PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19825196A1 09.12.1999
Titel Verfahren zur Kopplungsbestimmung zwischen zwei Telekommunikations(=TK)-Wegen
Anmelder Alcatel, Paris, FR
Erfinder Maurer, Michael, Dipl.-Ing., 71336 Waiblingen, DE
Vertreter Patentanwälte U. Knecht und Kollegen, 70435 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 05.06.1998
DE-Aktenzeichen 19825196
Offenlegungstag 09.12.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.12.1999
IPC-Hauptklasse H04M 3/34
IPC-Nebenklasse H04B 17/00   H04B 3/46   
Zusammenfassung Ein Verfahren zur Bestimmung der Signal-Kopplung zwischen zwei Telekommunikations(=TK)-Wegen durch sukzessive Bildung von Quotienten Q aus der Umhüllenden eines Sendesignals T und der Umhüllenden eines von diesem verursachten Echosignals R in Empfangsrichtung eines das Sendesignal T aussendenden TK-Anschlusses zu verschiedenen, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten innerhalb eines Zeitfensters Z2, wobei als Maß für die Stärke der Kopplung der beiden TK-Wege das Minimum der Quotienten Q im Zeitfenster Z2 bestimmt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß in n aufeinanderfolgenden kurzen Zeitfenstern der Länge Z1k << Z2 die Maxima der Umhüllenden des jeweiligen Sendesignals Tk und des zugehörigen Echosignals Rk bestimmt und daraus jeweils ein Quotient Qk = Rkmax/Tkmax gebildet wird, und daß innerhalb des langen Zeitfensters Z2 das Minimum Min(Qk) aller in den aufeinanderfolgenden kurzen Zeitfenstern Z1k berechneten Quotienten Qk als Maß für die Stärke der Kopplung zwischen den beiden TK-Wegen ermittelt wird. Damit können die zur Verbesserung der Übertragungsqualität auf Telekommunikationswegen ergriffenen Echounterdrückungsmaßnahmen wirkungsvoller gestaltet werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Signal-Kopplung zwischen zwei Telekommunikations (= TK)-Wegen durch sukzessive Bildung von Quotienten Q aus der Umhüllenden eines Sendesignals T und der Umhüllenden eines von diesem verursachten Echosignals R in Empfangsrichtung eines das Sendesignal T aussendenden TK-Anschlusses zu verschiedenen, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten innerhalb eines Zeitfensters Z2, wobei als Maß für die Stärke der Kopplung der beiden TK-Wege das Minimum der Quotienten Q im Zeitfenster Z2 bestimmt wird.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise bekannt aus der DE 196 11 548 A1.

In der modernen Telekommunikationstechnik werden immer häufiger echounterdrückende Maßnahmen benötigt, um die Gesprächs- oder Datenverbindungen qualitativ zu verbessern. Diese echounterdrückenden Maßnahmen werden in digitalen Signalprozessoren (DSP) mittels bekannten Algorithmen wie "Last Mean Square" oder auch dem "Compander-Algorithmus" realisiert.

Bei diesen Algorithmen ist es häufig wichtig, Informationen über die Kopplung zwischen den beiden Kommunikationswegen (Sende- und Empfangsrichtung) zu erhalten. Die Berechnung dazu wird im allgemeinen so durchgeführt, daß von beiden Richtungen jeweils die Umhüllende durch Integration ermittelt wird und im Anschluß beide gefundenen Werte durcheinander dividiert werden. Das Ergebnis dieser Division gibt dann Aufschluß über die Kopplung zwischen den beiden Kommunikationswegen.

Die Praxis zeigt jedoch, daß ein Gegensprechen, Türenschlagen, Klatschen, ja selbst scharfe Zischlaute und unterschiedlich große Signallaufzeiten die Berechnung so stören können, daß die Kopplung völlig falsch berechnet wird.

