DE68916073T2

DE68916073T2 - Echokompensator.

Info

Publication number: DE68916073T2
Application number: DE68916073T
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Inoue; Yoshinori Tanaka; Shigeyuki Unagami
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-03-17
Filing date: 1989-03-17
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2009-03-18
Also published as: US5528687A; EP0333227B1; ES2056986T3; EP0333227A3; AU601104B2; CA1338218C; EP0333227A2; AU3135489A; DE68916073D1; ATE107444T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Echokompensator, welcher aufweist:
eine Erzeugungseinrichtung für ein erwartetes Echo, welche ein erwartetes Echo eines Sendesignals erzeugt, und eine Frequenzoffsetkorrektureinrichtung, welche einen Phasenfehler zwischen einem Echo in einem empfangenen Signal und einem erwarteten Echo der Erzeugungseinrichtung für ein erwartetes Echo feststellt und den Frequenzoffset für das erwartete Echo durch eine Offsetfrequenz korrigiert, die auf der Grundlage des so erfaßten Phasenfehlers berechnet wird,
eine erste Subtrahiereinrichtung zum Subtrahieren des erwarteten Echos nach der Offsetkorrektur durch die Frequenzoffsetkorrektureinrichtung von dem empfangenen Signal, um das Echo in dem empfangenen Signal zu unterdrücken,
wobei die Frequenzoffsetkorrektureinrichtung aufweist:
eine Echopegeldetektoreinrichtung,
eine Normierungseinrichtung, welche den Phasenfehler entsprechend dem Fehlerpegel normiert, der von der Echopegeldetektoreinrichtung festgestellt wird, und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des erwarteten Echos mit der berechneten Offsetfrequenz auf der Grundlage des Phasenfehlers, der durch die Normierungseinrichtung normiert wurde, wobei der Echokompensator einen Nah-Echokompensator und einen Fern-Echokompensator aufweist, wobei die voranstehend erwähnte Frequenzoffsetkorrektur bei dem Fernechokompensator durchgeführt wird.
In einem Vollduplexkommunikationssystem, welches das voranstehend erwahnte Zweidraht-Vollduplexdatenmodem verwendet, wird eine Hybridschaltung für die Zweidraht/Vierdrahtumwandlung in dem Datenmodem und der Vermittlung eingesetzt. An dem Abschnitt, in welchem diese Hybridschaltung vorgesehen ist, kehrt wie nachstehend erwähnt, ein Nah-Echo und ein Fern-Echo zum sendeseitigen Modem zurück und stört die normale Kommunikation. Ein Echokompensator wird zur Ausschaltung dieser Kommunikationsstörung verwendet.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Eines der technischen Probleme bei konventionellen Echokompensatoren stellte der Frequenzoffset dar, der im einzelnen nachstehend erläutert wird. Dies ist ein nur bei einem Frequenzunterteilungsmultiplex- Kommunikationssystem (FDM) auftretendes Problem. Wird das Echo auch unter Berücksichtigung dieses Frequenzoffsets kompensiert, so läßt sich eine hohe Qualität der Echokompensierung erreichen. Daher wurde in der Vergangenheit eine Frequenzoffsetkorrekturschaltung in die Echokompensatoren eingebaut.
Allerdings können die Echokompensatoren im Stand der Technik nicht den Frequenzoffset für sämtliche Fernechocharakteristiken korrigieren. Unter diesem Gesichtspunkt besteht ein erstes Problem darin, daß ein Echokompensator mit ausreichend hoher Qualität nicht realisiert werden kann.
Darüber hinaus muß ein Echokompensator zwei Echos verarbeiten, nämlich getrennt das Nah-Echo und das Fern-Echo, jedoch besteht in der Praxis ein zweites Problem, da die beiden Echos gleichzeitig zum sendeseitigen Modem zurückkehren, wobei das niedrigpegelige Fern-Echo in dem hochpegeligen Nah-Echo verborgen ist, und diese beiden daher schwierig zu unterscheiden sind. Dieses zweite Problem macht die Lösung des voranstehend erwähnten ersten Problems äußerst schwierig. Der Grund hierfür liegt darin, daß das voranstehend erwähnte erste Problem nur durch das Fern-Echo hervorgerufen wird und überhaupt nichts mit dem Nah-Echo zu tun hat.
Aus IEEE transactions on communications, Band COM-34, Nr. 4, April 1986, Seiten 408-411, IEEE, New York, USA, O. Macchi et al: "An Echo Canceller with Controlled Power for Frequency Offset Correction" ist es bekannt, daß in einem phasenadaptiven Echokompensator der Phasenfehler mit der Echoleistung normiert werden sollte. Da das Echosignal nicht direkt verfügbar ist, da es durch das empfangene Signal gestört ist, wird allerdings nach dem Vorschlag dieses Dokuments stattdessen das Ausgangssignal des Echokompensators verwendet, welches zum Echosignal konvergiert. Ein ähnliches Gerät ist bekannt aus IEEE transactions on communications, Band com-35, Nr. 8, August 1987, Seiten 865-867, IEEE, New York, USA, Kyohopark et al: "A Phase Adaptive Echo Canceller With Reduced Sensitivity to Power Variations".

