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Echo
bleibt ein bedeutsames Problem in Sprachsystemen und gewissen anderen
Telekommunikationssystemen, die physikalisch lange Übertragungswege
oder andere Quellen mit bedeutsamer Übertragungs- oder Laufzeitverzögerung umfassen. Echo
wird typischerweise verursacht, wenn ein von einem „Sprecher" erzeugtes und von
einem von einem ersten Ende einer Kommunikationsstrecke aus übertragenes
Signal teilweise an einem zweiten Ende wiederhergestellt und zum
ersten Ende der Strecke zurückgesendet
wird. Nach dem Gebrauch in der Telekommunikationstechnik wird das
Ende der Strecke mit Echoquelle – das heißt das zweite Ende – als das „nahe" Ende der Strecke
angesehen und der Sprecher befindet sich am „fernen" Ende der Strecke. Das regenerierte
bzw. „Echo"-Signal wird vom
Sprecher am fernen Ende der Strecke empfangen und kann die Wahrnehmung
des Sprechers von natürlich
erzeugter Sprache vom nahen Ende aus verschlechtern. Echo kann auch
dann auftreten, wenn die Kommunikationsstrecke aus zwei getrennten
einseitig gerichteten Kommunikationswegen gebildet wird, die in
entgegengesetzte Richtungen arbeiten, da Vorrichtungen an den Enden
der Strecke (oder sonstwo) ein Signal auf einem Weg empfangen und
ein regeneriertes Nebenprodukt auf dem anderen Weg übertragen
können.
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Das
Echosignal kann in Abhängigkeit
von der Amplitude und Laufzeit des Echosignals und seiner Ähnlichkeit
mit dem Ursprungssignal für
einen Benutzer mehr oder weniger bemerkbar sein. Wenn das Nebenprodukt
oder „Echo"-Signal eine bedeutsame
Amplitude aufweist und um mehr als ca. 20–30 mS verzögert ist, kann das Echosignal
irritierend genug sein, um ein Gespräch schwierig zu machen.
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Echo
kann auf verschiedene Weisen erzeugt werden. Bei herkömmlichen
Telekommunikationsübertragungsanlagen
ist ein typischer Echoerzeuger die als Wandler zwischen vierdrahtigen Übertragungseinrichtungen
und zweidrahtigen Schleifen benutzten Gabelschaltungen gewesen.
Trotz der hohen Güte
bei der Konstruktion der Gabelschaltungen tritt trotzdem etwas Streuung
vom kommenden Weg in den gehenden Weg auf. Wenn Streuung an einem Punkt „in der
Nähe" des Sprechers auftritt,
kommt das Echosignal typischerweise mit sowenig Verzögerung an,
daß es
weder bemerkbar noch störend
ist. Wenn jedoch die Streuung am nahen Ende wie beispielsweise an
der Gabelschaltung des nahen Endes auftritt, kann die Ankunft des
Echosignals am fernen Ende aufgrund der physikalischen Länge des Übertragungsweges
und gewisser anderer Netzkomponenten bedeutsam verzögert sein.
In diesem Fall kann das Echosignal bemerkbar sein; in manchen Fällen ist
das Echosignal so störend,
daß ein
Gespräch
schwierig ist.
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Mehrere
andere Netzvorrichtungen können ebenfalls
Verzögerung
verursachen, selbst wenn die physikalischen Weglängen relativ kurz sind. Beispielsweise
enthalten moderne mobile oder drahtlose Fernsprechsysteme und Internet-Sprachsysteme (manchmal
als „Vocoder" bekannte) Sprachcodiervorrichtungen,
die eine bedeutsame Verzögerung einführen können. Selbst
bei der Umwandlung der Telekommunikationsnetze der Welt von analogen
in digitale Technologien durch die Telekommunikationsanbieter und
trotz der fortlaufenden Verbesserung der Leistung von Netzkomponenten
verbleiben einige bestehende Echoquellen und werden neue erzeugt.
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Zur
Minimierung der Auswirkung von Echo auf die Güte des bereitgestellten Kommunikationsdienstes
sind verschiedene Systeme entwickelt worden. Als bei Weitverkehrs-Telekommunikationssystemen
analoge Übertragungseinrichtungen
vorherrschten, wurden die Eigenschaften einzelner Übertragungswege
sorgfältig
ausgelegt, um einen gesteuerten Betrag an Dämpfung einzufügen. Die
Dämpfung sollte
die Amplitude des Echosignals verringern, so daß es für den Benutzer nicht bemerkbar
war. Obwohl dieses System relativ gut funktionierte, war es hauptsächlich auf
analoge Übertragungseinrichtungen
anwendbar und erforderte bedeutsame laufende Wartungsbemühungen und
-ausgaben, um die Dämpfungspegel
auf ihre Auslegungswerte einzustellen.
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Zur
Beseitigung der Auswirkung der Echosignale sind andere Systeme entwickelt
worden, die keine sorgfältige
Steuerung der Dämpfung
von Übertragungseinrichtungen
erfordern. Diese Systeme sind insbesondere für digitale Telekommunikationsübertragungssysteme
notwendig, bei denen es nicht durchführbar oder wünschenswert
ist, Dämpfung
in den durch diese Übertragungssysteme
geführten Nachrichtengehalt
einzuführen,
aber sie auch auf analoge Übertragungssysteme
angewandt worden. Diese Echoregelungssysteme umfassen zwei verschiedene
Haupttechnologien, die allgemein als „Echolöscher" und „Echounterdrücker" charakterisiert
worden sind.
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Bei
Echolöschern
wird ein oder mehrere Sprachdetektoren und ein oder mehrere Schalter
auf den Tonfrequenzwegen einer Telekommunikationsstrecke benutzt.
Beispielsweise überwacht
bei einem bekannten Echolöscher
ein Sprachdetektor den Empfangsweg am nahen Ende und steuert reaktionsfähig einen
Schalter, der den Übertragungsweg
am nahen Ende freigibt. Wenn keine Sprache erkannt wird (d.h. wenn
das nahe Ende nicht spricht), sperrt der Echolöscher den Übertragungsweg und verhindert
dadurch, daß das örtlich erzeugte
Echosignal zum fernen Ende übertragen
wird. Echolöscher
dieser Art funktionieren gut, vorausgesetzt es spricht nur ein Teilnehmer
zu einer Zeit, funktionieren aber schlecht, wenn die Teilnehmer
einander unterbrechen oder gleichzeitig sprechen, wie es für ein normales
Gespräch
charakteristisch ist.