Die DE 195 17 469 A1 beschreibt ein Freisprechverfahren für ein mehrkanaliges Übertragungssystem mit einer Vielzahl von Sende- und Empfangskanälen und entsprechend vielen Mikrophonen und Lautsprechern, beispielsweise ein typisches Tele- Konferenzsystem. Dabei wird die Umhüllende eines jeden Eingangssignals und des zugehörigen Echos eines jeden Kanals berechnet, eine Zeitverschiebung τ ermittelt, und dann erst eine dem eingangs geschilderten gattungsbildenden Verfahren entsprechende Quotientenbildung vorgenommen, wobei bei m Kanälen insgesamt m2 Kopplungen zu berücksichtigen sind.

Die eingangs zitierte DE 196 11 548 A1 hingegen beschäftigt sich mit dem viel häufiger zu lösenden Problem der Echounterdrückung bei einer "normalen" TK-Verbindung zwischen zwei Endteilnehmern. Hierzu wird das Echo insbesondere mittels einer Compander-Schaltung "maskiert". Es erfolgt eine mehrfache sukzessive Quotientenbildung zwischen Echosignal R und Sendesignal T, wobei die entsprechenden Werte von R und T aber jeweils an einer zufälligen Stelle im Zeitverlauf der jeweiligen Umhüllenden, jedenfalls nicht an einem bestimmten Extremum abgenommen werden. Zudem ist bei dem bekannten Verfahren nach der DE 196 11 548 die Einfügung einer Verzögerungszeit τ erforderlich, damit die Quotientenberechnung nicht vor dem Eintreffen des Echosignals R bei der Empfangsschaltung der Sendestation erfolgen kann. Um in dieser Hinsicht sicherzugehen, muß der Wert für τ relativ groß gewählt werden, so daß entsprechend große Fehler bei der Quotientenberechnung auftreten, da in Wirklichkeit ja nicht der Quotient Q = R/T, sondern ein Quotient Q' = R/T' ermittelt wird. Insbesondere beim Hinzutreten von externen Störungen zum Sendesignal wird die Kopplungsberechnung dadurch sehr ungenau.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, zur Verbesserung der Übertragungsqualität auf Telekommunikationswegen ergriffene Echounterdrückungsmaßnahmen dadurch wirkungsvoller zu gestalten, daß ein besseres Maß für die Stärke der Kopplung in Übertragungsrichtung vom Sender zum Empfänger und umgekehrt bestimmt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf ebenso überraschend einfache wie wirkungsvolle Art und Weise dadurch gelöst, daß in n aufeinander folgenden kurzen Zeitfenstern der Länge Z1k « Z2 die Maxima der Umhüllenden des jeweiligen Sendesignals Tk und des zugehörigen Echosignals Rk bestimmt und daraus jeweils ein Quotient Qk = Rkmax/Tkmax gebildet wird, und daß innerhalb des langen Zeitfensters Z2 das Minimum Min(Qk) aller in den aufeinander folgenden kurzen Zeitfenstern Z1k berechneten Quotienten Qk als Maß für die Stärke der Kopplung zwischen den beiden TK-Wegen ermittelt wird.

Die Auswahl des Minimums gibt die Gewähr, daß Fehlmessungen durch Fremdeinflüsse ausgeschlossen sind. Mit diesem Verfahren läßt sich eine sehr genaue Bestimmung der Kopplungsstärke durchführen, wobei die oben erwähnten störenden externen Einflüsse, insbesondere das Gegensprechen durch den anderen TK-Partner ohne Wirkung bleiben.

