DE4138567C2

DE4138567C2 - Verfahren und Anordnung zur Eliminierung von Echo bei einer Übertragungsanordnung, wie bei einem Modem

Info

Publication number: DE4138567C2
Application number: DE4138567A
Authority: DE
Inventors: Heikki Laamanen
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1991-11-23
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2011-11-24
Also published as: GB9125366D0; FI87869C; FI905864L; SE9103511L; DE4138567A1; GB2253771A; GB2253771B; SE515940C2; SE9103511D0; FI905864A0; FI87869B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Eliminierung von Echo bei einer Übertragungsanordnung, wie bei einem Modem. Im Verfahren wird ein Echoschätzwert eines gesendeten Signals gebildet, und der erwähnte Echoschätz wert wird von einem zu empfangenden Signal subtrahiert. Die erfindungsgemäße Anordnung weist wiederum Mittel zum Bilden eines Echoschätzwertes eines gesendeten Signals und Mittel zum Subtrahieren des erwähnten Echoschätzwerts von einem zu empfangenden Signal auf.

Die vorgenannten Maßnahmen sind aus US 4 669 116 bekannt.

Bekannt (US 4 605 826) ist auch eine zweistufige Anordnung zur Echo-Kompensation, wobei in einer ersten Stufe das Echo grob unterdrückt und der danach verbleibende Teil des Echos in einer zweiten Stufe eliminiert wird. Hierdurch kann die Anzahl der erforderlichen Bits für die Digital-Analog-Wand ler gegenüber einer einstufig ausgebildeten Anordnung ver ringert werden.

Eine typische Arbeitsumgebung bei Anwendung des Verfahrens und der Anordnung gemäß der Erfindung ist eine Teilnehmer schleife eines Fernsprechnetzes, in der Duplex-Übertragung verwendet wird, aber die Erfindung kann natürlich auch in Verbindung mit anderen Zweileiterlinien, z. B. in lokalen Netzen, verwendet werden. In einer solchen Umgebung sind Empfänger- und Senderverzweigungen der Übertragungsanord nung über eine Linienhybride [engl. (line) hybrid] mit einer Zweileiterverbindung gekoppelt. Wenn ein Sender in der Senderverzweigung ein Signal über die Linienhybride an die Zweileiterverbindung sendet, wird eine Echokomponente dieses Signals aus der Zweileiterverbindung über die Lini enhybride mit einem zu empfangenden Signal summiert, wobei also das aus der Linienhybride in die Empfängerverzweigung zu erhaltende Signal sowohl ein zu empfangendes Nutzsignal als auch die Echokomponente des gesendeten Signals enthält.

Eine Eliminierung der Echokomponente aus dem zu empfangen den Signal kann im Prinzip in zwei Weisen ausgeführt wer den. Bei den beiden Verfahren wird für die Echokomponente zuerst ein Schätzwert in Digital form auf der Basis des gesendeten Signals in einer separaten Echosperre gebildet. Die erste Weise be steht darin, daß der Echoschätzwert digital von dem empfangenen Signal subtrahiert wird, das vorher mit tels eines A/D-Umformers in eine digitale Form umge formt worden ist. Die zweite Weise besteht darin, daß der von der Echosperre berechnete Echoschätzwert zu erst in ein Analogsignal umgeformt und mittels eines analogen Summierverstärkers von dem aus der Linien hybride kommenden Signal subtrahiert wird. Um die vorliegende Erfindung leichter verständlich zu ma chen, werden die beiden bekannten Weisen noch aus führlicher in einem nachstehenden, besonderen Teil der Beschreibung geschildert.