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Bei
verbesserten Echolöschern
sind Sprachdetektoren auf sowohl Sende- als auch Empfangswegen eingebaut
und der Tonfrequenz-Sendeweg wird reaktionsfähig auf einen Vergleich von
Sprachpegeln auf den jeweiligen Wegen freigegeben. Wenn beide Teilnehmer
gleichzeitig sprechen, kann der Löscher den Sendeweg freigegeben
lassen, mit dem Ergebnis, daß während dieser
Zeit keine Echolöschung
stattfindet, oder kann den Sendeweg auf einen Zwischenpegel dämpfen. Echolöscher haben nicht
vollständig
zufriedenstellende Ergebnisse geboten, teilweise deshalb, weil während Zeiten
von gleichzeitiger Sprache etwas Echo erkennbar bleibt, und da das
häufige
Umschalten von Tonfrequenzwegen zahlreiche abrupte Änderungen
der Sprachamplitude bewirkt, die für die Benutzer bemerkbar sind.
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Echounterdrücker konstruieren
ein Modell des doppelten Signalweges durch das Netz (z.B. des Weges
vom Echounterdrücker
zur Streuungsquelle am nahen Ende und zurück zum Echounterdrücker), der
das Echosignal ergibt. Unter Verwendung des Modells und auf Grundlage
des ursprünglichen,
vom fernen Ende zum nahen Ende übertragenen
Signals berechnet der Echounterdrücker ein geschätztes Echosignal,
das er vom nahen Ende zu empfangen erwartet. Dann zieht der Echounterdrücker das
geschätzte
Echosignal vom empfangenen Signal am nahen Ende ab. Wenn das Modell
gut ist, ist das geschätzte
Echosignal eine gute Annäherung
an die eigentliche Echokomponente des empfangenen Signals und das
Echo wird effektiv abgezogen oder unterdrückt. So bleibt im wesentlichen
nur das ursprünglich
vom nahen Ende übertragene
Signal.
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Obwohl
effektive Echounterdrücker
zur Verfügung
stehen, sind sie teuer. Historisch gesehen sind Echounterdrücker permanent
installiert worden, um bestimmte Telekommunikationseinrichtungen (z.B.
Fernleitungen) zu bedienen. Echoregelung ist jedoch nicht immer
an einer Einrichtung für
jede Zeit oder für
alle Verbindungen wünschenswert
oder erforderlich. Beispielsweise sind Einrichtungen möglicherweise
nicht fortlaufend in Gebrauch. Auch können einige Verbindungen wie
solche, die gewisse Arten von Daten führen, durch die Handlung von Echounterdrückern behindert
werden. Einige bestehende Echounterdrücker können erkennen, daß eine bediente
Einrichtung eine Datenverbindung einer Art führt, für die Echounterdrückung nicht
gewünscht wird
und können
Unterdrückung
reaktionsfähig
sperren.
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Selbst
bei Verbindungen, die keine Daten führen, können die Bedingungen am nahen
Ende und/oder über
den Kommunikationsweg derart sein, daß Echoregelung unnötig ist.
Beispielsweise kann das Streuungssignal am nahen Ende geringer Amplitude
sein, die Dämpfung
entlang dem Kommunikationsweg kann bedeutsam sein, die Länge des
Weges kann kurz sein oder es kann an der Verbindung eine andere
Echounterdrückungsvorrichtung
vorhanden sein. Jeder dieser Zustände könnte ein Echosignal erzeugen,
das entweder für
den Benutzer nicht bemerkbar ist oder die Kommunikation nicht stört. Da eine
von einem Echounterdrücker
bediente Einrichtung von Verbindung zu Verbindung im Zusammenhang
mit verschiedenen anderen Einrichtungen und Zwischen- und Nah-Geräten benutzt
werden kann, könnte
Echoregelung an manchen Verbindungen wesentlich und an anderen überflüssig sein.
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Man
ist jedoch der Überzeugung,
daß keine bekannten
Echounterdrücker
Einrichtungszustände oder
sonstige Eigenschaften einer Verbindung erkennen, die eine Echoregelung
unnötig
machen und dementsprechend reagieren, um den Echounterdrücker zu
deaktivieren. Dies ist selbst dann der Fall, wenn eine andere Echounterdrückungsvorrichtung an
einer Verbindung oder Leitung vorhanden ist. Es steht ein Protokoll
zur Verfügung,
bei dem ein Zeichengabeparameter andere Vermittlungen warnt, daß eine Echounterdrückungsvorrichtung
bereits an einer Verbindung oder Leitung vorhanden ist, wodurch
diese Vermittlungen vermeiden können,
ihrer. eigenen Echounterdrücker
zu aktivieren. In der Praxis sind jedoch die Zeichengabeparameter
nicht von allen Gerätezulieferern
richtig implementiert worden und manche Verbindungen, die Echounterdrückung empfangen
sollten, tun es nicht. Dementsprechend haben die Diensteanbieter
die Zeichengabeparameter unbeachtet gelassen und immer eine Echounterdrückungsvorrichtung
angebracht. Wenn kein Echo vorliegt, wird angenommen, daß die Echounterdrückungsvorrichtung
die Leitung oder Verbindung, an der sie angebracht ist, nicht bedeutsam
beeinflussen wird. Dies ist jedoch eine unrationelle Anwendung kostspieliger
Ressourcen, und wo Echounterdrücker als
Gruppe verwaltet werden, werden dadurch die Haltezeiten der gesamten
Gruppe erhöht.
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Herkömmliche
Echounterdrücker
werden über
festzugeordnete Verdrahtungsanordnungen oder über digitale Crossconnectsysteme
bereitgestellt, die keine verbindungsorientierte Konfiguration zulassen.
Bei klassischen Weitverkehrsnetzen ist dies kein Nachteil gewesen,
da Übertragungsleitungen
als Weitverkehrs- oder
Ortsleitungen identifiziert werden konnten und nur ein Bruchteil
von für
Weitverkehr benutzten Fernleitungen (typischerweise 40%) Echounterdrücker braucht.
