JPH0388433A - エコーキャンセラ - Google Patents

エコーキャンセラ

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JPH0388433A
JPH0388433A JP16165590A JP16165590A JPH0388433A JP H0388433 A JPH0388433 A JP H0388433A JP 16165590 A JP16165590 A JP 16165590A JP 16165590 A JP16165590 A JP 16165590A JP H0388433 A JPH0388433 A JP H0388433A
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echo signal
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Toru Koyama
徹 小山
Kazuhiko Aizawa
和彦 相澤
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NEC Miyagi Ltd
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NEC Miyagi Ltd
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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はエコーキャンセラに関し、特に2線式全2重
ディジタルデータ伝送システムのためのエコーキャンセ
ラに関する。
〔従来の技術〕
データ伝送システムはデータ回線終端装置(DCE :
 Data C1rcuit Terminating
 Equipment)に連結する物理的な伝送媒体の
数により2線式と4線式とに区別される。2線式伝送シ
ステムは双方向の通信を一対の方向性を持たない伝送路
を介して行う。4線式伝送システムは片方向ずつそれぞ
れ独立した伝送路を介して通信を行う。また、データ伝
送システムは同一伝送路を使用して同時に双方向の通信
を行う全2重と、同一伝送路を時間的に分割して双方向
の通信を行う半2重とに区別てきる。長距離通信回線を
有するデータ伝送システムを構築する場合、伝送路の設
備費及び伝送効率の両面を考慮すると、2線式全2重が
4線式及び半2重に比べて有利であることは良く知られ
ている。この2線式全2重データ伝送システムは音声通
信、データ通信及びファクシミリ通信などのサービスを
提供し、通信情報をアナロク信号形式たけではなく、近
年特にディジタル信号形式で伝送するために利用されて
いる。
一方、ディジタル技術の進展に伴い、電話網においても
交換機及び伝送路のティジタル化が推進され、これらの
ディジタル設備を結合した1つのティジタル通信網によ
り、電話通信、データ通信及びファクシミリ通信などの
各種通信サービスを一元的に提供しようとするティジタ
ル総合サービス網(I S D N : Integr
ated ServicesDigital Netw
ork )の構築が進められている。この丁SDNの構
築により、交換機及び伝送路などの設備のディジタル化
により経済化を図ることができるだけではなく、通信情
報をディジタル信号により端末から端末まで伝送するこ
とによる伝送(通信〉品質の向上を図ることができる。
このような利点を有するI SDNのディジタル通信網
から多重多様なサービスを受けるためには、ユーザは2
線式全2重通信の可能なディジタル伝送路を介してこの
通信網に収容されることが上述した理由、つまり伝送路
の有効利用を図ることより好ましい。しがしながら、2
線式全2重ディジタルデータ伝送を行う場合、通信経路
に生じるエコーをディジタル信号処理技術によって消去
できるエコーキャンセラが必要となる。
2線式全2重ディジタルデータ伝送システムに適合する
従来のエコーキャンセラは、トランスバーサルフィルタ
による適応形ディジタルフィルタを用いて構成されてい
る。このエコーキャンセラは、適応形ディジタルフィル
タによりエコー経路の時変的な伝達特性を適応的に推定
して擬似エコー信号(エコーレプリカ)を発生し、エコ
ー経路からのエコー信号を含む遠端信号より擬似エコー
