KR20010019438A - Adaptive echo cancel apparatus with programmable analog filter - Google Patents

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KR20010019438A
KR20010019438A KR1019990035836A KR19990035836A KR20010019438A KR 20010019438 A KR20010019438 A KR 20010019438A KR 1019990035836 A KR1019990035836 A KR 1019990035836A KR 19990035836 A KR19990035836 A KR 19990035836A KR 20010019438 A KR20010019438 A KR 20010019438A
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이정원
이승호
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윤종용
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Abstract

PURPOSE: An adaptive echo cancel apparatus using a characteristic programmable low pass filter is provided to appropriately cope with the change of the characteristic of a line and promote the efficiency of a radio communication system, thereby reducing the manufacturing cost of a digital circuit. CONSTITUTION: The first operation part(131) synthesizes a frequency characteristic signal of an echo path to a transmitting signal and the transmitting signal of the other side sensed with characteristic of a line. A filter part(81) filters the transmitting signal by the transmitting signal and a variable filter control signal for outputting an echo cancel signal. The second operation part(132) synthesized the synthesized signal of the first operation part(131) and the echo cancel signal of the filter part(81). A filter control part(82) filters the transmitting signal and the filter signal with high frequency according to the output signal of the second operation part(132) for controlling the filter part(81).

Description

특성 가변 아날로그 필터를 이용한 적응형 반향 제거장치{Adaptive echo cancel apparatus with programmable analog filter}Adaptive echo cancel apparatus with programmable analog filter

본 발명은 1쌍의 선로를 통하여 양방향으로의 송신 및 수신이 동시에 일어나는 유선 통신 시스템의 반향 제거(Echo Cancel) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수신 신호 중의 반향의 양을 감지한 후 이를 최소화 하여 송/수신 선로의 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 특성 가변 아날로그 필터를 이용한 적응형 반향 제거장치에 관한 것이다.The present invention relates to an echo cancel device of a wired communication system in which transmission and reception in both directions are simultaneously performed through a pair of lines. More particularly, the present invention relates to minimizing the amount of echo in a received signal. The present invention relates to an adaptive echo canceller using a characteristic variable analog filter capable of actively responding to changes in a transmission / reception line.

비대칭 가입자 선로(Asymmetric Digital Subscriber Line : 이하 ADSL 이라함)와 같이 신호의 쌍방향 통신이 동시에 이루어지는 시스템에서, FOM(Frequency Overlap Multiplexing)의 경우 전송 신호에 의하여 발생되는 반향 신호는 반향 제거기에 의하여 처리된다. ADSL DMT(Descrete Multi-Tone)의 경우 수신 신호를 인식하기 위한 최대 신호 손실은 45dB이다. 상대 신호를 정확하게 수신하기 위해서는 송신 신호에 의한 반향 신호와 수신 신호 간에는 적어도 20dB의 차이가 있어야 하므로 ADSL의 경우 반향에 의한 송수신 효율 저하를 방지하기 위해서는 반향 리턴 손실이 65dB 이상인 반향 제거기가 필요하다. 일반적으로 사용되는 디지털 반향 제거기는 A/D, D/A 변환기의 비선형성으로 인하여 이를 구현하기가 어렵다.In a system in which two-way communication of signals is performed simultaneously, such as an asymmetric digital subscriber line (ADSL), in the case of frequency overlap multiplexing (FOM), an echo signal generated by a transmission signal is processed by an echo canceller. In case of ADSL DMT (Descrete Multi-Tone), the maximum signal loss to recognize the received signal is 45dB. In order to accurately receive the relative signal, there must be a difference of at least 20dB between the echo signal and the received signal. Therefore, in the case of ADSL, a echo canceller having an echo return loss of 65dB or more is required to prevent the transmission / reception efficiency degradation due to the echo. Digital echo cancellers are commonly used due to the nonlinearity of A / D and D / A converters.

도 1은 변압기(10)로의 입력 임피던스 Zi를 ZB(11-1)로 구현하여 송신 신호증폭기(12)에 의해 증폭된 신호로써 반향 신호를 만들어 수신신호에 감해 준 후 수신 신호 증폭기(13)에 의해 증폭되어 출력됨으로써 반향이 제거되는 구조이다. 변압기(11)의 출력신호는 전화선로(14)를 거처 종단 저항(Rt-100Ω)(15)에 전달된다.FIG. 1 illustrates an input impedance Z i to the transformer 10 as Z B 11-1 to generate an echo signal as a signal amplified by the transmission signal amplifier 12 and to subtract the received signal to receive signal amplifier 13. The echo is amplified by) and the echo is removed. The output signal of the transformer 11 is transmitted to the termination resistor (R t- 100 kV) 15 via the telephone line 14.

도 2는 도 1의 임피던스 ZB(11-1) 대신 능동필터를 사용한 특성 전달함수 C(s)(11-2)로써 반향 발생 경로의 특성 전달함수 H(s)를 구현하여 반향을 제거하는 구조이다.2 is a characteristic transfer function C (s) 11-2 using an active filter instead of the impedance Z B 11-1 of FIG. 1 to remove the echo by implementing the characteristic transfer function H (s) of the echo generation path. Structure.