Drahtlose und Internet-Gateway-Leitungen werden jedoch nicht als Weitverkehrsleitungen
identifiziert und es ist daher unmöglich, vorherzusagen, ob eine
bestimmte Fernleitung Echounterdrücker erfordert. Zusätzlich gibt
es keine gewöhnlich
angegebenen Qualitäten
einer Fernleitung, auf denen man eine Entscheidung basieren kann,
ob Echounterdrücker
bereitzustellen sind. Von Diensteanbietern werden daher Echounterdrücker weitläufig eingesetzt.
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Weiterhin
können
für das
Internet Sprachverbindungen verbindungslos sein, was bedeutet, daß die klassischen
Leitungsregeln für
Echounterdrückungsauslegung
nicht funktionieren und keine klassische physikalische Verdrahtung
und Crossconnect-Punkte bestehen. Wenn Echounterdrücker an einem
Koppelnetz eingesetzt werden, sehen sie wie ein Ressourcen-Pool
aus. Die von Gerätezulieferern und
Diensteanbietern benötigten
Konstruktionsparameter zur richtigen Bereitstellung von als Ressourcen-Pools
an einem Koppelnetz ausgerüsteten Echounterdrückern sind
noch nicht voll entwickelt worden.
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Obwohl
weiterhin versucht worden ist, Echounterdrücker verbindungsorientiert über Weitverkehrsnetze
zu steuern, ist dies nicht erfolgreich gewesen und bei manchen Netzen
mußten
Echounterdrücker
an allen CLEC-Leitungen
(competitive local exchange carrier) eingesetzt werden. Mit Zunahme
dieser Schnittstellen steigt der Prozentsatz an Echounterdrücker benötigenden
Fernleitungen explosionsartig an. Bei drahtlosen und Internet-Geräten werden
Echounterdrücker
als am Koppelnetz eingerichtete Dienstleitungen bereitgestellt,
um die Kosten teurer Verdrahtung und Crossconnectgeräte zu verringern
und die virtuelle Beschaffenheit von Internet-Einrichtungen zu bewältigen.
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Auch
können
herkömmliche
Echounterdrücker
als einzelne unabhängige
Einheiten oder als eine Mehrzahl von durch gemeinsame Geräte bereitgestellten
Echounterdrückerkanälen angeordnet sein.
Deaktivierung des einer eine Verbindung führenden Einrichtung zugeordneten
Echounterdrückers versetzt
ein kostspieliges Betriebsmittel in den Ruhezustand. Man ist des
Glaubens, daß bei
bestehenden Echounterdrückersystemen,
wenn ein Echounterdrücker
der Bedienung einer Einrichtung auf Grundlage einer Erwartung zugewiesen
wird, daß die
Einrichtung Echoregelung benötigt,
keine Vorkehrung getroffen ist, den Echounterdrücker automatisch neu einer
anderen Einrichtung zuzuordnen, wenn festgestellt wird, daß die erste
Einrichtung keinen bedeutsamen Nutzen aus der Echounterdrückung erlangen wird.
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In
US-A-5533121 ist ein System offenbart, bei dem, wenn mehrere Echounterdrücker hintereinander
geschaltet sind, ein aktiver Echounterdrücker Bit aus dem empfangenen
Signal entnimmt und eine vorbestimmte Bitmusterfolge einführt. Danach
wird das Vorhandensein der Bitmusterfolge von anderen Echounterdrückern im
System dahingehend ausgelegt, daß sie deaktivieren können (oder
umgekehrt, eine Abwesenheit der Bitmusterfolge dahingehend, daß sie nicht
deaktivieren sollten).
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Nach
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein selbstdeaktivierendes
Echounterdrückungssystem
nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein selbstdeaktivierendes Echounterdrückungssystem
nach Anspruch 5 bereitgestellt.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
nach Anspruch 10 bereitgestellt.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Echounterdrückungssystem
bereitzustellen, mit dem die obenerwähnten Nachteile des Standes
der Technik minimiert werden.
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Ein
Echounterdrückungssystem
mit Selbstdeaktivierung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt
einen adaptiven Echounterdrücker
zur Anwendung von Echounterdrückung
auf ein Kommunikationssignal, ein Echovergleichssystem zum Vergleichen
des vom Echounterdrücker
erzeugten echounterdrückten
Signals mit dem unbehandelten Kommunikationssignal, und einen Schalter
zum Auswählen
entweder des echounterdrückten
Signals oder des unbehandelten Signals als Ausgangssignal. Der Vergleich
kann auf den entsprechenden Energien der beiden Signale über einen
jüngsten
Zeitraum beruhen.
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Wenn
das Echovergleichssystem bestimmt, daß die Differenz zwischen dem
echounterdrückten Signal
und dem unbehandelten Signal groß ist, ist ein bedeutsames
Echo im unbehandelten Signal vorhanden und es wird das echounterdrückte Signal
benutzt.
-
Wenn
die Differenz zwischen dem echounterdrückten Signal und dem unbehandelten
Signal gering ist, ist entweder wenig Echo im unbehandelten Signal
vorhanden oder der Echounterdrücker
ist bei der Entfernung des vorhandenen Echos unwirksam. In beiden
Fällen
trägt der
Echounterdrücker
nicht bedeutsam zur Güte
der Kommunikationsleitung bei. Dementsprechend wird der Echounterdrücker deaktiviert
und das unbehandelte Signal zur Verwendung ausgewählt. Der
Echounterdrücker
kann im Ruhezustand verbleiben oder vorzugsweise einer anderen Einrichtung
zugeteilt werden.
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Ein
zum Bedienen von N Einrichtungen ausgelegtes Echounterdrückungssystem
kann weniger als N Echounterdrücker
(oder Summen-Echounterdrückungskapazität für weniger
als N Einrichtungen) enthalten, wenn nicht alle Einrichtungen gleichzeitig Echounterdrückung erfordern.
