DE69637266T2

DE69637266T2 - System und verfahren zum vermeiden falscher konvergenz in gegenwart von tönen in einem in der zeitdomäne arbeitendem echokompensationsprozess

Info

Publication number: DE69637266T2
Application number: DE69637266T
Authority: DE
Inventors: Gilbert C. San Diego SIH
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2016-06-01
Also published as: US5592548A; CN1116744C; JP3652705B2; RU2150174C1; HK1010958A1; KR100411639B1; BR9608744A; DE69637266D1; ATE374462T1; ES2293647T3; EP0829147A1; CN1185874A; DK0829147T3; JP4485925B2; JP2005110307A; EP0829147B1; JPH11506284A; AU5957396A; WO1996038933A1; KR19990022149A

Description

I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Echolöscher und spezieller auf ein System und Verfahren zum Vermeiden falscher Konvergenz aufgrund der Präsenz von Tönen in der Zeitbereichsecholöschung.
II: Beschreibung der verwandten Technik
Es ist bei herkömmlichen landbasierten Telefonsystemen üblich Teilnehmerausrüstung mit einer Zentralstelle bzw. -vermittlung unter Verwendung einer Zweidrahtleitung (häufig als die Kunden oder Teilnehmerschleife bzw. Ortsanschlußnetz bezeichnet) zu verbinden. Für Ausrüstung jedoch, die von der Zentralstelle um größere Distanzen als 35 Meilen separiert ist, werden die zwei Übertragungsrichtungen auf physikalisch separate Drähte separiert. Dies wird als eine Vier-Draht-Leitung bezeichnet. Somit wenn eine der Parteien für einen Anruf mit einer großen Distanz von der Zentralstelle angeordnet ist (z. B. wenn ein Teilnehmer einen Ferngesprächsanruf macht oder empfängt), muss die Zentralstelle eine Zwei-Draht-Leitung mit einer Vier-Draht-Leitung verbinden. Die zum Durchführen dieser Verbindung genutzte Einrichtung wird ein Hybrid genannt. Somit kann eine typische Long-Distance- bzw. Fernstreckentelefonschaltung beschrieben werden als Zwei-Draht in der Teilnehmerschleife zu dem lokalen Hybrid an der Zentralstelle, Vier-Draht über das Ferndistanznetzwerk zu dem entfernten Hybrid bei der entfernten Zentralstelle und Zwei-Draht von dem entfernten Hybrid zu der entfernten Partei.
Eine Konsequenz der Verwendung von Hybriden bzw. Kombinierern oder Rückkopplern zum Verbinden von Vier-Draht-Leitungen mit Zwei-Draht-Leitungen ist eine Impedanz-Fehlanpassung. Als ein Ergebnis der Impedanz Fehlanpassung bei dem Hybrid kann die Sprache von einem Sprecher an einem Ende von dem Hybrid an dem anderen Ende (dem entfernten Hybrid) wegreflektiert werden. Die Reflektion verursacht, dass der Sprecher ein störendes Echo seiner eigenen Sprache hört. Über relativ kurze Distanzen, wobei das Echo zeitlich mit der tatsächlichen Sprache übereinstimmt, ist das E cho nicht wahrnehmbar. Über längere Distanzen jedoch, ist die Latenz zwischen der aktuellen Sprache und dem empfangenen Echo größer was zu einem wahrnehmbaren Echo führt. Um die unerwünschten Effekte von derartigen Echos zu minimieren sind Echolöscher in verschiedenen Formen eingesetzt worden. Eine Form eines Echolöschers ist beschrieben im U.S. Patent Nr. 5,307,405 mit dem Titel „Network Echo Canceller" erteilt am 26. April 1994 und an den Rechtsinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen. Das 405 beschreibt ein System in dem die Impulsantwort von dem unbekannten Echokanal identifiziert wird und eine Replik von dem tatsächlichen Echosignal unter Verwendung adaptiver Filtertechniken erzeugt wird. Die Echo-Replik wird von dem Signal subtrahiert, das in Richtung des Fernendsprechers geht bzw. zeigt, um das tatsächliche Echosignal zu löschen.
Im speziellen erzeugt ein adaptives Filter an der Zentralstelle ein Referenzsignal von dem Signal, das von dem Sprecher an dem Fernende empfangen wird. Das adaptive Filter nutzt dieses Referenzsignal zum Erzeugen der Echo-Replik, welche im Wesentlichen eine Schätzung von dem Echo ist. Diese Schätzung wird subtrahiert von dem zurückkehrenden Signal das zu dem fernen Ende gerichtet ist, somit das Echo des Sprechers von diesem Signal löschend. Die Subtraktion führt zu einem Restfehlersignal welches durch das adaptive Filter genutzt wird, zum Aktualisieren seiner Taps bzw. Anzapfungen oder Abgriffswerte gemäß eines Adaptionsalgorithmus wie z. B. dem Verfahren der kleinsten mittleren Quadrate (Least-Mean Square, LMS). Im Wesentlichen lernt das adaptive Filter die Frequenzantwort von dem unbekannten Kanal durch Beobachten der Antwort auf die in dem Fernendsignal ausgesendeten Frequenzen. Mit anderen Worten nutzt das adaptive Filter die Fernendsprache als eine Referenz und adaptiert seine Filter-Taps zum genauen Herausfiltern des Echosignals.
Ein Zustandsautomat ist vorgesehen zum Steuern des Betriebs von dem Echolöscher und zum Bestimmen wann das adaptive Filter aktualisiert werden sollte. Typischerweise wird die Adaptionsschrittgröße von dem Filter anfangs groß gesetzt, so dass das Filter schnell konvergiert (d. h. so dass das Filter sich schnell an den Kanal adaptiert). Dann, sobald das Filter konvergiert hat, wird die Schrittgröße klein gemacht, so dass das Filter auf den Kanal konvergiert verbleibt.