도 3은 도 1 및 도 2와는 달리 디지털 필터와 일반적으로 최소 자승법(LMS : Least Mean Sqaure) 알고리즘을 이용한 반향 제어기 이다. 송신 신호는 D/A 변환기(30)를 통하여 아날로그 신호로 변환되며 이는 하이브리드 변압기(31) 및 전화 선로를 통하여 상대측의 수신단으로 전달된다. 상대측의 송신 신호와 반향 발생 경로를 통한 반향 신호가 합성되어 수신 경로로 유입되어 A/D 변환기(32)를 거쳐 디지털 신호로 변환된다. 디지털 필터 제어기(33)는 디지털 필터의 특성을 가변하여 반향이 최소화 되도록 제어하고 최적화된 디지털 필터로써의 적응형 디지털 필터(34)의 출력은 연산부(35)에서 수신 신호중 반향 신호를 제거하여 출력한다.Unlike FIG. 1 and FIG. 2, FIG. 3 is an echo controller using a digital filter and a Least Mean Sqaure (LMS) algorithm. The transmission signal is converted into an analog signal through the D / A converter 30, which is transmitted to the receiving end of the other side through the hybrid transformer 31 and the telephone line. The transmission signal on the other side and the echo signal through the echo generation path are synthesized, introduced into the reception path, and converted into a digital signal via the A / D converter 32. The digital filter controller 33 controls the characteristics of the digital filter so as to minimize reflection, and the output of the adaptive digital filter 34 as the optimized digital filter removes the echo signal from the received signal at the calculator 35 and outputs it. .

도 1 및 도 2에서와 같이 종래의 아날로그 하이브리드 회로는 반향 제거를 위하여 입력 임피던스 Zi또는 특성 전달 함수 H(s)를 수동 또는 능동 소자로써 구현한다. 일반적으로 신호의 전달 매개체인 전화 선로는 거리 및 설치 구조의 다양성으로 인하여 입력 임피던스 Zi또는 특성 전달 함수 H(s)가 일정하지 않고 특성 변화가 심한 문제점이 있었다.1 and 2, the conventional analog hybrid circuit implements the input impedance Z i or the characteristic transfer function H (s) as a passive or active element for echo cancellation. In general, due to the diversity of distance and installation structure, the telephone line, which is a signal transmission medium, has a problem in that the input impedance Z i or the characteristic transfer function H (s) is not constant and the characteristic change is severe.

도 4는 일반적으로 디지털 가입자망 회선(Digital Subscriber Line)에서 기기의 성능 측정에 이용되는 전화 선로(ANSI 선로)의 예이다. 여기서 전화국 CO(Central Office)에서 가입자 RT(Remote Terminal)에 이르는 선로가 거리(feet)/선종(AWG)으로 표시되어 있다.4 is an example of a telephone line (ANSI line) generally used to measure the performance of a device in a digital subscriber line (Digital Subscriber Line). Here, the line from the central office (CO) to the subscriber remote terminal (RT) is indicated in feet / line (AWG).

도 5는 도 1 및 도 2에서의 입력 임피던스 Zi와 특성 전달 함수 H(s)를 도 4의 여러 가지 선로에 대하여 구한 것으로써 주파수에 따른 특성 변화가 심함을 알 수 있다.FIG. 5 shows that the input impedance Z i and the characteristic transfer function H (s) in FIGS. 1 and 2 are obtained with respect to various lines of FIG.

이와 같이 도 1 및 도 2의 고정된 특성을 가지는 아날로그 필터는 선로 변화에 따른 다양한 특성 변화에 대응하기 어려우며 각 경우 다른 회로의 정수 설계가 필요한 문제점이 있었다. 도 3의 디지털 적응형 필터를 사용하는 경우에는 상기의 선로 환경에 유효 적절하게 대응하여 반향을 최적으로 제거할 수 있다. 그러나 고성능의 디지털 제거기의 구현을 위해서는 D/A 변환기의 비트(Bit)수 및 디지털 필터의 탭(Tap)수 증가가 필요하며 이로 인하여 구현에 따른 비용이 증가하는 문제점이 있었다. 또한 D/A 변환기 및 아날로그 증폭단에서의 비선형성 등으로 인하여 디지털 반향 제거기 만으로는 요구되는 반향 제거 성능(ADSL의 경우 65dB) 구현이 곤란한 문제점이 있었다.As described above, the analog filter having the fixed characteristics of FIGS. 1 and 2 has a problem in that it is difficult to cope with various characteristic changes according to the line change and in each case, an integer design of a different circuit is required. In the case of using the digital adaptive filter of Fig. 3, the echo can be optimally removed by appropriately and effectively responding to the above line environment. However, in order to implement a high performance digital eliminator, it is necessary to increase the number of bits of a D / A converter and the number of taps of a digital filter, thereby increasing the cost of implementation. In addition, due to nonlinearities in the D / A converter and the analog amplifier stage, it is difficult to implement echo cancellation performance (65 dB in the case of ADSL) which is required only by the digital echo canceller.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 디지털 유선 통신시스템에 주파수 특성 가변 아날로그 필터와 SE-LMS(Sign Error-Least Mean Square) 알고리즘 구현 회로로써 적응형 아날로그 반향 제거기를 구성하여 효과적으로 반향을 제거하는 특성 가변 아날로그 필터를 이용한 적응형 반향 제거장치를 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is a variable frequency characteristic variable analog filter and a signal error-least mean square (SE-LMS) algorithm implementation circuit in a digital wired communication system by configuring an adaptive analog echo canceller to effectively remove the characteristic variable echo An adaptive echo canceller using an analog filter is provided.

