DE3405010A1

DE3405010A1 - Vorrichtung zur erzeugung eines verzoegerungsschaetzwertes fuer eine echoausloescheinrichtung

Info

Publication number: DE3405010A1
Application number: DE3405010A
Authority: DE
Inventors: Donald Lars Rumson N.J. Duttweiler
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1983-02-17
Filing date: 1984-02-13
Publication date: 1984-08-30
Also published as: US4562312A; GB8403860D0; GB2135558B; GB2135558A; JPS59158630A

Description

Vorrichtung zur Erzeugung eines Verzögerungsschätzwertes für eine Echoauslöscheinrichtung

Die Erfindung betrifft die Auslöschung von Echos auf einem Nachrichtenübertragungsweg und im einzelnen die Abschätzung der Verzögerung auf dem Weg.

Echoauslöscheinrichtungen werden heute üblicherweise zur Auslöschung von Echos auf Nachrichtenübertragungswegen benutzt. Ein Echoverzögerungsweg kann sehr lang sein, woraus sich ein langes Verzögerungsintervall von beispielsweise 64 ms ergibt. Außerdem kann sich der Echoverzögerungsweg stark von einem Nachrichtenübertragungsweg zum anderen ändern. Daher muß ein in der Echoauslöscheinrichtung verwendetes Transversalfilter in der Lage sein, eine Impulsansprechkennlinie einschließlich einer Verzögerung von 64 ms nachzubilden. Demgemäß wird die Anzahl der sogenannten Anzapfungen und zugeordneten Verarbeitungsschaltungen, die bei dem Transversalfilter erforderlich sind, sehr groß. Wenn beispielsweise die Abtastrate K~ der Echoauslöscheinrichtung 8 kHz beträgt, sind 512 Anzapfungen zur Nachbildung eines Impulsansprechens mit 64 ms erforderlich. Daher ist die entsprechende Echoauslöscheinrichtung kompliziert und teuer im Aufbau. Darüberhinaus nimmt mit zunehmender Anzahl von Anzapfungen auch die Zeit zu, die für das Konvergieren des Impulsansprechens auf eine gewünschte Qualität erforderlich ist, und zwar wegen der komplizierteren Verarbeitung.

Im anderen Fall kann die Echoauslöscheinrichtung instabil werden.

Ein Versuch zur Überwindung der Probleme in Verbindung mit einer großen Anzahl von Anzapfungen in einer

Echoauslöscheinrichtung ist in der US-PS 3 721 777 offenbart. Bei dieser bekannten Anordnung ist eine sogenannte "kurze" Echoauslöscheinrichtung in Reihe mit einer einstellbaren Verzögerungseinheit über den Echoverzögerungsweg geschaltet. Außerdem liegt eine Verzögerungsschätzwerteinrichtung über dem Verzögerungsweg, um einen Schätzwert . der Verzögerung durch Kreuzkorrelation eines Empfangssignals und eines sich ergebenden Echosignals auf dem Echoweg zu erzeugen und die einstellbare Verzögerung dann entsprechend einzustellen. Die Verzögerungsschätzwerteinrichtung erfordert jedoch eine Verzögerungsleitung mit einer Anzahl .von Anzapfungen und zugeordneten Multiplizierern und Integratoren, die gleich der ist, welche eine entsprechende Echoauslöscheinrichtung benötigen würde.

Demgemäß ergeben sich keine Einsparungen hinsichtlich des Verarbeitungsaufwandes gegenüber einer individuellen "langen" Echoauslöscheinrichtung. Einsparungen würden sich offensichtlich nur dann ergeben, wenn die Verzögerungsschätzeinrichtung mit einer großen Anzahl von Kombinationen der kurzen Auslöscheinrichtung und Verzögerungseinheiten multiplexiert wird.

Entsprechend einem Merkmal der Erfindung wird der Verarbeitungsaufwand in einer Verzögerungsschätzwerteinrichtung durch Filtern eines an einem Verzögerungsweg ankommenden Signals und eines sich daraus ergebenden , verzögerten Abbildes auf eine Teilbandbreite kleiner als die des ankommenden Signals und durch Abtasten der gefilterten Signale mit einer vorgegebenen Rate. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Teilabtastrate ein Teilfaktor der Abtastrate des ankommenden Signals . Die Teilbandabgetasteten Signale werden kreuzkorreliert und so verarbeitet, daß ein Schätzwert für das Verzögerungsintervall des Verzögerungsweges erzeugt wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Bandpaßfilter zur Gewinnung der Teilbandsignale und ein adaptives Filter zur Erzeugung eines kreuzkorrelierten Abbildes der abgetasteten Teilbandsignale benutzt. Im einzelnen werden die anzapfbewerteten Impulsansprech-

Schätzwerte des adaptiven Filters entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus zur Erzeugung der Verzögerungsschätzwef'te verarbeitet.

