FR2515903A1

FR2515903A1 - Telephonic system two to four wire matching circuit - contains echo balancing circuit having voltage controlled variable resistance and capacitance

Info

Publication number: FR2515903A1
Application number: FR8120757A
Authority: FR
Inventors: Mohamed Habib Wajih
Original assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Current assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Priority date: 1981-11-05
Filing date: 1981-11-05
Publication date: 1983-05-06
Also published as: FR2515903B1

Abstract

A four wire line has transmit and receive lines (31,32) of which the transmit line is connected through a delay (41) to a multiplier and integrator (40). A two wire line (33) is connected through a subtractor (36) to the multiplier and integrator which measures the correlation between the transmitted signal from a signal source (35) and the echo signal. A balancing circuit (100) comprises a variable resistance controlled by a voltage acting on an FET (102) in series with an amplifier (101) and differential amplifier (103). A variable capacitance circuit comprises an FET (112) in the feedback path of an amplifier (113) and in series with another amplifier (111). A fixed capacitor (115) is in parallel with the variable capacitor while the variable resistance is in parallel with an inductor (14). The circuit is suitable for data transmission over telephone lines.

Description

CIRCUIT HYBRIDE ADAPTATIF
La présente invention concerne un convertisseur "deux fils quatre-fils" ou annuleur d'échos comprenant un coupleur hybride et un equilibreur et, plus particulierement, un tel annuleur d'échos dans lequel l'équilibreur est actif et adaptatif, c'est-à-dire présente une impédance qui est maintenue automatiquement sensiblement égale à l'impédance de la ligne à deux fils.ADAPTIVE HYBRID CIRCUIT
The present invention relates to a "two-wire four-wire" converter or echo canceller comprising a hybrid coupler and a balancer and, more particularly, such an echo canceller in which the balancer is active and adaptive, that is to say ie has an impedance which is automatically maintained substantially equal to the impedance of the two-wire line.

Ce dispositif est utilisable aussi bien en téléphonie analogique classique qu'en transmission numérique à bas et haut débit (telephonie numérique, données) sur ligne d'abonné. This device can be used both in conventional analog telephony and in low and high speed digital transmission (digital telephony, data) on the subscriber line.

On sait qu'un coupleur hybride est un circuit octopode dont les quatre accès 1 à 4 sont respectivement reliees aux voies émettrice et réceptrice de la ligne à quatre fils, à la ligne à deux fils et à l'equilibreur. We know that a hybrid coupler is an octopod circuit whose four ports 1 to 4 are respectively connected to the transmitting and receiving channels of the four-wire line, the two-wire line and the balancer.

Le coupleur hybride peut être caractérisé par la quantité

où S12, S13 et S23 sont respectivement les coefficients de transfert entre les accès 1 et 2, 1 et 3, et 2 et 3.The hybrid coupler can be characterized by the quantity

where S12, S13 and S23 are respectively the transfer coefficients between accesses 1 and 2, 1 and 3, and 2 and 3.

Dans le cas ou le coupleur hybride est un transformateur differentiel passif (Figs. 1A et lB) de rapport de transformation n = n1/n2, on a

où Zo, Ze et Zeq sont respectivement les impedances du circuit hybride aux accès 1 et 2, 3 et 4.In the case where the hybrid coupler is a passive differential transformer (Figs. 1A and lB) with transformation ratio n = n1 / n2, we have

where Zo, Ze and Zeq are respectively the impedances of the hybrid circuit at ports 1 and 2, 3 and 4.

Si Zeq = n2 Ze, X est maximal et infini. If Zeq = n2 Ze, X is maximum and infinite.

Dans le cas où le coupleur hybride est un transformateur différentiel actif (Figs. 2A et 2B) de rapport 1/1, la quantité X est donnée par

In the case where the hybrid coupler is an active differential transformer (Figs. 2A and 2B) of ratio 1/1, the quantity X is given by

X est maximal et infini si
Zeq = Ze
Il résulte des formules (1) et (2) que pour avoir une bonne annuleur d'échos, l'impédance de l'équilibreur doit être égale à celle de la ligne à deux fils, ce qui entraîne la nécessité de modifier l'impédance de l'équilibreur quand plusieurs lignes à deux fils de longeurs différentes ou de diamètres de fils différents sont commutables à l'accès du coupleur hybride.X is maximum and infinite if
Zeq = Ze
It follows from formulas (1) and (2) that to have a good echo canceller, the impedance of the balancer must be equal to that of the two-wire line, which leads to the need to modify the impedance of the balancer when several lines with two wires of different lengths or of different wire diameters are switchable at the access of the hybrid coupler.

