JPH02288718A - 適応型ディジタルフィルタの収束方法 - Google Patents

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】 【概要］ 疑似信号の主成分を生成するルックアップテーブル形の
主フィルタ部と、疑似信号の副成分を生成する副フィル
タ部と、これら主成分と副成分から疑似信号を合成する
合成部とを備えた適応形ディジタルフィルタの収束方法
に関し。

高速にかつ精度のよい収束を可能にすることを目的とし
。

主フィルタは入力信号と擬似信号の誤差が大なる時には
誤差からの直接計算により、また誤差が小なる時には誤
差に応じたステップサイズにより更新を行い、副フィル
タ部は誤差に応じたステップサイズにより更新を行うよ
う構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明はルックアップ形のメインテーブルメモリからな
る主フィルタ部とサブテーブルメモリあるいはトランス
バーサルフィルタ等からなる副フィルタとで構成される
適応形ディジタルフィル夕の収束方法に関する。

かかる適応形ディジタフィルタは例えば双方向同時デー
タ通信におけるエコーキャンセラとして用いられる。双
方向同時データ通信では、２線加入者線と４線中継線と
を結ぶハイブリッド回路のインピーダンス不整合により
、このハイブリッド回路を介して送信信号がエコーとし
て受信側に回り込んで通信品質を劣化させる。エコーキ
ャンセラはこの回り込みエコーを適応的に推定して逆極
性の疑似エコーを発生させてエコーを消去するものであ
るが、エコーを高速に精度よく推定して疑似エコーを発
生できる収束アルゴリズム（すなわち初期引込みアルゴ
リズムおよび適応アルゴリズム）が必要とされている。

［従来の技術］ 適応形ディジタルフィルタをエコーキャンセラとして用
いた場合の双方向同時データ通信システムのデータ送受
信部の要部構成が第６図に示される。図において、５１
は適応形ディジタルフィルタからなるエコーキャンセラ
、５２は送受信信号Ｓ　（ｋ）のドライバ、５３は２線
／４線変換のためのハイブリッド回路、５４は疑似エコ
ーｅ　（ｋ）と受信データＤ　（ｋ）とを合成する合成
器である。エコーキャンセラ５１は、ハイブリッド回路
５３から受信側に回り込むエコーｅ　（ｋ）と逆極性の
疑似エコーｅ　（ｋ）を送受信信号５（ｋ）に基づき作
成し、これを合成器５４でハイブリッド回路５３からの
受信データＤ　（ｋ）と合成することで、受信データＤ
　（ｋ）中のエコーｅ（ｋ）成分を消去する。

このエコーキャンセラの従来例が第７図および第８図に
示される。第７図はルックアップテーブル形のエコーキ
ャンセラ、第８図はトランスバーサルフィルタ形のエコ
ーキャンセラである。

ルックアップテーブル形エコーキャンセラは。

送信信号系列（Ｓ　（ｋ）　）をタップ部５５に導き入
れ、この信号系列パターンをアドレスとしてメモリ部（
ＲＡＭ）５６に、そのときのエコーの値ｒ　（ｋ）の逆
極性を蓄積することによって疑似エコーの系列（ｅ　（
ｋ）　）を作成し９次に同じアドレスのエコーｅ　（ｋ
）が入力された時にメモリ部５６に蓄積された疑似エコ
ーｅ　（ｋ）によりエコーｅ　（ｋ）をキャンセルする
。　　′一方、トランラスーサルフィルタ形エコーキャ
ンセラは公知のトランスバーサルフィルタを用いてエコ
ー経路のインパルス応答に収束するように構成したもの
であって、Ｎ個の入力データ各々に対してタップ係数を
持ち、そのタップ係数と送信シンボルの畳込み演算によ
り疑似エコー（ｅ　（ｋ）　）を発生させてエコーキャ
ンセラを行う。

［発明が解決しようとする課題］ 前者のルックアップテーブル形のエコーキャンセラは、
非線形なエコー成分をキャンセルできるという長所を持
つ反面、エコーのタップ長が長くなるとメモリ容量が大
きくなり、初期引込み時間（トレーニング時間）が長（
なるという短所を持つ。特に伝送符号として多値符号を
用いた場合はなおさらである。

一方、後者のトランスバーサルフィルタ形のエコーキャ
ンセラは、タップ長の長いエコーを効率よくキャンセル
でき、引込み時間も短いという長所を持つ反面、非線形
なエコー成分をキャンセルできないという短所を持つ。

したがって非線形成分を含む比較的長いタップ長のエコ
ーをキャンセルする場合には、上述の二つの構成のディ
ジタルフィルタは適用が難しい。

そこで、上記の場合にも精度よく短い収束時間でキャン
セルが可能な構成として第５図に示される形態のディジ
タルフィルタが提案される。

この構成は、ルックアップテーブルメモリをメインメモ
リ部３と複数のサブメモリ部４−１〜４−ｍに分割し、
さらにトランスバーサルフィルタ部５とＩＩＲ（無限長
インパルス応答）フィルタ部６を付加したものである。