Wenn eine Kommunikationssitzung (z.B. eine Verbindung) auf einer
durch das System bedienten Einrichtung eingeleitet wird, teilt das
System anfänglich
dieser Einrichtung einen Echounterdrücker zu. Wenn das System bestimmt, daß kein bedeutsames
Echo vorhanden ist, wird der Echounterdrücker deaktiviert und vorzugsweise
für die
Zuteilung zu einer anderen Einrichtung wo nötig zur Verfügung gestellt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Merkmale der Erfindung werden am besten unter Bezugnahme
auf die nachfolgende ausführliche
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in
Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich.
In den Zeichnungen ist:
-
1 ein Blockschaltbild einer
Kommunikationsleitung, bei dem eine bevorzugte Ausführungsform 100 eines
Echounterdrückungssystems
mit Selbstdeaktivierung zur Regelung von Echo angewandt wird;
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2 ein Blockschaltbild des
Echounterdrückungssystems 100 der 1;
-
3 ein Flußdiagramm
eines Betriebsverfahrens zur Verwendung in Verbindung mit den Echounterdrückungssystemen 100, 410 der 1 und 4; und
-
4 ein Blockschaltbild einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform 410 der
vorliegenden Erfindung, bei dem eine Mehrzahl von Echounterdrückern 100 der 1 so angeordnet sind, daß sie ein zusammengelegtes
Echounterdrückungssystem 410 bilden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist ein Blockschaltbild
einer Kommunikationsleitung 110, bei der eine bevorzugte
Ausführungsform 100 eines
Echounterdrückungssystems mit
Selbstdeaktivierung auf die Regelung von Echo angewandt wird. 1 zeigt eine musterhafte
Umgebung, in der das Echounterdrückungssystem 100 der vorliegenden
Erfindung benutzt werden kann.
-
Die
vorliegende Anwendung betrifft Telekommunikationssysteme, die unter
Verwendung verschiedener elektronischer und optischer Technologien
implementiert werden können,
einschließlich
von, aber nicht begrenzt auf, analogen Elektroniksystemen; digitalen
Elektroniksystemen, Mikroprozessoren und sonstigen Verarbeitungselementen
und Software und sonstigen verkörperten
Sammlungen von Schritten, Anweisungen und dergleichen zur Implementierung
von Verfahren, Prozessen oder Regeln in Verbindung mit derartigen
Systemen und Verarbeitungselementen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen
sind beispielhaft. Man wird daher erkennen, daß, obwohl die Ausführungsformen
als bestimmte Technologien beschrieben werden, sonstige gleichwertige
Technologien zur Implementierung von Systemen gemäß dem Sinn
der vorliegenden Erfindung benutzt werden könnten. Weiterhin wird man erkennen,
daß in
der Telekommunikationstechnik verschiedene Signalleitungen, Busse,
Datenwege, Datenstrukturen, Kanäle,
Puffer und sonstige Kommunikationswege zur Implementierung einer
Einrichtung, Struktur oder Methode zum Übermitteln von Informationen
oder Signalen benutzt werden können und
oft funktionsmäßig gleichwertig
sind. Dementsprechend sollen, sofern nicht anders bemerkt, Bezugnahmen
auf Vorrichtungen oder Datenstrukturen zur Übermittlung eines Signals oder
von Informationen im allgemeinen auf alle funktionsmäßig gleichwertigen
Vorrichtungen und Datenstrukturen bezogen sein. Signalleitungen
und dergleichen werden oft als gleichbedeutend mit den von ihnen
geführten
Signalen bezeichnet, wie es in der Telekommunikations-, Elektronik-
und Computertechnik Gebrauch ist.
-
Wie
am besten aus 1 ersichtlich,
enthält eine
typische Kommunikationsleitung 110 ein „fernes Ende" 112, ein „nahes
Ende" 116 und
ein die zwei Enden 112 und 116 verbindendes Übertragungsmedium 114.
Obwohl echte Kommunikationsleitungen Behinderungen und Echoquellen
in ihren Übertragungsmedien
aufweisen können,
wird, um die Deutlichkeit bei der Offenbarung der vorliegenden Erfindung
zu maximieren, das Übertragungsmedium 114 hier
als gutartig behandelt, mit der Ausnahme, daß es eine doppelte Laufzeit
in die Leitung einführt.
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Eine
(nichtgezeigte) Fern-Kommunikationsvorrichtung ist an die Leitung 110 angeschlossen
(sie würde
links in der Figur erscheinen) und erzeugt ein übertragenes Signal St (aus
der Perspektive des fernen Endes gesehen), das auf der Leitung 122 zum nahen
Ende 116 geführt
wird. Eine (nichtgezeigte) Nah-Kommunikationsvorrichtung
ist an die Leitung 110 angeschlossen (sie würde rechts
in der Figur erscheinen) und empfängt das übertragene Signal St. Die Fern-
und Nah-Kommunikationsvorrichtungen könnten alle Vorrichtungen sein,
die eine Leitungsverbindung der gezeigten Art erfordern und können beispielsweise
die Fernleitungsanschlußschaltungen von
ersten und zweiten Fernsprechvermittlungssystemen sein. Die Nah-Kommunikationsvorrichtung
erzeugt ein für
die Fern-Kommunikationsvorrichtung bestimmtes
Empfangskanalsignal Sr auf der Leitung 124.
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Am
fernen Ende ist eine Echoquelle 118 vorhanden. Die Echoquelle 118 erzeugt
ein Echosignal e auf der Leitung 126, das irgendeine Funktion ⨍(St) des Fern-Sendesignals St 122 ist.
Das Echosignal e wird von einem Summierer 120 dem Empfangskanalsignal
Sr hinzugefügt, um ein (als r bezeichnetes),
mit dem Echosignal verseuchtes Empfangssignal auf der Leitung 128 zu
erzeugen. Dieses Signal wird vom Übertragungsmedium 114 zum
Echounterdrücker 100 übermittelt.
Der Deutlichkeit halber sind Echoquelle 118 und Summierer 120 als
getrennte Musterelemente dargestellt; in der Praxis können mehrere Schaltungsbauteile
zu der Erzeugung des Echosignals beitragen. Ein typischer Erzeuger
eines Echosignals ist eine Gabelschaltung.
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Am
fernen Ende befindet sich ein Echounterdrückungssystem 100 und
es empfängt
das echoverseuchte Signal r 128 vom nahen Ende und das
Sendesignal St 122 vom fernen Ende.