信号を差し引くことによりエコー成分を消去する。−殻
間にこの適応形フィルタのタップ係数の推定には、比較
的安定した収束が期待できる学習同定法が適用される。
このようなエコーキャンセラの一例は米国特許公報第4
,087,654号に開示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来のエコーキャンセラは次のような問
題を有する。すなわち、エコーキャンセラによるエコー
のインパルス応答は有限ではなく、ハイブリッド回路を
構成するハイブリットトランスのインピーダンス及び整
合用インピータンスなどにより定まる放電時定数の影響
によって指数間数的に減衰して無限に継続する。この収
れん期(エコーテール)に対応してエコーキャンセラで
消去できなかった残留エコー信号には、数10Hz程度
以下の低周波成分が含まれ、低周波雑音となって通信品
質を劣化させることになる。このような長時間にわたっ
て残留する低周波成分を消去して必要な残留エコー抑圧
量を確保するには、通常、エコーキャンセラの適応形フ
ィルタのタップ数を64程度もしくはそれ以上とする必
要がある。詳述すると、適応形フィルタのタップ数をN
とするとき残留エコー信号rnは式(1)で求められる
rn−Σ A a n−h a ’        (
1)k−N+1 ここで、(an l :送信シンボル A  :エコーテールの振幅 α  :エコーテールの減衰率 また、残留エコー信号rnによるノイズ電力NPIIL
は式(2〉で求められる。
(以下余白〉 N pE=E  (r 2n) 実際の伝送システムでは、2 B I Q  (2bi
narylquaternary)のシンボルの平均送
信電力はF、 (a”h)5、I’:ll −1−−ル
(1)S幅ハA2= 3 、7 X 10’及びエコー
テールの減衰率はα−0,969となる。また、受信信
号電力レベルSPは伝送路での損失を考慮すると5P=
0.0005となる。
S/N比を20dB以上確保するためには、ノイズ電力
レベルはNPE<Sp/100=0.000005とす
る必要がある。したがって、この場合は式(2〉より、
タップ数NはN〉64としなければならない。
この結果、従来のエコーキャンセラは適応形デ0 ィジタルフィルタのタップ数に比例してハードウェア規
模及び演算量の著しい増大を免れない。
したがって、この発明の目的は残留エコー信号に含まれ
る低周波成分の消去を適応形ディジタルフィルタのタッ
プ数を著しく低減した簡単な構成で達成できる2線式全
2重ディジタルデータ伝送システムのためのエコーキャ
ンセラを提供することにある。
この発明の他の目的はこの低周波成分を消去するための
演算量を大幅に減少できる2線式全2重ディジタルデー
タ伝送システムのためのエコーキャンセラを提供するこ
とにある。
〔課題を解決するための手段〕
この発明の一態様による2線式全2重ディジタルデータ
伝送システムのためのエコーキャンセラは、エコー経路
がらのエコー信号を消去するために前記エコー経路の時
変的な伝達特性を適応的に推定して擬似エコー信号を発
生する複数のタップのトランスバーサルフィルタを有す
る適応形ディジタルフィルタを備える。また、このエコ
ーキャンセラは前記適応形ディジタルフィルタの後段に
並列に設けられ、前記トランスバーサルフィルタのタッ
プの数を等価的に増加し、前記擬似エコー信号のインパ
ルス応答の収れん期に対応して前記エコー信号と前記擬
似エコー信号との差分の残留エコー信号に含まれる低周
波成分のレベル抑圧を行う低周波成分抑圧手段とを備え
る。このエコーキャンセラにおいて、前記トランスバー
ザルフィルタの前記タップの数は前記収れん期を除く期
間に対応して設定されている。
〔実施例〕
第1の実施例を示す第1図を参照すると、ここには2線
式全2重ディジタルデータ伝送システムが示されている
。このディジタルデータ伝送システムにおいて、ユーザ
サイド1は加入者線宅内側の終端装置(network
 termination 1 (N T 1 ):C
CITT勧告〉に設けられる。このユーザサイド1は適
応形ディジタルフィルタ11、低周波成分抑圧回路12
及び減算器13から成るエコーキャンセラ10と、送信
器14と、受信器15と、ハイブリッド回路16とから
構成される。ユーザサイド1は送信器14及び受信器1
5を介して図示省略のI SDNインターフェース端末