L'objet de l'invention est un coupleur hybride à équilibreur adaptatif où l'équilibreur est formé d'un dipôle dont au moins deux composants sont variables sous l'effet d'une tension de commande qui dépend de l'amplitude de l'écho résiduel dans la voie réceptrice de la ligne à quatre fils. The object of the invention is a hybrid coupler with an adaptive balancer where the balancer is formed by a dipole of which at least two components are variable under the effect of a control voltage which depends on the amplitude of the residual echo in the receiving channel of the four-wire line.

L'article "Digital Full Duplex Operation on Two-Wires Lines" par W. DIETZE et J. REUTTER paru dans Electrical Communication,
Volume 53, N0 2, 1978, pages 161 - 164 a décrit un coupleur hybride à equilibreur adaptatif. L'equilibreur est formé d'une resistance fixe en série avec un condensateur fixe, une résistance variable etant en parallèle sur ce condensateur. La variation de la résistance est commande par un signal de commande obtenu en faisant la différence du signal à l'entrée de la voie émettrice de la ligne à quatre fils redressé et du signal à l'entree-sortie de la ligne à deux fils redresse.The article "Digital Full Duplex Operation on Two-Wires Lines" by W. DIETZE and J. REUTTER published in Electrical Communication,
Volume 53, N0 2, 1978, pages 161 - 164 described a hybrid coupler with an adaptive balancer. The balancer is formed by a fixed resistor in series with a fixed capacitor, a variable resistor being in parallel on this capacitor. The variation of the resistance is controlled by a control signal obtained by making the difference between the signal at the input of the transmitting channel of the rectified four-wire line and the signal at the input-output of the rectified two-wire line. .

Ce systeme présente deux inconvénients ;
Il ne s'applique qu'à des signaux numeriques et encore à des signaux numériques d'un type particulier, des signaux numériques biphasés. En effet, le fonctionnement convenable du système exige que l'on puisse distinguer l'écho résiduel du signal reçu par la ligne à deux fils qui peuvent etre tous les deux présents sur la voie réceptrice de la ligne à quatre fils. Or dans le cas de signaux analogiques, ces signaux avant redressement ont la même bande de fréquences et ne sont pas distincguables ; la distinction ne peut se faire que sur des signaux numériques de type particulier.This system has two drawbacks;
It only applies to digital signals and again to digital signals of a particular type, two-phase digital signals. Indeed, the proper functioning of the system requires that one can distinguish the residual echo from the signal received by the two-wire line which may both be present on the receiving channel of the four-wire line. However in the case of analog signals, these signals before rectification have the same frequency band and are not distinguishable; the distinction can only be made on digital signals of a particular type.

L'équilibreur à un seul élément variable ne donne pas une bonne simulation de la variation de l'impédance d'une ligne téléphonique en fonction de la fréquence pour plusieurs longueurs discrètes de cette ligne, chaque valeur de la résistance variable de l'équilibreur correspondant à une longueur de ligne. The balancer with a single variable element does not give a good simulation of the variation of the impedance of a telephone line as a function of the frequency for several discrete lengths of this line, each value of the variable resistance of the corresponding balancer at a line length.

L'objet de l'invention est de réaliser un annuleur dWechos. The object of the invention is to produce a dWechos canceller.

dans lequel I'équilibreur a une impédance variable et qui comprend des moyens de commander l'impédance de l'équilibreur en fonction de l'amplitude de l'écho residuel pour annuler ce dernier. L'écho résiduel est évalué d'une manière indépendante de la presence ou de l'absence de la réception d'un signal reçu produit à l'extrémité distante de la ligne à deux fils.wherein the balancer has a variable impedance and which comprises means for controlling the impedance of the balancer as a function of the amplitude of the residual echo to cancel the latter. Residual echo is evaluated independently of the presence or absence of reception of a received signal produced at the far end of the two-wire line.