メインメモリ部３はエコーレベルのピーク値を含む大振
幅レベル部分の疑似エコーを作成し、サブメモリ４−１
〜４−ｍはそれ以降の比較的エコーレベルが小さい部分
の疑似エコーを作成する。さらにそれ以降をｉタップの
トランスバーサルフィルタ部５でキャンセルし、最終段
に１次のＩＩＲフィルタ部６を設けて単調に減少する裾
引きエコーをキャンセルしている。これにより長い裾引
きおよび非線形成分を持つエコーに対して、精度よく短
い収束時間でエコーキャンセルが可能になる。

本発明の目的は、上記に提案された適応形ディジタルフ
ィルタにおいて、高速にかつ精度よく初期引込みおよび
適応制御を行える収束アルゴリズムを提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段および作用１第１図は本発
明に係る原理説明図である。

本発明に係る適応形ディジタルフィルタの収束方法は、
疑似信号の主成分を生成するルックアップテーブル形の
主フィルタ部７１と、疑似信号の副成分を生成する副フ
ィルタ部７２と、これら主成分と副成分から疑似信号を
合成する合成部７３とを備えた適応形ディジタルフィル
タにおいて。

主フィルタ７１は入力信号と擬似信号の誤差が大なると
きには誤差からの直接計算により、また誤差が小なると
きには誤差極性により１より充分小さい一定のステップ
サイズで更新を行い、副フィルタ部７２は誤差極性によ
りｌより充分小さい一定のステップサイズにより更新を
行うものである。

［実施例１ 本発明の一実施例としての適応形ディジタルフィルタの
収束方法が第２図および第３図を参照して以下に説明さ
れる。この適応形ディジタルフィルタはエコーキャンセ
ラに適用されたものであり、ＤＳＰ　（ディジタル信号
処理プロセッサ）で実現されており、第２図はＤＳＰで
実現される各機能を機能ブロック図の形態で表わしたも
のである。

第２図において、１０はメインテーブル部、２０はサブ
テーブル部、３０はＩＩＲフィルタ部。

４１．４２は加算器、４３は２線／４線変換部である。

メインテーブル部１０とサブテーブル部２０はテーブル
分割形テーブル参照エコーキャンセラを構成するもので
ある。メインテーブル部ｌＯはメインテーブルメモリ１
０１．６タツプからなるタップ部１０２．残留エラー監
視部１０３．符号検出部１０４．ステップサイズ決定部
１０５゜加算部１０６．遅延部１０７を含み構成される
。

またサブテーブル部２０は２タツプのサブテーブル２つ
で構成されるものであって、サブテーブルメモリ２０１
，２０２．タップ部２０３，２０４、符号検出部２０５
．ステップサイズ決定部２０６．２０７．加算部２０８
，２０９，２１２゜遅延部２１０，２１１を含み構成さ
れる。更にＩＩＲフィルタ部３０は符号検出部３０１．
ステップサイズ決定部３０２．加算部３０３，３０７゜
遅延部３０４，３０９．乗算部３０５．レジスタ３０６
．３０８，３１０．減衰係数部３１１等を含み構成され
る。

送信データの伝送符号としては４値打号である２ＢＩＱ
符号が用いられている。２ＢＩＱ符号を用いた場合、直
流成分を持っているため、トランス等の低域遮断回路に
より非常に長い単調減少の裾引きを持つ回り込みエコー
となるので、この裾引き部分を等化するためにテーブル
分割形エコーキャンセラの後段に１次ＩＩＲフィルタ部
３０が置かれている。

以下、実施例の動作を第３図を参照して説明する。第３
図は実施例のエコーキャンセラの収束アルゴリズムを示
す流れ図である。

まず、初期値設定を行う（ステップＳ２）。すなわち、
メインテーブルメモリ１０１．サブテーブルメモリ２０
１，２０２．レジスタ３０８．３１０等の内容をクリア
して“０”にする。

ついで送信信号に対応する各メモリのアドレスを演算す
る（ステップＳ３）　　ここでＥＲＭ（ｒｏ）はメイン
テーブルメモリ１０１のアドレスｆ０から読み出された
エコーレプリカ、ＥＲ３１（ｇｏ）はサブテーブルメモ
リ２０１のアドレスｇ。から読み出されたエコーレプリ
カ、ＥＨ１１（ｈ、）はサブテーブルメモリ２０２のア
ドレスｈ。から読み出されたエコーレプリカ、ＥＲ３は
１次ＩＩＲフィルタ部３０から出力されるエコーレプリ
カである。このエコーレプリカＥＲ３は次式により演算
される。

