DE69330902T2 - Echokompensator, Nachrichtenübertragungssystem und Station mit solch einem Echokompensator - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft einen Kompensator von Echo, vorhanden in einem Eingangssignal, das in Form von übertragenen Daten auftritt, den berücksichtigten Zeitpunkt darstellend, wobei der Kompensator zur Durchführung verschiedener Vorgänge enthält:
• - einen adaptiven Filter, um anhand der besagten Daten eine Replik des besagten Echos durch die Bildung einer bewerteten Summe mit Bewertungskoeffizienten mit verschiedenen Daten zu erzeugen, verzögert durch ein Vielfaches von K einer Zeit T,
• - ein Subtraktionsorgan, um dem Eingangssignal die besagte Replik zu entnehmen,
• - ein Rechenorgan, um neue Werte mindestens eines Bewertungskoeffizienten anhand seines Originalwerts durch das Einbringen von Korrekturwerten zu bestimmen.
• Die Erfindung betrifft auch ein System und eine Station zur Nachrichtenübertragung mit solch einem Echokompensator und auch ein Verfahren zur Echokompensation.
• Solche Echokompensatoren sind gut bekannt, und ihre Verwendung im Bereich des Fernmeldewesens und der Datenübertragung von großer Bedeutung. Echos liegen Fehlanpassungen zugrunde, die beim Übergang von zwei auf vier Adern hervorgerufen werden, die zwischen Orts- und Ferngesprächen vorgesehen sind. Im Bereich des Fernmeldewesens ist das Echo um so störender, je weiter es entfernt ist. Dieses Fernecho wird in digitalen Fernsprechsystemen verstärkt, die deshalb eine zusätzliche Verzögerung bewirken können, da eine bestimmte Zeit für das paketieren der Sprache aufgewandt wird.
• Zur Abstimmung der Bewertungskoeffizienten verwendet man oft die Vorzeichenmethode. Diese Methode wird insbesondere in Absatz IV.7 des Werkes von M. BELLANGER mit dem Titel: "ANALYSE DES SIGNAUX ET FILTRAGE NUMERI- QUE ADAPTIF", herausgegeben in 1989 vom Verlag MASSON in PARIS, beschrieben.
• Diese Methode greift auf nicht stationäre Signale wie die Sprachsignale zurück, weist jedoch einige Nachteile auf.
• Diese Methode korrigiert die Koeffizienten, indem sie ihnen eine feste Größe hinzufügt oder entnimmt. Entweder ist dieser Wert klein, und die Konvergenz der Koeffizienten zum optimalen Wert ist langsam, oder dieser Wert ist groß, womit man dann Instabilität riskiert.
• Es wird darauf hingewiesen, daß Echokompensatoren in der Patentschrift WO-A 92/17004 und in der Veröffentlichung IEEE Transactions on Communication Technology, Band COM35, Nr. 10, Oktober 1987, New York US, Seiten 1102-1108, beschrieben werden: "An Adaptive Step Sign Algorithm for Fast Convergence of a Data Echo Canceller" von A. KANEMASA und K. Niwa. Auch deren Konvergenz weist die vorgenannten Nachteile auf.
• Die vorliegende Erfindung schlägt ein System entsprechend der Beschreibung der Einleitung vor, das die Nachteile von Echokompensatoren, die die vorgenannte Methode verwenden, in großem Maße abschwächt.
• Die vorliegende Erfindung schlägt zudem eine Station zur Nachrichtenübertragung, einen Echokompensator sowie ein in solch einem Echokompensator umgesetztes Verfahren vor.
• Ein solches System ist deshalb bemerkenswert, da das Rechenorgan enthält:
• - ein Multiplikationsorgan, um eine Multiplikation des Wertes des Koeffizienten mit einem Korrekturterm zur Bestimmung des Korrekturwertes vorzunehmen.
• Die folgende Beschreibung wird, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, insgesamt als nicht begrenzendes Beispiel gegeben, leicht verständlich machen, wie die Erfindung verwirklicht werden kann.
• Fig. 1 zeigt das Grundschema der Erfindung.
• Fig. 2 zeigt das Schema eines Echosynthetisierers, der vom Echokompensator der Erfindung verwendet wird.
• Fig. 3 zeigt das Fertigungsschema eines Echokompensators nach der Erfindung.
• Die Fig. 4 bis 6 zeigen das Funktionsorganigramm des Echokompensators von Fig. 3.
• In Fig. 1 trägt der Echokompensator die Bezugsnummer 1. Im Rahmen des beschriebenen Beispiels ist dieser Kompensator in den festen Teil 5 einer DECT-Anlage integriert, also gemäß ETSI-Definition ein System wie eine Funktelefonanlage (siehe den Beitrag ETS 300 175-8).
• Die Bezugsnummer 6 zeigt eine Schaltzentrale des Postamtes, und die Bezugsnummer 8 einen zweiadrigen Ausgang. Der feste Teil 5 der DECT-Anlage wird über einen hybriden Transformator 10, der die Aufwärtsübertragungsleitung A von der Rückübertragungsleitung R trennt, mit der Schaltzentrale 6 verbunden. In jeder dieser Leitungen wurden respektive ein Analog/Digital-Konverter 12 und ein Digital/Analog-Konverter 14 vorgesehen; diese Konverter verarbeiten lineare digitale Samples, d. h. sie kodieren auf lineare Art die analoge Größe, die diese aufweisen, damit der Echokompensator 1 lineare digitale Samples verarbeitet. Ein Kodekonverter 16, in die Aufwärtsübertragungsleitung A eingefügt, konvertiert diesen linearen Kode in einen differentialen Kode, besser dazu geeignet, von einem Funkteil 18 der Anlage 5 verarbeitet zu werden. Ein Konverter 20 führt in der Rückübertragungsleitung R die umgekehrte Operation durch.
• Die DECT-Anlage enthält auch einen mobilen Teil 30, dem ein Teilnehmeranschluß 32 angegliedert ist. Zwei Antennen 34 und 36, respektive dem mobilen und dem festen Teil zugeteilt, ermöglichen die Funkverbindungen für den Informationsaustausch zwischen den beiden Seiten.
• Der Echokompensator 1 wird schematisch durch einen Echosynthetisierer 50 dargestellt, mit einer Abstimmsteuerung 52 und einem Subtraktionsorgan 54, das zum Zeitpunkt "i" ein von dem vom Konverter 12 gelieferten Signal synthetisiertes Echosignal r'(i) subtrahiert. Dieses Signal r'(i) hat die Aufgabe, das Echosignal r(i) insbesondere über den hybriden Transformator 10 zu kompensieren. Der störende Effekt dieses Echos wird über die von den festen und mobilen Teilen eingebrachten Verzögerungszeiten verstärkt. Die Abstimmung des Synthetisierers erfolgt folglich so, um das Signal r(i) am Ausgang des Organs 54 möglichst zu kompensieren.