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Echokompensators, welcher den Frequenzoffset für die Fern-Echocharakteristiken korrigieren kann, und welcher die Fern-Echocharakteristiken von den Nah-Echocharakteristiken unterscheiden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel durch die Echopegeldetektoreinrichtung erzielt, welche die Größe des Echos in dem empfangenen Signal während einer Trainingsperiode erfaßt; und durch eine Starteinrichtung zur Bereitstellung eines Startsignals, so daß das Training des Nah- und Fern-Echokompensators dadurch durchgeführt wird, daß zuerst das Training nur des Nah-Echokompensators begonnen wird, und dann das Training des Fern-Echokompensators begonnen wird.
Um das voranstehend genannte Ziel zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung zunächst so aufgebaut, daß sie den Pegel des Echos in einem empfangenen Signal ermittelt, den Phasenfehler zwischen dem erwarteten Echo und dem tatsächlichen Echo unter Verwendung des ermittelten Echopegels normiert, und die Offsetfrequenz berechnet, welche korrigiert werden soll, unter Verwendung des normierten Phasenfehlers, und
ist zweitens so ausgebildet, daß sie eine Kompensierung des Nahechos während eines Trainingsterms zum Kompensieren des Nah-Echos und Fern-Echos beginnt, und das Kompensieren des Fern-Echos beginnt, wenn keine Änderungen des Pegels des Nah-Echos mehr auftreten.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Das voranstehende Ziel und die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch deutlicher. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Zweidraht-Vollduplexkommunikationssystem
Fig. 2 ein Signalformdiagramm, welches die Impulsantwort eines Echos zeigt;
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Beispiels für den Aufbau eines Datenmodems, welches mit einem konventionellen Echokompensator versehen ist;
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Beispiels für den Aufbau einer konventionellen Frequenzoffsetkorrekturschaltung;
Fig. 5 ein Blockschaltbild des Prinzips einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ein Blockschaltbild von Einzelheiten eines Echokompensators bei der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine Ansicht des konkreten Aufbaus einer Offsetfrequenzberechnungsschaltung 82;
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Echokompensators auf der Grundlage der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ein Blockschaltbild des Prinzips einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ein Blockschaltbild, welches im einzelnen eine Starteinrichtung 140 von Fig. 9 zeigt;
Fig. 11 ein Schaltbild von Einzelheiten eines Echokompensators bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12A, 12B und 12C Signalformdiagramme unterschiedlicher Abschnitte der Trainingsstarteinrichtung zur Erläuterung des Betriebs der Schaltung von Fig. 11;
Fig. 13 ein Blockschaltbild des Prinzips einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 ein Schaltbild der dritten Ausführungsform, wobei die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in den Echokompensator von fig. 6 eingebaut ist;
Fig. 15 ein Schaltbild zur Erläuterung des Verstärkungsschalters, der allgemein bei Echokompensatoren verwendet wird;
Fig. 16 eine Ansicht des Schaltungsaufbaus, wenn die Starteinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform in einen Echokompensator eingebaut ist, welcher einen Verstärkungsschalter aufweist; und
Fig. 17 eine Ansicht des Aufbaus, wenn die dritte Ausführungsform in einen Echokompensator mit einem Verstärkungsschalter eingebaut wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Vor einer Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden der Stand der Technik und die dort auftretenden Nachteile unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren beschrieben.
Ein Beispiel für den Aufbau eines Vollduplexkommunikationssystems unter Verwendung einer Zweidrahtschaltung ist in Fig. 1 dargestellt. In der Figur weist das Datenmodem 10 auf der eigenen Seite eine Modulationsschaltung (MOD) 11 auf, eine Hybridschaltung (HYB) 12, eine Leitungsnachbildung (BN) 13, und eine Demodulationsschaltung (DEM) 14, und ist in einer Vermittlung für die eigene Seite durch eine Zweidraht-Teilnehmerleitung 15 aufgenommen. Die Vermittlung 20 ist mit einer Hybridschaltung 22 und einer Leitungsnachbildung (BN) 23 versehen, und ist an die Vermittlung 30 der anderen Seite über eine Vierdrahtübertragungsleitung 24 durch die Hybridschaltung 22 angeschlossen. Die Vermittlung 30 der anderen Seite ist mit einer Hybridschaltung (HYB) 32 und einer Leitungsnachbildung (BN) 33 versehen, und nimmt das Datenmodem 40 der anderen Seite durch eine Zweidraht-Teilnehmerleitung 34 auf. Das Datenmodem 40 umfaßt eine Modulationsschaltung (MOD) 41, eine Hybridschaltung (HYB) 42, eine Leitungsnachbildung (BN) 43, und eine Demodulationsschaltung (DEM) 44. Es wird darauf hingewiesen, daß ein System dargestellt ist, welches ein V.32-Modem verwendet.
In dem Kommunikationssystem werden die Hybridschaltungen 12, 22, 32 und 42 für die Zweidraht-Vierdraht-Umwandlung in dem Datenmodem und der Vermittlung eingesetzt, wenn jedoch die Impedanzen der Teilnehmerleitungen 15 und 34 und der Leitungsnachbildungen 13, 23, 33 und 43, die an diese Hybridschaltungen angeschlossen sind, nicht ausgeglichen sind, so wird infolge eines Kriechverlustes des übertragenen Signals ein Echo hervorgerufen. Dies führt dazu, daß das übertragene Signal, welches von dem Modem 10 der eigenen Seite gesendet wird, zu einem Echo wird und zum Modem der eigenen Seite zurückkehrt, so daß es die normale Kommunikation stört.
Abhängig vom Ort ihrer Erzeugung umfassen Echos Nah-Echos, die durch die Kriechverluste des übertragenen Signals hervorgerufen werden, welches von dem Modem 10 zur Empfängerseite durch die Hybridschaltung 12 in dem Modem 10 geschickt werden, und Fern-Echos, die durch die Kriechverluste des übertragenen Signals hervorgerufen werden, welches die entfernte Vermittlung 30 an der anderen Seite erreicht, zur Schaltung der gegenüberliegenden Seite durch die Hybridschaltung 32. Für eine Vollduplexkommunikation, die keine Datenfehler in dem Modem 10 aufweist, müssen sowohl die Fern-Echos als auch die Nah-Echos ausreichend unterdrückt werden.
Ein Beispiel für die Impulsantwort von Nah-Echos und Fern-Echos ist in Fig. 2 dargestellt. In der Figur zeigt die Horizontalachse den Betrag der Verzögerung von der Übertragung des übertragenen Signals bis zur Erzeugung von Echo, während die Vertikalachse den Amplitudenpegel des Echos zeigt. Wie aus der Figur hervorgeht, weist das Nah-Echo einen vergleichsweise hohen Pegel auf, und das Ausmaß der Verzögerung ist gering. Dagegen gelangt das Fern-Echo durch die Übertragungsleitung 24, so daß das Ausmaß der Verzögerung groß ist, so daß beispielsweise im Falle eines direkten Hin-Rück-Satellitenübertragungsweges ein Verzögerungsbetrag von etwa 600 ms auftritt, und der Pegel klein ist. Darüber hinaus weist das Fern-Echo manchmal einen Frequenzoffset auf.
Ein Echokompensator ist als Einrichtung zum Unterdrücken von Echos bekannt. Ein Echokompensator berechnet dasselbe Echo (erwartete Echo) als das Nachhallecho und subtrahiert dieses von dem empfangenen Signal, um so das Echo zu unterdrücken. Ein Beispiel für den konventionellen Aufbau eines Vollduplezmodems, welches mit einem derartigen Echokompensator versehen ist, ist in Fig. 3 dargestellt.
In Fig. 3 werden die Übertragungsdaten durch eine Modulationsschaltung (MOD) 53 durch einen Scrambler 51 und eine Datensymbolerzeugungsschaltung 52 moduliert, und dann durch eine Hybridschaltung (HYB) 12 auf eine Zweidraht-Teilnehmerleitung 15 übertragen. Weiterhin wird das Empfangssignal, welches von der Teilnehmerleitung 15 empfangen wird, in die Demodulationsschaltung (DEM) 77 über eine Analog/Digitalwandlerschaltung (A/D) 56 und Subtraktionsschaltungen 72 und 77 zum Demodulieren eingegeben, und dann als empfangene Daten verwendet, durch die automatische Entzerrerschaltung (EQL) 58, eine Codeentscheidungsschaltung 59, sowie einen Entscrambler 60.
Die Echokompensatoreinheit weist einen Nach-Echokompensator 70 für das Nah-Echo und einen Fern-Echokompensator 74 für das Fern-Echo auf. Vor dem Fern-Echokompensator 74 ist eine Gruppenverzögerungsschaltung 73 angeordnet, um die Übertragungsverzögerung des Fern-Echos zu kompensieren, und dahinter ist eine Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 zur Korrektur des Frequenzoffsets vorgesehen.
Der Nah-Echokompensator 70 erzeugt dasselbe Signal wie das Nah-Echo, auf der Grundlage des Übertragungssignals, legt an dieses dieselbe Modulation an wie durch die Modulationsschaltung 53, und zwar mit der Modulationsschaltung 71, und subtrahiert dies dann von dem empfangenen Signal durch die Subtraktionsschaltung 72, um so das Nah-Echo in dem empfangenen Signal zu kompensieren. Weiterhin verzögert der Fern-Echokompensator 74 das Übertragungssignal durch den Betrag der Verzögerung des Fern-Echos mit Hilfe der Gruppenverzögerungsschaltung 73, erzeugt dann dasselbe Signal wie das Fern-Echo auf der Grundlage dieses Übertragungssignals, führt mit Hilfe der Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 einen Frequenzoffset bei diesem Signal durch, legt dann dieselbe Modulation an wie bei der Modulationsschaltung 53, und subtrahiert das Ergebnis von dem empfangenen Signal durch die Subtraktionsschaltung 77, um das Fernecho in dem empfangenen Signal zu kompensieren. Die Einstellkoeffizienten des Nah-Echokompensators 70 und des Fern-Echokompensators 74 erfahren eine adaptive Kontrolle auf der Grundlage des Fehlersignals e des Ausgangs der Subtraktionsschaltung 77.
Die Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 korrigiert den Frequenzoffset, der infolge der Abweichung der Modulationsfrequenz und der Demodulationsfrequenz für den Frequenzunterteilungs-Multiplexbetrieb in einer Vermittlung auftritt, und ist nur für das Fern-Echo erforderlich, welches durch die Vermittlung auf der entgegengesetzten Seite gelangt.