Bei einem Anwendungsfall wird die Verzögerungs-Schätzwerteinrichtung in Verbindung mit einer einstellbaren Verzögerurigseinheit verwendet, die in Reihe mit einer sogenannten "kurzen" Echoausloscheinrichtung über den Verzögerungsweg gelegt ist, um auf dem Verzögerungsweg erzeugte Echos auszulöschen. Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 das vereinfachte Blockschaltbild einer Echoausloscheinrichtung einschließlich eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; Fig. 2 in vereinfachter Form Einzelheiten der

einstellbaren Verzögerungseinheit gemäß Fig. 1;

Fig. 3 in vereinfachter Form Einzelheiten des Kreuzkorrelations-Schätzwertprozessors gemäß Fig. 1;

Fig. 4 in ebenfalls vereinfachter Form Einzelheiten des adaptiven Filters gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Echoausloscheinrichtung unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Eine einstellbare Verzögerungseinheit 101 ist in Reihe mit einer sogenannten "kurzen" Echoausloscheinrichtung 102 zwischen einen ersten Übertragungsweg 103 und einen zweiten Übertragungsweg 104 geschaltet. Die Übertragungswege 103 und 104 können über Anschlüsse 105 bzw. 106 mit einem nicht dargestellten Verzögerungsweg, beispielsweise einem Echoweg, verbunden werden. Zwischen den Übertragungswegen 103 und 104 liegt eine Verzögerungsschätzwerteinrichtung 107.

Eine einstellbare Verzögerung 101 führt ein verzögertes Abbild des ankommenden Signals X(K) vom ersten Übertragungsweg 103 zur kurzen Echoausloscheinrichtung 102. Das ankommende Signal X(K) kann beispielsweise ein

digitalabgetastetes Sprachsignal sein, wobei K eine ganze ^ahl" ist, die das Abtastintervall angibt. Die einstellbare Verzögerung 101 spricht _auf ein Verzögerungsschätzwertsignal Δ von der Verzögerungsschätzwerteinrichtung 107 an, um das ankommende Signal X(K) um ein Intervall zu verzögern, das im wesentlichen gleich der Verzögerung auf dem an die Anschlüsse 105 und 106 angeschalteten Verzögerungsweg· ist. Einzelheiten der einstellbaren Verzögerungseinheit 101 sind in Fig. 2 gezeigt und werden weiter unten beschrieben.

Die "kurze" Echoauslöscheinrichtung 102 ist einschließlich des adaptiven Transversalfilters von einem Typ, der allgemein in der US-PS 3 500 000 offenbart ist und in einem Aufsatz von D. L. Duttweiler und Y. S. Chen "A Single-Chip VLSI Echo Canceler" in The Bell System Technical Journal, Band 59, Nr. 2, Februar 1980, Seiten 149-160, beschrieben wird. Kurz gesagt, hat die Echoauslöscheinrichtung 102 einen Empfangseingang CX), einen Sendeeingang (Y) und einen Sendeausgang (E). Die Echoauslöscheinrichtung erzeugt in bekannter Weise einen Signal-Schätzwert Y , der algebraisch mit dem abgehenden, an den Sendeeingang Y gelieferten Ausgangssignal Y(K) zur Erzeugung eines Fehlersignals E(K) am Sendeausgang E kombiniert wird. Das Fehlersignal E(K) wird intern in der Echoauslöscheinrichtung zur Aktualisierung der Werte für die Anzapfkoeffizienten benutzt, um die erzeugte Impulsansprechkennlinie besser nachzubilden und das Fehlersignal in Richtung auf den Wert 0 zu treiben. Das adaptive Filter in Fig. 4 ist im wesentlichen identisch mit der Echoauslöscheinrichtung 102.