Le suppresseur d'échos de l'invention comprend un circuit hybride ayant quatre accès vers respectivement les voies émettrice et réceptrice d'une ligne à quatre fils, l'entree-sortie d'une ligne à deux fils et un équilibreur à impédance variable commandée par tension et il est caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de corrélation entre le signal produit sur la voie émettrice de la ligne à quatre fils, retarde, et ;l'echo résiduel, le signal de sortie dudit circuit corrêlateur commandant l'impédance commande par tension. The echo canceller of the invention comprises a hybrid circuit having four accesses respectively to the transmitting and receiving channels of a four-wire line, the input-output of a two-wire line and a controlled variable impedance balancer by voltage and it is characterized in that it further comprises a correlation circuit between the signal produced on the transmitting channel of the four-wire line, delays, and; the residual echo, the output signal of said controlling correlator circuit the impedance controlled by voltage.

L'invention va être maintenant decrite en détail en relation avec les dessins annexés dans lesquels
- les Figs. 1A et 1B representent un circuit hybride connu constitué par un transformateur différentiel passif ;
- les Figs. 2A et 2B représentent un circuit hybride connu constitué par un transformateur différentiel actif ;
- la Fig. 3 represente l'impédance d'entree de lignes téléphoniques bouclées sur une impedance de charge en fonction de la fréquence pour plusieurs longueurs de lignes
- la Fig. 4 represente le circuit hybride à équilibreur adaptatif de l'invention ;
- la Fig. 5 represente un premier dipôle équilibreur à quatre éléments dont deux variables ;;
- la Fig. 6 représente l'impédance de l'équiljbreur de la Fig. 5 en fonction de la fréquence angulaire ;
- la Fig. 7 représente un second dipôle équilibreur à quatre éléments dont deux variables ; et
- la Fig. 8 represente l'impédance de l'équilibreur de la
Fig. 7 en fonction de la frequence angulaire
La Fig. 3 montre des courbes représentatives de l'impédance d'entrée Ze d'une ligne téléphonique fermée sur une impédance d'utilisation de 600 Ohms dans une gamme de fréquences allant de 500 à 2500 Hz et pour la longueur indiquee sur la Figure à côté de chaque courbe.The invention will now be described in detail in connection with the accompanying drawings in which
- Figs. 1A and 1B represent a known hybrid circuit constituted by a passive differential transformer;
- Figs. 2A and 2B represent a known hybrid circuit constituted by an active differential transformer;
- Fig. 3 represents the input impedance of looped telephone lines on a load impedance depending on the frequency for several line lengths
- Fig. 4 represents the hybrid adaptive balancer circuit of the invention;
- Fig. 5 represents a first balancing dipole with four elements, two of which are variable ;;
- Fig. 6 represents the impedance of the balancer of FIG. 5 as a function of the angular frequency;
- Fig. 7 shows a second balancing dipole with four elements, two of which are variable; and
- Fig. 8 represents the impedance of the
Fig. 7 depending on the angular frequency
Fig. 3 shows curves representative of the input impedance Ze of a closed telephone line over a use impedance of 600 Ohms in a frequency range from 500 to 2500 Hz and for the length indicated in the Figure next to each curve.

On voit que ces courbes ont l'allure de segments de cercle et les impédances variables commandées par tension de l'invention simulent avec une bonne approximation ces segments de cercle ainsi qu'on va le voir. We see that these curves have the shape of circle segments and the variable impedances controlled by voltage of the invention simulate with a good approximation these circle segments as will be seen.

En se référant maintenant à la Fig. 4, 31 et 32 désignent les voies émettrice et réceptrice de la ligne à quatre fils, 33 designe la ligne à deux fils et 100 l'équilibreur. Le numero de référence 35 désigne une source de signaux analogiques sur la voie 31. La voie 31 est reliee à l'équilibreur 100 ou 100' par le fil 34 et au circuit de sôustraction36à travers larésistanre 37. Elle est reliée également à l'autre entrée du circuit de soustraction 36 et au transformateur 38 à travers la résistance 39. Mis à part le fait que l'équilibreur 100 ou 100' a une impédance variable commandée par tension, la partie de la Fig. 4 décrite jusqu'à présent n'est pas differente des Figs. 2A et 2B. Referring now to FIG. 4, 31 and 32 designate the transmitting and receiving channels of the four-wire line, 33 designates the two-wire line and 100 the balancer. Reference numeral 35 designates a source of analog signals on channel 31. Channel 31 is connected to balancer 100 or 100 'by wire 34 and to the circuit of ssustraction36 through resistor 37. It is also connected to the other input of the subtraction circuit 36 and to the transformer 38 through the resistor 39. Apart from the fact that the balancer 100 or 100 'has a variable impedance controlled by voltage, the part of FIG. 4 described so far is no different from Figs. 2A and 2B.

