenzstrecker zwischen dem Echokompensator und der zugehöriger Gabel, empfiehlt sich die Bemessung des Wertes von < etwa zu d= 0,005.

Zu Beginn der Iteration (m=0) müssen dem Speichel 84 ein Anfangswert So > 0 und dem Speicher 92 eir Anfangswert n> > 0 zugeordnet werden. Als günstigstei Mittelwert für den Anfangswert S₀ kann z.B. Sb = O/ gewählt werden. Dem zu erwartenden Abgleichszu stand der Einstellglieder kann z. B. mit einem Anfangs wert von ro=O,8 Rechnung getragen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Echokompensator für ein Nachrichtenübertragungssystem mit einem Zweidraht-Vierdraht-Übergang, bei dem ein von den Signalen der ankommenden Richtung des Vierdrahtweges gespeistes Verzweigungsnetzwerk mit einer Reihe von Ausgängen, die Systemen mit untereinander linear unabhängigen Impulsantworten entsprechen, vorgesehen ist, deren Ausgangssignale je über ein Einstcllglied einem Summierer zugeführt sind, dessen Ausgangssignul als simuliertes Echosignal im subtrahierenden Sinn den Signalen der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges zugesetzt ist, wobei jedes Einstellglied durch das mittels eines Integriergliedes integrierte Ausgangssignal eines das jeweilige Ausgangssignal des Verüweigungsnetzwcrk mil dem mit einem Bewertungsfaktor bewerteten Restechosignal in der abgehenden Richtung des Vierdrahlweges multiplizierenden Multiplizierers einstellbar ist und wobei eine von dem Summensignal der quadrierten Ausgangssignale des Verzweigungsnetzwerkes und von dem Restechosignal gespeiste Steuereinrichtung den Hewertungsfakl'ν derart steuert, daß dieser Bewertungsfaktor im Normalfall einen Maximalwert einnimmt und bei auftretenden Störgeräuschen in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges, wie z. B. bei auftretenden Sprechsignalen des nahen Teilnehmers, der Bewertungsfaktor um so mehr abgesenkt wird, je größer die Störgeräusche sind und je besser die bereits erreichte Einstellgenaiiigkeit der Stellglieder ist, nach Haupt-Patent 22 39 452, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem jeweiligen Ausgang des Verzweigungsnetzwerkes (21... 29) und dein zugehörigen Multiplizierer (41 .. .49) ein Vor/eichenbildner(l01 ... 109)eingeschaltet ist und daß die Steuereinrichtung (ICO) zusätzlich von dem Summcnsignal der Absolutbeträge der Ausgangssignale (wi...\i\) des Verzweigungsnetzwerkes (21 ... 29) denn beaufschlagt ist, daß der ßewertuiigsfaktoi (k) dem letztgenannten Summensignal proportional ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf einen Echokompensator für ein Nachrichtenübertragungssystem mit einem .so Zweidraht-Vierdraht-Übergang, bei dem ein von den Signalen der ankommenden Richtung des Vierdrahtweges gespeistetes Verzweigungsnetzwerk mit einer Reihe von Ausgängen, die Systemen mit untereinander linear unabhängigen Impulsantworten entsprechen, s.s vorgesehen isl, deren Ausgangssignale je über ein Einstellglied einem Summierer zugeführt sind, dessen Ausgangssignal als simuliertes Echosignal im subtrahierenden Sinn den Signalen der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges zugesetzt ist, wobei jedes P.instell- <><> glied durch das mittels eines Integriergliedes integrierte Ausgangssignal eines das jeweilige Ausgangssignal des Ver/weigiingsnetzwerkes mit dem mit einem Bewer lungsfaktor bewerteten Ros: vhosigna! in der abgehenden Richtung des Vierdrahtweges multiplizierenden <>^ri Multiplizierers einstellbar ist, wobei eine von dem Siimmensignal der quadrierten Ausganyssignale des Verzeigungsnelzwerkes und von dem Restechosignal gespeiste Steuereinrichtung den Bewertungsfaktor derart steuert, daß dieser Bewertungsfaktor im Normalfall einen Maximalwert einnimmt und bei auftretenden Störgeräuschen in der abgenenden Richtung des Vierdrahtweges, wie z. B. bei auftretenden Sprechsignalen des nahen Teilnehmers, der Bewertungsfaktor um so mehr abgesenkt wird, je größer die Störgeräusche sind und je besser die bereits erreichte Einstellgenauigkeit der Stellglieder ist.