(terminal equjpmentl (TE 
1 ) : CCI TT勧告1.411)を直接的に
収容するか、PBX(private branch 
exchange)及びL A N (Localar
ea network)などの網終端装置(netwo
rk termination2 (NT2 ) : 
CCI TT勧告;図示省略〉をさらに経由して間接的
に収容する。
一方、ネットワークサイド2はI ’S D N側の終
端装置(line terminator  (LT 
) : CCI TT勧告G、960)に設けられる。
このネットワークサイド2の構成はユーザサイドlと同
一であり、適応形ディジタルフィルタ21.低周波成分
抑圧回路22及び減算器23がら成るエコーキャンセラ
20と、I SDNの通信網(図示省略)に接続される
送信器24及び受信器25と、ハイブリッド回1i’8
26とを備える。
ユーザサイド1のハイブリッド回路16とネットワーク
サイド2のハイブリッド回路26とは加3− 入者線として2線式のディジタル伝送路3を介して接続
されている。伝送路3はユーザサイド1とネットワーク
サイド2との間の全2重通信を可能とする。
上述した構成の2線式全2重ディジタルデータ伝送シス
テムにおいて、ユーザサイドlに収容されるI SDN
インターフェース端末たとえば、電話端末、データ端末
及びファクシミリ端末はネットワークサイド2に接続さ
れたI SDNの通信網を介して所望の相手端末と通信
することが可能である。この通信過程において、端末間
の通信経路に生しるエコー信号は、後に詳述するように
、エコーキャンセラ10.20により残留エコー信号の
低周波成分を含めて消去される。
次に、第1図中のエコーキャンセラ1o及びハイブリッ
ト回路16の詳細構成を示す第2図を参照してエコー消
去作用について述べる。なお、第1図中のエコーキャン
セラ2oのエコー消去作用はエコーキャンセラ10と基
本的に同一であるので説明を省略する。エコーキャンセ
ラ1oにおい4 て、適応形ディジタルフィルタ11はタップ数30のト
ランスバーサルフィルタである。このフィルタ11はそ
れぞれレジスタより構成される単位遅延素子20OA、
200B、・・・、20ONと、それぞれ初期値を与え
られ適応制御を受けつつ次々に更新されるタップ係数を
登録するレジスタ21OA、210B、・・・、21O
Nとを備える。
また、フィルタ11はレジスタ21OA、210B、・
・・、21ONに登録されたタップ係数をそれぞれ更新
するために、乗算器220A、220B。
・・・、22ONと加算器24OA、240B、・・・
24ONとを備える。さらに、フィルタ11は乗算器2
3OA、230B、・・・、23ONの出力を加算して
送信器14のエコー経路の出力の擬似エコー信号を得る
加算器250と、残留エコー信号をスケーリングする乗
算器260とを備える。
この適応形ディジタルフィルタ11は一般のディジタル
フィルタと基本的には同一構成であるが、後の説明から
明らかになるように、通常64またはそれ以上必要とさ
れるフィルタのタップ数を3Oに減少した構成に特徴が
ある。
また、低周波成分抑圧回路12は適応形ディジタルフィ
ルタ11の後段に並列に配設され、等価的に適応形フィ
ルタ11のタップ数を増加してこのフィルタ11による
擬似エコー信号のインパルス応答の収れん期(テール)
に含まれる低周波成分(第4図参照〉のレベル抑圧を行
うための乗算器121、加算器122及びレジスタ12
3を備える。
さらに、ハイブリッド回路16は伝送路3を介してネッ
トワークサイドと結合するハイブリッドトランス161
と、ユーザサイド1の端末側からトランス161を通し
て伝送路3側を見たインピータンスとエコーキャンセラ
10の出力インピータンスとを整合させる整合インピー
タンス162と、抵抗器163,164と、受信信号ラ
イン5に受入れる遠端信号を増幅する増幅器165とを
備える。
上述したように構成されるユーザサイド1において、送
信器14からの送信信号は送信信号ライン4及びハイブ
リッド回路16を介して伝送路3に送出される。この場
合、トランス161の2次側から伝送路3を見込んだイ
ンピーダンスと整合インピーダンス162とが一致すれ
ば増幅器165の出力はエコー信号としては零となる。
しかしながら、実際にはインピーダンスの不一致により
近端エコーが発生し、このエコー信号とトランス161