Das Echounterdrückungssystem 100 erzeugt
ein (weiter ausführlicher besprochenes)
Ausgangssignal y 130, das entweder eine echounterdrückte Version
des Empfangssignals x oder das unbehandelte Empfangssignal r ist,
in Abhängigkeit
von einer Bestimmung der in r vorhandenen Echohöhe durch das Echounterdrückungssystem 100.
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2 ist ein Blockschaltbild
einer ersten bevorzugten Ausführungsform 100 eines
Echounterdrückungssystems.
Wie am besten aus 2 ersichtlich,
stellt das Echounterdrückungssystem 100 Echounterdrückung für eine einzelne
Kommunikationsleitung oder einen einzelnen Kommunikationskanal bereit.
Das Echounterdrückungssystem 100 könnte beispielsweise
als integrierter Teil eines PC-basierten Internet-Telefons für Paketsprachverbindungen
implementiert sein. Die Erfindung eignet sich jedoch für viele
andere Implementierungen und Anwendungen.
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Wie
weiter ausführlicher
besprochen ist die 4 ein
Blockschaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform 410 eines
Echounterdrückungssystems
zur Bereitstellung eines Echounterdrückungsdienstes für mehrere
Kommunikationsleitungen oder -kanäle. Eine Mehrzahl von einzelnen Echounterdrückungssystemkanälen 100 der
in 1 gezeigten Art kann
dazu benutzt werden, das Mehrkanalsystem 410 der 4 aufzubauen.
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Wie
am besten aus 2 ersichtlich,
umfaßt das
Echounterdrückungssystem 100 vorzugsweise einen
adaptiven Echounterdrücker 140,
eine Echovergleichs- und
Regelvorrichtung (Echoregler) 142 und Bauteile zum Anschließen von
externen Kommunikationsleitungssignalen und Umwandeln der Signale
zwischen externen Formaten und einem internen Format. Das Echounterdrückungssystem 100 empfängt das
Fern-Sendesignal St 122 und das
echoverseuchte Nah-Empfangssignal r 128 und erzeugt ein Ausgangssignal
y 130 zur Verwendung durch die Fern-Kommunikationsvorrichtung. Das Fern-Sendesignal
St 122 wird einer Anschlußschaltung 144 zugeführt, die
das Signal so anpaßt,
daß es
für interne Verwendung
geeignet ist. Das angepaßte
Signal wird dem Linearisierungsmodul 146 zugeführt, das
möglicherweise
PCM-Signale mit Codierung nach dem A-Gesetz oder μ-Gesetz in lineare
Abtastwerte umwandeln muß.
Das sich ergebende Signal wird dem Echounterdrücker 140 zugeführt. Das
echoverseuchte Nah-Empfangssignal r 128 wird durch die
Einheiten 148 und 150 auf ähnliche Weise angepaßt und linearisiert.
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Die
genauen Funktionen der Anschlußschaltungen 144 und 148 sind
von der Art und dem Format der Kommunikationsleitung 110 und
der zur Implementierung des Echounterdrückungssystems 100 gewählten Technologie
abhängig.
Für Kommunikationsleitungen
stehen verschiedene Arten und Formate einschließlich von Analogleitungen und
-fernleitungen, ISDN-Leitungen, T-Träger-Einrichtungen
und dergleichen zur Verfügung.
Das Echounterdrückungssystem 100 kann
unter Verwendung von fest zugeordneten Elektroniksystemen für besondere Zwecke,
Universal-Mikroprozessoren, Digitalsignalprozessoren oder verschiedenen
Kombinationen dieser implementiert werden. Die Umwandlung eines
Signals einer externen Kommunikationsleitung in eines zur Verarbeitung
im Echounterdrückungssystem 100 geeignetes
und umgekehrt ist dem Fachmann bekannt; typischerweise muß ein analoges
oder serielles digitales Format in parallele Datenabtastwerte zur wirkungsvollen
Signalverarbeitung durch herkömmliche
oder DSP-Prozessoren
und umgekehrt umgewandelt werden.
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Wie
am besten aus 2 ersichtlich,
enthält der Echounterdrücker 140 vorzugsweise
ein adaptives Filter 152 und einen Summierer 154.
Das adaptive Filter 152 empfängt die linearisierte Version
des Fern-Sendesignals
St und ein echounterdrücktes Empfangssignal
x und erzeugt ein Signal ê 156,
das eine Schätzung
des im echoverseuchten Empfangssignal r vorhandenen Echosignals
durch das adaptive Filter darstellt. Das geschätzte Echosignal ê 156 wird
im Summierer 154 vom echoverseuchten Empfangssignal r abgezogen,
um das echounterdrückte Empfangssignal
x 158 zu erzeugen, das dem adaptiven Filter 152 und
dem Echoregler 142 zugeführt wird. Wenn das geschätzte Echosignal
e in der Nähe des
wirklichen Echosignals e 126 liegt (1), wird das echounterdrückte Empfangssignal
x 158 geringes verbleibendes Echo aufweisen. Echounterdrücker 140 und
sein adaptives Filter 152 können unter Verwendung von beliebigen
geeigneten Echounterdrückungs-
und adaptiven Filterungsbauteilen implementiert werden. Die Auslegung
dieser Elemente ist dem Fachmann in der Telekommunikationstechnik wohlbekannt.
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Der
Echoregler 142 empfängt
das echoverseuchte (d.h. unbehandelte) Nah-Empfangssignal r 128 und
das echounterdrückte
Empfangssignal x 158. Die Funktion des Echoreglers 142 besteht
darin, diese zwei Signale zu vergleichen, um zu bestimmen, ob in
r vorhandenes bedeutsames Echo in x entfernt worden ist. Wenn die
Differenz zwischen diesen Signalen groß ist, dann ist Echo vorhanden
und der Echounterdrücker 140 entfernt
es wirksam. Dementsprechend wird vom Echoregler 142 das
echounterdrückte
Empfangssignal x als Ausgabe ausgewählt. Wenn die Differenz zwischen
diesen Signalen gering ist, dann bietet der Echounterdrücker 140 wenig
bedeutsamen Nutzen. Dementsprechend wird vom Echoregler 142 das
unbehandelte Empfangssignal r als Ausgabe ausgewählt und der Echounterdrücker 140 kann
deaktiviert werden.