Ein Nachteil der obenbeschriebenen, bekannten Echosperrverfahren ist, daß an erforderliche A/D- und D/A-Umformer beträchtliche Genauigkeitsforderungen zu stellen sind, was die praktische Lösung des Kreises wiederum kompliziert macht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Echosperrverfahren und -an ordnungen in der Weise zu verbessern, daß die an die erforderlichen A/D- und D/A-Umformer zu stellenden Forderungen vermindert werden können und die prak tische Lösung des Kreises somit vereinfacht werden kann. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dies dadurch erreicht, daß N höchstwertige Bits von dem Echoschätzwert getrennt werden und der entspre chende Teil des Echoschätzwerts analog von dem zu empfangenden Signal subtrahiert wird, und daß der den übrigen, niedrigstwertigen Bits entsprechende Teil des Echoschätzwerts digital von dem zu empfangenden Signal eliminiert wird. Die erfindungsgemäße Anord nung ist dagegen dadurch gekennzeichnet, was im kenn zeichnenden Teil des beigefügten Patentanspruchs 4 angeführt wird.

Die Grundidee der Erfindung ist, den Echo schätzwert in zwei Teile zu teilen und den größten Teil des Echos analog zu eliminieren. In dieser Weise kann die Niveauanzahl eines D/A-Umformers vor dem analogen Subtraktionspunkt reduziert werden, und wenn der Dynamikbereich des Echos nach dem Subtraktions punkt sinkt, werden auch die an einen A/D-Umformer nach dem Subtraktionspunkt zu stellenden Genauig keitsforderungen geringer.

Eine Verminderung der Genauigkeitsforderungen an die erforderlichen A/D- und D/A-Umformer ist be sonders bei großen Bitgeschwindigkeiten, wobei der Preis des Umformers bei steigender Bitanzahl schnell steigt, und bei VLSI-Ausführungen nützlich, wobei die Siliziumfläche bei zunehmender Geschwindigkeit größer wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Genauigkeitsforderung an die Ni veaus des D/A-Umformers weiter so vermindert werden daß das als Resultat der analogen Subtraktion erhal tene Signal mittels im Speicher lesbarer Korrek turausdrücke korrigiert wird.

Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungs form der Erfindung werden die Korrekturausdrücke kon tinuierlich geregelt. In dieser Weise ist z. B. eine Anpassung von einer Temperaturänderung verursachten Niveauänderungen des D/A-Umformers möglich.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezug nahme auf die Beispiele der beigefügten Zeichnungen ausführlicher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein mit einer Zweileiterverbindung ge koppeltes Modem, das mit einem bekannten Echosperr kreis versehen ist, in dem ein Echoschätzwert digital aus einem zu empfangenden Signal eliminiert wird,

Fig. 2 ein mit einer Zweileiterverbindung ge koppeltes Modem, das mit einem bekannten Echosperr kreis versehen ist, in dem ein Echosschätzwert analog aus einem zu empfangenden Signal eliminiert wird, und

Fig. 3 ein mit einer Zweileiterverbindung ge koppeltes Modem, das mit einem erfindungsgemäßen Echosperrkreis versehen ist.

In Fig. 1 ist ein mit einem an sich bekannten, digital ausgeführten Echosperrkreis versehenes Modem, das Sender- und Empfängerverzweigungen 1 respektive 2 aufweist, über eine Linienhybride 3 mit einer Zwei leiterverbindung 4 gekoppelt, die z. B. eine Teilneh merleitung eines Fernsprechnetzes sein kann. In der Senderverzweigung 1 ist ein Sender 5 des Modems über einen D/A-Umformer 6 und ein Tiefpaßfilter 7 mit der Linienhybride gekoppelt. Ein Ausgangssignal des Sen ders ist an eine Echosperre 8 angekoppelt, die einen Echoschätzwert auf der Basis des gesendeten Signals bildet. In der Empfängerverzweigung des Modems wird das aus der Hybride 3 kommende Signal über ein Tief paßfilter 11 und einen A/D-Umformer 10 an einen Emp fänger 9 angekoppelt. Zwischen dem Empfänger 9 und dem A/D-Umformer 10 ist eine digitale Summiereinheit 12 vorgesehen, in der der von der Echosperre berech nete, numerische Echoschätzwert von dem Ausgangssig nal des A/D-Umformers 10 subtrahiert wird. Weil das Niveau des Echos bedeutend höher sein kann als das Niveau eines Nutzsignals, ist bei dieser Lösung eine genaue A/D-Umformung nötig, damit die Genauigkeit des Nutzsignals ausreichend ist. Die praktisch erforder liche Bitgenauigkeit des A/D-Umformers 10 ist 12-16, je nach Anwendung.