を介して接続される相手端末側がらの遠端信号とが相加
わって受信信号ライン5に現われる。エコーキャンセラ
10におけるフィルタ11は擬似エコー信号を発生して
減算器13に送出する。減算器13は受信信号ライン5
に到来するエコー信号から擬似エコー信号を除去し除去
しきれない分を残留エコー信号として出力してフィルタ
11の乗算器260に供給する。乗算器260に供給さ
れた残留エコー信号は残留エコー抑圧用の補正係数α1
と乗算され、エコー残差をさらに抑圧するように補正さ
れる。この補正係数α1は予め運用目的に応じて最適な
値に設定されており、図示省略のプロセッサのメモリ回
路に記7 憶されている。通常、この係数α1を大きくする程フィ
ルタ11の動作安定性すなわち収束速度は増大するが、
遠端信号によりタップ係数が振られて残留エコー量の増
大を招き、残留エコー抑圧度は減少する。逆に、係数α
1を小さくするほど残留エコー抑圧度は増大するが、収
束速度は減少する。通常は必要な受信S/N比を充足す
る範囲における最大値を選択する。こうして補正された
補正残留エコー信号は、フィルタ11の各タップに供給
される。各タップを構成する2つの乗算器、レジスタ及
び加算器、たとえば先頭タップの乗算器22OA、23
OA、レジスタ21OA及び加算器24OAにおいては
、単位遅延素子20OAから1タイムスロツトごとの送
信信号を受け、この送信信号と補正残留エコー信号とを
乗算器22OAにより乗算し、乗算結果を時変的なタッ
プ係数補正量として加算器240Aにレジスタ21OA
から読み出した先行タップ係数に加え、更新タップ係数
としてレジスタ210Aに登録する。この更新タップ係
数は単位遅延素子200A8 の出力と乗算器230Aにより乗算され加算器250に
供給される。フィルタ11の他のタップについても全く
同様にして次々に補正残留エコー信号を利用したタップ
係数の適応更新が行われる。
ところで、こうして行なわれるエコー消去によって、な
おかつ残留する補正残留エコー信号は前述した低周波成
分を含む。低周波成分抑圧回路12は補正残留エコー信
号に含まれる低周波成分を消去するために、フィルタ1
1のタップ数を実効的に64とする実質的な最終段のタ
ップを形成するものとして配設されたものである。この
抑圧回路12において、補正残留エコー信号は乗算器1
21に供給されて補正係数α2と乗算される。
この場合、補正係数α2としては、予め十分小さい値が
設定される。この係数α2を小さくする程、低周波成分
抑圧回路12を後段に有するフィルタ11のインパルス
応答は、恰もタップ数を増大したと同様なインパルス応
答を提供する伝達関数を持った適応形フィルタを実効的
に形成することができる。換言すれば、収れん期におけ
るインパルス応答の減衰を強調し、従って低周波成分の
含有レベルを大幅に抑圧しうる適応形フィルタとするこ
とができる。ここで、補正係数α2の設定について詳述
すると、エコーキャンセラ10において、抑圧回路12
の加算器122及びレジスタ123の動作は積分器と等
価であり、減算器13フイルタ11の乗算器260.抑
圧回路12の乗算器121及び上記積分器(加算器12
2及びレジスタ123)から成る経路を考え、減算器1
3へ受信信号ライン5から入力する信号をx (t)と
し、かつ上記経路から出力する信号(受信器15への入
力信号)をy(t>とした場合、式(3)の関係が成り
立つ。
(3) 式(3)をラプラス変換すると、式〈4)で表わせる。
Y−α 1 α 2 Y+X さらに、式(4)から式(5)が求まる。
式(5〉は等価的にバイパスフィルタの周波数特性を示
す。式〈5)のα1・α2の周波数軸上の位置α1・α
2/2πは上記経路によって構成されるバイパスフィル
タのカットオフ周波数である。したがって、残留エコー
信号の低周波成分を遮断するカットオフ周波数を設定で
きるように補正係数α2を補正係数α1との関連で選択
すればよい。
レジスタ123に登録する初期値のタップ係数はフィル
タ11のインパルス応答をこのような目的に沿う特性を
付与するために補正係数α2とともに予め設定される。
乗算器121の乗算結果はし1 ジスタ123の登録タップ係数に対する適応制御量とし
て加算器122に供給される。レジスタ123から読み
出した更新タップ係数はフィルタ11の加算器250に
供給され、フィルタ]1のインパルス応答の収れん期の
レベルを抑圧する。