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Vom
Echodetektor
160 wird der Vergleich der zwei Signale dadurch
ausgeführt,
daß er
zuerst die Energie der Signale über
eine kürzliche
Abtastperiode mißt.
Die Energie Er des unbehandelten Empfangssignals r wird als
bestimmt, wobei M eine Anzahl
von Abtastwerten in einem Abtastfenster ist und t die aktuellen
oder am neuesten verarbeiteten Abtastwerte darstellt. Die Energie
Ex des echounterdrückten
Empfangssignals x wird als
bestimmt. Vom Echodetektor
160 wird
dann Ex von Er abgezogen, um ΔE
164 zu
bilden.
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Von
einem zweiten Vergleicher 162 wird das Ergebnis ΔE mit einem
Schwellwert 166 verglichen. In der Praxis wirkt ein geringes
Maß an
Echo nicht störend.
Dementsprechend ist es wünschenswert,
einen Schwellwert einzusetzen, um dem Systembediener die Auswahl
eines Echopegels zu ermöglichen, unterhalb
dessen Echounterdrückung
nicht bereitgestellt wird. Wenn die Differenz ΔE größer als der Schwellwert ist,
muß Echounterdrückung bereitgestellt
werden. Auch ermöglicht
der Schwellwert dem Systembediener jedes Restecho zu kompensieren, das
durch die Echounterdrückungsvorrichtung
im Normalbetrieb nicht entfernt werden kann. Mit der Ausgabe des
Vergleichers 162 wird ein Schalter 170 gesteuert,
der reaktionsfähig
entweder das echounterdrückte
Empfangssignal x oder das unbehandelte Empfangssignal r als Ausgabe
auswählt.
Das Ausgangssignal wird einem wahlweisen Wandler 172 zugeführt, der
lineare Abtastwerte in PCM nach μ-Gesetz
oder A-Gesetz umwandelt, und dann einer Anschlußeinheit 174, die
den Kehrwert der Funktionen der Einheiten 144 und 148 bereitstellt.
Das Ausgangssignal y des Echounterdrückungssystems 100 wird
auf Leitung 130 bereitgestellt.
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Wenn
der Echounterdrücker 100 deaktiviert wird,
können
einige seiner Ressourcen vorteilhafterweise anderswo in einem System
benutzt werden. Beispielsweise könnte
der Echounterdrücker
als Teil einer Internet-Telefonanwendung
auf einem PC oder Arbeitsplatz implementiert sein. In diesem Fall
könnte
der Echounterdrücker
vollständig
als entsprechende, auf dem PC oder dem Arbeitsplatz ablaufende Software
implementiert sein. Die für
den Echounterdrücker
erforderliche Signalverarbeitung ist jedoch ressourcenintensiv.
Durch Deaktivieren der Echounterdrückung können die Prozessorzeit und
der Speicherraum, der zur Durchführung
der Echounterdrückerfunktionen
erforderlich sein würde,
anderen Funktionen auf dem Computer zugeteilt werden.
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4 ist ein Blockschaltbild
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform 410 eines
Echounterdrückungssystems.
Wie am besten aus 4 ersichtlich
kann eine Mehrzahl von Echounterdrückungssystemen 100 der
in 1–2 gezeigten
Art zusammengestellt werden, um ein zusammengelegtes Mehrkanal-Echounterdrückungssystem 410 zu bilden.
Das System 410 umfaßt
vorzugsweise einen Eingangsanschluß und Wähler 414, einen Ausgangsanschluß und Multiplexer 418,
eine Mehrzahl von Echounterdrückereinheiten
oder -modulen 100a–100x und
eine Steuerungs- und Zuteilungseinheit 422. Die Begriffe „Echounterdrückereinheit" und „Echounterdrückermodul" sollen sich auf
ein Echounterdrückungssystem 100 im
wesentlichen wie das in 2 gezeigte
beziehen und mindestens den Echounterdrücker 140 und den Echoregler 142 desselben
enthalten. Das System 410 empfängt eine Mehrzahl von Eingangssignalen über Leitungen 412 und 440,
die beispielsweise Gruppen von DS-1-Trägereinrichtungen sein können. Die
Signale auf der Leitung 412 entsprechen vom nahen Ende
einer Kommunikationsstrecke empfangenen Signalen und sind dem Signal
r 128 der 1 gleichwertig.
Die Signale auf der Leitung 440 entsprechen jeweiligen vom
fernen Ende einer Kommunikationsstrecke übertragenen Signalen und sind dem
Signal St 122 der 1 gleichwertig.
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Vorteilhafterweise
kann das System 410 zur Annahme von N Einrichtungen oder
Kommunikationskanälen
und der gleichzeitigen Bereitstellung von Echounterdrückungsdiensten
für irgendeine
kleinere Anzahl dieser Kanäle
ausgelegt sein. Wie am besten aus 4 ersichtlich
kann beispielsweise das System 410 zum Empfangen von Gruppen
von DS-1-Trägereinrichtungen 412 und 440 ausgerüstet sein,
die die Entsprechung beider Richtungen von 48 DS-0-Leitungen mit
Sprachbandbreite führen
können.
Das System 410 könnte
jedoch mit nur 24 Echounterdrückerkanälen 100a–100x ausgerüstet sein.
Diese Zahlen werden nur als Beispiel geboten; die eigentliche Anzahl
von Echounterdrückerkanälen, die
zur Unterstützung
einer Anzahl von Kommunikationskanälen oder -einrichtungen erforderlich sind,
wird von der bestimmten Anwendung abhängig sein. Die Funktionsweise
des Systems 410 wird durch eine Steuer- und Zuteilungseinheit 422 überwacht,
die Echounterdrückerkanäle nach
Bedarf Kommunikationskanälen
oder -einrichtungen zuteilt.