   Ein Echokompensator der vorgenannten Art ist durch die DT-AS 22 39 452 bekannt. Bei diesem bekannten Echokompensator gemäß dem llauptpatent ergibt sich eine günstige Einstellgeschwindigkeit für jeden jeweils vorliegenden Betriebszustand, so daß bei großen Abweichungen von der optimalen Hinstellung in sehr kurzer Zeit ein befriedigender Zustand erreicht werden kann und auch bei ungünstigen Betriebsverhältnissen, wie z. B. fortwährendem Gegensprechen oder bei Datenübertragung, der Echokompensator seine optimale Einstellung in vergleichsweise kurzer Zeit findet.

   In der vorgenannten Auslegeschrift isl auch erwähnt (Sp. 4, Z. 8-12). daß die Multiplizierer derart ausgestaltet sein können, daß sie das jeweilige Ausgangijsignal des Verzweigungsnetzwerkes in der Weise bewerten, daß lediglich dessen Vorzcicheiifiinktion mit dem bewerteten Restechosignal multipliziert wird.

   Aufgabe der Erfindung ist es, den bekannten Echokompensator nach dem Hauplpatent so auszubilden, daß sich eine Vereinfachung insbesondere bei digitaler Ausführung desselben ergibt.

   Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem jeweiligen Ausgang des Verzweigungsnetzwerkes und dem zugehörigen Multiplizierer ein Vorzeichenbildner eingeschaltet ist und dal! die Steuereinrichtung zusätzlich von dem Summcnsignal der Absolutbeträge der Ausgangssignale des Verzweigungsnetzwerkes derart beaufschlagt ist, daß der BewertungsfaKtor dem letztgenannten Summcnsignal propotional ist.

   Die Multiplikation des mit dem Bewertungsfaktor bewerteten Restechosignals lediglich mit der Vorzeichenfunktion des jeweiligen Signals des Verzweigungsnetzwerkes erlaubt eine wesentliche Vereinfachung der Multiplizierer. Von ganz besonderer Bedeutung ist die Vereinfachung bei der später noch genauer beschriebenen digitalen Ausführung des Echokompensator, bei der die Funktion der Multiplizieicr durch einen einzigen, in Zeitmultiplextechnik arbeilenden Multiplizierer erfüllt ist, d;· hierdurch die Rechengeschwindigkeit dieses Multiplizierers wesentlich herabgesetzt werden kann und somit eine weitaus wirtschaftlichere und sichere Technologie Anwendung finden kann.

   Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfiihrungsbeispieles näher erläutert, wobei Fi g. 2 ein Diagramm des Einstellverfahrens der Steuereinrichtung 100 nach Fig. 1 darstellt.

   Fig. 1 zeigt als Ausschnitt aus einer ("ernsprechweit verbindung über eine oder mehrere laafzeitbehaftete Vierdrahtstrecken den Übergang von einer Vierdrahtstrecke mit einer ankommenden Richtung 1—2 und einer abgehenden Richtung 5 —β /u einer Zweidrahi-'■trecke 4 über eine mit einer Nachbildung ausgerüsteten Gabel 3. Hierbei ist der Echokompensator einerseits in die ankommende Richtung 1—2 und andererseits in die abgehende Richtung 5 — 6 eingeschaltet, wobei jedoch /wischen diesem Echokompensator und der Gabel 3