• Fig. 2 zeigt das Funktionsschema des Echokompensators 1 und des Echosynthetisierers 50. Dieser letztere wird aus einer Reihe Verzögerungselemente 70&sub1;, ..., 70N gebildet, die jeweils für die vom Konverter 12 gelieferten Samples eine Verzögerung des Wertes T entsprechend dem Takt einbringen, in dem sie auftreten. Verschiedene Multiplikationsorgane 80&sub0;, 80&sub1;, ..., 80N multiplizieren respektive mit c&sub0;, c&sub1;, ..., cN das Sample am Eingang des Organs 70&sub1; und die verschiedenen Samples am Ausgang der anderen Organe ..., 70N. Ein Rechenorgan 85 ist es, das die Koeffizienten c&sub0;, c&sub1;, ..., cN anhand des Ausgangssignals des Subtraktionsorgans 54 bestimmt. Auch die Ausgangssignale des Konverters 12 und 20 werden verwendet, doch in einem für die Abstimmung dieser Koeffizienten weniger grundlegenden Grad. Ein Addierorgang 90 liefert das synthetisierte Echo, indem es die Summe sämtlicher der von den verschiedenen Multiplikationsorganen 80&sub0;, 80&sub1;, ..., 80N erhaltenen Resultate bildet.
• Der Erfindung zufolge geht das Rechenorgan 85 zur Bestimmung dieser verschiedenen Elemente c&sub0;, c&sub1;, ..., cN folgendermaßen vor:
• Das Addierorgang 90 liefert das synthetisierte Echo r':
• r' = x(i - k)·ck(i), (1)
• die Koeffizienten ck(i) werden erhalten durch:
• ck(i + 1) = ck(i)(1 + d·sign[x(i - k)·u(i)]), (2)
• in dieser Formel:
• hat die Funktion sign [..] den Wert "+1" oder "-1" entsprechend dem Vorzeichen des Arguments.
• u(i) = y(i) + r(i) - r'(i)
• d = 2 m, wobei m eine Ganzzahl ist.
• Fig. 3 zeigt ein Fertigungsschema eines Echokompensators nach der Erfindung. Dieser Echokompensator ist um eine Mikroprozessoreinheit 100 aufgebaut, bestehend aus einem eigentlichen Mikroprozessor, einem aktiven Speicher, um insbesondere die verschiedenen Zwischendaten aufzunehmen, sowie einem passiven Speicher, um u. a. das Funktionsprogramm zu enthalten. Diese Einheit kann anhand eines Signalprozessors vom Typ TMS320 aufgebaut werden. Auf dem Schema der Fig. 3 wurden gesondert verschiedene Zugangsports dargestellt, die mit Registern 101, 102 und 103 verbunden und für die Funktion des Echokompensators 1 notwendig sind, wobei diese Register tatsächlich im selben Gehäuse integriert sind. Das Register 101 ist dazu bestimmt, die vom Konverter 12 gelieferten Samples zu erhalten, das Register 102 dazu, die vom Konverter 20 gelieferten Samples zu erhalten und das Register 103 zur Aufnahme der Samples für den Konverter 16. Die Bezugsnummer 150 ist eine Uhr, die Signale im Takt der Sampels liefert: 1/T. Diese Uhr ist mit einem Unterbrechungseingang 160 verbunden, damit für jedes Sample ein Unterbrechungsprogramm ablaufen kann.
• Fig. 4 zeigt einen Teil des Funktionsorganigramms des Echokompensators nach der Erfindung. Das Feld K0 zeigt den Programmanfang. Das Feld K1 ist eine Initialisierungsphase, in der verschiedene Variablen ihren Anfangswert erhalten. Für den Ablauf des restlichen Programms ist das Auftreten eines von der Uhr 150 gelieferten Unterbrechungssignals notwendig, was im Feld K2 gezeigt wird. Das Feld K5 zeigt den Anstieg des Inhalts eines Unterbrechungszählers "cpint", dann liest man im Feld K6 den Wert x(0), dieser Wert X(0) ist im Register 102 enthalten. Im Feld K7 testet man den Wert der Amplitude von x(4) in bezug auf einen Pegelwert NIVX. Es sollte unbedingt beachtet werden, daß die Samples x(0), x(1), x(2), x(3) nicht von der folgenden Verarbeitung betroffen sind. Diese 4 Samples entsprechen den Verzögerungen des auftretenden Echos. Die Verarbeitung beginnt folglich mit der Prüfung des Signalpegels x(4). Man prüft, ob die