Der Grund dafür, daß die Echoauslöscheinrichtung 102 als "kurz" bezeichnet wird, besteht darin, daß sie nicht so viele Anzapfungen enthält, die normalerweise nötig wären, wenn die einstellbare Verzögerung 101 nicht benutzt wird. Bei einem Beispiel hat die Echoauslöscheinrichtung 102 eine vorbestimmte Anzahl (N) von Anzapfungen, um ein Impulsansprechintervall von 8 ms nachzubilden. "Nimmt man an, daß die Abtastrate K~¹ des ankommenden

Signals X(K) 8 kHz beträgt, dann ergeben sich N=64 Anzapfungen. Wenn die längste auftretende Verzögerung 64 ms beträgt, würde die Echoauslöscheinrichtung 102 wenigstens zusätzliche 480 Anzapfungen benötigen, um die Verzögerung von 64 ms in die Mitte des Impulsansprechintervalls der Echoauslöscheinrichtung 102 zu bringen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel liefert jedoch die einstellbare Verzögerung 101 ein Verzögerungsintervall, das den 480 Anzapfungen oder einer Verzögerung von 60 ms entspricht.

Fig. 2 zeigt als vereinfachtes Blockschaltbild Einzelheiten einer Anordnung, die als einstellbare Verzögerungseinheit 101 benutzt werden kann. Es sind ein Zähler 201 , ein üblicherweise als RAM bezeichneter Schreib-Lesespeichef und ein algebraischer Summierer 203 vorgesehen. Der Speicher 202 weist eine Anzahl von Speicherstellen auf, die zur Realisierung der gewünschten Verzögerung erforderlich sind. Bei diesem Beispiel besitzt der Speicher 202 512 Speicherstellen zur Realisierung einer Verzögerung bis zu 64 ms. Der Zähler 201 erzeugt Schreibadressensignale mit einer Rate gleich der Abtastrate ankommender Signalabtastwerte X(K) , bei diesem Beispiel mit 8 kHz. Demgemäß werden die ankommenden Abtastwerte (K) nacheinander mit der Rate von 8 kHz in Speicherstellen eingeschrieben. Die gewünschte Verzögerung wird realisiert, indem die Schreibadressensignale um einen Verzögerungsschätzwert δ versetzt werden. Der Grund für diese Versetzung besteht darin, daß das Ende des Verzögerungsintervalls Δ in der Mitte des Impulsansprechintervalls N der Echoauslöscheinrichtung 102 auftritt. Zu diesem Zweck werden die Schreibadressensignale vom Zähler 201 versetzt, indem der Verzögerungsschätzwert δ von ihnen im algebraischen Addierer 203 subtrahiert und die verzögerten Leseadressensignale an den Leseadresseneingang des Speichers 202 gegeben werden. Demgemäß ist das Ausgangssignal des RAM 202 ein Abbild des ankommenden Abtastwertes X(K) , das um den Verzögerungsschätzwert δ , in diesem Beispiel bis zu 60 ms, verzögert ist.

Entsprechend Fig. 1 enthält die Verzögerungs-

**schatzwerteinrichtung 107 Filter 110 und 111 zur Filterung der ankommenden Signalabtastwerte X(K) und der abgehenden Signalabtastwerte V(K) auf ein Teilfrequenzband -° des ankommenden Signals und des abgehenden Signalfrequenzbandes. Jedes der Bandpaßfilter 110 und 111 muß eine Bandpaßkennlinie besitzen, die zu einer Teilabtastrate T in Beziehung steht. Bei diesem Beispiel ist das Frequenzband des ankommenden Signals X(K) und des abgehenden Signals Y(K) das Frequenzband von Fernsprechübertragungen mit einer Bandbreite von etwa 4 kHz, und das Durchlaßband der Filter 110 und 111 ist zu etwa 500 Hz gewählt. Zu diesem Zweck sind die Filter 110 und 111 vorzugsweise digitale ßandpaßfilter eines Typs, der beschrieben ist in"Digital Signal Processing" von A.V.Oppenheim und R.W.Schefer, Prentice Hall Inc., N.J., 1975. Man beachte, daß , wenn das ankommende Signal X(K) ein Analogsignal ist, Tiefpaßfilter anstelle der Bandpaßfilter benutzt "';l

werden können. Die Schalter 112 und 113 tasten unter t

Steuerung der Abtaststeuerung 114 entsprechend einem Merk- | mal der Erfindung das gefilterte Abbild der Signale X(K) und Y(K) mit einer Teilabtastrate T~ ab, die ein Teilfaktor der Abtastrate K der Signale X(K) und Y(K) ist. Bei einem Beispiel beträgt die Teilabtastrate T~ 1 kHz.