U.S. Patent Nr. US 4,912,758 offenbart ein Voll-Duplex digitales Freisprechtelefon, welches Probleme überwindet, die mit Freisprechtelefonen assoziiert sind, und resultieren von akustischer Kopplung zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrophon, üblicherweise bekannt als „Raumecho". Dieses U.S. Patent sieht einen Adaptionsprozess vor, welcher einen adaptiven Koeffizientenwert aktualisiert mit einem Wert, der proportional zu einer Korrelation zwischen dem Fehlersignal und der adaptiven Filtereingabe ist, und sieht ein Mittel vor zum Vermeiden von Wahlton- und Rückrufsignalen welche während der ersten wenigen Sekunden des Herstellens eines Telefonanrufs vorhanden sind. Das U.S. Patent Nr. US 4,633,046 offenbart einen adaptiven Echolöscher zum Löschen von Echosignalen, die inhärent bei Ferndistanz-Zwei-Leitungs-Kommunikationsnetzwerken auftreten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung gemäß den angehängten Ansprüchen, ist gerichtet auf ein System und Verfahren zum Unterdrücken einer falschen Konvergenz in Echolöschungseinrichtungen. In einem Zeitbereichsecholöscher wird ein adaptives Filter zum Schätzen des Echosignals genutzt. Das geschätzte Echosignal wird dann von dem Rückkehrsignal subtrahiert, so dass der Sprecher an dem fernen Ende sein eigenes Echo nicht hört. Ein Zustandsautomat in dem Echolöscher steuert die Adaptionsschrittgröße von dem adaptiven Filter gemäß einem Adaptionsalgorithmus. Wenn das adaptive Filter die Frequenzantwort von dem Echokanal lernt, verringert der Zustandsautomat die Adaptionsschrittgröße zum Konvergieren des Echolöschers.
Mit herkömmlichen Echolöschern kann die Präsenz von bestimmten Tönen, wie z. B. Dual-Ton-Multifrequenz (Dual-Tone Multifrequency, DTMF) tönen, in dem Echokanal zu einer falschen Konvergenz führen. Im Speziellen, wenn nur Töne vorhanden sind, lernt das adaptive Filter schnell die Kanalantwort auf die Tonfrequenzen und konvergiert schnell um die Töne zu löschen. Die Tonfrequenzen alleine repräsentieren jedoch nicht den gesamten Bereich an Frequenzen, die durch den Kanal befördert werden können. Menschliche Sprache und andere Audiosignale enthalten einen viel größeren Bereich an Frequenzen. Deshalb, falls der Echolöscher auf den Kanal konvergiert, und die Adaptionsschrittgröße von dem Filter reduziert wird, wenn nur Töne vorhanden sind, könnte der Echolöscher unfähig sein, unmittelbar Echosignale bei Frequenzen zu löschen, die anders als die Tonfrequenzen sind, wenn derartige neue Frequenzen auf dem Kanal auftauchen, weil die kleine Adaptionsschrittgröße zu einer langsamen Antwort von dem adaptiven Filter auf die neuen Frequenzen führt.
Zum Detektieren und Vermeiden falscher Konvergenz ist eine Vergleicher- bzw. Komparatorschaltung vorgesehen. Weil die Abgriffswerte bzw. Tap-Werte des adaptiven Filters (auch Filterkoeffizienten genannt) eine Schätzung des aktuellen Zustands von dem unbekannten Echokanal konstituieren, enthalten die Taps Information über die Frequenzen, die auf dem Kanal vorhanden waren. Die Komparatorschaltung kann genutzt werden zum Analysieren des spektralen Inhalts von den Filter-Tap-Werten, um zu bestimmen, ob nur Töne während des Konvergenz-Prozesses vorhanden waren oder ob andere Audio-Informationen wie z. B. Sprache auch vorhanden war. Falls nur Töne vorhanden sind, unterdrückt bzw. hindert die Vergleichsschaltung den Echolöscher seine Adaptionsschrittgröße zu reduzieren, so dass die Schrittgröße groß bleibt. Mit dieser großen Adaptionsschrittgröße, wenn Audio-Information wie z. B. Sprache auf dem Echokanal auftaucht, kann der Echolöscher schnell konvergieren zum Löschen des Echos bevor es durch den Sprecher an dem fernen Ende gehört werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie auch die Struktur und der Betrieb verschiedener Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unten im Detail beschrieben und zwar mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen gleiche Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente an. Zusätzlich zeigt die ganz linke Ziffer von einer Referenznummer die Zeichnung an, in der die Referenznummer zuerst erscheint.
1 ist eine Darstellung eines Ferndistanztelefonkommunikationssystems;
2 ist eine Darstellung eines zellularen Telefonkommunikationssystems;
3 ist eine Darstellung eines Zeitbereichsecholöschers;
4 ist eine Darstellung einer Filter-Tap-Komparatorschaltung; und
5 ist ein betriebsmäßiges Flussdiagramm, das den Betrieb von der Filter-Tap-Komparator-Schaltung darstellt.
Detaillierte Beschreibung von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
1. Überblick und Erörterung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf einen verbesserten Echolöscher, der eine Komparatorschaltung besitzt, zum Detektieren und Vermeiden falscher Konvergenz, die von übertragenen bzw. gesendeten Tönen herrührt. Gemäß der Erfindung beinhaltet ein Zeitbereichsecholöscher eine Vergleichsschaltung, die eine akkumulierte Schätzung von der Frequenzantwort von dem Kanal beobachtet um zu bestimmen, ob nur Töne auf dem Kanal vorhanden gewesen sind. Falls nur Töne vorhanden gewesen sind, wird der Echolöscher daran gehindert bzw. es unterdrückt, dass er seine Adaptionsschrittgröße reduziert, um falsche Konvergenz zu vermeiden.