Selon l'invention, la voie 31 est également reliée à travers un circuit de retard 41 à un circuit multiplicateur et intégrateur 40 qui reçoit sur sa seconde entrée le signal de sortie du circuit de soustraction 36. Le signal sortant du multiplicateur intêgrateur 40 sert de signal de commande à l'équilibreur adaptatif. Ce multiplicateur intégrateur mesure la corrélation entre le signal emis et L écho
Soit x(t) le signal~produit par la source 35, x (t-T) le signal sortant du circuit de retard 41, Vr (t) le signal de réception sur la voie à quatre fils provenant du signal distant y(t) et (t) l'écho résiduel. La corrélation à estimer est

où E désigne l'espérance mathématique.According to the invention, the channel 31 is also connected through a delay circuit 41 to a multiplier and integrator circuit 40 which receives on its second input the output signal from the subtraction circuit 36. The outgoing signal from the integrator multiplier 40 serves as control signal to the adaptive balancer. This integrator multiplier measures the correlation between the signal emitted and L echo
Let x (t) be the signal ~ produced by the source 35, x (tT) the signal leaving the delay circuit 41, Vr (t) the reception signal on the four-wire channel coming from the distant signal y (t) and (t) the residual echo. The correlation to estimate is

where E denotes the mathematical expectation.

Or,

Gold,

Comme x(t) et Vr(t) sont par definition non corréles, il en résulte que

si l'un des signaux x(t) et Vr(t) est centré (de moyenne nulle), alors

d'où

le deuxième terme est directement exploitable car on dispose du signal s(t) + Vr(t). Since x (t) and Vr (t) are by definition uncorrelated, it follows that

if one of the signals x (t) and Vr (t) is centered (of zero mean), then

from where

the second term is directly usable because we have the signal s (t) + Vr (t).

L'estimateur est donc un multiplicateur analogique suivi d'un intégrateur. The estimator is therefore an analog multiplier followed by an integrator.

L'équilibreur 100 comprend la résistance 11(r) et, en série avec cette résistance, une inductance 14(L) fixe, une chaine de circuits électroniques produisant une résistance variable et une chaine de circuits électroniques produisant un condensateur variable, l'inductance et les deux chaînes étant en parallèle les unes avec les autres. The balancer 100 includes the resistor 11 (r) and, in series with this resistor, a fixed inductor 14 (L), a chain of electronic circuits producing a variable resistor and a chain of electronic circuits producing a variable capacitor, the inductor and the two chains being in parallel with each other.

La chaine de résistance variable comprend un amplificateur 101 de gain KR, un transistor à effet de champ 102 de résistance RTî et un amplificateur différentiel 103 dont la résistance de contre réaction 104 a pour valeur R1. Une résistance 105 de valeur R' est en parallèle entre l'entrée de l'amplificateur 101 et la sortie de l'amplificateur 103. The variable resistance chain comprises an amplifier 101 of gain KR, a field effect transistor 102 of resistance RTî and a differential amplifier 103 whose feedback resistance 104 has the value R1. A resistor 105 of value R 'is in parallel between the input of the amplifier 101 and the output of the amplifier 103.

La résistance de la chaîne entre entre et terre de sortie est :

The resistance of the chain between between and output earth is:

La chaîne de condensateur variable comprend une résistance 114 de valeur R2, un transistor à effet de champ 112 de résistance RT2, un amplificateur différentiel 113 et un amplificateur de gain KC. Un condensateur 115 de capacité C' est en parallèle entre la borne d'entree de la résistance 114 et la sortie de l'amplificateur 111. La capacité de la chaîne entre entre et terre de sortie est

The variable capacitor chain comprises a resistor 114 of value R2, a field effect transistor 112 of resistance RT2, a differential amplifier 113 and a gain amplifier KC. A capacitor 115 of capacitance C ′ is in parallel between the input terminal of the resistor 114 and the output of the amplifier 111. The capacitance of the chain between between and output ground is

La Fig. 5 représente l'équilibreur 100 dans lequel les chaînes produisant respectivement la résistance variable et le condensateur variable sont remplacées par une résistance variable 12(R) et un condensateur variable 13(C). Fig. 5 shows the balancer 100 in which the chains producing the variable resistance and the variable capacitor respectively are replaced by a variable resistance 12 (R) and a variable capacitor 13 (C).