Die abgetasteten Teilbandsignale X(T) und Y(T) werden an einen Kreuzkorrelator 120 geliefert. Es kann irgendein bekannter Kreuzkorrelator zur Erzeugung eines kreuzkorrelierten Abbildes der Signale X(T) und Y(T) benutzt werden. Bei diesem Beispiel wird ein adaptives FiI-ter 121 verwendet. Einzelheiten des Filters 121 sind in Fig. 4 dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Demgemäß werden das teilabgetastete Teilbandabbild X(T) des ankommenden Signalabtastwertes X(K) an den Empfangseingang X des adaptiven Filters 121 und das teilabgeta- stete Teilbandabbild Y an den Sendeeingang Y des adaptiven Filters 121 gegeben. In bekannter Weise erzeugt das adaptive Filter 121 sogenannte anzapfbewertete Schätz- , wertsignale h(n), η = 0,1,2,... M-I, die das CQPY ■!

kreuzkorrelierte Abbild der Signale X(T) und Y(T) darstellen. Die kreuzkorrelierten Signale h(n) werden an einen Kreuzkorrelations-Schatzwertprozessor 122 geliefert, der wiederum entsprechend einem vorgeschriebenen Algorithmus einen Verzögerungsschätzwert Δ erzeugt. Dieser wird an die einstellbare Verzögerungseinheit 101 geliefert,

Fig. 3 zeigt in Form eines vereinfachten Blockschaltbildes Einzelheiten des Kreuzkorrelations-Schätzwertprozessors 122. Man beachte, daß mehrere Algorithmen in gleicher Weise zur Verarbeitung des Signals h(n) zwecks Erzeugung des Verzögerungsschätzwertes Δ verwendet werden könnnen. Beispielsweise kann der Maximalwert von h(n), n=0,1,2,... M-1, als Verzögerungsschätzwert gewählt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch h(n) entsprechend der Gleichung

Δ = A(h,T) - £ (1)

verarbeitet, wobei δ der gewünschte Verzögerungsschätzwert, N/2 ein Intervall zur Zentrierung der Verzögerung A(h,T) im Impulsansprechen der kurzen Echoauslöscheinrichtung 102 mit N Anzapfungen und

_Δ (h,T) = (2)

^z(

sind. Dabei ist T die Teilabtastperiode und η=0,1,2,...

M-I. Bei diesem Beispiel beträgt T" 1 ms. 25

In Fig. 3 ist eine Parallel-Eingangs-Seriell-

Ausgangseinheit (PISO) 301 zur Umwandlung des parallelen Signals h(n) in serieller Form dargestellt. Ein Quadrierer

2
302 erzeugt das Signal h (n), das an einen Multiplizierer

_on 303 und einen Addierer 304 geliefert wird. Der Multiplizierer 303 erzeugt das Signal nh (n), das an den Addierer 305 gelangt. Der Addierer 304 bildet in Verbindung mit der Verzögerungseinheit 306 das Signal Zh (n). Entsprechend bildet der Addierer 305 in Verbindung mit der Ver-

2
zögerung 307 das Signal Σnh (n). Die Ausgangssignale der Addierer 304 und 305 gelangen an einen Dividierer

308, der das Signal T Σ nh²(n)

7 erzeugt. Σ h²(n)

Danach erzeugt der algebraische Kombinierer 309 den gewünschten Verzögerungsschätzwert δ gemäß Gleichung (1). Fig. 4 zeigt in Form eines vereinfachten Blockschaltbildes Einzelheiten des adaptiven Filters 121 in Fig. 1. Das adaptive Filter 121 ist im Aufbau und in der Arbeitsweise im wesentlichen identisch mit der Echoauslöscheinrichtung , die in dem oben angegebenen Aufsatz "A Single-Chip VLSI Echo Canceller" gezeigt und beschrieben ist. Ein Unterschied besteht darin, daß die Anzapfbewertungs-Schätzwerte h(n), n=0,1,2,... M-1, entsprechend der Darstellung in Fig. 4 ausgegeben werden. Man beachte, daß die Anzahl M der im adaptiven Filter 121 verwendeten Anzapfungen und folglich die Anzahl der erforderlichen Multiplizierer und Integratoren wesentlich

.15 verringert ist, und zwar aufgrund der Verwendung von teilabgetasteten Teilbandsignalen entsprechend einem Merkmal der Erfindung. Es sei wiederum beispielsweise angenommen, daß die Teilabtastrate T~ 1 kHz , die Verzögerung ACh,T) 64 ms und M = 64 ist. Wenn dagegen die Abtastrate K~ des ankommenden Signals mit 8 kHz ohne eine Teilbandabtastung verwendet würde, so wären 512 Anzapfungen mit zugeordneten Multiplizierern und Integratoren erforderlich.

