NL8600817A

NL8600817A - Adaptief filter voor het vormen van een echokompensatiesignaal in een zend-ontvangstelsel voor het in duplexvorm bedrijven van digitale communicatie over een enkel geleiderpaar.

Info

Publication number: NL8600817A
Application number: NL8600817A
Authority: NL
Original assignee: At & T & Philips Telecomm
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1987-10-16
Also published as: AU7072487A; DE3771759D1; JPH0787344B2; EP0240056B1; JPS62294315A; EP0240056A1; AU609715B2; CA1265854A; US4817081A

Description

« « PHE.86.006 1 AT&T and Philips Telecommunications B.V.

Adaptief filter voor het vormen van een echokompensatiesignaal in een zend-ontvangstelsel voor het in duplexvorm bedrijven van digitale comounicatie over een enkel geleiderpaar.

De uitvinding heeft betrekking op een adaptief filter voor het voraen van een echokompensatiesignaal in een zend-ontvangstelsel ingericht voor het in duplexvorm bedrijven van digitale communicatie over een enkel geleiderpaar, welk filter 5 vertragingsmiddelen omvat met N aansluitklemmen voor het ontvangen en vertragen van de N meest recent gezonden symbolen, een adresseerketen met een eerste aantal ingangsklemmen waarvan elk gekoppeld is met steeds één van een tevoren bepaalde eerste reeks aansluitklemmen van de vertragingsmiddelen, welke adresseerketen is ingericht om uit de aan de 10 ingangsklemmen aangeboden signalen een adres te vormen voor een geheugen, waarin voor elk van deze adressen steeds een eerste korrektiesignaal is opgeslagen, een weeg- en sommeerinrichting met een tweede aantal ingangsklemmen, waarvan elk gekoppeld is met steeds een van een tevoren bepaalde tweede reeks aansluitklemmen van de 15 vertragingsmiddelen, welke inrichting is ingericht om elk van de aan de ingangsklemmen aangeboden ingangssignalen te vermenigvuldigen met een bepaalde specifieke coëfficiënt om een tweede korrektiesignaal te verschaffen, dat de som is van alle met de specifieke coëfficiënt vermenigvuldigde signalen aan de ingangsklemmen ervan, middelen voor het 20 sommeren van het eerste korrektiesignaal en het tweede korrektiesignaal en middelen voor het adaptief regelen van de coëfficiënten in de weeg- en sommeerinrichting en de korrektiewaarden in het geheugen.

Bij digitale transmissie in twee richtingen over een tweedraadsverbinding is het gebruik van een echokompensator 25 noodzakelijk, omdat het signaal aan de ingang van een ontvanger bij een dergelijke tweedraadsverbinding een sterke echokomponent bevat tengevolge van het eigen zendsignaal van de bij de ontvanger behorende zender. Door nu het ontvangen signaal te verminderen met een signaal dat een zo goed mogelijke benadering is van de in het ontvangen signaal 30 aanwezige fraktie van het door de eigen zender uitgezonden signaal, het zogenaamde echosignaal, kan uit het ontvangen signaal, ondanks de daarin aanwezige sterke echokomponent, het feitelijk ontvangen signaal worden ^ Λ “ λ i ί ' y s, \ U J / < iA %> PHE.86.006 2 afgeleid. In dergelijke echokompensatoren kan gebruik worden gemaakt van een filter dat in staat is iedere lineaire korabinatie van gezonden, voorafgaande symbolen te kompenseren, een zogenaamd transversaalfilter. Deze wijze van echokompensatie is uitgebreid beschreven in N.A.M.