Amplitude dieses Signals x(4) im absoluten Wert den Pegel NIVX um einen bestimmten Faktor FAC0 übersteigt. Andererseits prüft man, ob dieser Pegel NIVX über - 42 dBm0 liegt, diese beiden Bedingungen werden im Feld K7 dargestellt. Wenn diese nicht erfüllt werden, teilt man dem Wert 0 eine Variable xc(0) zu, wenn diese Bedingungen erfüllt werden, nimmt man den Zweig Y Test des Feldes K7, um den Wert von x(4) im Feld K10 zu prüfen. Wenn der Wert von x(4) über 0 liegt, nimmt man den Zweig Y und teilt dem Wert xc(0) den Wert + 1 zu. Wenn dieser Wert negativ ist, teilt man, Feld K11, der Variablen xc(0) den Wert - 1 zu. So begann man bereits mit der Bewertung der Vorzeichenfunktion. Von den Feldern K8, K11 und K12 geht man zu Feld K15, wo das synthetisierte Echo r'(i) nach der Formel (1) bewertet wird. Das Feld K17 zeigt das Lesen einer Variablen RIN, diese Variable ist im Register 101 enthalten, um es im Feld K20 zu ermöglichen, eine Menge ROUT zu bewerten, die für das Signal steht, dessen Echo man kompensiert hat. Die in Feld K20 gezeigte Formel ist der Formel (3) anzunähern. Dann wird der so berechnete Wert ROUT in das Register 103 gebracht. Dieses wird in Feld K22 gezeigt. Dann aktualisiert man in Feld K24 verschiedene Variablen in bezug auf die Signalpegel, definiert von den Registerinhalten 101, 102 und 103 NIX, NIRI, NIRD. Das Feld K26, das folgt, dient der Prüfung von verschiedenen Bedingungen: Man prüft, ob eine Marke GCOP gleich 0 ist, wenn der absolute Wert des Signals ROUT über - 60 dBm0 liegt, ob dieser Wert über NIVX - 42 dB liegt und ob "m" einen der beiden Werte SLOW oder FAST hat. Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt werden, geht man zu Feld K30 der Fig. 5.
• Dieses Feld K30 zeigt einen Test des Wertes von m. Dieser Wert m hat zwei Funktionen: Eine erste Funktion ist es, den Wert eines Konvergenzparameters SLOW oder FAST zu enthalten, und die zweite Funktion ist es (m nimmt den Wert - 1), eine Divergenz des Algorithmus anzuzeigen. Wenn dieser Wert gleich - 1 ist, besteht folglich eine Divergenz, man geht zu Feld K32, wo die Werte von ck auf 0 gebracht werden. Dann nimmt in Feld 34 der Wert von "m" den Wert FAST, um die Konvergenz der Formel (2) zu beschleunigen. Wenn die in Feld K26 gezeigten Bedingungen erfüllt werden, geht man zu Feld k40 der Fig. 5. Das Feld K40 zeigt einen Test des Wertes von ROUT. Wenn dieser Wert positiv ist, nimmt man den Zweig Y, um in Feld K42 zu gehen. Dort wird der Wert der Koeffizienten ck geändert, mit einem Vorzeichenwert "+", also + 2-m, ... Wenn dieser Wert negativ ist, geht man zu Feld K44, wo der Wert ck mit korrigiert wird, einem negativen Wert "-": 2-m... Man wird bemerken, daß systematisch ein geringer Wert gleich dem binären Element des geringsten Werts (LSB) hinzugefügt wurde; dies, um die Entwicklung der Koeffizienten zu versichern. Nachdem die in einem der Felder K34, K42 und K44 gezeigten Operationen durchgeführt wurden, geht man zu Feld KSO. Das Feld K50 zeigt die Versetzungsoperation der verschiedenen Samples x(k), wobei k von 0 bis N + 4 variiert, und die Versetzung der assoziierten Vorzeichenwerte xc(k), wobei k von 0 bis N variiert. Dann geht man zu Feld