도 1 및 도 2는 종래의 아날로그 하이브리드 회로를 이용한 반향 제거기의 회로도 이다.1 and 2 are circuit diagrams of an echo canceller using a conventional analog hybrid circuit.

도 3은 종래의 디지털 신호 처리 방식으로 반향을 제거하기 위한 적응형 반향 제거기의 구성을 보이는 블록도 이다.3 is a block diagram showing the configuration of an adaptive echo canceller for canceling echo in a conventional digital signal processing scheme.

도 4는 일반적으로 디지털 가입자망 회선에서 기기의 성능 측정에 이용되는 전화 선로의 예를 보인 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a telephone line that is generally used to measure the performance of a device in a digital subscriber network line.

도 5는 도 1 및 도 2에서의 입력 임피던스 Zi와 특성 전달 함수 H(s)를 도 4의 여러가지 전화 선로에 대하여 구현한 주파수 특성도 이다.5 is a frequency characteristic diagram of the input impedance Z i and the characteristic transfer function H (s) of FIGS. 1 and 2 for various telephone lines of FIG. 4.

도 6은 일반적인 적응형 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a general adaptive algorithm.

도 7은 도 6의 적응형 알고리즘의 4가지 유형을 보인 도면이다.FIG. 7 illustrates four types of the adaptive algorithm of FIG. 6.

도 8은 본 발명에 따른 특성 가변 아날로그 필터를 이용한 적응형 반향 제거장치의 구성을 보이는 블록도 이다.8 is a block diagram showing the configuration of an adaptive echo cancellation device using a characteristic variable analog filter according to the present invention.

도 9 내지 도 11은 도 8의 가변 특성 아날로그 필터를 설명하기 위한 도면이다.9 to 11 are diagrams for describing the variable characteristic analog filter of FIG. 8.

도 12는 도 7중 사인 에러 최소 자승법 알고리즘을 이용한 아날로그 필터 제어기의 상세도 이다.FIG. 12 is a detailed diagram of an analog filter controller using a sine error least squares algorithm of FIG. 7.

도 13은 도 8의 상세도 이다.FIG. 13 is a detailed view of FIG. 8.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 특성 가변 아날로그 필터를 이용한 적응형 반향 제거장치는 송신신호에 대한 반향 경로의 주파수 특성 신호와 선로의 특성이 감지된 상대측 송신신호를 합성하는 제1 연산부; 상기 송신신호 및 가변 필터 제어 신호에 의해 송신 신호를 필터링하여 반향 제거 신호를 출력하는 필터; 상기 제1 연산부의 합성 신호와 상기 필터의 반향 제거 신호를 합성는 제2 연산부; 및 상기 제2 연산부의 출력신호에 따라 상기 송신신호와 상기 필터 신호를 고주파 필터링하여 상기 필터를 제어하는 가변 필터 제어신호를 출력하는 필터 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.An adaptive echo canceller using a characteristic variable analog filter for solving the technical problem to be solved by the present invention comprises a first calculation unit for synthesizing a frequency characteristic signal of a reverberation path with respect to a transmission signal and a relative transmission signal in which a characteristic of a line is detected. ; A filter for outputting an echo cancellation signal by filtering the transmission signal according to the transmission signal and the variable filter control signal; A second calculator configured to synthesize the synthesized signal of the first calculator and the echo cancellation signal of the filter; And a filter controller for outputting a variable filter control signal for controlling the filter by high frequency filtering the transmission signal and the filter signal according to the output signal of the second calculator.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도 6은 일반적인 적응형 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a general adaptive algorithm.

도 7은 도 6의 적응형 알고리즘의 4가지 유형을 보인 도면이다.FIG. 7 illustrates four types of the adaptive algorithm of FIG. 6.

도 7(a)는 아날로그 최소 자승법(Least Mean Square, 이하 LMS라 표기함)을 이용한 아날로그 필터제어기, 도 7(b)는 사인 데이터(Sign Data) LMS를 이용한 아날로그 필터 제어기, 도 7(c)는 사인 에러(Sign Error) LMS를 이용한 아날로그 필터 제어기, 도 7(d)는 사인 사인(Sign Sign) LMS를 이용한 아날로그 필터 제어기를 나타낸 도면이다.FIG. 7 (a) shows an analog filter controller using an analog least square method (hereinafter referred to as LMS), FIG. 7 (b) shows an analog filter controller using a sign data LMS, and FIG. 7 (c). Is an analog filter controller using a sign error LMS, and FIG. 7 (d) is a diagram showing an analog filter controller using a sign sign LMS.

도 8은 본 발명에 따른 특성 가변 아날로그 필터를 이용한 적응형 반향 제거장치의 구성을 보이는 블록도 이다.8 is a block diagram showing the configuration of an adaptive echo cancellation device using a characteristic variable analog filter according to the present invention.