Nach wie vor werden Sende- und Empfangssignale nach der Betragsbildung integriert, um die jeweilige Umhüllenden zu erhalten. Ist das Eingangssignal in Senderichtung der Kopplungsberechnung deutlich größer als das Hintergrundgeräusch, wird das Maximum in einem ersten kurzen Zeitfenster Z1 für beide Richtungen gesucht und abgespeichert. In allen anderen Fällen wird das Zeitfenster Z1 wieder auf den Anfangswert zurückgesetzt. Dies verhindert, daß kurze Anregungen, wie z. B. Türenschlagen etc. die Kopplungsberechnung in Gang setzen. Ist die Anregung in Senderichtung nun größer als der Zeitabschnitt Z1, so werden die beiden gefundenen Maxima nach Ablauf des Zeitfensters Z1 durcheinander dividiert. Dieser Quotient gibt dann Aufschluß über die Kopplung in dem jeweiligen kurzen Zeitfenster.

Dieses Ergebnis würde bei idealen Bedingungen (gleiche Integrantionszeitkonstanten, kein Gegensprechen, keine Signallaufzeiten usw.) die reale Kopplung widerspiegeln. Da dies in der Regel nicht der Fall ist, wird in einem wesentlich größeren Zeitfenster Z2 das Minimum aus allen berechneten Quotienten gesucht. Dieses Vorgehen stellt sicher, daß das "ins-Wortfallen" ("double talk") zu keinen Irritationen bei der Kopplungsberechnung führt.

Das so gefundene minimale Ergebnis gibt nun exakten Aufschluß über die Stärke der Kopplung zwischen beiden Signalrichtungen und ist unabhängig von externen Störungen des Sendesignals.

Die Praxis hat gezeigt, daß für jede Signalart (Sprache, Sinussignale und Rauschen) die Kopplungsberechnung nach oben genannter Art zum selben Ergebnis führt. Dies konnte auch für obengenannte Signale mit Laufzeitbeeinflussung gezeigt werden. Weiterhin positiv ist, daß zur Kopplungsberechnung keine weiteren Daten zwischengespeichert werden müssen. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der alle Zeitfenster Z1k gleich groß gewählt werden, nämlich Z1k = Z1 = Z2/n. Durch die äquidistante Schrittweite der Zeitrasterung können auch die Berechnungsalgorithmen für die Kopplungskoeffizienten erheblich vereinfacht bzw. beschleunigt werden.

Besonders günstig haben sich Verfahrensvarianten erwiesen, bei denen die kurzen Zeitfenster Z1k < 0,5 s, vorzugsweise Z1k ≈ 320 ms gewählt sind.

Das lange Zeitfenster Z2 wird vorteilhafterweise größer als 3 s, vorzugsweise Z2 ≈ 5 s gewählt.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsformen werden die kurzen Zeitfenster gleich groß zu Z1k = Z1 = 320 ms und das lange Zeitfenster Z2 = n*Z1 = 5,12 s mit n = 16 gewählt. Durch die hexadezimale Unterteilung des langen Zeitfensters Z2 ergeben sich besonders günstige Eigenschaften des Verfahrens für computerberechnete Auswertungsalgorithmen.

Um unsinnige Ergebnisse zu vermeiden, wird bei einer ganz besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Berechnung des Quotienten Qk in einem kurzen Zeitfenster Z1k nur dann durchgeführt, wenn Tkmax > Tx, wobei Tx ein vorgebbarer Schwellwert ist.

Bei einer besonders einfachen Weiterbildung dieser Verfahrensvariante wird der Schwellwert Tx über das gesamte lange Zeitfenster Z2 konstant gewählt.

Wesentlich flexibler ist eine alternative Weiterbildung, bei der der Schwellwert Tx adaptiv für jedes kurze Zeitfenster Z1k individuell bestimmt wird.

Besonders vorteilhaft, allerdings auch rechenaufwendiger, ist eine weitere Alternative, bei der der Schwellwert Tx zu jedem Zeitpunkt t adaptiv bestimmt wird als





Für die Praxis besonders günstig haben sich Adaptionszeiten von tmax > 5 s, vorzugsweise tmax ≈ 10 s erwiesen.