5 Verhoecks et al.: "Digital echo cancellation for baseband data transmission" IEEE Trans. ASSP, Vol. ASSP-27, nr. 6, december 1979, biz. 768-781. Een niet-lineaire overdrachtskarakteristiek in de signaalweg tussen de zender en de ontvanger kan echter niet door het transversale filter worden gekompenseerd en veroorzaakt restfouten met 10 een zodanige grootte dat een goede echokompensatie niet mogelijk is.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.237.463 beschrijft een echokompensator met een adaptieve regellus, waarbij gebruik gemaakt wordt van een geheugen waarin een tabel is opgeslagen met voor iedere mogelijke kombinatie van gedurende een bepaalde voorafgaande tijd 15 gezonden symbolen een specifieke korrektiewaarde in de tabel. Het een dergelijke echokompensator is het wel mogelijk om niet-lineariteiten te kompenseren, omdat het korrektiesignaal geen lineair verband behoeft te vertonen met de reeks voorafgaand gezonden symbolen. Een dergelijke echokompensator heeft echter als bezwaar dat de adaptieve regeling 20 aanmerkelijk langer nodig heeft om tot een goede kompensatiewaarde te komen dan bij toepassing van een transversaal filter, omdat een willekeurige waarde in de tabel slechts met een zeer lage frequentie wordt uitgelezen en slechts dan via de adaptieve regellus wordt gekorrigeerd.

25 Een verder bezwaar van het gebruik van een tabel met korrektiewaarden is dat in verband met het grote amplitudebereik dat de korrektiewaarden moeten kunnen bestrijken een grote geheugenruimte nodig is, hetgeen veel chip-oppervlak vraagt en de kostprijs van de chip verhoogt, terwijl daarnaast bij een groter chip-oppervlak de uitval bij 30 de fabricage hoger is.

Het Europese octrooi No. 0092569 beschrijft een adaptief filter van de in de aanhef genoemde soort, waarbij het mogelijk is naast het lineaire aandeel in het echosignaal ook een niet-lineair aandeel daarin te kompenseren. Daartoe is het adaptieve filter gesplitst in een 35 eerste en een tweede gedeelte, waarbij het eerste gedeelte een echokompensatiesignaal voor de meest recent gezonden symbolen vormt en daartoe een tabel met korrektiewaarden bevat, terwijl het tweede 3 C : 1 7 & PHE.86.006 3 gedeelte een echokompensatiesignaal voor de een langere tijd geleden gezonden symbolen vormt en daartoe een transversaal filter bevat. De achterliggende gedachte is dat de echokomponenten tengevolge van de meest recent gezonden symbolen de grootste amplituden bezitten en dat de 5 niet-lineariteiten in die komponenten een grote invloed hebben op het echosignaal, zodat voor de echokomponenten van de meest recent gezonden symbolen met behulp van een tabel een echokompensatiesignaal wordt gevormdr waarin ook de niet-lineariteiten verdisconteerd zijn. De echokomponenten tengevolge van de langer geleden gezonden symbolen 10 hebben een kleinere amplitude en de niet-lineariteiten in die komponenten hebben een relatief kleine invloed op het totale echosignaalr zodat het niet kompenseren van deze niet-lineariteiten de echokompensatie niet al te zeer verslechtert. Daarom wordt voor het vormen van een echokompensatiesignaal voor de langer geleden gezonden 15 symbolen gebruik gemaakt van een transversaal filter. Het totale echokompensatiesignaal wordt vervolgens verkregen door het sommeren van het uitgangssignaal van het filter met de tabelstruktuur en het uitgangssignaal van het transversale filter.

Al-hoewel met het adaptieve filter volgens het genoemde 20 Europese octrooi een bevredigend echokompensatiesignaal kan worden opgewekt, heeft dit filter als bezwaar dat voor het eerste gedeelte van het filter, waarin dus het echokompensatiesignaal voor de meest recent gezonden symbolen gevormd wordt, een relatief grote geheugenruimte nodig is in verband met het grote amplitudebereik dat de korrektiewaarden voor 25 de te kompenseren signalen moeten kunnen doorlopen. In verband met het grote aantal mogelijke korrektiewaarden wordt elk daarvan op zich relatief weinig benut en dus ook met een lage frequentie met behulp van de adaptieve regellus geoptimaliseerd, hetgeen de convergentiesnelheid, dat wil zeggen de snelheid waarmee het filter tot een optimaal 30 echokompensatiesignaal weet te komen, aanzienlijk verslechtert.