2. Umgebung der Erfindung
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist es nützlich ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel zu beschreiben, in dem die Erfindung implementiert werden kann. Da die Erfindung auf verbesserte Echolöschungstechniken gerichtet ist, ist die Erfindung im speziellen nützlich in der Umgebung von einem Fern-Distanz- bzw. Langdistanztelefonkommunikationssystem. 1 stellt eine derartige Umgebung dar.
Jetzt bezugnehmend auf 1, besteht das Ferndistanzkommunikationssystem aus zwei Telefoninstrumenten 104, die jeweils mit einem assoziierten Hybrid 122 an einer assoziierten Zentralstelle 120 verbunden sind. Diese Verbindung wird gemacht mittels einer Zwei-Draht-Leitung, die als eine Teilnehmerschleife bzw. Ortsanschlußnetz 162 bezeichnet wird. Für die Kommunikation über das Ferndistanznetzwerk hinweg von einer Zentralstelle 120 zu der anderen, wird eine Verbindung mittels eines Long-Haut-Netzwerks bzw. eines Langstreckennetzwerks gemacht, welches ein Vier-Draht-Segment 164 ist.
Ein anderes Ausführungsbeispiel in dem die Erfindung nützlich wäre ist jenes von der zellularen Telefonkommunikationsschaltung. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine typische zellulare Telefonkommunikationsschaltung darstellt. Die zellulare Telefonkommunikationsschaltung beinhaltet ein zellulares Telefon- bzw. Funktelefon 204 und eine Basisstation 208. Die Basisstation 208 koppelt das zellulare Telefon 204 mit der Zentralstelle 120 zum Komplettieren eines Anrufs zwischen dem Telefoninstrument 104 und dem zellularen Telefon 204.
Beide dieser Ausführungsbeispiele sehen ein Hybrid bzw. einen Richtkoppler 122 vor, der die lokale Zwei-Draht-Teilnehmerschleife 162 mit dem Vier-Draht-Segment 164 koppelt bzw. eine Schnittstelle dafür bildet. Wie oben beschrieben, können Impedanzfehlanpassungen beim Hybrid 122 zu Echos führen. Aufgrund der Latenz, die mit End-zu-End-Kommunikationen in diesen Umgebungen assoziiert ist, können die resultierenden Echos auch ein unerwünsch ter Effekt werden. Deshalb sind diese Umgebungen ideal geeignet um von einem verbesserten Echolöscher zu profitieren.
Die vorliegende Erfindung ist bezüglich dieser beispielhaften Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Beschreibung in diesem Hinblick ist der Einfachheit wegen vorgesehen. Es ist nicht beabsichtigt, dass die Erfindung auf die Anwendung in diesen beispielhaften Ausführungsbeispielen beschränkt ist. Tatsächlich, nach dem Lesen der folgenden Beschreibung, ist es für einen Fachmann klar, wie die Erfindung in alternativen Ausführungsbeispielen zu implementieren ist.
3. Zeitbereichsecholöscher
3 ist ein Blockdiagramm, das einen einfachen Zeitbereichsecholöscher 300 darstellt. Der Zeitbereichsecholöscher 300 beinhaltet ein adaptives Filter 304, einen Zustandsautomat 308 und einen Summierungsknotenpunkt 312. Auch dargestellt in 3 ist ein unbekannter Echokanal 360, der die Quelle eines ungewünschten Echosignals repräsentiert, das durch ein Hybrid 122 eingeführt wird.
Ein Eingangssignal 322 wird von einem Fernendnutzer an dem anderen Ende von dem Vier-Draht-Segment 164 empfangen. Das Eingangssignal 322 kann, beispielsweise das Sprachsignal von einem Nutzer sein, der in das Zellular-Telefon 204 oder das Telefoninstrument 104 an dem fernen Ende spricht. Das Eingangssignal 322 können auch Modemdaten oder andere Audiodaten sein, die von dem fernen Ende von dem Vier-Draht-Segment 164 empfangen werden.
In einem Ausführungsbeispiel, bei dem eine Impedanzfehlanpassung existiert, geht das Eingangssignal 322 durch einen unbekannten Echokanal 360 zum Erzeugen eines Echosignals 362. Es ist das Echosignal 362, das mit dem Ton bzw. Audio am nahen Ende bzw. Nah-End-Audio 322 (z. B. Sprache von dem lokalen Nutzer) gemischt wird. Die Summe von dem Echosignal 362 und der Nah-End-Sprache 332 weist ein Rückkehrsignal 324 auf. Ohne den Echolöscher 300 würde das Rückkehrsignal 324, welches sowohl das Nah-End-Audio 332 als auch das Echosignal 362 beinhaltet, zurück an den Fernendnutzer gegeben werden. Der Echolöscher nutzt jedoch das adaptive Filter 304 und den Summierungsknotenpunkt 312 zum Löschen des Effekts den das Echosignal 362 auf das Rückkehrsignal 324 hat.
Das adaptive Filter 204 nutzt das Eingangssignal 322 zum Erzeugen eines Schätzsignals 328, welches eine Schätzung von den aktuellen bzw. tatsächlichen Echosignal 362 ist. Das Schätzsignal 328 wird von dem Rückkehrsignal 324 subtrahiert, um ein Fehlersignal 326 zu erzeugen. Das Fehlersignal 326 wird auch durch das adaptive Filter 304 genutzt zum Aktualisieren seiner Filter-Taps (auch Koeffizienten genannt) gemäß irgendeines Adaptionsalgorithmus, wie z. B. dem Verfahren mit dem kleinsten mittleren Quadraten (leastmean square, LMS). Im Wesentlichen, lernt das adaptive Filter 304 die Frequenzantwort von dem unbekannten Echokanal 360 durch Beobachten seiner Antwort auf die in dem Eingangssignal 322 empfangenen Frequenzen.