Ein Beispiel für den Aufbau einer konventionellen Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 ist in Fig. 4 dargestellt. Wie dargestellt, ist hierbei eine Phasenschieberschaltung 83 vorgesehen, welche ein Ausgangssignal n von dem Fern-Echokompensator 74 um einen Phasendrehungsbetrag n dreht und ein erwartetes Fern-Echosignal yn' erzeugt, eine Phasenfehlerantnehmeschaltung 81, welche einen Phasenfehler e zwischen dem erwarteten Fernfehlersignal n' und einem Fehlersignal en entnimmt, sowie eine Offsetfrequenzberechnungsschaltung 82, welche die Offsetfrequenz auf der Grundlage des Phasenfehlers e berechnet und einen Phasendrehungsbetrag n ausgibt, um so den Phasenfehler e zu Null zu machen.
Diese Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 entnimmt den Phasenfehler e unter Verwendung des erwarteten Fern-Echos n, welches durch Korrektur des Frequenzoffsets in bezug auf das Ausgangssignal n des Fern-Echokompensators 74 erhalten wird, des empfangenen Signals Yn, oder des Fehlersignals en, welches durch Subtraktion des erwarteten Fern-Echos n' von dem empfangenen Signal yn erhalten wird, korrigiert die berechnete Offsetfrequenz mit diesem Phasenfehler e, und verwendet das Ergebnis als den Korrekturwert für den nächsten Abtastwert n+1. Der voranstehende Betriebsablauf wird bei jeder Abtastung wiederholt, wodurch eine adaptive Korrektur des Frequenzoffsets durchgeführt wird.
Hierbei wird das Ausgangssignal n des Fern-Echokompensators 74 in der Phase um exakt einen Phasendrehbetrag n von der Offsetfrequenzberechnungsschaltung 82 durch die Phasenschieberschaltung 83 gedreht, und das erwartete Fern-Echosignal n' erzeugt. Das erwartete Fern-Echo n' wird von dem empfangenen Signal rn, welches das Fern-Echo n' umfaßt, mit einem Frequenzoffset durch eine Subtraktionsschaltung 77 subtrahiert, wodurch das Fern-Echo yn' kompensiert wird.
Die Phasenfehlerentnehmeschaltung 81 entnimmt den Phasenfehler e zwischen dem momentanen Fern-Echo yn' und dem erwarteten Fern-Echo n' von dem Fehlersignal en mit dem erwarteten Fern-Echo n', und die Offsetfrequenzberechnungsschaltung 82 führt eine Berechnung der korrekten Offsetfrequenz durch, auf der Grundlage des Phasenfehlers e, und ermittelt den Phasendrehungsbetrag n+1 in bezug auf den nächsten Abtastwert n+1.
Nachstehend erfolgt eine Erläuterung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bekanntlicherweise unterscheidet sich im allgemeinen die Größe des Fern-Echos yn' in dem empfangenen Signal rn im Wert für jede Leitung, an welche das Modem angeschlossen ist. Dies liegt daran, daß der Übertragungsverlust bei jeder Leitung unterschiedlich ist.
Andererseits hängt die Größe des Phasenfehlers e, der von der Phasenfehlerentnahmeschaltung 81 in der Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 entnommen wird, von der Größe des Fern-Echos yn' in dem empfangenen Signal rn ab (proportional zur Fern-Echoleistung oder der Fern-Echoamplitude), und daher wird der berechnete Offsetwert der Offsetfrequenzberechnungsschaltung 82 ebenfalls durch den Pegel des Fern-Echos yn' beeinflußt. Dies führt dazu, daß die Eigenschaften der Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 von der angeschlossenen Leitung beeinflußt werden, also der Größe des Fern-Echos yn' in dem empfangenen Signal. Wenn beispielsweise der Pegel des Fern-Echos yn' klein ist, so ist eine korrekte Frequenzoffsetkorrektur nicht möglich, wird die Nachlaufgeschwindigkeit geringer, oder entstehen andere Schwierigkeiten.
Daher besteht das erste Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine stabile Frequenzoffsetkorrektur von Fern-Echos zu ermöglichen, welche nicht von den Pegelvariationen der Fern-Echos abhängt.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild des Prinzips einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Echokompensator gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mit einer Erzeugungsschaltung 101 für den erwarteten Fehler versehen, welches einen erwarteten Fehler eines Übertragungssignal erzeugt, sowie mit einer Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75. Die Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 weist eine Phasenfehlererfassungsschaltung 105 auf, welche den Phasenfehler zwischen dem Echo in dem empfangenen Signal und dem erwarteten Echo der Erzeugungsschaltung 101 für das erwartete Echo ermittelt, eine Korrekturschaltung 106, welche den Frequenzoffset des erwarteten Echos mit dem Frequenzoffset korrigiert, der auf der Grundlage des Phasenfehlers berechnet wird, eine Echopegelerfassungsschaltung 103, welche die Größe des Echos in dem empfangenen Signal erfaßt, und eine Normierschaltung 104, welche den Phasenfehler mit dem Echopegel normiert, welcher von der Echopegelerfassungsschaltung 103 ermittelt wird. Das Echo in dem empfangenen Signal wird unter Verwendung des erwarteten Echos unterdrückt, nach einer Korrektur des Offsets durch die Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75.
Der von der Phasenfehlererfassungsschaltung 105 ermittelte Phasenfehler unterscheidet sich bezüglich seiner Größe entsprechend Variationen des Echopegels in dem empfangenen Signal. Diese Variation stört die normale Berechnung der Offsetfrequenz. Daher wird der Echopegel verwendet, der von der Echopegelerfassungsschaltung 103 ermittelt wird, wird der Phasenfehler durch die Normierschaltung 104 normiert, und wird die Offsetfrequenz auf der Grundlage des normierten Phasenfehlers berechnet. Die auf diese Weise berechnete Offsetfrequenz wird zur Korrektur des Frequenzoffsets des erwarteten Echos verwendet, und dann wird das erwartete Echo zur Kompensation des Echos in dem empfangenen Signal eingesetzt.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild von Einzelheiten eines Echokompensators gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Figur umfaßt die Übertragungsschaltung einen Scrambler 51, eine Datensymbolerzeugungsschaltung 52, ein Signalformungsfilter 55, eine Modulationsschaltung 53, eine D/A-Wandlerschaltung 54 und eine Hybridschaltung 12. Die Empfangsschaltung weist eine Hybridschaltung 12 auf, eine A/D-Wandlerschaltung 56, Subtrahierschaltungen 72 und 77, eine Demodulationsschaltung 57, eine automatische Entzerrerschaltung 58, eine Codeentscheidungsschaltung 59 und einen Entscrambler 60.
Das komplexe Übertragungssignal n, welches von der Datensymbolerzeugungsschaltung 52 in der Übertragungsschaltung ausgegeben wird, wird durch die Modulationsschaltung 61 in den Nah-Echokompensator 70 eingegeben, und zusammen hiermit über die Gruppenverzögerungsschaltung 73 eingegeben, welche die Verzögerung des Fern-Echos zum Fern-Echokompensator 74 korrigiert. Hierbei bezeichnet der Index "n" die Abtastnummer. Weiterhin bezeichnet die Unterstreichung eine Vektorgroße. Das Ausgangssignal des Fern-Echokompensators 70 wird in die Subtrahierschaltung 72 eingegeben, wo es von dem empfangenen Signal subtrahiert wird. Das Ergebnis wird zum Kompensieren des Nah-Echos in dem empfangenen Signal verwendet.
Andererseits wird das Ausgangssignal n des Fern-Echokompensators 74 über die Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 in die Subtrahierschaltung 77 eingegeben, in welchem es von dem empfangenen Signal subtrahiert wird, wodurch das Fern-Echo yn, in dem empfangenen Signal rn kompensiert wird. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die Modulationsschaltung 61 dieselbe Modulation durchführt wie die Modulationsschaltung 53 beim Eingangssignal.
Der Nah-Echokompensator 70, der Fern-Echokompensator 74 und die Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 sind so ausgebildet, daß sie adaptiv durch das Fehlersignal en gesteuert werden, welches von der Subtrahierschaltung 77 ausgegeben wird.
Die Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 ist mit der voranstehend geschilderten Phasenfehlerentnahmeschaltung 115 versehen, mit der Offsetfrequenzberechnungsschaltung 82, der Phasenschieberschaltung 83, sowie mit einer Fern-Echoleistungsmeßschaltung 113, welche die Signalleistung y2 des Fern-Echos yn' in dem empfangenen Signal rn mißt, sowie mit einem Teiler 114, welcher eine Normierschaltung 104 bildet, die den Phasenfehler e von einem Multiplizierer 115 normiert, der eine Phasenfehlerentnahmeschaltung 105 unter Verwendung einer Fern-Echoleistung y² bildet, die von der Fern-Echoleistungsmeßschaltung 113 gemessen wird. Die Offsetfrequenzberechnungsschaltung 82 ist so ausgelegt, daß sie eine Berechnung der Offsetfrequenz unter Verwendung des Phasenfehlers e durchführt, der durch die Normierschaltung 114 normiert wird.
Nachstehend wird der Betriebsablauf der Vorrichtung von Fig. 6 erläutert.
Der Echokompensator wird durch einen Nah-Echokompensator 70 und einen Fern-Echokompensator 74 gebildet. Die Echokompensatoren 70 und 74 empfangen als Eingangsgröße das komplexe Symbol n', welches durch Drehung des komplexen Übertragungssignals n = Xn + jyn des Basisbands bei der Trägerfrequenz ωc durch die Modulationsschaltung 61 erhalten wird. Es gilt daher
n' = n . exp (-jωc . nT) (1)
Hierbei ist ωc die Trägerfrequenz und 1/T die Modulationsgeschwindigkeit. Es wird darauf hingewiesen, daß der Fern-Echokompensator 74 als Eingangsgröße ein Signal empfängt, welches durch die Gruppenverzögerungsschaltung 73 um exakt denselben Verzögerungsbetrag des Fern-Echos yn' verzögert wird, welcher vorher gemessen wird.
Bei der nachstehenden Form der Eingangsdatenvektorsequenz
und bei dem nachstehend angegebenen Einstellkoeffizientenvektor
gibt der Fern-Echokompensator 74 den Ausgangsvektor yn aus, der auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung (4) berechnet wird.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß N ein Einstellkoeffizient ist, und das Dach "^" den berechneten Wert bezeichnet.
Das Ausgangssignal n des Fern-Echokompensators 74 wird nunmehr in die Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 eingegeben und um exakt den Phasendrehbetrag n der Offsetfrequenzberechnungsschaltung 82 gedreht, und zwar durch die Phasenschieberschaltung 83 der Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75. Nimmt man hiervon den Imaginärteil, so wird das erwartete Fern-Echo yn' erzeugt. Daher gilt
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß der Einstellkoeffizientenvektor des Fern-Echokompensators 74 adaptiv gesteuert wird, auf der Grundlage des Fehlersignals en.
en =rn - n' (6)
Hierbei ist rn das empfangene Signal nach der Kompensation des Nah-Echos.