Eine weitere vorteilhafte Verfahrensvariante schließlich zeichnet sich dadurch aus, daß eine Berechnung des Quotienten Qk in einem kurzen Zeitfenster Z1k nur dann durchgeführt wird, wenn Rkmax > Rx, wobei Rx ein vorgebbarer Schwellwert ist. Damit bleiben auch bei nichtlinearen Veränderungen der Signale auf dem Kommunikationspfad die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren Ergebnisse für die Kopplungswerte in vernünftigen Grenzen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Zeitschema für die Signalabtastung beim erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 2a ein grobes Zeitschema für die Kopplungsberechnung nach dem Stand der Technik für eine einfache Signalform;

Fig. 2b ein aus zwei Einfachsignalen zusammengesetztes komplizierteres Doppelpeaksignal; und

Fig. 2c die Kopplungsberechnung nach dem Stand der Techik mit dem Doppelpeaksignal nach Fig. 2b.

Fig. 1 stellt einen schematischen Intensitätsverlauf der Umhüllenden eines Sendesignals T sowie eines von diesem verursachten Echosignals R in Empfangsrichtung eines das Sendesignal T aussendenden Telekommunikationsanschlusses in einem Zeitfenster Z2 dar. Das lange Zeitfenster Z2 ist aufgeteilt in n sukzessive aufeinanderfolgende, untereinander gleichlange Zeitfenster Z1k, die im Bereich unterhalb 0,5 s gewählt werden können. Bei Z1k = Z1 = 320 ms und n = 16 ergibt sich das lange Zeitfenster zu Z2 = n*Z1 = 5,12 s.

Zur Bestimmung der Signal-Kopplung zwischen der Sende- und Empfangsrichtung des aussendenden TK-Anschlusses wird in den n aufeinanderfolgenden kurzen Zeitfenstern Z11 bis Zln jeweils das Maximum der Umhüllenden des Sendesignals Tk sowie das Maximum des zugehörigen Echosignals Rk im entsprechenden k-ten kurzen Zeitfenster Z1k bestimmt und daraus jeweils ein Quotient Qk = Rkmax/Tkmax gebildet, falls in dem entsprechenden kurzen Zeitfenster Z1k der Wert von Tkmax größer als ein vorgegebener Schwellwert Tx ist.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schwellwert Tx über das gesamte lange Zeitfenster Z2 konstant gewählt. Bei anderen Verfahrensvarianten kann aber auch der Schwellwert Tx adaptiv für jedes kurze Zeitfenster Z1k individuell bestimmt werden. Möglich ist auch eine adaptive Bestimmung des Schwellwertes Tx zu jedem Zeitpunkt t als





Vorzugsweise wird tmax > 5 s, insbesondere tmax ≈ 10 s gewählt.

Zusätzlich kann auch ein Schwellwert Rx vorgegeben werden, bei dessen Unterschreiten durch Rkmax ebenfalls keine Berechnung des Quotienten Qk in dem entsprechenden kurzen Zeitfenster Z1k durchgeführt wird.

Sobald alle Quotienten Qk aus den Zeitfensters Z11 bis Zln bestimmt sind oder ihre Berechnung wegen Unterschreitung eines Schwellwertes nicht erfolgte, wird innerhalb des langen Zeitfensters Z2 das Minimum Min(Qk) aller in den aufeinanderfolgenden kurzen Zeitfensters Z1k berechneten Quotienten Qk als Maß für die Stärke der Kopplung zwischen den beiden TK-Wegen ermittelt. Diese Kopplungsstärke kann dann beispielsweise bei einem Compander-Verfahren oder bei FIR-Filtern zur Echounterdrückung eingesetzt werden, wodurch die Konvergenz des jeweiligen Echounterdrückungs-Algorithmus erheblich beschleunigt wird.