도 8에 도시된 장치는 송신신호 VT(t)를 증폭하는 송신신호 증폭기(80), 송신신호 증폭기(80)의 출력 및 필터 제어 신호로 주파수 특성을 가변할 수 있는 가변 특성 아날로그 필터(81), 선로의 특성을 감지하여 가변 특성 아날로그 필터(81)의 특성을 최적화 하는 필터 제어 신호를 출력하는 아날로그 필터 제어기(82), 변압기(83), 전화선로(84), 종단저항(85)으로부터 전달된 상대측 송신신호 VL(t)와 송신신호 증폭기(80)로부터의 반향 신호 eH(t) 및 가변 특성 아날로그 필터(81)의 반향 보정 신호 ec(t)를 합성하여 반향 성분을 제거하여 증폭하는 수신신호 증폭기(87)로 구성된다.The apparatus shown in FIG. 8 is a variable characteristic analog filter 81 capable of varying frequency characteristics with a transmission signal amplifier 80 for amplifying a transmission signal V T (t), an output of the transmission signal amplifier 80, and a filter control signal. From the analog filter controller 82, the transformer 83, the telephone line 84, and the terminating resistor 85, which outputs a filter control signal for optimizing the characteristics of the variable characteristic analog filter 81 by sensing the characteristic of the line. The echo component of the transmitted transmission signal V L (t) and the echo signal e H (t) from the transmit signal amplifier 80 and the echo correction signal e c (t) of the variable characteristic analog filter 81 are synthesized to remove the echo component. And a received signal amplifier 87 for amplifying by amplification.

도 9 내지 도 11은 도 8의 가변 특성 아날로그 필터를 설명하기 위한 도면이다.9 to 11 are diagrams for describing the variable characteristic analog filter of FIG. 8.

도 12는 도 7중 사인 에러 최소 자승법 알고리즘을 이용한 아날로그 필터 제어기의 상세도 이다.FIG. 12 is a detailed diagram of an analog filter controller using a sine error least squares algorithm of FIG. 7.

도 12에 도시된 장치는 주파수 특성 가변 아날로그 필터 C(s)(120), 반향 경로 주파수 특성 함수 H(s)(121), 가산기(122), 비교기(123), 스위칭부(124), 고주파 감쇄 필터(125)로 구성된다.The apparatus shown in FIG. 12 includes a frequency characteristic variable analog filter C (s) 120, an echo path frequency characteristic function H (s) 121, an adder 122, a comparator 123, a switching unit 124, and a high frequency. Attenuation filter 125.

도 13은 도 8의 상세도 이다.FIG. 13 is a detailed view of FIG. 8.

도 13에 도시된 장치는 송신 신호의 반향 경로의 주파수 특성을 나타내는 H(s)(130), H(s)(130)의 출력신호 eH(t)와 상대측 송신신호 VL(t)를 가산하는 제1 가산기(131), 제1 가산기(131)의 출력신호와 반향 보정 신호 ec(t)를 가산하는 제2 가산기(132), 다수의 아날로그 필터(81-1,2,4,6), 다수의 곱셈기(81-3,5,7), 가산기(81-8)로 구성되어 반향 보정 신호 ec(t)를 출력하는 가변 특성 아날로그 필터(81), 필터(82-1), 비교기(82-2), 스위칭부(82-3), 고주파 감쇄필터(82-4,5,6)로 구성되어 가변 특성 아날로그 필터(81)의 특성을 최적화 하는 필터 제어 신호를 출력하는 아날로그 필터 제어기(82)로 구성된다.The apparatus shown in FIG. 13 outputs the output signal e H (t) of the H (s) 130 and the H (s) 130 and the counterpart transmission signal V L (t) representing the frequency characteristics of the echo path of the transmission signal. A first adder 131 to be added, a second adder 132 to add the output signal of the first adder 131 and the echo correction signal e c (t), a plurality of analog filters 81-1, 2, 4, 6) a variable characteristic analog filter 81 and a filter 82-1 composed of a plurality of multipliers 81-3, 5, 7 and an adder 81-8 to output an echo correction signal e c (t); , Analog comparator 82-2, switching unit 82-3, and high frequency attenuation filters 82-4, 5, 6 to output a filter control signal for optimizing the characteristics of the variable characteristic analog filter 81 It consists of a filter controller 82.

이어서 도 6 내지 도 13을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Next, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 13.

실제의 전송 선로는 다양한 구조로 이루어져 있으며 이에 따라 전화 선로의 입력 임피던스 또는 반향 리턴 패스(Echo Return Path)의 주파수 특성도 많은 변화를 보이게 된다. 따라서 반향의 최대화를 위해서는 각 전화 선로에 따른 회로 정수의 최적화 과정이 필요하다. 그러나 종래의 고정된 정수값에 의한 반향 제거 장치는 이에 대한 대응이 곤란하다.The actual transmission line is composed of various structures, and accordingly, the frequency characteristics of the input impedance or echo return path of the telephone line also change. Therefore, in order to maximize echo, it is necessary to optimize the circuit parameters for each telephone line. However, the conventional echo cancellation apparatus using a fixed integer value is difficult to cope with this.