Ｕｏ　”　Ｄｒ　Ｘ　Ｕ　ｒ　＋　ａ　＋。

Ｅ　Ｒ３：’　Ｃｓ”Ｘ　Ｕ　。

ここでＩ　ＤＴは１次ＩＩＲフィルタ部３０の減衰係数
＋　Ｃｓは１次ＴＩＲフィルタ部３０の重み係１７．ａ
ｏ〜ａｌＧは送信シンボルである。

次に残留エラーεの演算を次式にしたがって行う（ステ
ップＳ４）。

８ｍ　＝Ｘｋ＋ＥＲＭ”　（ｆｏ）＋ＥＲ８１’　（ｇ
ｏｌ＋ＥＲ３２″（ｈ、）＋ＥＲ３ ここでＸ工は入力すなわち回り込みエコーである。

次に、演算された残留エラーε、がＩεに１≧ｙか否か
を監視する（ステップＳ５）。これはε監視部１０３で
行われる。ここでｙは１以下の正の数である。

１Ｆ、、Ｉ≧ｙすなわち残留エラーε、が大である場合
、メインテーブルメモリのエコーレプリカＥＲＭを次式
にしたがって更新する（ステップＳ６）。

ＥＲＭ”’ば。）＝ＥＲＭ”（ｆ、ｌ　　＋ε１すなわ
ち、メインテーブルメモリ１０１のアドレスｆ。から既
に蓄積されているエコーレプリカＥＲＭ″（ｆｏ）を読
み出して、これに残留エラーε工を加算し、その結果を
エコーレプリカ更新値Ｅ　ＲＭ　”’　（ｆ、）として
再びメインテーブルメモリ１０１に蓄積する。これらの
処理は加算部１０６、遅延部１０７等で実行される。

次にサブテーブルメモリ２０１．２０２のエコーレプリ
カの更新を残留エラーε工の極性の正負に応じて次のよ
うにして行う（ステップＳ７）。

ε諏くＯの時。

ＥＲＳｌ″”　（ｇｏ）　＝　Ｅ　ＲＳ　１　”（ｇｏ
）　＋　３１ＥＲ３２″”［ｈｏ）＝ＥＲＳ２”（ｈ、
）＋Ｓ２ε１≧０の時。

ＥＲ３Ｉ″”　（ｇｏ）　　”　Ｅ　ＲＳ　１　”（ｇ
ｏ）　　−Ｓ　ＩＥＲ３２”’（ｈｏ）＝ＥＲ３２”（
ｈ、）　　−３２ここで、Ｓｔ、Ｓ２はステップサイズ
であり。

ｌより掻く小さい正の数（０＜ＳＭ、Ｓｌ、Ｓ２、Ｓ３
・・・＜１１である。すなわち、残留エラーε５の極性
を符号検出部２０５で検出し、負の場合には、サブテー
ブルメモリ２０１のアドレスｇ０から読み出したエコー
レプリカＥＲ３１’（ｇｏ）に微小ステップサイズＳ１
を加算してエコーレプリカ更新値ＥＲ３Ｉ”’　（ｇｏ
ｌとして再びサブテーブルメモリ２０１に蓄積する。一
方、残留エラーε１が正の場合にはステップサイズＳ１
を減算することになる。これによりサブテーブルメモリ
２０１のエコーレプリカは徐々に収束してい（。サブテ
ーブルメモリ２０２についても同様にしてエコーレプリ
カＥＲＳ２のステップ更新が行われるものである。以上
の処理は符号検出部２０５、ステップサイズ決定部２０
６．２０７．加算部２０８．２０９．遅延部２１０，２
１１等で実行される。

一方、ｌε＋＋ｌ＜ｙ、すなわち残留エラーε工が十分
に小さくなった場合、メインテーブルメモリ１０１のエ
コ−レプリカの更新は次の様にして行われる。

ε１くＯの時 ＥＲＭ″＋’（ｆ、）＝ＥＲＭ″（ｆ、ｌ＋ｓＭε、≧
０の時 ＥＲＭ”’（ｆｏ　ｌ＝ＥＲＭ’（ｆ、）−５Ｍこれは
サブテーブルメモリ２０１，２０２の場合のステップ更
新と同じであり、ステップサイズＳＭの増減によりエコ
ーレプリカを更新している。またサブテーブルメモリ２
０１，２０２についても前述のステップＳ７と同じ処理
によりエコーレプリカがステップ更新される。

次に１次ＩＩＲフィルタ部３０の重み係数Ｃ８の更新を
次式に従って行う。

Ｃｓ”””　Ｃｓ”　　Ｓ　３　Ｘ　Ｓ　ｇ　ｎ　（Ｕ
ｏ　）Ｘｓｇｎ　（ε、） すなわち、１次［ｒＲラフイル２３０の減衰係数ＤＴを
固定とし、残留エラーＥつの極性のみを監視し、その重
み係数０３を微小ステップサイズＳ３　（０＜８３＜１
）のサインアルゴリズムにより逐次にステップ更新する
ものである。