Andererseits empfängt der Phasenfehlerentnahmemultiplizierer 115 als Eingangsgröße das erwartete Fern-Echo n' und das empfangene Signal rn. Durch Ermittlung von deren Produkt ergibt sich der Phasenfehler n des Fern-Echos yn', also die Phasenverschiebung zwischen dem momentanen Fern-Echo yn' und dem erwarteten Fern-Echo n'.
Daher gilt
Hierbei bezeichnet ξn Signalkomponenten, abgesehen vom Fern-Echo, beispielsweise Rauschen, verbleibendes Nah-Echo, und Ferndatensignal.
In der voranstehenden Gleichung (7) wird das momentane Fern-Echo yn' ausgedrückt durch
yn' = yn cos n - yn* sin
Hierbei ist yn das Ausgangssignal des Echoweges, welches keinen Frequenzoffset aufweist, yn* die Hilbert-Transformierte von yn', n = ω&sub0;.nT, und ω&sub0; die Offsetwinkelfrequenz. Daher wird das momentane Fern-Echo yn' als das Ausgangssignal yn des Echoweges betrachtet, welches keinen Frequenzoffset aufweist, und eine Einseitenbandmodulation bei der Offsetfrequenz ω&sub0; erfahren hat.
Falls die Berechnung der Übertragungseigenschaften des Echo-Weges durch den Echokompensator als erfolgreich durchgeführt angesehen wird, gilt hierbei folgende Approximation: yn ≈ yn , yn* ≈yn*, so daß Gleichung (7) wie nachstehend angegeben approximiert werden kann:
Hierbei ergibt sich der Schätzwert E[ e) des Phasenfehlers e auf die nachstehend angegebene Weise, infolge der Tatsache, daß ynyn* nichtkorrelierte Signale sind.
Wie aus Gleichung (9) hervorgeht, ist der Phasenfehler e proportional zum Phasenfehler ( n - n) zwischen dem erwarteten Fern-Echo n' und dem momentanen Fern-Echo yn' und ist weiterhin proportional zur Fern-Echoleistung Y² (der zeitliche Mittelwert von Y.R = 0). Wenn daher der Pegel des Fern-Echos klein ist, so wird der Phasenfehler e klein, so daß die Möglichkeit besteht, daß die Frequenzoffsetberechnung nicht zufriedenstellend verläuft.
Aus diesem Grund wird die Fern-Echoleistung Y² aus dem empfangenen Signal rn vorher durch die Fern-Echoleistungsmeßschaltung 113 gemessen, und wird der Phasenfehler e von dem Phasenfehlerentnahmemultiplizierer 115 durch die Fern-Echoleistung Y² dividiert und normiert, wodurch ein Phasenfehler e' erhalten wird, der nicht von dem Fern-Echopegel abhängt. Die Offsetfrequenzberechnungsschaltung 82 berechnet die Offsetfrequenz des Fern-Echos auf der Grundlage dieses Phasenfehlers e' und führt eine Entscheidung bezüglich des Phasendrehbetrages n+1 für den nächsten Ausgangsabtastwert n+1 des Echokompensators durch.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Messung der Fern-Echoleistung Y² durch die Fern-Echoleistungsmeßschaltung 113 in dem Trainingsterm durchgeführt wird, der vor der Datenkommunikation ausgeführt wird, und daß der Meßwert während des folgenden Kommunikationsterms kontinuierlich gehalten wird.
Im Gegensatz hierzu wird die Offsetkorrektur, welche durch die Phasenfehlerentnahmeschaltung 115, die Offsetfrequenzberechnungsschaltung 82 und die Phasenschieberschaltung 83 durchgeführt wird, bei jedem Abtastwert durchgeführt, während die Kommunikation vor sich geht.
Fig. 7 ist eine Ansicht des konkreten Aufbaus einer Offsetfrequenzberechnungsschaltung 82. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 116 eine Integrierschaltung, welche eine Verzögerungsschaltung T aufweist, einen Koeffizienteneinsteller C, welcher das Ausgangssignal mit einem geeigneten Steuerkoeffizienten multipliziert, sowie einen Addierer . Dahinter befindet sich eine Vektorintegrierschaltung 117, die mit einem Multiplizierer versehen ist. Ein Multiplizierer 118 ist als komplexer Multiplizierer ausgebildet. Es wird darauf hingewiesen, daß die Bezugsziffer 119 einen Rückkopplungsweg bezeichnet, welcher den Betrieb der Offsetfrequenzberechnungsschaltung 82 stabilisiert.
Bei der Umsetzung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Abänderungen möglich. Bei dem voranstehend erwähnten spezifischen Beispiel (Fig. 6) wird die Leistung Y² des Fern-Echos zum Normieren des Phasenfehlers von der Phasenfehlerentnahmeschaltung (115) verwendet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und es kann auch die Amplitude Y des Fern-Echos zum Normieren des Phasenfehlers e verwendet werden.
Daher zeigt Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform in einem solchen Fall, in welchem der Phasenfehler unter Verwendung dieser Fern-Echoamplitude Y normiert wird, wobei ein Fern-Echokompensator 74 und eine Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 dargestellt sind.
Bei dieser Ausführungsform wird die Phasenschieberschaltung durch Multiplizierschaltungen 131 und 132 gebildet, welche jeweils die Werte n, n* des Ausgangssignals ( n = n + j n) des Fern-Echokompensators 74 und die Drehphasen sin n, cos n von der Offsetfrequenzberechnungsschaltung 92 berechnen, und durch eine Addierschaltung 133, welche die Ausgangssignale der Multiplizierschaltungen 131 und 132 addiert. Die Phasenfehlerentnahmeschaltung wird durch die Vorzeichenfunktionsschaltungen 134 und 135 gebildet, welchen die Ausgangssignale der Multiplizierschaltungen 131 und 132 eingegeben werden, durch Multiplizierschaltungen 136 und 137, welche die empfangenen Signale rn mit den Ausgangssignalen von den Vorzeichenfunktionsschaltungen 134 und 135 multiplizieren, und durch eine Addierschaltung 138, welche die Ausgangssignale von den Multiplizierschaltungen 136 und 137 addiert. Weiterhin stellt die Fern-Echoamplitudenmeßschaltung 123 eine Schaltung zur Messung der Amplitude Y des Fern-Echos yn' in dem empfangenen Signal rn dar. Die bereits erwähnte Normierschaltung 104 wird durch den Multiplizierer 124 zum Normieren des Phasenfehlers e durch dessen Division mit der Fern-Echoamplitude Y gebildet.
Der Betriebsablauf des Beispiels von Fig. 8 wird nachstehend erläutert. Bei diesem Beispiel ergibt sich der Phasenfehler e aus der nachstehenden Gleichung (10):
Hierbei ist
sign [A sin θ] A = A sign [sin θ]
sign [A cos θ] A = A sign [cos θ]
Werden darüber hinaus y und y* approximiert durch und *, so gilt:
Der dritte und vierte Term auf der rechten Seite von Gleichung (11) stellen unkorrelierte Signale dar, so daß der Erwartungswert E e des Phasenfehlers e sich folgendermaßen ergibt:
wobei gilt:
Y = E [ yn ] = E [ yn* ]
Wie aus Gleichung (12) deutlich wird, ist der sich aus Gleichung (10) ergebende Phasenfehler e proportional zur Durchschnittsamplitude des Fern-Echos. Wenn daher die Durchschnittsamplitude durch die Fern-Echoamplitudenmeßschaltung 123 gemessen wird, und der Phasenfehler e durch die Divisionsschaltung 124 durch die Amplitude Y dividiert wird, so ist es möglich, den normierten Phasenfehler e' zu erhalten. Auf der Grundlage dieses Phasenfehlers e' wird die Offsetfrequenz von der Offsetfrequenzberechnungsschaltung 92 berechnet.
Wie voranstehend erläutert, ist es bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, den Frequenzoffset eines Fern-Echos auf stabile Weise zu korrigieren, welche nicht von Schwankungen des Pegels des Fern-Echos abhängt.
Es wird darauf hingewiesen, daß zum schnelleren Verständnis der Erfindung die voranstehend erwähnten Bauelemente als unabhängige Funktionsblöcke dargestellt sind, diese jedoch tatsächlich in einem Programm durch Software-Bearbeitung eines Prozessors realisiert werden, und der Echokompensator durch einen Mikroprozessor gebildet wird, der aus mehreren Chips besteht. Entsprechendes gilt für die nachfolgend erläuterte zweite Ausführungsform.
Nachstehend erfolgt eine Erläuterung der zweiten Ausführungsform. Wie voranstehend erläutert, werden der Nah-Echokompensator 70 und der Fern-Echokompensator 74 unter Verwendung desselben Fehlersignals en aufgefrischt (also des Fehlersignals e, welches von der Subtrahierschaltung 77 in Fig. 3 ausgegeben wird). In der konventionellen Vorrichtung von Fig. 3 ergibt sich dieses Fehlersignal en wie folgt:
en = y1,n + y2,n
- 1,n - 2,n + ξn (13)
Hierbei ist y&sub1; das Nah-Echo, y&sub2; das Fern-Echo, y&sub1; das Ausgangssignal der Modulationsschaltung 71, y&sub2; das Ausgangssignal der Demodulationsschaltung 76, und ξ Rauschen oder ein anderes Signal, welches nicht kompensiert werden kann.
Daher ist es möglich, aus der nachstehenden Gleichung den Einstellkoeffizientenvektor &sub1; des Nah-Echokompensators 70 und den Einstellkoeffizientenvektor &sub2; des Fern-Echokompensators 74 zu ermitteln. Hierbei ist n der Eingabedatenvektor des Nah-Echokompensators 70 und n der Eingabedatenvektor des Fern-Echokompensators 74.
Wenn bei der konventionellen Vorrichtung der Einstellkoeffizient des Echokompensators auf der Grundlage der voranstehend angegebenen Gleichungen (14) und (15) ermittelt wird, so stellt der dritte Term auf der rechten Seite der Gleichungen ein unkorreliertes Signal dar, welches daher die Berechnung des korrekten Koeffizientenvektors stört. Insbesondere ist in einigen Fällen das Nah-Echo um 40 bis 50 dB größer als das Fern-Echo, so daß in dem Trainingsterm vor den Kommunikationen der Fern-Echokompensator instabil arbeitet und keine korrekte adaptive Operation in dem Zeitraum durchführen kann, bis der Nah-Echokompensator ausreichend eingeschränkt ist, und der verbleibende Nah-Echopegel ausreichend klein geworden ist. In einigen Fällen ist während dieses zeitraums ein normales Training nicht möglich.
Daher kann bei dem Training das Verfahren berücksichtigt werden, daß zuerst nur der Nah-Echokompensator trainiert wird, und dann nach Unterdrückung des Restechos des Nah-Echos auf etwa denselben Pegel wie jenen des Fern-Echos mit dem Training des Fern-Echokompensators und der zugehörigen Frequenzoffsetkorrekturschaltung begonnen wird, wodurch verhindert wird, daß der Fern-Echokompensator instabil arbeitet. In diesem Fall unterscheidet sich der Pegel des Fern-Echos für jede Verbindungsleitung beträchtlich, so daß es erforderlich ist, den Fern-Echopegel für das Training bei jeder Kommunikation zu messen. Allerdings ist es im allgemeinen schwierig, genau das Fern-Echo von dem Echosignal herauszuziehen, und seinen Pegel zu messen, da der Frequenzbandbereich derselbe ist wie jener des Nach-Echos.