Der Zustandsautomat 308 steuert den Betrieb von dem adaptiven Filter 304 durch Beobachten des Eingangssignals 322, des Fehlersignals 326 und des Rückkehrsignals 324 um zu bestimmen, wann das adaptive Filter 304 aktualisiert werden sollte. Im Speziellen ändert der Zustandsautomat 308 die Adaptionsschrittgröße von dem adaptiven Filter 304, um zu steuern bzw. zu regeln wie schnell es konvergiert. Für große Adaptionsschrittgrößen, adaptiert sich das adaptive Filter 304 schnell auf den unbekannten Echokanal 360. Wegen der großen Schrittgröße jedoch können kleine Änderungen in der Frequenzantwort von dem Fehlersignal 326 zu großen Änderungen für die Antwort von dem adaptiven Filter 304 führen.
Ein wichtiger Parameter, der genutzt wird zum Bestimmen der Konvergenz von dem adaptiven Filter ist die Echorückkehrverlustverstärkung (echo return loss enhancement, ERLE). ERLE wird wie folgt definiert ERLE(dB) = 10 log(σ2y /σ2e )
Wobei die Varianz σ2y von dem Echosignal 362 ist, σ2e die Varianz von dem Fehlersignal 326 ist und diese Varianzen unter Verwendung von Kurzzeitenergiemittelwerten von dem Rückkehrsignal 324 bzw. dem Fehlersignal 326 angenähert werden. Die ERLE repräsentiert die Energiemenge, die von dem Rückkehrsignal 324 entfernt wird, nachdem es durch den Echolöscher 300 gegangen ist. Falls die ERLE 25–30 dB erreicht, nimmt der Zustandsautomat 308 an, dass das adaptive Filter 304 konvergiert hat; d. h. das adaptive Filter 304 hat die Frequenzantwort von dem unbekannten Echokanal 360 gelernt. Der Zustandsautomat 308 reduziert dann die Adaptionsschrittgröße von dem adaptiven Filter 304, so dass es den unbekannten Echokanal 360 genauer approximieren bzw. nähern kann. Diese Änderung der Filteradaptionsschrittgröße wird Gangschalten genannt.
Ein Zeitbereichsfilter, der ähnlich jenem, der in 3 dargestellt ist, der ERLE nutzt zum Messen von Konvergenz und zum Detektieren von Doppelsprechen bzw. Doubletalk ist vollständig offenbart in dem oben erwähnten U.S. Patent Nr. 5,307,405 .
Wie oben erwähnt steuert der Zustandsautomat 308 die Konvergenz von dem adaptiven Filter 304 durch Einstellen der Adaptionsschrittgröße des adaptiven Filters 304. Mit einer großen Adaptionsschrittgröße adaptiert sich der adaptive Filter 304 schnell auf die Frequenzantwort von dem unbekannten Echokanal 360. Falls die Adaptionsschrittgröße groß bleibt, führen jedoch Variationen in der Antwort von dem Echokanal 360 zu groben Adaptionen in dem adaptiven Filter 304. Die Nutzung einer großen Adaptionsschrittgröße kann verursachen, dass die Antwort vom unbekannten adaptiven Filter 304 kleine Variationen im unbekannten Echokanal 360 und/oder dem Eingangssignal 322 überkompensiert. Somit kann man sich große Adaptionsschrittgrößen als grobe Einstellung vorstellen – kleine Eingangsvariationen führen zu einer großen Änderung als Antwort darauf. Dies ist ideal um schnell in das richtige Gebiet zu kommen, aber nicht so ideal um das Ziel genau zu erreichen.
Um eine Feineinstellung bzw. Feinabstimmung des adaptiven Filters 304 zu erlauben, kann eine kleine Adaptionsschrittgröße vorgesehen sein. Wenn das adaptive Filter 304 jedoch fern von der Frequenzantwort des unbekannten Echokanals 360 ist, würde eine kleine Adaptionsschrittgröße verursachen, dass das adaptive Filter 304 eine unangemessene Menge an Zeit erfordert, um die Frequenzantwort des unbekannten Echokanals 360 zu lernen.
Deshalb, bei einer optimalen Lösung, wird die Adaptionsschrittgröße anfangs auf eine große Größe gesetzt, was es dem adaptiven Filter 304 erlaubt, schnell auf die Frequenzantwort des unbekannten Echokanals 360 zu konvergieren. Sobald das adaptive Filter 304 konvergiert hat, wird die Adaptionsschrittgröße verringert, um es dem adaptiven Filter 304 zu erlauben Variationen bei dem unbekannten Echokanal 360 und bei dem Eingangssignal 322 genau nachzuführen.
Ein Problem tritt jedoch auf, wenn die ERLE als ein Maß der Konvergenz bei dem Vorhandensein von Tönen genutzt wird. Wenn ein Eingangssignal 322 ein einzelner Frequenzton oder ein Paar von Tönen ist, lernt das adaptive Filter 304 schnell die Kanalantwort des unbekannten Echokanals 360 und zwar für diese Frequenzen. An dieser Stelle, werden die Frequenzen gelöscht und die ERLE erhöht auf mehr als 30 dB. Ansprechend darauf reduziert der Zustandsautomat 308 die Adaptionsschrittgröße, weil er glaubt, dass das adaptive Filter 304 konvergiert hat. Tatsächlich hat das adaptive Filter 304 nicht für die gesamte Frequenzantwort des Kanals konvergiert, sondern hat nur für die Frequenzen von den empfangenen Tönen konvergiert. Beispiele von derartigen Tönen die überlicherweise bei Telefonanrufen auftreten, welche dieses falsche Konvergenzszenarium erzeugen können, sind Anrufablauftöne (wie z. B. Rückruf- bzw. Ringback) und Dual-Ton-Mehrfrequenz-(Dual-Tone Multifrequency, DTMF)-Töne, die von einer Tastatureingabe stammen.