Fig. 2 zeigt ein Modem, das mit einem anderen, obenerwähnten und an sich bekannten Echosperrkreis versehen ist. Für dieselben Teile gelten dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1. In dieser Ausführung wird ein von der Echosperre 8 berechneter, nume rischer Echoschätzwert zuerst mittels eines D/A-Um formers 13 in ein Analogsignal umgeformt und mittels eines analogen Summierverstärkers 14 von einem aus der Linienhybride 3 kommenden Signal subtrahiert. Die erforderliche Bitgenauigkeit des D/A-Umformers 13 ist 12-16, je nach Anwendung. Nach dem Summierverstärker 14 ist in der Empfängerverzweigung ein Analoggver stärker 15 vorgesehen, mittels dessen das Niveau des Signals erhöht wird, das nach der Subtraktion einen verminderten Dynamikbereich aufweist. Das dadurch erhaltene Signal wird einem A/D-Umformer 16 zuge führt, mittels dessen es in eine digitale Form umge formt wird. Das Ausgangssignal des A/D-Umformers wird in den Empfänger 9 und in den Regelkreis der Echo sperre 8 geleitet. Die erforderliche Bitgenauigkeit des A/D-Umformers 16 ist kleiner als im Fall der Fig. 1, d. h. etwa 6-10, je nach Anwendung.

Sowohl im Fall der Fig. 1 als auch im Fall der Fig. 2 enthält das zu empfangende Signal nach dem Subtraktionspunkt des Echoschätzwerts ein von dem entgegengesetzten Ende gesendetes Nutzsignal und einen von einer unvollständigen Einstellung der Echo sperre verursachten Restfehler. Wenn das Nutzsignal und der Restfehler des Echos unkorreliert sind, kann der Restfehler durch Korrelieren des Restfehlers und des gesendeten Signals miteinander "herausgegraben" werden. Für diesen Zweck wird der Restfehler, den das Bezugszeichen e in den Fig. 1 und 2 bezeichnet, der Echosperre 8 zugeführt, deren Regelung den bezüg lichen Restfehler zu minimieren versucht.

Die obenbeschriebenen, bekannten Echosperrver fahren werden auch im US-Patent 4,669,116 beschrie ben, das sich auf die Bildung eines Echoschätzwerts bezieht.

In Fig. 3 ist das Modem mit einem erfindungs gemäßen Echosperrkreis versehen. Für die entsprechen den Teile werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie oben. Von der Echosperre 8 wird in einer an sich bekannten Weise ein numerischer Echoschätzwert (in einer Länge von m + 1 Bits) mit dem Bezugszeichen B_mB_m-1. . .B_m-N+1. . .B₀ erhalten, in dem B_m das höchstwer tige Bit und B₀ entsprechend das niedrigstwertige Bit ist. Erfindungsgemäß werden N höchstwertige Bits B_mB_m-1. . .B_m-N+1 in einem Verzweigerblock 25 von dem Echo schätzwert getrennt, welche Bits in einen N-Bit-D/A- Umformer 20 geleitet werden. Ein von dem Umformer 20 erzeugtes Signal wird analog von einem aus der Hybri de 3 kommenden Signal im Summierverstärker 14 subtra hiert. Nach der Subtraktion wird das zu empfangende Signal mittels des Analogverstärkers 15 mit einem Verstärkungsfaktor G verstärkt und mittels des A/D- Umformers 16 in eine numerische Form umgeformt. Im Fall eines N-Bit-Echosperr-D/A-Umformers 20 sinkt der Dynamikbereich des Echos nach dem analogen Echosperr punkt 14 um etwa 20 log₁₀(2^N) dB, wobei die erforder liche Bitgenauigkeit des A/D-Umformers 16 vermindert wird.