도 6은 일반적인 적응형 시스템의 구조로써 이를 응용하면 전화 선로의 특성 변화에 대하여 효율적인 반향 감쇄의 최적화가 가능하다. 도 6은 각 입력신호에 대한 각 가중치 정수(Weighting Parameter wi(t))를 가산(61)하고 목적 응답 신호와 다시 가산(62)하여 오차 신호 e(t)를 출력한다. 여기서 가중치 정수인 wi(t)는 기본적인 연속-시간(Continous-time) LMS 알고리즘에 의해 다음과 같이 정의할 수 있다.FIG. 6 is a structure of a general adaptive system, and when applied to this, it is possible to optimize an efficient echo attenuation for a characteristic change of a telephone line. 6 adds 61 weighting parameters w i (t) for each input signal and adds the target response signal 62 again to output an error signal e (t). Here, the weight integer w i (t) can be defined as follows by the basic continuous-time LMS algorithm.

여기서, ρ는 수렴 상수 이다.Where ρ is the convergence constant.

실제 적응형 시스템의 구현상 단순성을 고려하여 일반적으로 아날로그 적응형 알고리즘은 LMS, SD-LMS, SE-LMS, SS-LMS가 많이 사용된다.Considering the simplicity of the implementation of the actual adaptive system, analog adaptive algorithms are commonly used LMS, SD-LMS, SE-LMS, SS-LMS.

도 7(a)는 LMS 알고리즘에 의한 필터 제어기로 수학식 1의 오차 신호를 이용하여 제1 비교기(70-1) 및 제2 비교기(70-2)에서 그 레벨을 비교한 후 곱셈 연산(70-3) 하여 적분(70-4)하고 증폭(70-5)하면 가중치 정수인 wi(t)가 출력된다.FIG. 7A illustrates a multiplication operation after comparing the levels of the first comparator 70-1 and the second comparator 70-2 using an error signal of Equation 1 as a filter controller using an LMS algorithm. -3), integral 70-4 and amplification 70-5 output w i (t) which is a weighted constant.

도 7(b)는 SD-LMS 알고리즘에 의한 필터 제어기로 수학식 1의 오차신호를 이용하여 비교기(71-1)의 출력과 오차 신호의 편미방값을 곱셈 연산(71-2)하고 적분(71-3)한 후 증폭(71-4)하면 가중치 정수인 wi(t)가 출력된다.FIG. 7 (b) is a filter controller based on the SD-LMS algorithm, and multiplies (71-2) the integral output value of the comparator 71-1 and the error signal of the error signal using the error signal of Equation 1, and integrates (71). After amplification (71-4), w i (t), which is a weight integer, is output.

도 7(c)는 SE-LMS 알고리즘에 의한 필터 제어기로 수학식 1의 오차 신호를 이용하여 비교기(72-1)의 출력과 오차 신호를 곱셈 연산(72-2)하고 적분(72-3)한 후 증폭(72-4)하면 가중치 정수인 wi(t)가 출력된다.FIG. 7 (c) is a filter controller based on the SE-LMS algorithm, and multiplies (72-2) the output of the comparator 72-1 and the error signal using the error signal of Equation 1, and integrates 72-3. After amplification 72-4, a weight integer w i (t) is output.

도 7(d)는 SS-LMS 알고리즘에 의한 필터 제어기로 수학식 1의 오차 신호와 오차 신호의 편미방값을 곱셈 연산(73-1)하고 적분(73-2)한 후 증폭(73-3)하면 가중치 정수인 wi(t)가 출력된다.FIG. 7 (d) is a filter controller based on the SS-LMS algorithm, and multiplies (73-1), integrates (73-2), and amplifies (73-3) the error signal of Equation 1 with the partial derivative of the error signal. When the weight integer w i (t) is output.

이중 SD-LMS 및 SS-LMS 알고리즘은 발산의 우려가 있고, SE-LMS 알고리즘은 수렴 시 일정 에러량을 가지게 된다. 적응형 알고리즘에 의한 가중치 정수 wi(t)는 다음 식과 같이 구현된다.Among the SD-LMS and SS-LMS algorithms, there is a risk of divergence, and the SE-LMS algorithm has a certain amount of error in convergence. The weight constant w i (t) by the adaptive algorithm is implemented as follows.

도 8과 같은 구조의 적응형 반향 제거기를 사용하면 전화 선로에 따른 최적화를 효율적으로 수행할 수 있다.By using the adaptive echo canceller having the structure as shown in FIG. 8, optimization according to the telephone line can be efficiently performed.

송신신호 증폭기(80)는 송신신호 VT(t)를 증폭 한다. 가변 특성 아날로그 필터(81)는 송신신호 증폭기(80)의 출력 및 필터 제어 신호로 주파수 특성을 가변한다. 아날로그 필터 제어기(82)는 수신신호 증폭기(87)의 출력 및 선로의 특성을 감지하여 가변 특성 아날로그 필터(81)의 특성을 최적화 하는 필터 제어 신호를 출력한다. 변압기(83), 전화선로(84), 종단저항(85)으로부터 전달된 상대측 송신신호 VL(t)는 저항 Rpt를 통과한 송신신호 증폭기(80)의 출력신호인 반향 신호 eH(t)와 혼합된다. 가변 특성 아날로그 필터(81)의 출력신호인 반향 보정 신호 ec(t)는 혼합된 VL(t)와 eH(t)와 함께 수신신호 증폭기(87)에 입력되어 반향 성분이 제거된 신호 VR(t)를 출력한다.The transmission signal amplifier 80 amplifies the transmission signal V T (t). The variable characteristic analog filter 81 varies the frequency characteristic with the output of the transmission signal amplifier 80 and the filter control signal. The analog filter controller 82 detects the characteristics of the output and the line of the reception signal amplifier 87 and outputs a filter control signal for optimizing the characteristics of the variable characteristic analog filter 81. The relative transmission signal V L (t) transmitted from the transformer 83, the telephone line 84, and the termination resistor 85 is an echo signal e H (t) which is an output signal of the transmission signal amplifier 80 passing through the resistor R pt . Mixed with). The echo correction signal e c (t) which is an output signal of the variable characteristic analog filter 81 is input to the reception signal amplifier 87 together with the mixed V L (t) and e H (t) to remove the echo component. Output V R (t).