Mit der kleinen Adaptionsschrittgröße, die von dieser falschen Konvergenz stammt, ist der Echolöscher 300 in seinem eingeschwungenen Betriebsmodus. Wie bei tatsächlicher Konvergenz, wenn die Adaptionsschrittgröße klein ist, werden nur feine Einstellungen an dem adaptiven Filter 304 gemacht. Das Filter hat jedoch noch nicht tatsächlich konvergiert, weil es nur die Kanalantwort auf die Tonfrequenzen gelernt hat. Konsequenterweise, wenn der Fernendsprecher zu sprechen beginnt, enthält das Echosignal 362 neue Frequenzen, die das adaptive Filter 304 nicht löscht und das adaptive Filter 304 ist langsam beim Lernen der Kanalantwort auf die neuen Frequenzen, weil seine Adaptionsschrittgröße klein ist.
Ein anderes Problem, das durch falsche Konvergenz verursacht wird, ist, dass der Zustandsautomat 308 inkorrekterweise annimmt, dass die Sprache in dem Rückkehrsignal 324 Doppelsprechen (doubletalk) ist. Doppelsprechen tritt beispielsweise auf, wenn beide Parteien sprechen und sowohl die Nahendsprache 332 als auch das Echosignal 362 Sprachsignale enthalten. Bei einigen Implementierungen, kann der Zustandsautomat 308 programmiert werden, um Doppelsprechen durch Abschalten der Adaption des adaptiven Filters 304 Rechnung zu tragen.
4. Filter-Tap-Frequenz-Komparator
Um zu vermeiden, dass Töne, die den oben beschriebenen falschen Konvergenzzustand erzeugen, ist eine Filter-Tap-Frequenz-Komparator-Schaltung vorgesehen. Die Filter-Tap-Frequenz-Komparator-Schaltung ist im Zusammenhang mit dem Echolöscher 300 implementiert und wird zusammen mit der oben beschriebenen ERLE-Berechnung verwendet. Die Filter-Tap-Frequenz-Komparator-Schaltung untersucht den spektralen Inhalt von den Tap-Werten des adaptiven Filters 304 und bestimmt, ob die Bedingungen, die zu falscher Konvergenz führen, vorhanden gewesen sind.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Filter-Tap-Frequenz-Komparators 400 gemäß der Erfindung darstellt. In diesem Ausfüh rungsbeispiel weist der Filter-Tap-Frequenz-Komparator 400 ein Hochpassfilter (HPF) 404, Energieberechnungsschaltungen 408A und 408B, und einen Komparator 412 auf. Der Filter-Tap-Frequenz-Komparator 400 ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel innerhalb des Zustandsautomaten 308 angeordnet.
Der Betrieb des Filter-Tap-Frequenz-Komparators 400 wird jetzt allgemein beschrieben. 5 zeigt ein betriebsmäßiges Flussdiagramm, das den Prozess darstellt, dem durch den Filter-Tap-Frequenz-Komparator 400 gefolgt wird, und zwar beim Detektieren von falscher Konvergenz.
Jetzt bezugnehmend auf 4 und 5, in einem Schritt 504, empfängt der Filter-Tap-Frequenz-Komparator 400 Filter-Tap-Werte 426, die ein Array bzw. ein Feld an Werten sind, die einem Satz von Frequenzen entsprechen, die abgeleitet werden unter Verwendung des Fehlersignals 326 und des Eingangsignals 322, wie oben beschrieben. In einem Schritt 508, werden die Filter-Tab-Werte 326 hochpassgefiltert zum Dämpfen der Energie von Frequenzen unterhalb einer gewünschten Cutoff-Frequenz. Die Cutoff-Frequenz wird so ausgewählt, dass das Hochpassfilter 404 die Frequenzen blockiert, die Tönen entsprechen, aber die anderen Signalfrequenzen, die größer als die höchste Tonfrequenz sind, passieren lässt. Somit entsprechen die Frequenzen die durch das Hochpassfilter 404 durchgelassen werden, jenen Frequenzen, die anders als Tonfrequenzen sind. Der Filterprozess ist effektiv, weil die Tonfrequenzen typischerweise an dem unteren Ende des Audio- bzw. Tonfrequenzspektrums auftreten. Das Ergebnis ist ein zweiter Satz von Filterwerten, der als hochpassgefilterte Tap-Werte 434 bezeichnet wird.
Zum Beispiel in einem typischen Telefonsystem, reicht das Audio- bzw. Tonspektrum von 0 bis 4 kHz und die Töne treten alle nahe zu oder unterhalb von 2 kHz auf. In einer derartigen Umgebung wird die Cutoff-Frequenz des Hochpassfilters 404 auf 2 kHz gesetzt. In diesem Ausführungsbeispiel werden nur Frequenzen von 2–4 kHz durchgelassen.
In einem Schritt 512 wird die Energie in hochpassgefilterten Tap-Werten 434 durch die Energieberechnungseinrichtung 408A zum Erzeugen des E_HIGH Werts 436 berechnet. Der E_HIGH Wert 436 repräsentiert die Menge an Energie in den hochpassgefilterten Tap-Werten 434. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der E_HIGH Wert 436 berechnet durch Berechnen der Summe der Quadrate von den hochpassgefilterten Filter-Tap-Werten 434.
In ähnlicher Weise wird in einem Schritt 516 die Energie in den Filter-Tap-Werten 426 durch die Energieberechnungseinrichtung 408B berechnet. Die Energieberechnungseinrichtung 408B erzeugt einen E_TOT Wert 438 der die Energie in den Filter-Tap-Werten 426 über das gesamte Audiofrequenzband von dem Kommunikationssystem berechnet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der E_TOT Wert 438 berechnet durch Berechnen der Summe der Quadrate von den Filter-Tap-Werten 426.