Die oben beschriebene Anordnung ist nur ein Beispiel für eine Ausführungsform nach der Erfindung. Für den Fachmann ist erkennbar, daß zahlreiche Änderungen möglich sind, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist zwar anhand der Anwendung für eine Echoauslöscheinrichtung beschrieben worden, sie läßt sich aber in gleicher Weise für Anwendungsfälle benutzen, bei denen ein Schätzwert für ein Verzögerungsintervall erforderlich ist, beispielsweise bei der Bereichsauffindung für Radar- oder Sonaranlagen. Außerdem ist für den Fachmann verständlich, wie die Erfindung in Verbindung mit analogen Eingangs- und Ausgangssignalen benutzt werden kann.

Claims

American Telephone and Telegraph Company

550 Madison Avenue New York, N.Y. 1002 2, USA

Duttweiler,D.L.9

Patentansprüche

J .^) Vorrichtung zur Erzeugung eines Schätzwertes für die Verzögerung auf einem Verzögerungsweg mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer Kreuzkorrelation eines ersten und eines zweiten Signals und mit einer Einrichtung zur Verarbeitung der Kreuzkorrelation zwecks Erzeugung des Verzögerungsschätzwertes,

dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal durch eine Einrichtung erzeugt wird, die ein für den Verzögerungsweg ankommendes Signal teilabtastet, und daß das zweite Signal durch eine Einrichtung erzeugt wird, die ein verzögertes Abbild des ersten Signals vom Verzögerungsweg aufnimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilabtasteinrichtung eine Einrichtung zum Filtern des ersten Signals auf eine Bandbreite kleiner als die des ersten Signals und eine Einrichtung zum Filtern des zweiten Signals auf die kleinere Einrichtung sowie eine Einrichtung zur Abtastung des. gefilterten ersten und zweiten Signals mit einer vorbestimmten Abtastrate

20 enthält.

Sonnenberger SUeDe 43 6200 Wiesbaden Telefon (C6121) 562943/561998 Telex 4186237 Telegramme Palenlcbnsult Radedtestraße 43 8000 München 60 Telefon (0£9) 883603/88 5604 Telex S212313 Telegramme Palenlconsull
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Filtereinrichtung eine Bandpaß-Filtereinrichtung enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß jede Filtereinrichtung eine Tiefpaß-Filtereinrichtung enthält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Abtastrate mit einer vorgeschriebenen Beziehung zur Abtastrate des ersten Signals bestimmt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Abtastrate ein Teilfaktor der Abtastrate des ersten Signals ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastrate des ersten Signals 8 kHz und die Teilabtastrate 1 kHz beträgt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Gewinnung der Kreuzkorrelation ein adaptives Filter mit einer vorbestimmten Anzahl von Anzapfungen aufweist, das unter Ansprechen auf das gefilterte erste und zweite Signal Signale ^erzeugt; die Anzapf-Bewertungsschätzwerte darstellen, und daß die Verarbeitungseinrichtung eine Einrichtung zur Verarbeitung der Anzapf-Bewertungsschätzwertsignale entsprechend einem vorgegebenen Kriterium zwecks Erzeugung des -Verzögerungsschätzwertes aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeschriebene Kriterium für die Verarbeitung

. T Σ nh²(n)

Δ Ch, T) =

Σ η^(η)

ist, wobei Ch₁T) ein Verzögerungsschätzwert,

h(.n) die Anzapf-ßewertungsschätzwerte mit n=0,

1, 2, ... M-I, 35

M die Anzahl der Anzapfungen des adaptiven

Filters und

T das Abtastintervall der Teilabtasteinrichtung sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verarbeitung der Kreuzkorrelation eine Einrichtung zur Teilabtastung eines ersten, an einer einstellbaren Verzögerungseinrichtung ankommenden Signals aufweist, die in Reihe mit einer Echoauslöscheinrichtung geschaltet und von einer Eingangsposition des Verzögerungsweges in eine Position umgeschaltet werden kann, in der das verzögerte Abbild des ersten Signals sich auf dem Verzögerungsweg befindet, und daß die einstellbare Verzögerungseinrichtung unter Anspre-chen auf das Verzögerungsschätzwertsignal eine entsprechende Verzögerung in Reihe mit der Echoauslöscheinrichtung einschaltet.

T 20

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