次に、第3図を参照して第2の実施例のエコーキャンセ
ラについて説明する。エコーキャンセラ30は適応形デ
ィジタルフィルタ31、低周波成分抑圧回路32及び減
算器33から構成される。
適応形フィルタ31は第1の実施例のエコーキャンセラ
の適応形フィルタ11と比較すると、第30番目のタッ
プを構成する単位遅延素子(第2図の20ON)の出力
an−1Bを抑圧回路32に入力する構成を採っている
こと以外は全く同一である。また、減算器33はエコー
キャンセラ10の減算器13と同一構成である。したが
って、ここではこれら同一構成要素に関する詳細な説明
は省略する。
低周波成分抑圧回路2は送信低周波成分積算回路301
を構成する加算器32]、乗算器3222 及びレジスタ323と、増設タップ回路302を構成す
る乗算器324、加算器325、レジスタ326及び゛
乗算器327を備える。積算回路301はタップ数が6
4のフィルタが有するインパルス応答の収れん期におけ
る指数関数曲線的減衰特性(第4図参照〉にほぼ相似し
た応答特性をフィルタ31に与える。また、増設タップ
回路302は同様にインパルス応答の収れん期における
レベル抑圧を目的として機能する。積分回路301はレ
ジスタ323の内容とフィルタ31の最終タップの単位
遅延素子(第2図の20ON)の出力a。−にとを加算
器321で加算し、加算結果と補正係数α3とを乗算器
322で乗じることにより、フィルタ31のインパルス
応答の収れん期の波形に相似した信号を形成する。この
場合、レジスタ323の登録内容は実用上許容できる有
限期間とした収れん期の時間長の遅延量を登録し、かつ
補正係数α3は抑圧すべきインパルス応答特性の低周波
成分に対応して予め小さい値が設定される。これにより
、タップ数64のフィルタで形成されるインパルス応答
の収れん期に入った時間領域における有限長の特性をほ
ぼ相似的に形成させることができる。ここで、補正係数
α3の設定について詳述する。送信信号の送信シンボル
をafl、受信する遠端信号(サンプル値)をX、、及
びエコー経路のインパルス応答を1〕i、とした場合、
減算器33にエコー経路の受信信号ライン5から入力さ
れる遠端信号X1.は式(6)で表わされる。
適応形フィルタ31で0〜mボーのエコーが完全に消去
できるとすると、残りのエコー成分X′は式(7)で表
わせる。
エコーテールがm+1ボ一以上で指数関数的減衰をする
と、インパルス応答hkは hb −hm e−pk’        (8)とな
り、式(7)に式(8)を代入すると、式(9)が導出
される。
X′、、−Σ  a n−k  (h m  e−pk
)式(9)において、hlに対する乗数部分は低周波成
分抑圧回路32の加算器321、乗算器322及びレジ
スタ323から成る送信低周波成分積分回路301の出
力に対応する。したがって、補正係数α3は式(9)に
おけるe−Pとして選択設定すれば、低周波成分抑圧回
路32の増設タップ回路302において乗算器327の
出力に式(9〉の信号xiを得ることができ、残留エコ
ー信号の低周波成分の抑圧が可能となる。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、適応形ディジタ
ルフィルタの後段に並列に設けられ、トランスバーサル
フィルタのタップ数を等価的に増加し、擬似エコー信号
のインパルス応答の収れん期に対応してエコー信号と擬
似エコー信号との差分の残留エコー信号に含まれる低周
波成分のレベル抑圧を行う低周波成分抑圧回路を備える
ことに5 より、トランスバーサルフィルタのタップ数を著しく低
減し、演算量を大幅に減少することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例を示す図:第2図は第
1図のエコーキャンセラ及びハイフリット回路の詳細構
成を示す図; 第3図はこの発明の第2の実施例を示す図;及び 第4図は第1及び第2の実施例のエコーキャンセラにお
けるインパルス応答の一例を示す図である。 1・・・ユーザサイド、2・・・ネットワークサイド、
3・・・2線式伝送路、10,20.30・・・エコー
キャンセラ、11,21.31・・・適応形ディジタル
フィルタ、12,22.32・・・低周波成分抑圧回路
、13,23.33・・・減算器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、2線式全2重ディジタルデータ伝送システムのため