Daher wird durch eine einfache Konstruktion bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Schaltung realisiert, welche exakt den Zeitpunkt feststellen kann, zu welchem das Nah-Echo ausreichend auf etwa den Pegel des Fern-Echos heruntergedrückt ist, ohne eine direkte Messung des Pegels des Fern-Echos während des Trainings, und hierdurch wird das Training des Fern-Echokompensators an einem exakten Zeitpunkt begonnen, um eine Instabilität im Trainingsbetrieb des Fern-Echokompensators auszuschalten. Dies ist sehr vorteilhaft bei der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform, welcher die Annahme zugrundeliegt, daß genau das Fern-Echo abgezogen wird.
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild des Prinzips der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Echokompensator gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mit einer Starteinrichtung 140 versehen, welche die Änderungsrate des Fehlersignals &epsi; zwischen dem Ausgangssignal des Nah-Echokompensators 40 und dem empfangenen Signal R ermittelt, und mit dem Training des Fern-Echokompensators beginnt, wenn die Änderungsrate ausreichend klein ist. Das Training des Nah-Echo- und des Fern-Echo-Kompensators 70 und 74 ist so gewählt, daß während des Trainings zuerst das Training nur des Nah-Echokompensators 40 begonnen wird, und dann das Training des Fern-Echokompensators 74 durch das Startsignal S von der Starteinrichtung 140 begonnen wird. Es wird darauf hingewiesen, daß in der Figur die Bezugsziffern 72 und 77 Subtrahierschaltungen bezeichnen.
Nachstehend erfolgt eine Erläuterung des Betriebsablaufs des Echokompensators von Fig. 9. Bei dem Training vor den Kommunikationen wird zuerst nur ein Training des Nah-Echokompensators 70 durchgeführt. Dies ermöglicht eine adaptive Ermittlung des Einstellkoeffizienten des Nah-Echokompensators 70. Das Nah-Echo in dem empfangenen Signal R wird allmählich durch das Ausgangssignal des Nah-Echokompensators 70 unterdrückt, und das Fehlersignal &epsi; , welches die Differenz des empfangenen Signals R und des Ausgangssignals des Nah-Echokompensators 70 darstellt, wird allmählich kleiner. Schließlich ist es auf einen bestimmten Pegel beschränkt, der aus einer Rauschkomponente, Fernecho, oder einer Restechokomponente besteht, welche nicht eliminiert werden können. Wenn die Änderungsrate des Fehlersignals &epsi; gemessen wird, ist es daher möglich, zu erfassen, daß das Fehlersignal auf einen bestimmten Pegel begrenzt wurde, auf der Grundlage der Tatsache, daß die Änderungsrate ausreichend klein wird. Wenn mit dem Training des Fern-Echokompensators 74 zu diesem Zeitpunkt begonnen wird, so wird der verbleibende Pegel des Nah-Echos etwa derselbe wie jener des Fern-Echos, und ein Training ohne eine Instabilität des Betriebs des Fern-Echokompensators wird möglich.
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild, welches die Starteinrichtung 140 von Fig. 9 im einzelnen zeigt. Die Einrichtung weist eine Fehlersignalpegelerfassungseinrichtung 141 auf, welche den Pegel des Fehlersignals &epsi; ermittelt, eine Differenziereinrichtung 142, welche die Änderung des ermittelten Fehlersignalspegels feststellt, und eine Differentialkoeffizientenerfassungseinrichtung 143, welche den Differentialkoeffizienten des Ausgangssignals der Differenziereinrichtung ermittelt. Die Einrichtung 143 gibt ein Startsignal S aus, wenn der Differentialquotient annähernd Null geworden ist.
Fig. 11 ist ein Schaltbild von Einzelheiten eines Echokompensators gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Figur sind Bauteilelemente, die ebenso wie in Fig. 6 ausgebildet sind, mit denselben Bezugszeichen oder -symbolen bezeichnet.
Der Nah-Echokompensator 70, der Fern-Echokompensator 74 und die Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 sind so ausgebildet, daß sie adaptiv durch das Fehlersignal e gesteuert werden, welches von der Subtrahierschaltung 77 ausgegeben wird, jedoch ist die Ausführungsfom so ausgelegt daß der Fern-Echokompensator 74 und die Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 erst dann in den Zustand versetzt werden, in welchem sie trainiert werden, nachdem ein Startsignal S von einer Trainingsstarteinrichtung 140 empfangen wurde, welches in der Figur durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
Die Trainingsstarteinrichtung 140 weist eine Quadrierschaltung 150 auf, welche das Fehlersignal &epsi; quadriert, das durch Subtrahieren des Ausgangssignals des Nah-Echokompensators 40 von dem empfangenen Signal R mit Hilfe der Subtrahierschaltung 72 erhalten wird, um die Leistung zu ermitteln, ein Tiefpaßfilter (LPF) 151, welches das Ausgangssignal der Quadrierschaltung 150 filtert, eine Differenzierschaltung 52, welche das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 151 differenziert, sowie eine Differentialkoeffizientenerfassungseinrichtung 143, welche ein Startsignal S an den Fern-Echokompensator 74 und die Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 ausgibt, und zwar dann, wenn das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 152 den Wert 0 annimmt oder ausreichend klein wird. Es wird darauf hingewiesen, daß in Fig. 10 das Bauelement 141 von Fig. 10 durch die Bauelemente 150 und 151 von Fig. 11 realisiert werden, und daß das Bauelement 142 von Fig. 10 durch die Bauelemente 152 (153, 154 und 155) von Fig. 11 realisiert wird.
Die Differenzierschaltung 152 weist einen Schalter 153 auf, um ein Heruntertakten auf 1/16 des Eingangssignals dadurch zu erreichen, daß einmal pro 16 Takte geschlossen wird, eine Verzögerungsschaltung 154, welche das Eingangssignal um 16 Takte verzögert, und eine Subtrahierschaltung 155, welche das Differential des Eingangssignals dadurch erzeugt, daß sie die Differenz des Eingangssignals und des Ausgangssignals der Verzögerungsschaltung 154 ermittelt. Bei dieser Schaltung zum Heruntertakten wird das Differential von der Differenzierschaltung 152 erhalten, nämlich durch Ermittlung der Differenz zum vorherigen Abtastwert, jedoch ist gewöhnlich die Abtastfrequenz des Ausgangssignals der Subtrahierschaltung 72 hoch, etwa 9600 Hz oder 7200 Hz, so daß das Differential der Subtrahierschaltung 155 manchmal zu klein wird. Daher wird das Heruntertakten durchgeführt, um dies zu verhindern.
Nachstehend erfolgt eine Erläuterung des Betriebs des Echokompensators von Fig. 11 unter Bezugnahme auf die Fig. 12A, 12B und 12C. Die Fig. 12A, 12B und 12C sind Darstellungen von Signalformen an unterschiedlichen Abschnitten (12A, 12B und 12C) der Trainingsstarteinrichtung 140 in Fig. 11. In der Figur zeigt Fig. 12A die Einschränkungseigenschaften der Restecholeistung in dem Fall, in welchem nur der Nah-Echokompensator während des Trainings in Betrieb ist, und zeigt die Leistung des Eingangssignals, also des Fehlersignals, für die Trainingsstarteinrichtung 140, also die Signalform des Ausgangssignals der Quadrierschaltung 150. Fig. 12B zeigt die Signalform des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters 151, und Fig. 12C zeigt die Signalform des Ausgangssignals der Differenzierschaltung 152.
Zuerst wird, bevor der Kommunikation, das Training des Echokompensators durchgeführt, jedoch wird zu Beginn des Trainings nur der Nah-Echokompensator trainiert, so daß daher sich der Fern-Echokompensator 74 und die Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 in einem Ruhezustand befinden. Der Nah-Echokompensator 70 wird adaptiv bezüglich seiner Einstellkoeffizienten durch das Fehlersignal e des Ausgangs der Subtrahierschaltung 77 gesteuert. Dies führt dazu, daß aus dem A/D-gewandelten, empfangenen Signal R allmählich das Nah-Echo am Ausgang der Subtrahierschaltung 72 entfernt wird. Die Restkomponente des Nah-Echos, die zu Beginn des Trainings sich auf dem Pegel LN befand (L: Pegel, N: Nah), wie in Fig. 12A gezeigt, nimmt allmählich mit der Einschränkung durch die Nahschaltung 70 ab und stabilisiert sich an dem Pegel LF (F: Fern) entweder des Fern-Echo-Pegels oder des Rauschpegels, je nachdem welcher größer ist.
Daher kann als Zeitpunkt, an welchem mit dem Training des Fern-Echokompensators 74 begonnen wird, der Zeitpunkt t1 genommen werden, an welchem der Restechopegel den Wert LF annimmt, so daß durch Quadrieren des Restechosignals &epsi; durch die Quadrierschaltung 150, um den Leistungswert zu erhalten, und dann Glätten des Ergebnisses durch das Tiefpaßfilter 151, um die Signalform von Fig. 12B zu erhalten, und weiteres zeitliches Differenzieren des Ergebnisses durch die Differenzierschaltung 152, um die Signalform von Fig. 12C zu erhalten, der Zeitpunkt t1 ermittelt werden kann, an welchem das differentielle Ausgangssignal der Differenzierschaltung 152 den Wert 0 annimmt oder ausreichend klein wird. Dies wird durch die Differentialkoeffizientenerfassungseinrichtung 143 festgestellt, welche ein Startsignal S erzeugt, wodurch mit dem Training des Fern-Echokompensators 74 und der Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 begonnen wird.
Entsprechend den voranstehenden Ausführungen ist es möglich den optimalen Startzeitpunkt t1 des Fern-Echokompensators 74 zu ermitteln, ohne vorher den Fern-Echopegel LF zu messen, nämlich dadurch, daß man feststellt, wann das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 152 zu Null oder ausreichend klein wird.
In der Praxis der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Abänderungen möglich. Beispielsweise wurde bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform das Eingangssignal der Trainingstarteinrichtung 140 von der Subtrahierschaltung 72 direkt nach dem Abtrennen des Fern-Echos erhalten, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Es ist auch möglich, das Eingangssignal von dem Fehlersignal e der Subtrahierschaltung 77 zu erhalten. Weiterhin wird in der Trainingsstarteinrichtung 140 das Differential dadurch ermittelt, daß das Eingangssignal in den Leistungswert durch die Quadrierschaltung 150 umgewandelt wird, jedoch läßt sich selbstverständlich das Differential mit Hilfe des Absolutwertes des Eingangssignals ermitteln.
Wie voranstehend geschildert, ist es bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, durch eine einfache Konstrukltion eine Schaltung zu realisieren, welche exakt den Zeitpunkt feststellen kann, zu welchem während des Trainings das Nah-Echo ausreichend auf etwa den Fern-Echopegel heruntergedrückt ist, und zwar ohne eine direkte Messung des Fern-Echopegels. Hierdurch ist es möglich, eine Instabilität des Trainingsbetriebs des Fern-Echokompensators dadurch zu verhindern, daß mit dem Training des Fern-Echokompensators zu einem exakten Zeitpunkt begonnen wird.