In einem Schritt 520 wird der E_HIGH Wert 436 mit dem E_TOT Wert 438 verglichen zum Bestimmen, ob das adaptive Filter 304 aktuell konvergiert hat (oder ob das adaptive Filter 304 wirklich konvergieren kann) oder ob das Vorhandensein von den Tönen zu Zuständen geführt hat, bei denen das falsche Konvergenzproblem auftreten kann. Falls das Eingangssignal 322 nur aus Tönen zusammengesetzt war, ist alles von der Energie in den Filter-Tap-Werten 426 unterhalb der Cutoff-Frequenz des Hochpassfilters 404. Deshalb, falls der E_HIGH Wert 436 ein kleiner Bruchteil von dem gesamten Tap-Energie E_TOT Wert 438 ist, ist dies eine Anzeige, dass das Eingangssignal 322 nur aus Tönen zusammengesetzt war. Auf diese Art und Weise wird der spektrale Inhalt der Filter-Tap-Werte 426 genutzt zum Detektieren des letzten bzw. des jüngsten Vorhandenseins von Tönen auf dem Eingangssignal 322.
Falls das Vorhandensein von Tönen detektiert wird, erlaubt der Zustandsautomat 308 es dem Echolöscher 300 nicht seine Adaptionsschrittgröße zu reduzieren. Falls, andererseits, das Eingangssignal 322 nicht aus Tönen zusammengesetzt ist (d. h. der E_HIGH Wert 436 ist mehr als nur ein kleiner Bruchteil des E_TOT Werts 438) wird es dem Echolöscher 300 erlaubt, seine Schritt größe auf einen kleineren Wert zu schalten (gearshift), wie durch den Entscheidungsblock 524 und die Schritte 526, 528 dargestellt ist. Zum Beispiel, wird in einem Ausführungsbeispiel, falls der E_HIGH Wert 436 mehr als 15% von dem E_TOT Wert 438 ist, es dem Löscher erlaubt, zu schalten.
In einem Ausführungsbeispiel bestimmt der Komparator 412 einfach ob das Verhältnis E_HIGH Wert 436/E_TOT Wert 438 oberhalb einer bestimmten Schwelle ist. Falls dem so ist, wird es dem Echolöscher 300 erlaubt, in den eingeschwungenen Zustand einzutreten. Die Auswahl von dem Schwellenpegel, Cutoff-Frequenz und anderen Betriebsparametern hängt von der Umgebung ab, in der die Erfindung implementiert wird. Faktoren, die die Betriebsparameter beeinflussen, können die Stärke, Dauer und Frequenzen von den möglichen Tönen beinhalten. Zusätzliche Faktoren können die Art, den Pegel und den Frequenzbereich von Audio-Daten beinhalten, die in dem Eingangssignal erwartet werden (z. B. die Sprache von dem Fernendsprecher).
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel beobachtet der Filter-Tap-Frequenz-Komparator die Frequenzantwort von den Filter-Taps, zum Bestimmen ob es dem Echolöscher erlaubt werden sollte, seine Adaptionsschrittgröße zu reduzieren. In einem alternativen Ausführungsbeispiel beobachtet eine Frequenz-Komparator-Schaltung das Eingangssignal zum Bestimmen, ob es nur aus Tönen zusammengesetzt ist.
Es gibt zahlreiche Implementierungen für den Filter-Tap-Frequenz-Komparator 400. Beispielsweise statt dem Hochpassfiltern eines Signalpfads, könnte man das Signal tiefpassfiltern und die Beziehung zwischen E_LOW und E_TOT bestimmen.
Zusätzlich gibt es zahlreiche Implementierungen für den Komparator 412. In einem Ausführungsbeispiel ist der Komparator 412 eine einfache Komparatorschaltung, die auf das Verhältnis von dem E_HIGH Wert 436 zu dem E_TOT Wert 438 schaut. Bei komplexeren Implementierungen, kann der Komparator 412 implementiert werden unter Verwendung eines Prozessors zum Bestimmen des Verhältnisses von dem E_HIGH Wert 436 zu dem E_TOT Wert 438 und zum Bestimmen, ob die Schwelle überschritten worden ist. Diese Implementierung ist ideal, wenn der Zustandsautomat 308 unter Verwendung eines Prozessors implementiert ist, weil der gleiche Prozessor zum Implementieren des Komparators 412 genutzt werden kann.
Wesentlich für ein System wie die vorliegenden Erfindung ist die Nutzung von verschiedenen Informationsspeichereinrichtungen, häufig als ein „Speicher" bezeichnet, der Information speichert über die Platzierung und Organisation von atomaren oder superatomar geladenen Partikeln auf Festplattenmedien oder innerhalb von Silizium, Gallium-Arsenid, oder anderen Halbleitern auf denen integrierte Schaltkreismedien basieren und die Nutzung von verschiedenen Informationsverarbeitungseinrichtungen, häufig bezeichnet als „Mikroprozessoren", die ihren Zustand und Status ansprechend auf derartige elektrische und elektromagnetische Signale und Ladungen ändern. Speicher und Mikroprozessoren, die Lichtenergie oder Partikel, die spezielle optische Charakteristika oder eine Kombination daraus speichern und verarbeiten, sind auch in Erwägung gezogen und deren Nutzung ist in Übereinstimmung mit dem Betrieb von der beschriebenen Erfindung. Zum Beispiel können in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Filter-Tap-Frequenz-Komparator 400 einschließlich des Komparators 412 implementiert werden unter Verwendung eines digitalen Signalprozessors (DSP) Chips. Zusätzlich können in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Zustandsautomat 308 und das adaptive Filter 304 mit dem gleichen DSP-Chip implementiert werden. Man beachte, dass die funktionale Architektur von dem oben beschriebenen DSP-Ausführungsbeispiel repräsentiert werden kann durch den in 3 dargestellten Echolöscher 300 mit einem Filter-Tap-Frequenz-Komparator 400 der als ein Teil des Zustandsautomatens 308 implementiert ist.