K52, wo die Anzahl Unterbrechungen gewählt wird. Wenn diese Zahl nicht gleich 32 ist, nimmt man den Zweig N, um zu Feld K55 zu gehen, welches das Ende des Unterbrechungsprogramms zeigt. Wenn dieser Wert gleich 32 ist, nimmt man den Zweig Y, um zu Feld K60 zu gehen. Anders gesagt werden die folgenden Operationen einmal von 32 ausgelösten Unterbrechungen durchgeführt. Dieses Feld K60 initialisiert den Unterbrechungszähler "cpint" erneut auf 0. Die darauf folgende Verarbeitung wird in Fig. 6 gezeigt.
• Das Feld K70 der Fig. 6 zeigt eine Aktualisierung der verschiedenen Pegel NIVX, NIVRI, NIVRO. Das Feld K72 initialisiert verschiedene Werte NIX, NIRI und NIVRO neu, zur Aktualisierung der vorhergehenden Pegel verwendet. Dann geht man zu Feld K80. Dieses Feld K80 zeigt Tests, die eine mögliche Divergenz des Algorithmus aufzeigen. Man testet zuerst NIVRO in bezug auf einen Pegel von - 40 dBm0, man testet auch diesen Pegel, um zu sehen, ob es über einem Faktor FAC1 des Pegels NIVRI liegt. Wenn diese Bedingungen erfüllt werden, besteht folglich eine Tendenz zur Divergenz. Man nimmt den Zweig Y, um zu Feld K82 zu gehen. Hier wird ein Divergenzzähler "cpdiv" um eine Einheit erhöht. Feld K84 vergleicht man den Inhalt dieses Zählers mit einem bestimmten Wert "ms" entsprechend einer Zeit einiger Millisekunden. Wenn dieser Inhalt den Wert "ms" übersteigt, besteht folglich eine Divergenz. Der Divergenzzähler wird auf 0, und "m" auf 1 gestellt, um anzuzeigen, daß eine Divergenz besteht, und dieser Wert wird beim nächsten Unterbrechungsaufruf verwendet. Wenn die in Feld K80 gezeigten Bedingungen nicht erfüllt werden, nimmt man den Zweig N, um zu Feld K88 zu gehen, wo der Divergenzzähler "cpdiv" auf 0 gestellt wird. Die Tests des Feldes K90 beziehen sich auf die Erkennung des Konvergenzbeginns des Algorithmus. Dies wird in Feld K90 gezeigt, wo man den Fall prüft, in dem NIVRO über einem Faktor FAC2 des Pegels NIVRI liegt. Man prüft, ob dieser Pegel NIVRO über - 42 dBm0 liegt, und man prüft zudem, ob der Faktor "m" gleich FAST ist. Wenn die Bedingungen des Feldes K90 erfüllt werden, nimmt in Feld K92 "m" den Wert SLOW. Wenn diese Bedingungen des Feldes K90 nicht erfüllt werden, geht man zu Feld K100. Zu Feld 100 geht man auch, nachdem die in Feld K92 gezeigte Zuteilung gemacht wurde. Wenn der Teilnehmer in den Telefonhörer 32 (Fall des beiderseitigen Sprechens) spricht, kann der Echokompensator die von dem Teilnehmer ausgehenden Signale selbstverständlich übergehen. Diese Bedingung muß folglich erkannt werden (siehe Feld K100). Wenn der Test des Feldes K100 zufriedenstellend ist, geht man zu Feld K102, wo man die Marke GCOP auf 1 stellt. Wenn der Test nicht zufriedenstellend ist, geht man zu Feld K104, wo zwei Bedingungen geprüft werden; die erste: hat m den Wert SLOW, die zweite: liegt NIVRO über einem Faktor FAC4 des Wertes NIVRI. Wenn ja, nimmt die Marke GCOP den Wert 1 Feld K106. Ansonsten nimmt die Marke GCOP den Wert 0 Feld K108. Somit endet das Programm im Feld K110.
• Die Faktoren FAC0, FAC1, FAC2, FAC3, und FAC4 werden gewählt, damit sie nachstehenden Werten entsprechen:
• FAC0: 0 dB
• FAC1: + 1 dB
• FAC2: - 12 dB
• FAC3: + 6 dB
• FAC4: - 9 dB