Die sich aus der voranstehend geschilderten zweiten Ausführungsform ergebende Funktion kann auf wirksame Weise bei der ersten Ausführungsform eingesetzt werden, welche so arbeitet, daß sie nur das Fern-Echo herauszieht.
Fig. 13 ist ein Blockschaltbild des Prinzips einer dritten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung, welche darin besteht, daß die voranstehend geschilderte zweite Ausführungsform bei der ersten Ausführungsform eingebaut ist. Es wird darauf hingewiesen, daß sämtliche Bauelemente in Fig. 13 bereits voranstehend erläutert wurden. In Fig. 13 beginnt die Frequenzoffsetkorrekturschaltung 75 ihren Betrieb nur dann, wenn das Startsignal S ausgegeben wird.
Fig. 14 ist ein Schaltbild mit einer Darstellung der dritten Ausführungsform, wobei die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei dem Echokompensator von Fig. 6 vorgesehen ist. Sämtliche Bauelemente wurden bereits erläutert.
Für einen effektiven Betrieb des Echokompensators wird allgemein ein Verstärkungsschalter (SW) verwendet. Wenn die Starteinrichtung 140 in den Echokompensator auf der Grundlage der voranstehend geschilderten zweiten Ausführungsform eingebaut ist, so muß auch die Zusammenarbeit mit dem Verstärkungsschalter berücksichtigt werden. Nachstehend erfolgt eine Erläuterung für den Grund, aus welchem der Verstärkungsschalter erforderlich ist. Weiterhin wird erläutert, welche Abänderungen bei dem Verstärkungsschalter vorgenommen werden sollten, wenn die voranstehend geschilderte zweite Ausführungsform hier eingesetzt wird.
Wenn der Echokompensationsalgorithmus in dem Echokompensator mit Festkommaberechnung ausgeführt wird, so ist es wünschenswert, bei der Verringerung des Rechenfehlers den Pegel des empfangenen Signals, welches dem Subtrahierer eingegeben wird, um das erwartete Echo zu subtrahieren, so hoch wie möglich auszuwählen, ohne einen Überlauf des Einstellkoeffizienten oder Berechnungswertes des Berechnungsverfahrens. Wenn das empfangene Signal, genauer gesagt der Echopegel in dem empfangenen Signal, klein ist, wird nämlich der Einstellkoeffizient des Echokompensators klein, und die Anzahl der Ziffern der effektiven Zahlen in einem Wort wird klein, was zu einem Rechenfehler führt.
Im allgemeinen nimmt das Fern-Echo denselben Pegel an wie das Ferndatensignal oder wird kleiner. Wenn andererseits die Leitungsverluste groß sind, so wird manchmal das Nah-Echo um 30 dB oder mehr größer als das Ferndatensignal.
Daher gibt es Zeiten, an denen das Ausgangssignal des Subtrahierers 72 (Fig. 14), welcher das erwartete Nah-Echo von dem empfangenen Signal subtrahiert, sehr klein wird, und wenn dieses unverändert in den Subtrahierer 77 (Fig. 14) eingegeben wird, so wird der Rechenfehler des Fern-Echokompensators groß. Daher wird ein Verstärkungsschalter in den Ausgang des Subtrahierers 72 eingefügt, und auf diese Weise wird das Eingangssignal des Subtrahierers 77 auf einem konstanten Pegel gehalten.
Fig. 15 ist ein Schaltbild zur Erläuterung des Verstärkungsschalters, der im allgemeinen bei Echokompensatoren verwendet wird. Die Verstärkung des Verstärkungsschalters 160, der in der Figur gezeigt ist, wird durch Messung des Pegels des Ferndatensignals vor dem Training des Echokompensators ermittelt. Da in diesem Fall der Eingangspegel des Subtrahierers 77 ständig konstant gehalten wird, ist es möglich, adaptiv die Verstärkung des Verstärkungsschalters 160 zu ändern, jedoch ist es in diesem Fall erforderlich, ebenfalls die Verstärkung des Fern-Echokompensators entsprechend zu ändern. Weiterhin zeigt sich die Wirkung des Echokompensators, welcher diese adaptive Operation durchführt, und beide werden in einigen Fällen instabil, so daß eine derartige Vorgehensweise nicht allzu häufig verwendet wird.
Andererseits weist das Ausgangssignal des Subtrahierers 72 ein hohes restliches Fern-Echo vor der Beendigung des Trainings auf, so daß der Pegel hoch ist. Wird daher eine auf der Grundlage des Ferndatensignals ermittelte Verstärkung vorher dem Verstärkungsschalter 160 zugeführt, so ergibt sich ein Überlauf des Ausgangssignals. Aus diesem Grund ist es unmöglich, die Verstärkung des Verstärkungsschalters 160 auf einen geeigneten Wert einzustellen, bis das Training des Echokompensators beendet ist, und daher wird der Rechenfehler des Fern-Echokompensators während des Trainings groß.
Die vorliegende Erfindung versucht, auch diese Schwierigkeit beim Stand der Technik zu lösen, und stellt einen Datenmodemechokompensator zur Verfügung, welcher einen Nah-Echokompensator und einen Fern-Echokompensator aufweist, wodurch es möglich ist, auf die geeignetste Verstärkung für jede Leitung umzuschalten, und diese dem Verstärkungsschalter während des Trainings zuzuführen, und daher ist es möglich, den Rechenfehler während des Trainings des Fern-Echokompensators zu verringern, welcher eine Berechnung mit festem Dezimalpunkt durchführt.
Wie bei der Ausführungsform von Fig. 16 gezeigt, ist ein Echokompensator vorgesehen, welcher einen ersten Subtrahierer 72 aufweist, der das erwartete Nah-Echo von dem empfangenen Signal subtrahiert, einen Verstärkungsschalter 160, der das Ausgangssignal des ersten Subtrahierers 72 verstärkt, und einen zweiten Subtrahierer 77, welcher das entnommene Fernecho von dem Ausgangssignal des Verstärkungsschalters 160 subtrahiert, wobei der Echokompensator mit einer Startsignalerzeugungseinrichtung 140 versehen ist, und die Verstärkung des Verstärkers 160 auf einen vorbestimmten niedrigen Wert während der Trainingsperiode des Echokompensators gesetzt wird, und auf einen hohen Wert gesetzt wird, wenn das Startsignal von der Startsignalerzeugungseinrichtung 140 erzeugt wird.
Wenn das Training beginnt, wird die Verstärkung des Verstärkungsschalters 160 auf 1 gesetzt, dann wird beurteilt, wann die Verringerungsrate des Fehlersignals nach Subtrahieren des erwarteten Nah-Echos von dem empfangenen Signal klein wird, infolge der Einschränkung durch den Nah-Echokompensator, und daraufhin wird die Verstärkung des Verstärkungsschalters auf einen vorher ermittelten Wert eingestellt, wodurch ein überlauf des Verstärkungsschalter-Ausgangssignals verhindert wird.
Daher wird der quadratische Mittelwert des Signals nach Entfernen des Nah-Echos festgestellt, die Zeit ermittelt, zu welcher der zeitlich differenzierte Wert zu Null wird oder ausreichend klein wird, und schließlich wird ein Startsignal S erzeugt, um die Verstärkung in dem Verstärkungsschalter umzuschalten.
In Fig. 12A war der Zeitpunkt t1, zu welchem das Restecho einen konstanten Wert annahm, der Zeitpunkt, an welchem das Differential den Wert Null oder einen ausreichend kleinen Wert annahm, wie in Fig. 12C gezeigt, so daß dann, wenn das Startsignal S zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird, es möglich ist, die Verstärkung des Verstärkungsschalters zum optimalen Zeitpunkt umzuschalten, selbst ohne Messung des Pegels LF.
In diesem Fall ist der Pegel LF ebenso groß oder kleiner wie bzw. als der Pegel des Ferndatensignals, so daß selbst dann, wenn die Verstärkung des Verstärkungsschalters zum Zeitpunkt t1, der wie voranstehend geschildert ermittelt wird, auf eine Verstärkung umgeschaltet wird, die vorher auf der Grundlage des Pegels des Ferndatensignals ermittelt wurde, das Ausgangssignal des Verstärkungsschalters nicht überlaufen wird.
In Fig. 16 stellt die Differentialkoeffizientenerfassungsschaltung 143 fest, wann das Signal des Differentials am Subtrahierer 155 Null oder ausreichend klein wird, und gibt ein Startsignal aus. Der Verstärkungsschalter 160 erhöht die Verstärkung, wenn dieses Startsignal empfangen wird. Auf diese Weise kann die Starteinrichtung 140 die Einschränkung des Nah-Echokompensators dadurch feststellen, daß das Differential des Ausgangssignals des Subtrahierers 72 Null oder ausreichend klein wird, und ein Startsignal erzeugen, welches die Verstärkung des Verstärkungsschalters 160 umschaltet.
Der Fern-Echokompensator 74 wird adaptiv durch das Fehlersignal e am Ausgang des Subtrahierers 77 gesteuert. Hierdurch wird das erwartete Fern-Echo y&sub2; am Subtrahierer 77 (Punkt c) subtrahiert, um das Fern-Echo zu entfernen, jedoch weist beim Start der Verstärkungsschalter 160 an der Eingangsseite des Subtrahierers 77 eine niedrige Verstärkung auf, so daß selbst dann, wenn das Fern-Echo nicht ausreichend entfernt ist, kein Überlauf am Verstärkungsschalter 160 auftritt. Wenn das Nah-Echo am Ausgang des Subtrahierers 72 ausreichend entfernt ist, steigt darüber hinaus die Verstärkung am Verstärkungsschalter 160 durch das Startsignal S von der Starteinrichtung 140 an, so daß es möglich ist, den Berechnungsfehler des Fern-Echos am Subtrahierer 77 zu verringern. Selbst wenn bei diesem Echokompensator eine Festkommaberechnungsschaltung eingesetzt wird, ist es daher möglich, den Berechnungsfehler der Fern-Berechnungsschaltung wahrend des Trainings zu verringern.
Es wird darauf hingewiesen, daß in der Schaltung von Fig. 16 das Signalformgebungsfilter 55 dazu verwendet wird, das Auftreten einer Störung zwischen Symbolen zu verhindern, die durch das mehrwertige Signal gegeben sind, welches von der Datensymbolerzeugungsschaltung 52 ausgegeben wird.
Wie voranstehend geschildert, ist es möglich, ein Signal zum Umschalten der Verstärkung in dem Verstärkungsschalter zu erzeugen, der zwischen den Subtrahierer für das erwartete Nah-Echo und den Kompensator für das erwartete Fern-Echo eingefügt ist, während des Trainings, so daß es möglich ist, den Berechnungsfehler während des Trainings beim Fern-Echokompensator zu verringern, welcher eine Festkommaberechnung durchführt.
Fig. 17 ist eine Darstellung des Aufbaus einer Anordnung, die sich ergibt, wenn die dritte Ausführungsform in einen Echokompensator mit einem Verstärkungsschalter eingebaut wird. Dies umfaßt den Aufbau von Fig. 13 sowie einen zusätzlichen Verstärkungsschalter 160, der durch das Startsignal S von der Starteinrichtung 140 gesteuert wird.
Wie voranstehend erläutert, erhält man gemäß der vorliegenden Erfindung einen Echokompensator, welcher den Frequenzoffset entsprechend den Eigenschaften des Fern-Echos korrigieren kann.