    のエコーキャンセラにおいて; エコー経路からのエコー信号を消去するために前記エコ
    ー経路の時変的な伝達特性を適応的に推定して擬似エコ
    ー信号を発生する複数のタップのトランスバーサルフィ
    ルタを有する適応形ディジタルフィルタと; 前記適応形ディジタルフィルタの後段に並列に設けられ
    、前記トランスバーサルフィルタのタップの数を等価的
    に増加し、前記擬似エコー信号のインパルス応答の収れ
    ん期に対応して前記エコー信号と前記擬似エコー信号と
    の差分の残留エコー信号に含まれる低周波成分のレベル
    抑圧を行う低周波成分抑圧手段とを備え; 前記トランスバーサルフィルタの前記タップの数が前記
    収れん期を除く期間に対応して設定されていることを特
    徴とするエコーキャンセラ。 2、前記抑圧手段が前記適応形ディジタルフィルタによ
    り残留エコー抑圧の施された補正残留エコー信号の低周
    波成分を遮断するカットオフ周波数を補正係数に基づい
    て設定することを特徴とする請求項1記載のエコーキャ
    ンセラ。 3、前記抑圧手段が前記トランスバーサルフィルタのタ
    ップを通常の数に増加したときと同様の前記ディジタル
    フィルタのインパルス応答の収れん期における指数関数
    曲線的減衰特性に相似した応答特性を補正係数に基づい
    て前記ディジタルフィルタに与えることを特徴とする請
    求項1記載のエコーキャンセラ。 4、前記抑圧手段が前記補正残留エコー信号の低周波成
    分を遮断するカットオフ周波数を設定するための前記補
    正係数と前記適応形ディジタルフィルタからの前記補正
    残留エコー信号とを乗算する第1の手段と; 前記第1の手段による乗算結果を時変的なタップ係数補
    正量として先行タップ係数に加算し、加算結果を更新タ
    ップ係数として出力する第2の手段と; 前記先行タップ係数を前記第2の手段に入力し、前記第
    2の手段からの前記更新タップ係数を保持するとともに
    、前記擬似エコー信号を発生するために前記更新タップ
    係数を前記適応形ディジタルフィルタに出力する第3の
    手段と; を備えることを特徴とする請求項2記載のエコーキャン
    セラ。 5、前記適応形ディジタルフィルタを構成する最終タッ
    プの前記トランスバーサルフィルタからの送信シンボル
    に関する第1の信号と先行送信シンボルに関する第2の
    信号とを加算し、更新送信シンボルに関する第3の信号
    を出力する第1の手段と; 前記第1の手段からの前記第3の信号と前記指数関数曲
    線的減衰特性に相似した応答特性を設定するための前記
    補正係数とを乗算し、インパルス応答の収れん期の波形
    に相似した第4の信号を出力する第2の手段と; 前記第2の信号を前記第1の手段に入力し、前記第2の
    手段からの前記第4の信号を前記第2の信号として保持
    する第3の手段と; 前記第3の手段からの前記第4の信号と前記適応形ディ
    ジタルフィルタにより残留エコー抑圧の施された補正残
    留エコー信号とを乗算する第4の手段と; 前記第4の手段による乗算結果を時変的なタップ係数補
    正量として先行タップ係数に加算し、加算結果を更新タ
    ップ係数として出力する第5の手段と; 前記先行タップ係数を前記第5の手段に入力し、前記第
    5の手段からの前記更新タップ係数を保持する第6の手
    段と; 前記擬似エコー信号を発生するために前記第6の手段か
    らの前記更新タップ係数と前記第3の手段からの前記第
    4の信号とを乗算した信号を前記適応形ディジタルフィ
    ルタに出力する第7の手段と; を備えることを特徴とする請求項3記載のエコーキャン
    セラ。 6、加入者線としての2線式全2重ディジタル伝送路を
    介して接続される端末側及びディジタル通信網側の終端
    装置にそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項1、
    2、3、4または5記載のエコーキャンセラ。
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