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Die
Gruppen von DS-1-Eingängen 412, 440 werden
für einen
Wähler 414 bereitgestellt,
der unter der Überwachung
der Steuer- und Zuteilungseinheit 422 fungiert. Vom Wähler 414 werden
gepaarte jeweilige Kanäle
von jeder Gruppe von DS-1-Eingängen 412, 440 ausgewählt, um
Echounterdrückungsdienste
von zugeteilten der Echounterdrückerkanäle 100a–100x zu
empfangen. Der Wähler 414 kann auch
Formatwandlung von seriellen Zeitschlitzen in parallele Abtastwerte
oder sonstige zutreffende Umwandlungen durchführen. Die ausgewählten Kanäle werden über interne
Busse 428 und 442 zu Echounterdrückerkanälen 100a–100x geleitet.
Wenn einem Kommunikationskanal auf DS-1-Eingängen 412, 440 Dienst
von einem Echounterdrückerkanal
zugeteilt wird, wird der Empfangsweg vom Eingang 412 über den
Bus 428 zu dem zugeteilten Echounterdrückerkanal und der Sendeweg
vom Eingang 440 über
den Bus 442 zu demselben Echounterdrückerkanal geleitet.
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Eingangskanäle, denen
kein Echounterdrückerkanal
zugeteilt wird, werden direkt über
den internen Bus 416 zum Ausgangsanschluß und Multiplexer 418 geleitet.
Die Ausgaben von den Echounterdrückern 100a–100z werden über den
internen Bus 420 zum Ausgangsmultiplexer 418 übertragen.
Die Steuer- und Zuteilungseinheit 422 steuert den Ausgangsmultiplexer 418 an,
um jedem Ausgangszeitschlitz den entsprechenden Kanal von den Echounterdrückern oder
dem Eingangswähler
zuzuführen,
je nachdem, ob dem Kanal ein Echounterdrücker zugeteilt wurde.
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Wenn
im Betrieb ein vorher ruhender Eingangskanal zu arbeiten beginnt,
teilt die Steuer- und Zuteilungseinheit 422 einen verfügbaren Echounterdrücker, sofern
einer vorhanden ist, zur Bedienung des Kanals zu. Der zugeteilte
Echounterdrücker
beginnt den Betrieb. Wenn der Echounterdrücker bestimmt, daß das Echo
gering ist, deaktiviert er sich und benachrichtigt die Steuer- und
Zuteilungseinheit 422. Die Steuer- und Zuteilungseinheit 422 kann dann
den Eingangswähler
und die Ausgangsmultiplexer anweisen, einen direkten Weg für den Kanal über den
Bus 416 herzustellen. Danach kann die Steuer- und Zuteilungseinheit 422 diesen
Echounterdrücker
neu einem anderen Dienst erfordernden Kanal zuweisen.
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Obwohl
das Echounterdrückersystem 410 hier
im Rahmen der Technologie von leitungsvermittelten Netzen beschrieben
wird, wird der Fachmann erkennen, wie das System 410 abgeändert werden kann,
ohne aus dem Sinn der vorliegenden Erfindung zu weichen, um an paketvermittelte
Netztechnologie angeschaltet zu werden und diese intern einzusetzen.
Insbesondere können
die Eingangsleitungen 412 und 440 und die Ausgangsleitung 420 in
einem nichtleitungsvermittelten Netz unter Verwendung eines beliebigen
Transportmediums einschließlich
von ATM- oder TCP/IP-Verbindungen implementiert werden. Der Wähler 414 und
der Multiplexer 418 können als
irgendein geeigneter Paket- oder
Zellenrouter oder Vermittlung implementiert sein. Weiterhin können die
Funktionen von sowohl Wähler 414 als
auch Multiplexer 418 durch eine integrierte Einheit durchgeführt werden.
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In
einer leitungsbasierten oder nichtleitungsbasierten Anwendung wird,
obwohl Echounterdrücker
hier als Einzelkanäle
beschrieben sind, der Fachmann erkennen, daß weiterhin die gleichwertige Funktionalität einer
Mehrzahl einzelner Echounterdrückungskanäle durch
ein oder wenige gemeinsame Elemente bereitgestellt werden kann.
Diese gemeinsamen Elemente können
beispielsweise als ein oder mehrere DSP-basierte Hochleistungsmoduln implementiert
werden, die hochgemultiplexte Eingaben empfangen und hochgemultiplexte
Ausgaben erzeugen und bei denen kein Gerät einem bestimmten Kommunikationskanal,
einer bestimmten Leitung, einem bestimmten Weg oder einer bestimmten
Verbindung zugeordnet ist.
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Obwohl
weiterhin das Echounterdrückungssystem 410 hier
als freistehende Vorrichtung beschrieben wird, könnte das Echounterdrückungssystem 410 auch
als Teil eines Telekommunikationsvermittlungssystems oder sonstiger
Wegeleitungs- oder Vermittlungsinfrastruktur implementiert sein.
Beispielsweise weisen einige Telekommunikationsvermittlungssysteme
wie beispielsweise das elektronische Vermittlungssystem 5ESS® von
Lucent Technologies, Inc., Murray Hill, NJ einen TSI-Bus (Time Slot Interchange)
hoher Kapazität
auf, der einen Zugang mit relativ großer Bandbreite zu einer großen Anzahl von
Zeitschlitzen, Kanälen
oder dergleichen bereitstellt. Echounterdrückungseinheiten 100a–100z könnten vorteilhafterweise
an diesen TSI-Bus angeschlossen werden. Da die Signale bereits in
den regelmäßigen Zeitschlitzen
des Vermittlungssystems zur Verfügung
stehen und das Vermittlungssystem steuern kann, welche Signale in
welche Zeitschlitze eingefügt
werden, würde
sich das Erfordernis des Wählers 414 und
Multiplexers 418 erübrigen.
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Eine
geeignete Anordnung zur Aufnahme einer Signalverarbeitungseinrichtung
auf dem TSI-Bus eines elektronischen Vermittlungssystems ist in
Bodnar et al. US-Patentanmeldung Nr. 09/092,666 mit dem Titel „Switching
Internet Traffic Through Digital Switches Having a Time Slot Interchange
Network" (Vermitteln
von Internetverkehr durch Digitalvermittlungen mit einem Zeitlagentauschnetzwerk)
offenbart, das hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Obwohl
die Anmeldung von Bodnar nicht auf Echounterdrückung gerichtet ist, zeigt
sie zwei Ausführungsformen,
bei denen ähnliche
Signalverarbeitungsgeräte
(Modemsignalprozessor 201, 2; und
Vocoder-Signalprozessor 301, 3)
an den TSI-Bus einer Vermittlung angeschlossen sind. Ein Echounterdrückungssystem
gemäß der vorliegenden Anmeldung
könnte
auf ähnliche
Weise angeschlossen werden.