Claims

1. Echokompensator mit:

einer Erzeugungseinrichtung (101) für ein erwartetes Echo, welche ein erwartetes Echo eines Übertragungssignals erzeugt, und einer Frequenzoffsetkorrektureinrichtung (75), welche einen Phasenfehler zwischen einem Echo in einem empfangenen Signal und einem erwarteten Echo der Erzeugungseinrichtung (101) für ein erwartetes Echo ermittelt und den Frequenzoffset für das erwartete Echo durch eine Offsetfrequenz korrigiert, die auf der Grundlage des auf diese Weise erfaßten Phasenfehlers berechnet wird,

einer ersten Subtrahiereinrichtung (77) zum Substrahieren des erwarteten Echos nach der Offsetkorrektur durch die Frequenzoffsetkorrektureinrichtung von dem empfangenen Signal, um so daß Echo in dem empfangenen Signal zu unterdrücken,

wobei die Frequenzoffsetkorrektureinrichtung (75) aufweist:

eine Echopegelerfassungseinrichtung (103),

eine Normiereinrichtung (104), welche zum Normieren des Phasenfehlers entsprechend dem von der Echopegelerfassungseinrichtung (103) ermittelten Fehlerpegel ausgebildet ist, und eine Korrektureinrichtung (106) zum Korrigieren des erwarteten Echos mit der berechneten Offsetfrequenz auf der Grundlage des Phasenfehlers, der durch die Normiereinrichtung (104) normiert wird, wobei der Echokompensator einen Nah-Echokompensator (70) und einen Fern-Echokompensator (74) aufweist, und die voranstehend geschilderte Frequenzoffsetkorrektur bei dem Fern-Echokompensator (74) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

die Echopegelerfassungseinrichtung (103) zur Erfassung der Größe des Echos in dem empfangenen Signal während einer Trainingsperiode ausgebildet ist; und

eine Starteinrichtung (140) vorgesehen ist, um ein Startsignal zur Verfügung zu stellen, so daß das Training des Nah- und Fern-Echokompensators (70, 74) dadurch durchgeführt wird, daß zuerst mit dem Training nur des Nah-Echokompensators (70) begonnen wird, und dann mit dem Training des Fern-Echokompensators (74) begonnen wird.