Die bei Steuerung des D/A-Umformers 20 ausge lassenen, niedrigsten Bits B_m-N. . .B₀ des Echoschätz werts werden numerisch mit der Verstärkung G in einem Multiplikator 21 multipliziert, und der dadurch er haltene Teil des Echoschätzwerts wird in der digita len Summiereinheit 12 von dem zu empfangenden Signal subtrahiert.

Durch Teilen des Echoschätzwerts in zwei Teile kann die Niveauanzahl (2 ^N) des D/A-Umformers 20 ver mindert werden. Um eine genaue Echosperre zu errei chen, müssen die Niveaus des D/A-Umformers aber fort während genau sein. Es ist jedoch leichter, einen D/A-Umformer mit genauen Niveaus, aber mit einem kür zeren Steuerwort, als einen Umformer mit einem langen Steuerwort zu schaffen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die praktische Lösung des Kreises wei ter vereinfacht werden, und zwar durch Kompensierung von Ungenauigkeiten des D/A-Umformers mittels im Speicher lesbarer Korrekturwerte. In dieser Weise können die an die A/D-Umformerniveaus zu stellenden Genauigkeitsforderungen vermindert werden. Zu diesem Zweck weist die erfindungsgemäße Anordnung 2 ^N Stück Korrekturwerte in einem RAM-Speicher 22 auf. Aus den zum D/A-Umformer 20 geleiteten N Bits wird eine Ad resse der erwähnten RAM-Tabelle für eine Steuerungs linie 24 gebildet, wobei es möglich ist, den dem ver wendeten, vom D/A-Umformer 20 gegebenen Niveau ent sprechenden Korrekturausdruck in der Tabelle zu le sen, der dann numerisch in einer digitalen Summier einheit 23 mit dem zu empfangenden Signal summiert wird.

Im Prinzip könnten im voraus berechnete Werte als Korrekturausdrücke verwendet werden, es ist je doch vorteilhafter, die im RAM-Speicher 22 zu bewah renden Korrekturausdrücke kontinuierlich zu regeln, weil die Echosperre somit fähig ist, sich einer von einer Temperaturänderung verursachten Änderung der Niveaus des D/A-Umformers und auch Änderungen des Verstärkungsfaktors des Analogverstärkers 15 anzupas sen. Zur Darstellung der Regelung wird ein Fehlersig nal in einem Moment i mit einem Bezugszeichen e_i und das Steuerwort des D/A-Umformers 20 mit einem Bezugs zeichen X_i bezeichnet, wobei also der Korrekturaus druck RAM(X_i) verwendet wird. Die Regelung des Korrek turausdrucks findet erfindungsgemäß wie folgt statt:

RAM(X_i) → RAM(X_i) - e_i,

wobei ein Skalierfaktor ist. Ein neuer Korrektur ausdruck wird somit erhalten, wenn von dem jeweils verwendeten Korrekturausdruck der mit dem Skalierfak tor multiplizierte Wert des Fehlersignals subtrahiert wird. In Fig. 3 wird ein Block, der die Regelung ausführt und dem das Fehlersignal e_i zugeführt wird, mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet. Die Regelung kann auch programmatisch ausgeführt sein.