도 8과 같은 일렉트로닉 하이브리드(Electronic Hybrid) 구조에서는 상대 측 송신 신호인 VL(t)와 반향 신호인 eH(t)의 혼합 신호를 반향 제거기(아날로그 필터 제어기(82)와 가변 특성 아날로그 필터(81)를 통한 ec(t)로 보정함으로써 수신신호 VR(t)에서의 반향 성분을 제거한다.In the electronic hybrid structure shown in FIG. 8, an echo canceller (analog filter controller 82 and a variable characteristic analog filter) are used to convert a mixed signal of a transmission signal V L (t) and an echo signal e H (t) into an echo hybrid. The echo component in the received signal V R (t) is removed by correcting with e c (t) through 81).

양측의 전송 신호인 VT(t), VR(t)는 Uncorrelated Stationary Random Process라면 평균 자승 값(Mean Square Value) Q를 다음과 같이 정의할 수 있다.If the two transmission signals V T (t) and V R (t) are Uncorrelated Stationary Random Processes, the mean square value Q may be defined as follows.

식 4에서 반향을 최소화 하는 것은 VR(t)의 평균 자승 값(DC 전원)을 최소화 하는 의미와 같다. 이 적응형 아날로그 시스템의 구현을 위해서는 주파수 특성 가변 아날로그 필터(81)와 이를 최적화 하는 필터 제어기(82)에 대한 설계가 필요하다.Minimizing echo in Equation 4 is the mean square value of V R (t) Same as minimizing (DC power supply). In order to implement this adaptive analog system, a design of the frequency characteristic variable analog filter 81 and a filter controller 82 for optimizing the same is required.

도 9 내지 도 11은 도 8의 가변 특성 아날로그 필터를 설명하기 위한 것으로, 도 9는 가산기(90), 특성함수 A(s)(91), 특성함수 B(s)(92)로 구성되며 이와 같은 기본 적인 피드백 구조의 시스템에서는 입출력 신호 VI, VO에 대한 전달함수는 다음과 같이 정의된다.9 to 11 illustrate the variable characteristic analog filter of FIG. 8, and FIG. 9 includes an adder 90, a characteristic function A (s) 91, and a characteristic function B (s) 92. In the same basic feedback system, the transfer function for input / output signals V I and V O is defined as follows.

이를 응용한 도 10은 OP 앰프를 이용한 가산기(100), 적분기 -k/s(101), 곱셈기(102,103)로 구성되며 각 신호와 전달함수는 다음과 같은 관계를 갖는다.10 is applied to the adder 100, the integrator -k / s 101, the multipliers (102, 103) using the OP amplifier, each signal and the transfer function has the following relationship.

위 식에서 외부 제어 신호인 kr, kp으로써 이득, 영점 및 극점의 양이 가변되므로 필터의 특성을 조절할 수 있다.In the above equation, the external control signals k r and k p allow the amount of gain, zero, and pole to be varied so that the characteristics of the filter can be adjusted.

도 11은 일반적으로 사용되는 가변 아날로그 필터(Programable Low Pass Filter)의 예로써 극점 가변을 위한 곱셈기(113) 대신 가변 이득 증폭기(Variable Gain Amplifier)(111)를 사용하여 구현할 수도 있다. 이 경우 극점의 우반면(Right Half Plane) 위치에 의한 발산을 방지할 수 있다.FIG. 11 may be implemented using a variable gain amplifier 111 instead of the multiplier 113 for pole varying as an example of a commonly used programmable low pass filter. In this case, divergence due to the position of the right half plane of the pole can be prevented.

본 발명에서는 아날로그 적응형 알고리즘 중 오프셋(Offset)에 의한 영향이 가장 적은 SE-LMS 알고리즘을 이용하여 적응형 반향 제거기를 구현한다.In the present invention, the adaptive echo canceller is implemented using the SE-LMS algorithm having the least influence of the offset among the analog adaptive algorithms.

도 8의 주파수 특성식을 구현하면 다음과 같다.Implementing the frequency characteristic equation of Figure 8 is as follows.

수학식 7의 양변을 가변 정수(Programmable Parameter)인 가중치 정수 wi에 관하여 편미방 하면,If both sides of the equation (7) are partial to the weighted constant w i which is a programmable parameter,

C(s)를 다음과 같은 선형 식으로 가정할 때 가변 정수인 가중치 정수 wi는 r0, rk, pk가 된다.Assuming that C (s) is a linear equation, the weighted constant w i, which is a variable integer, becomes r 0 , r k , and p k .

위 식을 이용하여 수학식 8의 값을 구하면 다음과 같다.Obtaining the value of Equation 8 using the above equation is as follows.