Daarnaast leidt, zoals reeds is toegelicht, een relatief groot geheugen voor de tabel tot kostbare chips.

De uitvinding beoogt te voorzien in een adaptief filter van voornoemde soort dat de bovenstaand uiteengezette bezwaren van het 35 filter volgens het Europese octrooi No. 0092569 niet bezit, waartoe volgens de uitvinding de adresseerketen M ingangsklemmen bezit, die gekoppeld zijn met de uitgangsklemmen 1 tot en met M van de t -'l ·> ^ .i / I ‘ PHE.86.006 4 vertragingsmiddelen, waarbij M < N, en dat de weeg- en sommeerinrichting N ingangsklemmen bezit, die gekoppeld zijn met de M aansluitklemmen van de vertragingsmiddelen.

Doordat volgens de uitvinding het filter met de 5 tabelstruktuur slechts het niet-lineaire aandeel in het echokompensatiesignaal voor de meest recent gezonden symbolen behoeft te kunnen vormen, terwijl het lineaire aandeel van die symbolen in het echosignaal door middel van een weeg- en sommeerinrichting wordt gekompenseerd, behoeven de korrektiewaarden in de tabel slechts een 10 klein amplitudebereik te kunnen doorlopen, waardoor iedere korrektiewaarde relatief dikwijls wordt geadresseerd en via de adaptieve regellus wordt geoptimaliseerd, zodat de convergentiesnelheid van het filter met de tabelstruktuur hoog is, terwijl daarnaast de benodigde geheugenruimte en dus het chip-oppervlak voor dit geheugen klein 15 gehouden kan worden.

De uitvinding zal in het hierna volgende nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naar de tekening; hierin toont de figuur een blokschema van een zend/ontvangstelsel voor het via één geleiderpaar bedrijven van 20 digitale communicatie in duplexvorm. In het zend/ontvangstelsel worden de te verzenden digitale symbolen via een lijn 1 toegevoerd aan een zendversterker 2, aan de uitgang waarvan het te verzenden signaal s aanwezig is, welk signaal gekoppeld is met een eerste aansluitklem van een vorkschakeling 3. Met een tweede klem van de vorkschakeling 3 is een 25 geleiderpaar 4 verbonden, via hetwelk gelijktijdig symbolen worden overgedragen naar en een signaal s' wordt ontvangen van een ander, niet getoond, zend/ontvangstelsel.

Door de vorkschakeling 3 wordt een relatief sterk echosignaal e rechtstreeks doorgelaten van de eerste aansluitklem naar 30 een derde aansluitklem, die gekoppeld is met het ontvangstgedeelte van het zend/ontvangstelsel. Via deze derde aansluitklem wordt het signaal s'+e overgedragen naar een analoog-digitaal omzetter 5, die het als een analoog signaal te beschouwen signaal s'+e omzet in een digitaal signaal. Dit digitale signaal is gekoppeld met een ingangsklem van een 35 aftrekketen 6, aan de andere ingangsklem waarvan op onderstaand nader toe te lichten wijze een zo goed mogelijke benadering ê van het echosignaal e als echokompensatiesignaal wordt toegevoerd, opdat aan de a s η n o -i 7

V J <* 'J .-J j J

* -Hi PHE.86.006 5 uitgang van de keten 6 een signaal aanwezig is dat zo goed mogelijk gelijk is aan het signaal s', welk signaal via een lijn 7 wordt toegevoerd aan een niet getoonde ontvanger.

Alhoewel in het blokschema een analoog-digitaal omzetter 5 5 getoond is, is het ook mogelijk deze weg te laten en het digitale echokompensatiesignaal ê via een digitaal-analoog omzetter toe te voeren aan keten 6, terwijl het analoge signaal s'+e rechtstreeks aan keten 6 wordt toegevoerd, zodat aan de uitgang van keten 6 een signaal s' in analoge vorm aanwezig is dat vervolgens kan worden bemonsterd en 10 gedigitaliseerd, waarna het digitale signaal kan worden toegevoerd aan de ontvanger en aan de onderstaand nader te bespreken adaptieve regellus.