Fig. 2a stellt ein grobes Zeitschema zur Kopplungsberechnung nach dem eingangs zitierten Stand der Technik dar. Dabei wird das Sendesignal T, auf das mit einer Zeitverzögerung Δt ein Echosignal R folgt, auf der Zeitachse um einen Verzögerungswert τ verschoben, so daß bei der als senkrechter Strich angedeuteten Teststelle statt des Quotienten Q = R/T der verschobene Quotient Q' = R/T' aus der gestrichelt gezeichneten verschobenen Signalkurve T' ermittelt wird, was natürlich zu mehr oder minder großen Fehlern führt.

Einen etwas komplizierteren Signalverlauf zeigt schematisch Fig. 2b, in der ein Sendesignal T dargestellt ist, das aus der Überlagerung zweier Einzelsignale T1 + T2 zusammengesetzt ist.

In Fig. 2c schließlich ist schematisch die Kopplungsberechnung für das zusammengesetzte Signal T aus Fig. 2b dargestellt, wie sie nach dem eingangs zitierten Stand der Technik aufgrund eines um die Verzögerungszeit τ verschobenen virtuellen Signales T' erfolgen würde. Dabei ist besonders deutlich zu erkennen, daß innerhalb kurz aufeinanderfolgender Zeiten der errechnete Wert für die Kopplung Q' = R/T' von dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten wirklichen Wert Q = R/T sowohl nach unten als auch nach oben hin sehr stark abweichen kann. Dieses Problem kann beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht auftreten, da hier nicht mit einer Verzögerungszeit τ gearbeitet werden muß.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Bestimmung der Signal-Kopplung zwischen zwei Telekommunikations(= TK)-Wegen durch sukzessive Bildung von Quotienten Q aus der Umhüllenden eines Sendesignals T und der Umhüllenden eines von diesem verursachten Echosignals R in Empfangsrichtung eines das Sendesignal T aussendenden TK-Anschlusses zu verschiedenen, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten innerhalb eines Zeitfensters Z2, wobei als Maß für die Stärke der Kopplung der beiden TK-Wege das Minimum der Quotienten Q im Zeitfenster Z2 bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in n aufeinander folgenden kurzen Zeitfenstern der Länge Z1k « Z2 die Maxima der Umhüllenden des jeweiligen Sendesignals Tk und des zugehörigen Echosignals Rk bestimmt und daraus jeweils ein Quotient Qk = Rkmax/Tkmax gebildet wird, und daß innerhalb des langen Zeitfensters Z2 das Minimum Min(Qk) aller in den aufeinander folgenden kurzen Zeitfenstern Z1k berechneten Quotienten Qk als Maß für die Stärke der Kopplung zwischen den beiden TK-Wegen ermittelt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zeitfenster Z1k gleich groß gewählt werden, nämlich Z1k = Z1 = Z2/n.
  3. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Zeitfenster Z1k < 0,5 s, vorzugsweise Z1k ≈ 320 ms gewählt werden..
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das lange Zeitfenster Z2 > 3 s, vorzugsweise Z2 ≈ 5 s gewählt wird.
  5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Zeitfenster gleich groß zu Z1k = Z1 = 320 ms und das lange Zeitfenster Z2 = n*Z1 = 5,12 s mit n = 16 gewählt werden.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Berechnung des Quotienten Qk in einem kurzen Zeitfenster Z1k nur dann durchgeführt wird, wenn Tkmax > Tx, wobei Tx ein vorgebbarer Schwellwert ist.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert Tx über das gesamte lange Zeitfenster Z2 konstant gewählt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert Tx adaptiv für jedes kurze Zeitfenster Z1k individuell bestimmt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert Tx zu jedem Zeitpunkt t adaptiv bestimmt wird als





  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß tmax > 5 s, vorzugsweise tmax ≈ 10 s gewählt wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Berechnung des Quotienten Qk in einem kurzen Zeitfenster Z1k nur dann durchgeführt wird, wenn Rkmax > Rx, wobei Rx ein vorgebbarer Schwellwert ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com