以上の処理なエコーキャンセラが十分に収束するまで繰
り返す（ステップ５ＩＯ）。

第４図には２ＢＩＱ符号を用いた前述の収束アルゴリズ
ム４によるエコーキャンセラのエコー抑圧特性の計算機
シミュレーション結果が示される。第４図中、縦軸は残
留エコーを、横軸はイタレーション（繰返し回数）を表
わす。上述の実施例では入力値ｘｋを小数点以下５ビツ
トで量子化しているため、理論的な最大エコー抑圧量は
一３０ｄＢである。シミュレーション結果ではエコー抑
圧量は約−２６ｄＢ程度になっており、はぼ理想的なエ
コー抑圧が行われていることが分かる。

本発明の実施にあたっては種々の変形形態が可能である
。例えば上述の実施例ではメインテーブルメモリによる
フィルタ部の後段にサブテーブルメモリとＩＩＲフィル
タを配置した構成としたが１本発明はこれに限られるも
のではなく９例えばメインテーブルメモリとサブテーブ
ルメモリによる構成、メインテーブルメモリとサブテー
ブルメモリとトランスバーサルフィルタによる構成。

メインテーブルメモリとトランスバーサルフィルタによ
る構成、メインテーブルメモリとトランスバーサルフィ
ルタとｒｌＲフィルタによる構成。

あるいはメインテーブルメモリとＩＩＲフィルタによる
構成などとしてもよい。

また上述の実施例ではステップ更新をサイン・アルゴリ
ズム（ｓｉｇｎ　ａｌｇｏｒｉｔ、ｈｍ）により行った
が。

これに限らず、ソーカスティック・イタレーション・ア
ルゴリズムｆｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ　ｉｔａｒａｔｉｏ
ｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ）あるいは適応ステップサインア
ルゴリズム（ａｄａｐｔｉｖｅ　５ｔｅｐ　ｓｉｇｎ　
ａ１ｇｏｒｉｔｈｎ＋１等により行ってもよい。

さらに、上述の実施例ではメインテーブルメモリについ
ての更新方法の切換えを残留エラーＥを所定値ｙと比較
することで行っているが、これに限らず９例えばタイマ
ーにより残留エラーＥが十分に小となる時間経過後に自
動的に切換えを行うようにしてもよい。

以上の実施例では本発明の適応形ディジタルフィルタを
エコーキャンセラに適用した場合について説明したが、
この他１本発明の適応形ディジタルフィルタは、波形発
生器あるいは等化器等のような任意波形を発生しようと
する装置にも一般に適用できるものである。

［発明の効果］ 本発明によれば、適応形ディジタルフィルタの収束を高
速にかつ精度よく行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原理説明図。 第２図は本発明の一実施例としての適応形ディジタルフ
ィルタの収束方法を用いたエコーキャンセラを示すブロ
ック図。 第３図は実施例の収束アルゴリズムを示す流れ図。 第４図は実施例のエコー抑圧特性の計算機シミュレーシ
ョン結果を示す図。 第５図は提案される適応形ディジタルフィルタを示すブ
ロック図。 第６図は双方向同時データ通信用のデータ送受信部を示
すブロック図。 第７図は従来のルックアップテーブル形エコーキャンセ
ラを示すブロック図、および。 第８図は従来のトランスバーサル形エコーキャンセラを
示すブロック図である。 １．２−１〜２−ｍ・・・タップ部 ３・・・メインメモリ部 ４−１〜４−ｍ・・・サブメモリ部 ５・・・トランスバーサルフィルタ部 ６．３０・・・ＩＩＲフィルタ部 ７．８，４１．４２・・・合成器 １０・・・メインテーブル部 ２０・・・サブテーブル部 １０３・・・残留エラー監視部 １０４．２０５．３０１−−−符号検出部１０５．２０
６，２０７，３０２ ・・・ステップサイズ決定部 ｈ・→ 弔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 疑似信号の主成分を生成するルックアップテーブル形の
   主フィルタ部（７１）と、疑似信号の副成分を生成する
   副フィルタ部（７２）と、これら主成分と副成分から疑
   似信号を合成する合成部（７３）とを備えた適応形ディ
   ジタルフィルタにおいて、 該主フィルタ（７１）は入力信号と擬似信号の誤差が大
   なるときには誤差からの直接計算により、また誤差が小
   なる時には誤差に応じたステップサイズにより更新を行
   い、 該副フィルタ部（７２）は誤差に応じたステップサイズ
   により更新を行う収束方法。