Een niet-lineaire overdrachtskarakteristiek van de zendversterker 2 en/of de vorkschakeling 3 en de analoog-digitaal 15 omzetter 5, indien deze laatste aanwezig is, is er verantwoordelijk voor dat het signaal e niet alleen een lineair aandeel bevat, dat in lineair verband staat met de N tevoren gezonden symbolen, maar dat het signaal e ook een niet-lineair aandeel bevat.

Het adaptieve filter dat het signaal ê opwekt is 20 volgens de uitvinding ingericht om voor zowel het lineaire aandeel als voor het niet-lineaire aandeel van het echosignaal een geschikt echokompensatiesignaal op te wekken.

In de onderstaande beschrijving zal aangenomen worden dat voor het opwekken van het echokompensatiesignaal de invloed van N 25 tevoren gezonden symbolen in aanmerking moet worden genomen, waarbij N proefondervindelijk bepaald is en afhangt van de specifieke opbouw van het zend/ontvangstelsel en van de gestelde kwaliteitseisen.

Het adaptieve filter omvat een vertragingsketen 8, bijvoorbeeld een schuifregister, met N uitgangen, waarbij aan iedere 30 uitgang één van de N tevoren gezonden symbolen aanwezig is, met aan de eerste uitgang het meest recent gezonden symbool.

Met de N uitgangen van de vertragingsketen 8 zijn respektievelijk de N ingangen verbonden van een op zich bekende weeg- en sommeerinrichting 9.

35 De kombinatie van vertragingsketen 8 en de weeg- en sommeerinrichting 9 vormt in feite een transversaal filter en is in staat om aan de uitgang van de inrichting 9 een signaal af te geven dat ' : ·' H J 7 • v* <>· PHE.86.006 6 een lineaire kombinatie is van de N tevoren gezonden symbolen, waarbij elk van deze symbolen in de weeg- en sommeerinrichting vermenigvuldigd is met een specifieke coëfficiënt, omdat vanzelfsprekend het aandeel van een kortgeleden gezonden symbool in het echokompensatiesignaal 5 aanzienlijk zwaarder gewogen moet worden dan bijvoorbeeld de invloed van het symbool dat N perioden geleden verzonden werd. De coëfficiënten in de weeg- en sommeerinrichting 9 worden door middel van de adaptieve regellus voortdurend geoptimaliseerd.

De eerste Μ (M < N) uitgangen van de vertragingsketen 8 10 zijn tevens verbonden met respektievelijk M ingangen van een adresseerketen 10, die uit de M aangeboden symbolen een adres vormt voor een geheugen 11, bijvoorbeeld een RAM. In dit geheugen is voor iedere kombinatie van M symbolen een geschikte korrektiewaarde opgeslagen voor de eerste M symbolen in het echokompensatiesignaal, waarbij in principe 15 in het geheugen voor elk van de M symbolen slechts een kompensatiesignaal voor het niet-lineaire aandeel van de eerste M symbolen in het echosignaal is opgeslagen.

Er is hierbij uitgegaan van het feit dat slechts de niet-lineariteiten in de meest recente H symbolen in het echosignaal 20 kompensatie behoeven, omdat de niet-lineariteiten in de langer geleden gezonden symbolen M+1 tot N geen noemenswaardige invloed op het echosignaal hebben en derhalve geen kompensatie behoeven.

Het uitgangssignaal van geheugen 11, het signaal êniini en dat van de weeg- en sommeerinrichting 9, het signaal 25 êj^n, worden in een optelketen 12 gesommeerd en als het echokompensatiesignaal ê toegevoerd aan aftrekketen 6.