Eine Vielzahl von alternativen Ausführungsbeispielen und Implementierungen von dieser Erfindung sind vorhergesehen. Zum Beispiel, kann in einem komplexeren Schema eine schnelle Fourier Transformation (Fast Fourier Transform, FFT) genutzt werden, um die Frequenzantwort von den Filter-Tap- Werten zu finden. Oder, der Vergleich von zwei Bändern in der aktuellen Erfindung kann erweitert werden und mehr als zwei unterschiedliche Frequenzbänder können untersucht werden. Viel einfacher kann in einem alternativen Ausführungsbeispiel der Hochpassfilter durch einem Tief- oder Bandpassfilter ersetzt werden. In noch einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel, welches in Kombination mit den meisten vorher formulierten alternativen Ausführungsbeispielen genutzt werden kann, kann der Zustandsautomat die Schrittgröße von dem adaptiven Filterprozess erhöhen, nachdem die Schrittgröße reduziert worden ist, und zwar anstelle von dem Unterdrücken der Reduktion, wie es oben beschrieben ist.

Claims

Ein System zum Unterdrücken einer falschen Konvergenz in einem Echolöscher (300) mit einem adaptiven Filter (304) mit einer adaptiven Schrittgröße gesteuert, um es dem adaptiven Filter (304) zu erlauben, auf ein Eingabesignal zu konvergieren, gekennzeichnet dadurch, dass Folgendes vorgesehen ist: Mittel zum Bestimmen, ob das Eingabesignal (322), empfangen durch den Echolöscher (300), nur Töne enthält, und zwar basierend auf einer Analyse des Spektralinhalts von Filter-Taps bzw. -Abgriffswerten bei dem Signal (322) und Mittel, um den Echolöscher (300) daran zu hindern, die Adaptionsschrittgröße des adaptiven Filters (304) zu reduzieren, wenn das Eingabesignal (322) nur Töne enthält.
System nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Bestimmen Folgendes aufweisen: erste Filtermittel (404) zum Filtern eines Filter-Tap-Signals zum Erzeugen eines gefilterten Signals (434); erste Energiebestimmungsmittel (408a) zum Bestimmen eines Energiebetrags (436) in dem gefilterten Signal; zweite Energiebestimmungsmittel (408b) zum Bestimmen eines Energiebetrags (438) in einem ungefilterten Filter-Tap-Signal; und Vergleichsmittel (412) zum Vergleichen des Energiebetrags (436) in dem gefilterten Signal mit dem Energiebetrag (438) in dem ungefilterten Filter-Tap-Signal, um zu bestimmen, ob das Eingabe-Signal nur Töne enthält.
System nach Anspruch 2, wobei die Vergleichsmittel (412) Mittel aufweisen zum Anzeigen, dass das Eingabesignal nur Töne enthält, wenn der Energiebetrag (436) in den gefilterten Signalen viel geringer ist als der Energiebetrag (438) in dem ungefilterten Filter-Tap-Signal.
System nach Anspruch 2, wobei die Vergleichsmittel (412) Mittel aufweisen zum Anzeigen, dass das Eingabesignal nur Töne enthält, wenn der Energiebetrag in dem gefilterten Signal sich im hohen Maße von dem Energiebetrag in dem ungefilterten Filter-Tap-Signal unterscheidet.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Echolöscher (300) ein ungewolltes Echosignal aus dem Rückkehrsignal löscht, um ein Filtersignal zu erzeugen, dass zu einem ersten Benutzer gesendet wird, wobei das System Folgendes aufweist: adaptive Filtermittel (304) zum Schätzen einer Frequenzantwort eines unbekannten Echokanals, um eine Schätzung des Echosignals zu erzeugen, wobei die Schätzung erzeugt wird unter Verwendung eines Eingabesignals empfangen von dem Echolöscher (300) von einem ersten Benutzer; Mittel zum Subtrahieren (312) durch Schätzung des Echosignals von dem Rückkehrsignal, um das Fehlersignal zu erzeugen; und Steuermittel (308) zum Überwachen des Rückkehrsignals bzw. des Rücksignals, des Eingabesignals und des Fehlersignals, um die Adaptionsschrittgröße der adaptiven Filtermittel zu steuern.
System nach Anspruch 2, wobei die Filtermittel ein Hochpassfilter (404) sind und die Vergleichsmittel (412) Mittel aufweisen zum Anzeigen, dass das Eingabesignal nur Töne enthält, wenn der Energiebetrag in dem Satz von Filter-Taps viel größer ist als der Energiebetrag in dem gefilterten Signal.
System nach Anspruch 1 zum Vermeiden einer falschen Konvergenz in einem Echolöscher, wobei ein adaptiver Filter eine Adaptionsschrittgröße besitzt, die gesteuert wird, um es einem Satz von Filter-Tap-Werten zu erlauben, auf eine Schätzung einer Antwort eines Kanals über einen Operationsfrequenzbereich zu konvergieren, wobei das System Folgendes aufweist: Mittel zum Bestimmen eines Spektralinhalts des Satzes von Filter-Tap-Werten; und Mittel zum Steuern der Adaptionsschrittgröße des adaptiven Filters ansprechend auf den Spektralinhalt des Satzes von Filter-Tap-Werten.
System nach Anspruch 7, wobei die Mittel zum Bestimmen des Spektralinhaltes eine schnelle Fourier-Transformation sind.
System nach Anspruch 7, wobei die Mittel zum Bestimmen des Spektralinhaltes Folgendes aufweisen: erste Filtermittel (404) zum Bestimmen einer Energie in dem Satz von Filter-Tap-Werten entsprechend zu einem begrenzten Frequenzbereich, wobei der begrenzte Frequenzbereich ein Untersatz des Operationsfrequenzbereiches ist; Mittel zum Bestimmen (408a) einer Energie in dem Satz von Filter-Tap-Werten in dem Operationsfrequenzbereich; und Mittel zum Vergleichen (412) der Energie entsprechend zu dem begrenzten Frequenzbereich mit der Energie entsprechend zu dem Operationsfrequenzbereich.