Das Fehlersignal e_i enthält auch ein aus dem entgegengesetzten Ende der Zweileiterlinie kommendes Nutzsignal. Dieses Nutzsignal ist nicht mit dem Wert des Steuerworts X_i und des erforderlichen Korrektur ausdrucks RAM(X_i) korreliert, wobei es bei kontinuier licher Regelung der Korrekturausdrücke durchschnitt lich wird und verschwindet. Der Skalierfaktor des Fehlers muß klein genug erwählt werden, wobei eine von dem Nutzsignal verursachte Wanderung (mit dem Durchschnittswert 0) des Korrekturausdrucks auf einem so niedrigen Niveau geschieht, daß sie die Funktion des Echosperrkreises nicht stört. Es kann nachgewie sen werden, daß die Varianz des Korrekturausdrucks = ( σ_r ²)/2, wobei die obenerwähnte Regelstufe und σ_r ² die Leistung des Nutzsignals ist. Aus dieser For mel kann die Größe der Regelstufe für ein erwünschtes Nutz-/Störsignalverhältnis berechnet werden. Wenn man z. B. will, daß die Störung das Nutzsignal um 30 dB unterschreitet, wird die Größe der Regelstufe = 0,002 sein.

Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf das Beispiel der beigefügten Zeichnung oben erläutert wird, ist es klar, daß die Erfindung sich nicht dar auf beschränkt, sondern sie kann in vielen Weisen im Rahmen der erfinderischen Idee der beigefügten Pa tentansprüche variiert werden. Der Verzweigerblock 25 kann zum Beispiel, außer mittels der Digitallogik, auch programmatisch verwirklicht werden. Auch der Echoschätzwert kann in vielen verschiedenen Weisen gebildet werden. Eine typische Ausführungsweise der Echosperre ist ein adaptives FIR-Filter. Andere be kannte Weisen werden in dem anfangs erwähnten US-Pa tent 4,669,116 beschrieben. Auch braucht die Übertra gungsanordnung nicht unbedingt ein Modem sein, son dern auch andere Geräte (die zwar ein eingebautes Modem aufweisen können) können in Frage kommen.

Claims

1. Verfahren zur Eliminierung von Echo bei einer Übertragungsanordnung, wie bei einem Modem, in welchem Verfahren ein Echoschätzwert (B_mB_m-1. . .B_m-N+1. . .B₀) eines gesendeten Signals gebildet wird und der erwähnte Echoschätzwert von einem zu empfangenden Signal subtrahiert wird, dadurch ge kennzeichnet, daß N höchstwertige Bits (B_mB_m-1. . .B_m-N+1) von dem Echoschätzwert getrennt werden und der entsprechende Teil des Echoschätzwerts analog (14) von dem zu empfangenden Signal subtrahiert wird, und daß der den übrigen, niedrigstwertigen Hits (B_m-N. . .B₀) entsprechende Teil des Echoschätzwerts di gital (12) von dem zu empfangenden Signal eliminiert wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Resultat der analogen Subtraktion erhaltene Signal mittels in einem Speicher (22) lesbarer Korrekturausdrücke (RAM(X_i)) korrigiert wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturaus druck kontinuierlich geregelt wird.

4. Anordnung zur Eliminierung von Echo bei einer Übertragungsanordnung, wie bei einem Modem, welche Anordnung Mittel (8) zum Bilden eines Echo schätzwerts (B_mB_m-1. . .B_m-N+1. . .B₀) eines gesendeten Sig nals und Mittel (14, 12) zum Subtrahieren des erwähn ten Echoschätzwerts von einem zu empfangenden Signal aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgende Kombination aufweist:

- Mittel (25, 20, 14) zum Subtrahieren des den höchstwertigen Bits (B_mB_m-1. . .B_m-N+1) entsprechenden Teils des Echoschätzwerts (B_mB_m-1. . .B_m-N+1. . .B₀) analog von dem zu empfangenden Signal, und
- Mittel (25, 21, 12) zum Subtrahieren des den niedrigstwertigen Bits (B_m-N. . .B₀) entsprechenden Teils des Echoschätzwerts digital von dem zu empfangenden Signal.

5. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Speicher (22), in dem Korrekturausdrücke (RAM(X_i)) bewahrt wer den, und eine digitale Summiereinheit (23) zur Sum mierung/Subtraktion von Korrekturausdrücken mit/von dem zu empfangenden Signal aufweist.

6. Anordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (26) zur kontinuierlichen Regelung der Korrekturausdrücke (RAM(X_i)) aufweist.