Om de coëfficiënten in de weeg- en sommeerinrichting 9 en de korrektiewaarden in het geheugen 11 voortdurend te optimaliseren is op zich bekende wijze voorzien in een adaptieve regellus met een 30 keten 13. De werking van een dergelijk keten is bekend uit het eerder genoemde artikel van Verhoeckx alsmede uit het Europese octrooi No. 0092569.

De keten 13 ontvangt aan een viertal ingangsklemmen respektievelijk het signaal van lijn 1, het signaal van lijn 7, de 35 gebruikte coêfficiëntwaarden van keten 9 voor het meest recent gevormde korrektiesignaal ê^n en de gebruikte korrektiewaarde van geheugen 11 voor het meest recent gevormde korrektiesignaal ê^n.

·=Ί "V Λ .Λ ή “'"I

ύ b j J

& -9 * PHE.86.006 7

Aan de hand hiervan bepaalt keten 9 een nieuwe reeks van N coëfficiënten voor de weeg- en sommeerinrichting 9 alsmede een nieuwe korrektiewaarde ter vervanging van de gebruikte korrektiewaarde in geheugen 11. Omdat geheugen 11 slechts een relatief klein aantal 5 korrektiewaarden behoeft te bevatten, worden de afzonderlijke korrektiewaarden in het geheugen relatief dikwijls uitgelezen en dus ook door middel van keten 13 aangepast, omdat bovendien de korrektiewaarden voor het niet-lineaire aandeel in het echosignaal een relatief klein amplitudegebied behoeven te kunnen doorlopen, is de convergentiesnelheid 10 van het totale filter hoog.

Doordat de adaptieve regellus gelijktijdig de coëfficiënten in de weeg- en sommeerinrichting 9 en de korrektiewaarde in het geheugen 11 optimaliseert, betekent dit dat deze worden geoptimaliseerd naar een gezamenlijke eindwaarde, met als gevolg 15 dat het geheugen, zolang daar ruimte voor is, een deel van de taak van het lineaire filter over kan nemen. Dit laatste is echter op geen enkele wijze bezwaarlijk.

- ' - « > "j ? -/ .w

Claims

PHE.86.006 8 Adaptief filter voor het vormen van een echokompensatiesignaal in een zend/ontvangstelsel ingericht voor het in duplexvorm bedrijven van digitale communicatie over een enkel geleiderpaar, welk filter vertragingsmiddelen omvat met N 5 aansluitklemmen voor het ontvangen en vertragen van de N meest recent gezonden symbolen, een adresseerketen met een eerste aantal ingangsklemmen waarvan elk gekoppeld is met steeds één van een tevoren bepaalde eerste reeks aansluitklemmen van de vertragingsmiddelen, welke adresseerketen is ingericht om uit de aan de 10 ingangsklemmen aangeboden signalen een adres te vormen voor een geheugen, waarin voor elk van deze adressen steeds een eerste korrektiesignaal is opgeslagen, een weeg- en sommeerinrichting met een tweede aantal ingangsklemmen, waarvan elk gekoppeld is met steeds een van een tevoren bepaalde tweede reeks aansluitklemmen van de 15 vertragingsmiddelen, welke inrichting is ingericht om elk van de aan de ingangsklemmen aangeboden ingangssignalen te vermenigvuldigen met een bepaalde specifieke coëfficiënt om een tweede korrektiesignaal te verschaffen, dat de som is van alle met de specifieke coëfficiënt vermenigvuldigde signalen aan de ingangsklemmen ervan, middelen voor het 20 sommeren van het eerste korrektiesignaal en het tweede korrektiesignaal en middelen voor het adaptief regelen van de coëfficiënten in de weeg- en sommeerinrichting en de korrektiewaarden in het geheugen, met het kenmerk, dat de adresseerketen M ingangsklemmen bezit, die gekoppeld zijn met de uitgangsklemmen 1 tot en met M van de vertragingsmiddelen, 25 waarbij M < N, en dat de weeg- en sommeerinrichting N ingangsklemmen bezit, die gekoppeld zijn met de N aansluitklemmen van de vertragingsmiddelen. ! · : .