System nach Anspruch 9, wobei die ersten Filtermittel (404) ein Hochpassfilter sind und der begrenzte Frequenzbereich Frequenzen entspricht über einer vorbestimmten Cut-off- bzw. Abschneidefrequenz.
System nach Anspruch 9, wobei die ersten Filtermittel (404) ein Bandpassfilter sind, und der begrenzte Frequenzbereich Frequenzen zwischen einer unteren Abschneidefrequenz und einer oberen Abschneidefrequenz entspricht.
System nach Anspruch 9, wobei die ersten Filtermittel ein Tiefpassfilter sind, und der begrenzte Frequenzbereich Frequenzen entspricht unter einer vorbestimmten Abschneidefrequenz.
System nach Anspruch 7, wobei die Mittel zum Bestimmen des Spektralinhaltes Mittel aufweisen zum Bestimmen, ob der Satz von Filter-Tap-Werten ein Vorliegen von ausschließlich Tonfrequenzen auf dem Kanal anzeigt.
System nach Anspruch 7, wobei die Mittel zum Steuern der Adaptionsschrittgröße Mittel aufweisen zum Verhindern einer Reduzierung in der Adaptionsschrittgröße, wenn der Spektralinhalt eine Bedingung anzeigt, die eine falsche Konvergenz bewirken kann.
System nach Anspruch 7, wobei die Mittel zum Steuern der Adaptionsschrittgröße Mittel aufweisen zum Erlauben einer Reduktion in der Adaptionsschrittgröße, wenn der Spektralinhalt eine Bedingung anzeigt, die bewirken kann, dass eine falsche Konvergenz auftritt und Mittel zum Erlauben eines Anstiegs in der Adaptionsschrittgröße, wenn der Spektralinhalt anzeigt, dass diese Bedingung, die eine falsche Konvergenz bewirken kann, nicht vorliegt.
System nach Anspruch 1 zum Löschen in einem Rückkanal eines geechoten Empfangskanalsignals, um ein kompensiertes Rückkehrkanalsignal zu erzeugen, wobei das geechote Empfangskanalsignal kombiniert wird durch einen Echokanal mit einem Eingabe-Rückkanal-Signal, um ein unkompensiertes Rückkehrkanalsignal zu erzeugen, wobei der Echokanal Folgendes aufweist: einen adaptiven Filter (304) mit einem ersten und einem zweiten Ausgang bzw. Ausgangsgröße, und mit einem ersten Eingang, gekoppelt an das Empfangskanalsignal und einem zweiten Eingang, gekoppelt an das kompensierte Rückkanalsignal, wobei der adaptive Filter einen Satz von Tap- bzw. Abgriffswerten besitzt, die sich dynamisch anpassen an das geechote Empfangskanalsignal, wobei der erste Ausgang eine Schätzung des geechoten Empfangskanalsignals vorsieht und der zweite Ausgang den Satz von Tap-Werten vorsieht; einen Summierer (312) mit einem Ausgang, und mit einem ersten Eingang gekoppelt an den ersten Ausgang des adaptiven Filters, und einem zweiten Eingang gekoppelt an das unkompensierte Rückkanalsignal, wobei der Ausgang des Summierers das kompensierte Rückkanalsignal erzeugt; eine Filter-Tap-Vergleichsschaltung (400) mit einem Eingang gekoppelt an den zweiten Ausgang des adaptiven Filters zum Empfangen des Satzes von Tap-Werten und einem Ausgang gekoppelt an den adaptiven Filter zum Steuern der dynamischen Adaption des Satzes von Tap-Werten an das geechote Empfangskanalsignal.
Ein Verfahren zum Unterdrücken einer falschen Konvergenz in einem Echolöscher zum Löschen, aus einem Rücksignal, eines Echosignals erzeugt von einem Echokanal, wobei der Echolöscher einen adaptiven Filter besitzt zum Schätzen einer Frequenzantwort des Echokanals, um eine Schätzung des Echosignals zu erzeugen und ein Mittel zum Subtrahieren der Schätzung des Echosignals von dem Rücksignal, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch folgende Schritte: Bestimmen, ob ein Eingabesignal zu dem Echolöscher nur einen oder mehrere Töne enthält, und zwar basierend auf einer Analyse des Spektralinhalts der Filter-Tap-Werte; und Verhindern, dass der Echolöscher konvergiert, während das Eingabesignal nur einen oder mehrere Töne enthält.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Bestimmens folgende Schritte aufweist: Filtern der Filter-Taps des adaptiven Filters um ein gefiltertes Signal zu erzeugen; Bestimmen eines Energiebetrags in dem gefilterten Signal; Bestimmen eines Energiebetrags in den gefilterten Taps; und Vergleichen des Energiebetrags in dem gefilterten Signal mit dem Energiebetrag in den gefilterten Taps, um zu bestimmen, ob das Eingabesignal nur Töne enthält.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Schritt des Filterns einen Schritt des Hochpassfilterns der Filter-Taps aufweist und wobei der Schritt des Verhinderns den Schritt des Verhinderns, dass eine Adaptionsschrittgröße des adaptiven Filters reduziert wird, aufweist, wenn der Energiebetrag in den Filter-Taps viel größer ist als der Energiebetrag in dem gefilterten Signal.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei der Schritt des Filterns den Schritt des Hochpassfilterns der Filter-Taps aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20 zum Vermeiden einer falschen Konvergenz in einem Echolöscher, wobei der adaptive Filter eine Adaptionsschrittgröße besitzt, die gesteuert wird, um es zu erlauben, dass ein Satz von Filter-Tap-Werten konvergiert zum Schätzen einer Antwort eines Kanals über einen Operations- bzw. Betriebsfrequenzbereich, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bestimmen eines Spektralinhaltes des Satzes von Filter-Tap-Werten; und Steuern der Adaptionsschrittgröße des adaptiven Filters ansprechend auf den Spektralinhalt des Satzes von Filter-Tap-Werten.