Claims (11)

1. Echokompensator zum kompensieren eines Echosignals, vorhanden in einem Eingangssignal, das in Form von übertragenen Daten x(i) auftritt, wobei i den berücksichtigten Zeitpunkt darstellt und der Kompensator zur Durchführung verschiedener Vorgänge enthält:

- einen adaptiven Filter (50), um anhand der besagten Daten eine Replik des besagten Echos durch die Bildung einer bewerteten Summe mit Bewertungskoeffizienten (C&sub0;, C&sub1;, ...CN) mit verschiedenen Daten zu erzeugen, verzögert x(i-KT) durch ein Vielfaches von K einer Zeit T,

- ein Subtraktionsorgan (50), um dem Eingangssignal die besagte Replik zu entnehmen,

- ein Rechenorgan (85), um neue Werte mindestens eines Bewertungskoeffizienten anhand seines Originalwerts durch das Einbringen von Korrekturwerten zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenorgan Multiplikationsmittel enthält, um den Korrekturwert durch Multiplikation der Korrelation zwischen dem verzögerten Datenwert mit der Differenz zwischen dem Eingangssignal und der Replik zu bestimmen.

2. Echokompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenorgan folgende Operation für mindestens einen der Bewertungskoeffizienten ausführt:

ck(i + 1) = ck(i)(1 + d·sign[x(i - k)·u(i)]),

in dieser Formel:

hat die Funktion sign [..] den Wert "+1" oder "-1" entsprechend dem Vorzeichen des Arguments.

ist u(i) eine Fehlerfunktion zwischen dem reellen Echo und dem bewerteten Echo,

ist d eine Konstante,

ist k ein Wert zur Definition jedes Koeffizienten, von 0 bis N reichend.

3. Kompensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältniswert (d) in diesem Korrelationsausdruck gleich 2-m ist, wobei m eine Ganzzahl ist.

4. Kompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er um einen Signalprozessor (100) aufgebaut ist, versehen mit Registern (101, 102, 103), um ihn an die Eingänge anzuschließen, die das Eingangssignals enthalten und die übertragenen Daten enthalten, und um einen Eingang (160), um ein Unterbrechungssignal zu erhalten, das mit einer Unterbrechungsuhr (150) verbunden ist, um insbesondere die Umsetzung der besagten Operationen auszulösen.

5. Kompensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert "m" einen Anfangswert und einen Funktionswert erhalten kann, und daß Mittel zur Konvergenzanalyse vorgesehen sind, um dem Wert "m" den Funktionswert zu geben, wenn eine Konvergenz erkannt wurde, und den Anfangswert, wenn eine Divergenz erkannt wurde.

6. Kompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel enthält, um die verschiedenen verfügbaren Signalpegel zu analysieren, um die Parameter der besagten Operationen zu ändern.

7. Kompensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel zum Erkennen des beiderseitigen enthält, die mit den besagten Mitteln zur Pegelanalyse zusammenarbeiten, um die Entwicklung der Bewertungskoeffizienten zu stoppen, wenn die Signale an den besagten Eingängen einen Störpegel aufweisen.

8. Kompensator nach einem der Ansprüche 6 oder 7, in dem der Besagte Signalprozessor mit einem Eingang zur Signalunterbrechung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelanalysen für bestimmte Unterbrechungen vorgenommen werden, ausgelöst auf der Ebene des besagten Signalprozessors.

9. Übertragungssystem mit einer ersten Station (5), über einen Übertragungskanal mit einer zweiten Station (30-32) verbunden, wobei die besagten Stationen aus einem Empfänger und einem Sender gebildet werden, in dem System mindestens eine der Stationen mit einem Echokompensator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgerüstet ist.

10. Übertragungsstation, versehen mit einem Sender und einem Empfänger, mit einem Echokompensator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgerüstet.

11. Verfahren zur Durchführung der Echokompensation, bei dem das Echo durch die Summe verschiedener durch Bewertungskoeffizienten verzögerter und bewerteter Daten synthetisiert wird, das folgende Schritte enthält:

- Bestimmung eines Fehlersignals zwischen dem reellen Echo und dem synthetisierten Echo,

- Erarbeitung eines Korrelationsausdrucks der Bewertungskoeffizienten, indem man das besagte Fehlersignal eingreifen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Bewertungskoeffizienten um eine Menge korrigiert werden, die über Multiplikation der Korrelation zwischen dem verzögerten Datenwert mit der Differenz zwischen dem Eingangssignal und der Replik erhalten wird.