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3 ist ein Flußdiagramm
eines Betriebsverfahrens 310, das zur Verwendung mit Echounterdrückungssystemen 100, 410 der 1 und 4 angeordnet ist. Die meisten Elemente
des Verfahrens 310 treffen auf beide Ausführungsformen 100 und 410 zu und
das für
beide geltende Verfahren wird daher gemeinsam beschrieben, wobei
gegebenenfalls auf die Unterschiede zwischen Ausführungsformen
hingewiesen wird. Das Verfahren beginnt, wenn ein vorher ruhender
Kanal, der für
den Empfang von Echounterdrückungsdienst
berechtigt ist, besetzt wird. Im Schritt 312 (wahlweise,
nur bei Ausführungsform 410)
wird ein Echounterdrückerkanal
einem Kommunikationsweg oder -kanal oder einer Kommunikationseinrichtung
zugeteilt. Im Schritt 314 erhält das Echounterdrückersystem
das Fern-Sendesignal St. Im Schritt 316, der in Abhängigkeit
von den jeweiligen Formaten und Protokollen des Kommunikationskanals
und des Echounterdrückersystems
wahlweise ist, wandelt das Echounterdrückersystem das Eingangssignal
in ein entsprechendes internes Format um. Im Schritt 318,
der ebenfalls wahlfrei sein kann, wandelt das Echounterdrückersystem
nach der μ-Kennlinie
oder A-Kennlinie codierte PCM-Daten in lineare Abtastwerte um.
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Im
Schritt 320 erhält
das Echounterdrückersystem
das vom nahen Ende empfangene unbehandelte Signal r. Dieses Signal
kann Echo enthalten. Wahlweise können
Schritte 316 und 318 auf r angewandt werden. Im
Schritt 322 bestimmt die adaptive Filterkomponente 152 (2) eine Schätzung ê des Echosignals.
Im Schritt 324 zieht die Summiererkomponente 154 die
Echoschätzung ê vom unbehandelten
Empfangssignal r ab. Das Ergebnis ist ein echounterdrücktes Empfangssignal
x.
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Im
Schritt 326 bestimmt der Echodetektor 160 die
Energie Er des unbehandelten Empfangssignals. Im Schritt 328 bestimmt
der Echodetektor 160 die Energie Ex des echounterdrückten Empfangssignals.
Im Schritt 330 zieht der Echodetektor 160 die Energie
Ex von Er ab, um ein Maß ΔE der Energie
in dem vom Echounterdrücker
erzeugten geschätzten Echosignal
zu erzeugen.
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Im
Schritt 332 vergleicht der Vergleicher 162 das
Maß ΔE mit einem
Schwellwert. Wenn die Energie im Echosignal den Schwellwert überschreitet, dann
fährt das
Verfahren im Schritt 334 fort. Der Vergleicher wählt das
echounterdrückte
Empfangssignal x als das Ausgangssignal y aus. Der Echounterdrücker bleibt
aktiv. Bei Mehrkanal-Echounterdrückerausführungsformen,
wo ein Echounterdrücker
einem Kanal zugeteilt werden kann, wird diese Zuteilung aufrechterhalten.
Dann fährt das
Verfahren bei Schritt 340 fort.
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Wenn
im Schritt 332 die Energie im Echosignal den Schwellwert
nicht überschritt,
dann fährt
das Verfahren bei Schritt 336 fort. Der Vergleicher 162 wählt das
unbehandelte Empfangssignal r als das Ausgangssignal Y aus. Der
Echounterdrücker
wird deaktiviert. Im Schritt 338, der wahlfrei ist, wird
der Echounterdrücker
für Neuzuteilung
zu einem anderen Kanal freigegeben. Das Verfahren fährt bei Schritt 340 fort.
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Im
Schritt 340, der wahlfrei sein kann, wandelt das Echounterdrückersystem
lineare Abtastwerte in nach μ-Kennlinie oder A-Kennlinie
codierte PCM-Daten um. Im Schritt 342, der in Abhängigkeit von
den jeweiligen Formaten und Protokollen des Kommunikationskanals
und des Echounterdrückersystems
ebenfalls wahlfrei sein kann, wandelt das Echounterdrückersystem
das Ausgangssignal von dem internen Format in ein für die externen
Kommunikationskanäle
geeignetes um, mit denen der Echounterdrücker benutzt wird. Das Verfahren
endet bei Schritt 344.
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Über die
von einer Verbindingsleitung, Einrichtung oder Verbindung, ob physikalisch
oder virtuell, erfahrene Echomenge erhaltenen Informationen können für Verwaltungszwecke
aufgezeichnet werden. Bei Leitungseinrichtungen kann eine Summen-Haltezeit
aus den gespeicherten Daten bestimmt werden und zur Auslegung der
Menge von in einem Echounterdrücker-Pool
erforderlichen Echounterdrückern
nach dem Stand der Technik benutzt werden. Für Internet- und sonstige verbindungslose
Dienste kann der Bruchteil an Verbindungen, der Echounterdrückung erfordert,
aus den gespeicherten Daten bestimmt werden. Diese erfaßten Daten,
die bislang nicht zur Verfügung
standen, können
nunmehr studiert werden, um Verfahren zur Bereitstellung von Echounterdrückern zu
entwickeln.
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Darüber hinaus
können
dieselben gespeicherten Daten analysiert werden, um Wartungsfunktionen
zu leiten, und können
bei abnehmender Güte in
Echtzeit zur Beseitigung von schlechten Leitungen benutzt werden.
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Die
obenbeschriebene Ausführungsform
der Erfindung ist nur ein Beispiel einer Art und Weise, auf die
die Erfindung ausgeführt
werden kann. Es können
auch andere Weisen möglich
sein und liegen innerhalb des Rahmens der die Erfindung definierenden
nachfolgenden Ansprüche.