위로부터 수학식 2에 정의된 여러가지 LMS 알고리즘을 쉽게 구현할 수 있다.From above, various LMS algorithms defined in Equation 2 can be easily implemented.

도 12는 SE-LMS 알고리즘을 이용한 아날로그 필터 제어기를 구현한 블록도로써, 반향 성분이 제거된 신호 VR(t)는 송신 신호 VL(t)를 주파수 특성 가변 아날로그 필터(120)에 의한 특성함수 C(s), 반향 경로 주파수 특성 함수 H(s)(121) 및 상대측 송신신호 VL(t)를 가산기(122)에서 가산하여 출력된다. VR(t) 신호는 비교기(123)에서 수신 신호 레벨을 비교하여 스위칭부(124)의 반향 성분 제거 신호를 가중치 정수에 의해 편미방한 신호의 스위칭을 제어한다. 스위칭 출력된 반향 성분 제거 신호는 고주파 감쇄 필터(125)를 통과한 후 출력된다.12 is a block diagram of an analog filter controller using the SE-LMS algorithm. The signal V R (t) from which the echo component is removed is a characteristic of the transmission signal V L (t) by the frequency characteristic variable analog filter 120. The function C (s), the echo path frequency characteristic function H (s) 121, and the counterpart transmission signal V L (t) are added by the adder 122 and output. The V R (t) signal compares the received signal level in the comparator 123 and controls the switching of the signal obtained by smoothing the echo component removal signal of the switching unit 124 by a weighted integer. The switching output echo component removal signal is output after passing through the high frequency attenuation filter 125.

SE-LMS 알고리즘 필터 제어기를 이용한 아날로그 적응형 반향 제거 장치가 도 13에 도시되어 있다. 송신 신호 VT(t)가 반향 경로의 주파수 특성을 나타내는 H(s)(130)를 따라 발생된 반향 신호 eH(t)는 상대측 송신 신호 VL(t)와 제1 가산기(131)에서 합성되어 수신 신호 VR(t)로 생성된다.An analog adaptive echo cancellation device using the SE-LMS algorithm filter controller is shown in FIG. The echo signal e H (t) generated along the H (s) 130 in which the transmission signal V T (t) represents the frequency characteristic of the echo path is generated by the counterpart transmission signal V L (t) and the first adder 131. Are synthesized to generate the received signal V R (t).

특성 가변 아날로그 필터(81)의 제1 아날로그 필터(81-1)는 송신신호 VT(t)를 통과시켜 가산기(81-8)로 입력하고, 제2 아날로그 필터(81-2)는 송신신호 VT(t)와 필터 제어신호 p1을 통과시켜 필터 제어 신호 r1과 곱셈연산(81-3)하여 가산기(81-8)로 입력한다. 제k 아날로그 필터(81-4)는 송신신호 VT(t)와 필터 제어 신호 pk을 통과시켜 필터 제어 신호 rk와 곱셈연산(81-5)하여 가산기(81-8)로 입력되고, 제n 아날로그 필터(81-6)는 송신신호 VT(t)와 필터 제어 신호 pn을 통과시켜 필터 제어 신호 rn과 곱셈연산(81-7)하여 가산기(81-8)로 입력한다. 가산기(81-8)에서 합성된 신호는 수신신호 VR(t)에서 반향 신호가 제거되어 상대측 송신 신호 VL(t)와 근사하는 수신 신호 ec(t)를 얻을 수 있다. 따라서, 제2 가산기(132)는 반향 성분이 제거된 신호를 출력하게 된다.The first analog filter 81-1 of the characteristic variable analog filter 81 passes through the transmission signal V T (t) to be input to the adder 81-8, and the second analog filter 81-2 transmits the transmission signal. The multiplier 81-3 is multiplied with the filter control signal r 1 through V T (t) and the filter control signal p 1 and input to the adder 81-8. The k-th analog filter 81-4 is multiplied by the filter control signal r k through the transmission signal V T (t) and the filter control signal p k , and input to the adder 81-8. The n-th analog filter 81-6 passes through the transmission signal V T (t) and the filter control signal p n , multiplies the filter control signal r n by the multiplication operation 81-7, and inputs it to the adder 81-8. In the synthesized signal from the adder 81-8, the echo signal is removed from the received signal V R (t) to obtain a received signal e c (t) that is close to the counterpart transmission signal V L (t). Accordingly, the second adder 132 outputs a signal from which the echo component is removed.

SE-LMS 알고리즘을 이용한 아날로그 필터 제어기(82)는 반향신호를 최소화 하기 위하여 아날로그 필터(82-1), 비교기(82-2), 스위칭부(82-3)및 고주파 감쇄필터(82-4,5,6)로 구성된다. 아날로그 필터(82-1)는 제2 곱셈기(81-5)의 출력신호를 필터링하여 제1 스위칭부(82-31)로 출력한다. 비교기(82-2)는 수신신호 VR(t)의 레벨을 비교하여 0보다 크면 1을 0보다 작으면 -1을 출력하여 스위칭부(82-3)의 스위칭 제어동작을 수행한다. 각 스위칭부(82-31, 32, 33)로 입력되는 신호는 식 10에 의하여 송신신호 VT(t)를 편미방한 신호가 입력된다. 각 스위칭부(82-31,32,33)에서 출력된 신호는 각 고주파 감쇄 필터(82-4,5,6)로 입력되어 필터링을 거친 후에 최종 필터 제어신호 -r0, -rk, -pk를 출력하게 된다.In order to minimize the echo signal, the analog filter controller 82 using the SE-LMS algorithm includes an analog filter 82-1, a comparator 82-2, a switching unit 82-3, and a high frequency attenuation filter 82-4. 5,6). The analog filter 82-1 filters the output signal of the second multiplier 81-5 and outputs the filtered signal to the first switching unit 82-31. The comparator 82-2 compares the level of the received signal V R (t) and outputs 1 when it is larger than 0 and -1 when it is smaller than 0 to perform a switching control operation of the switching unit 82-3. As a signal input to each of the switching units 82-31, 32, and 33, a signal obtained by simplifying the transmission signal V T (t) is input by the equation (10). The signal output from each of the switching units 82-31, 32, and 33 is input to each of the high frequency attenuation filters 82-4, 5, and 6, and then filtered. The final filter control signals -r 0 , -r k ,- will print p k .