2. Echokompensator nach Anspruch 1, wobei der Echokompensator in einem Zweidraht-Vollduplex-Datenmodem vorgesehen ist.

3. Echokompensator nach Anspruch 1, bei welchem die Frequenzoffsetkorrektureinrichtung (75) aus der Echopegelerfassungseinrichtung (103) besteht, welche die Leistung des Echos ermittelt; aus einer Phasenfehlererfassungseinrichtung (105), welche als Eingangswert das voranstehend erwähnte empfangene Signal empfängt; und

aus der Normiereinrichtung (104), welche als Eingangswert das erfaßte Ausgangssignal von der Phasenfehlererfassungseinrichtung (105) und das erfaßte Ausgangssignal von der Echopegelerfassungseinrichtung (104) empfängt.

4. Echokompensator nach Anspruch 3, bei welchem die Normiereinrichtung (104) aus einem ersten Teiler (114) besteht, und der erste Teiler (114) das erfaßte Ausgangssignal von der Phasenfehlererfassungseinrichtung (104) durch das erfaßte Ausgangssignal von der Echopegelerfassungseinrichtung (103) teilt.

5. Echokompensator nach Anspruch 3, bei welchem die Phasenfehlererfassungseinrichtung (105) aus einem ersten Multiplizierer (115) besteht, und der erste Multiplizierer (115) das voranstehend erwähnte, bezüglich des Frequenzoffsets korrigierte, erwartete Echo und das voranstehend erwähnte empfangene Signal multipliziert.

6. Echokompensator nach Anspruch 3, bei welchem die Korrektureinrichtung (106) aus einer Offsetfrequenzberechnungseinheit (82) und einer Phasenschiebereinheit (83) besteht, welche durch das Ausgangssignal gesteuert wird, wobei das voranstehend erwähnte, erwartete Echo an der Phasenschiebereinheit (83) bezüglich des Frequenzoffsets korrigiert wird.

7. Echokompensator nach Anspruch 1, bei welchem die Frequenzoffsetkorrektureinrichtung (75) aus der Echopegelerfassungseinrichtung (123) besteht, welche die Amplitude des Echos erfaßt; aus einer Phasenfehlererfassungseinrichtung (134-138), welche als Eingangswert das voranstehend erwähnte empfangene Signal empfängt; aus der Normiereinrichtung (124), welche als Eingangswert das erfaßte Ausgangssignal von der Phasenfehlererfassungseinrichtung (134-138) und das erfaßte Ausgangssignal von der Echopegelerfassungseinrichtung (123) empfängt; und aus einer Korrektureinrichtung (92, 131-133), welche die voranstehend erwähnte Offsetfrequenz durch das normierte Ausgangssignal korrigiert.

8. Echokompensator nach Anspruch 7, bei welchem die voranstehend erwähnte Normiereinrichtung (124) aus einem zweiten Teiler (124) besteht, und der zweite Teiler (124) das erfaßte Ausgangssignal der Phasenfehlererfassungseinrichtung (134-138) durch das erfaßte Ausgangssignal der Echopegelerfassungseinrichtung (123) teilt.

9. Echokompensator nach Anspruch 7, bei welchem die Phasenfehlererfassungseinrichtung (134-138) aus einem zweiten Multiplizierer (136-137) besteht, und der zweite Multiplizierer (136, 137) das voranstehend geschilderte, bezüglich des Frequenzoffsets korrigierte, erwartete Echo und das voranstehend erwähnte empfangene Signal multipliziert.

10. Echokompensator nach Anspruch 9, bei welchem die Korrektureinrichtung (92, 131-133) aus einer Offsetfrequenzberechnungseinheit (92) und einer Phasenschiebereinheit (131-133) besteht, die durch das Ausgangssignal gesteuert wird, wobei das voranstehend erwähnte, erwartete Echo bezüglich des Frequenzoffsets an der Phasenschiebereinheit (131-133) korrigiert wird.

11. Echokompensator nach Anspruch 10, bei welche die Phasenschiebereinheit (131-133) aus einem dritten Multiplizierer (131) und einem vierten Multiplizierer (132) besteht, welche jeweils das voranstehend geschilderte erwartete Echo und eine erste Drehphase und eine zweite Drehphase multiplizieren, welche sich um eine Phase von π/2 unterscheiden, und von der Offsetfrequenzberechnungseinheit (92) abgegeben werden, sowie aus einem ersten Addierer (133), welcher die Ausgangssignale des dritten und vierten Multiplizierers (131, 132) addiert und die voranstehend geschilderte Frequenzoffsetkorrektur ausführt,

wobei die Phasenfehlererfassungseinrichtung (134-138) eine erste Vorzeichenfunktionseinheit (134) und eine zweite Vorzeichenfunktionseinheit (135) aufweist, welche jeweils als Eingangswert die Ausgangssignale von dem dritten bzw. vierten Multiplizierer (131, 132) empfangen, und

der zweite Multiplizierer (136, 137) aus einem ersten Multiplizierer (136) und einem zweiten Multiplizierer (137) besteht, und das voranstehend geschilderte, bezüglich des Frequenzoffsets korrigierte, erwartete Echo, welches ihnen zugeführt werden soll, von der ersten und zweiten Vorzeichenfunktionseinheit (134, 135) angelegt wird.

12. Echokompensator nach Anspruch 1, bei welchem die Starteinrichtung (140) aufweist:

eine Fehlersignalpegelerfassungseinrichtung (141), welche den Pegel des Fehlersignals &epsi; nach der Kompensierung des Nah-Echos erfaßt;

eine Differenziereinrichtung (142), welche Änderungen des Ausgangssignals von der Fehlersignalpegelerfassungseinrichtung (141) feststellt; und

eine Differentialkoeffizientenerfassungseinrichtung (143), welche den Differentialkoeffizienten des Ausgangssignals der Differenziereinrichtung (142) feststellt;

wobei die Differentialkoeffizientenerfassungseinrichtung (143) das voranstehend erwähnte Startsignal ausgibt, wenn der Differentialkoeffizient beinahe Null wird.

13. Echokompensator nach Anspruch 12, bei welchem die Fehlersignalpegelerfassungseinrichtung (141) aus einer Quadrierschaltung (150) besteht, welche als Eingangswert das voranstehend erwähnte Fehlersignal &epsi; empfängt, und aus einem Tiefpaßfilter (151), welches die Filterung eines Ausgangssignals der Quadrierschaltung (150) durchführt,

wobei die Differenziereinrichtung (142, 152) eine Subtrahierschaltung (155) und eine Verzogerungsschaltung (154) aufweist, das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters (151) gemeinsam an einen ersten Eingang der Subtrahierschaltung (155) und einen Eingang der Verzögerungsschaltung (154) angelegt wird, und ein Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung (154) an einen zweiten Eingang der Subtrahierschaltung (155) angelegt wird.

14. Echokompensator nach Anspruch 13, bei welchem ein Schalter (153) zwischen die Fehlersignalpegelerfassungseinrichtung (150, 151) und die Differenziereinrichtung (152) eingefügt ist, und der Schalter (153) für ein Heruntertakten periodisch leitend und nichtleitend ausgebildet wird.

15. Echokompensator nach Anspruch 1, welcher einen Verstärkungsschalter (160) zwischen einer zweiten Subtrahiereinrichtung (72) zum Kompensieren des Nah-Echos und der ersten Subtrahiereinrichtung (77) zum Kompensieren des Fern-Echos aufweist, und

wobei die Verstärkung des voranstehend erwähnten Verstärkungsschalters (160) zu Beginn des voranstehend geschilderten Trainings niedrig eingestellt wird, und durch ein Startsignal von der Starteinrichtung (140) hoch eingestellt wird.