L'impédance de l'équilibreur 100 de la Fig. 5 est

Zeq represente (Fig. 6) un cercle de diamètre R et de centre x = r + R/2 et y = O. Pour w = O et X = , le point figuratif est
x=r y=O et pour w = 1/suc, le point figuratif est
x = r+R y = O. The impedance of the balancer 100 of FIG. 5 is

Zeq represents (Fig. 6) a circle with diameter R and center x = r + R / 2 and y = O. For w = O and X =, the figurative point is
x = ry = O and for w = 1 / suc, the figurative point is
x = r + R y = O.

L'équilibreur 100' de la Fig. 7 est un circuit parallèle comprenant dans une de ses branches une resistance 21 de valeur p et dans son autre branche une résistance 22 de valeur pO en série avec un condensateur 23 de capacité C et une inductance 24 de valeur L en parallèle l'un avec l'autre. La résistance 21 et le condensateur 23 sont variables. La résistance 22 et l'inductance 24 sont. fixes. The balancer 100 'of FIG. 7 is a parallel circuit comprising in one of its branches a resistor 21 of value p and in its other branch a resistor 22 of value pO in series with a capacitor 23 of capacitance C and an inductance 24 of value L in parallel one with the other. Resistor 21 and capacitor 23 are variable. Resistor 22 and inductance 24 are. fixed.

L'impédance de l'équilibreur de la Fig. 7 est :

Zeq représente (Fig. 8) un cercle de diamètre p2 / (p+pO) et de

Pour # = O et # = #, le point figuratif (Fig.8 ) est

Pour # = 1 / #LC, le point figuratif est
x=p y = O The impedance of the balancer in Fig. 7 is:

Zeq represents (Fig. 8) a circle of diameter p2 / (p + pO) and of

For # = O and # = #, the figurative point (Fig. 8) is

For # = 1 / #LC, the figurative point is
x = py = O

Claims

1 - Echo canceller comprising a hybrid circuit having four accesses respectively to the transmitting and receiving channels of a four-wire line, the input-output of a two-wire line and a balancer (100 or 100 ') at variable voltage-controlled impedance, characterized in that it further comprises a correlation circuit (40) between the signal produced on the transmitting channel of the four-wire line, delayed, and the residual echo and means for controlling the impedance controlled by voltage by the output signal of said correlating circuit.

2 - Echo canceller according to claim 1, characterized in that the correlation circuit is a multiplier-integrator circuit.

3 - Echo canceller according to claim 1, characterized in that the balancer (100) with variable impedance control by voltage comprises a fixed resistor 11 in series with a parallel circuit formed by a variable resistor (12), d '' a variable capacitor (13) and a fixed inductance (14).

4 - Echo canceller according to claim 1, characterized in that the balancer (100 ') with variable impedance controlled by voltage comprises two parallel branches, one formed by a variable resistance (21) and the other a fixed resistor (22) in series with a parallel LC circuit consisting of a variable capacitor (23) and a fixed inductor (24).

5 - Echo canceller according to claim 3, characterized in that the variable resistor (12), part of the voltage-controlled variable impedance is formed by a fixed resistor (105) and a circuit in parallel on said fixed resistor comprising an operational amplifier (103) having a fixed feedback resistor (104) and an input resistor formed by a field effect transistor (lu2) controlled by the correlator circuit (40), and that the variable capacitor (13) part of the voltage-controlled variable impedance is formed by a fixed capacitor (115) and a parallel circuit on said fixed capacitor comprising an operational amplifier (113) having a counter resistance -reaction formed by a field effect transistor (112) and a fixed input resistance (114).

6 - Echo canceller according to claim 4, characterized in that the vanable resistor (21) part of the variable impedance controlled by the voltage is formed of a fixed resistor (105) and a parallel circuit of said fixed resistance comprising an operational amplifier (103) having a feedback resistance (104) and an input resistance formed by a field effect transistor (102) controlled by the correlating circuit (40), and in that the variable capacitor (23), part of the voltage-controlled variable impedance is formed by a fixed capacitor (115) and a parallel circuit on said fixed capacitor comprising an operational amplifier (113) having a counter resistance reaction formed by a field effect transistor (112) and a fixed input resistance (114).