본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 사상 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments and can be modified by those skilled in the art within the spirit of the invention.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기존의 고정된 특성을 가진 아날로그 하이브리드 회로가 선로의 특성 변화에 대하여 적절한 대응을 하지 못하는 단점을 해결할 수 있다. 그리고 이로써 유선 통신 시스템의 구성을 효율과 시켜 디지털 회로의 원가를 절감하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to solve the disadvantage that the existing analog hybrid circuit having fixed characteristics does not adequately respond to the characteristic change of the line. In this way, it is possible to reduce the cost of digital circuits by making the wired communication system more efficient.

Claims (3)

송신신호에 대한 반향 경로의 주파수 특성 신호와 선로의 특성이 감지된 상대측 송신신호를 합성하는 제1 연산부;A first calculating unit for synthesizing a frequency characteristic signal of a reverberation path with respect to a transmission signal and a transmission signal of a counterpart on which a characteristic of a line is detected; 상기 송신신호 및 가변 필터 제어 신호에 의해 송신 신호를 필터링하여 반향 제거 신호를 출력하는 필터;A filter for outputting an echo cancellation signal by filtering the transmission signal according to the transmission signal and the variable filter control signal; 상기 제1 연산부의 합성 신호와 상기 필터의 반향 제거 신호를 합성는 제2 연산부; 및A second calculator configured to synthesize the synthesized signal of the first calculator and the echo cancellation signal of the filter; And 상기 제2 연산부의 출력신호에 따라 상기 송신신호와 상기 필터 신호를 고주파 필터링하여 상기 필터를 제어하는 가변 필터 제어신호를 출력하는 필터 제어부를 포함하는 특성 가변 아날로그 필터를 이용한 적응형 반향 제거장치.And a filter controller for outputting a variable filter control signal for controlling the filter by high frequency filtering the transmission signal and the filter signal according to the output signal of the second calculator. 제 1항에 있어서, 상기 가변 특성 아날로그 필터는The method of claim 1, wherein the variable characteristic analog filter 상기 가변 필터 제어 신호중 소정의 신호와 상기 송신신호를 합성하여 필터링하는 제1∼제n 필터;First to n-th filters for combining and filtering a predetermined signal among the variable filter control signals and the transmission signal; 상기 제2∼제n 필터의 출력과 상기 가변 필터 제어 신호중 소정의 신호를 곱셈 연산하는 제1∼제n 곱셈기; 및First to n-th multipliers for multiplying outputs of the second to n-th filters with a predetermined signal among the variable filter control signals; And 상기 제1 필터의 출력신호 및 제1∼제n 곱셈기의 출력신호를 가산하여 반향이 제거된 신호를 출력하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 특성 가변 아날로그 필터를 이용한 적응형 반향 제거장치.And an adder configured to add an output signal of the first filter and an output signal of the first to n-th multipliers to output a signal from which echo is removed. 제 1항에 있어서, 상기 필터 제어부는The method of claim 1, wherein the filter control unit 상기 제1∼제n 곱셈기 중 제k 곱셈기의 출력을 필터링하는 필터;A filter for filtering the output of the k-th multiplier among the first to n-th multipliers; 상기 제2 연산부의 출력신호 레벨을 비교하여 스위칭 제어신호를 출력하는 비교기;A comparator comparing the output signal level of the second calculator and outputting a switching control signal; 상기 비교기의 스위칭 제어 신호에 의해 상기 송신신호 또는 상기 제1∼제k 필터의 출력 또는 상기 필터의 출력을 스위칭하는 스위칭부; 및A switching unit for switching the transmission signal or the output of the first to k-th filters or the output of the filter by a switching control signal of the comparator; And 상기 스위칭부의 출력에 대한 고주파 신호를 감쇄하여 상기 필터 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 특성 가변 아날로그 필터를 이용한 적응형 반향 제거장치.Adaptive echo canceller using a characteristic variable analog filter, characterized in that for outputting the filter control signal by attenuating the high frequency signal for the output of the switching unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7274732B2 (en) * 2003-03-21 2007-09-25 Texas Instruments Incorporated Echo cancellation in communication systems with asymmetric data rates
KR100895735B1 (en) * 2001-07-13 2009-04-30 피어링 코무니카치온스 게엠베하 Apparatus for improvement of the transmission characteristics of a bundle of electrical data lines, and an arrangement for data transmission

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