home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ InfoMagic Standards 1993 July / Disc.iso / ccitt / 1988 / ascii / 3_1_07.txt < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1991-12-22  |  89.5 KB  |  2,495 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.        5i'
  5.  
  6.        MONTAGE : FIN DE LA RECOMMANDATION G.164 EN T | TE DE CETTE PAGE
  7.  
  8.  
  9.  
  10.  
  11.  
  12.  
  13.  
  14.  
  15.  
  16.  
  17.  
  18.  
  19.  
  20.  
  21.         Recommendation G.165
  22.  
  23.  
  24.                                 ECHO CANCELLERS
  25.  
  26.  
  27.  
  28.               (Geneva, 1980; amended at Malaga-Torremolinos, 1984
  29.  
  30.  
  31.                             and at Melbourne, 1988)
  32.  
  33.  
  34.        1       General
  35.  
  36.  
  37.             1.1 Echo cancellers are voice operated devices placed  in  the
  38.        4-wire  portion  of  a  circuit (which may be an individual circuit
  39.        path or a path carrying a multiplexed  signal)  and  are  used  for
  40.        reducing the echo by subtracting an estimated echo from the circuit
  41.        echo. They may be characterized by whether the transmission path or
  42.        the  subtraction  of  the echo is by analogue or digital means (see
  43.        Figures 1/G.165, 2/G.165 and 3/G.165).
  44.  
  45.  
  46.             1.2 This Recommendation is applicable to the  design  of  echo
  47.        cancellers  using  digital or analogue techniques, and intended for
  48.        use in an international circuit. Echo cancellers designed  to  this
  49.        Recommendation  will  be  compatible  with each other and with echo
  50.        suppressors designed in accordance  with  Recommendations G.161 [1]
  51.        and G.164. Compatibility is defined in Recommendation G.164, S 1.4.
  52.        Freedom is permitted in design details not covered by the  require-
  53.        ments.
  54.  
  55.             Echo cancellers may be used for purposes  other  than  network
  56.        echo    control   on   international   circuits,   e.g. in   active
  57.        2-wire/4-wire hybrids or 2-wire repeaters, but this  Recommendation
  58.        does not apply to such echo cancellors.
  59.  
  60.  
  61.                                                          Figure 1/G.165 p.
  62.  
  63.  
  64.  
  65.  
  66.  
  67.                                                          Figure 2/G.165 p.
  68.  
  69.  
  70.  
  71.                                                          Figure 3/G.165 p.
  72.  
  73.  
  74.  
  75.  
  76.  
  77.  
  78.  
  79.  
  80.  
  81.  
  82.        2       Definitions relating to echo cancellers
  83.  
  84.  
  85.             In the definition and text, L will refer to the relative power
  86.        level  of  a  signal,  expressed  in dBm0  and A  will refer to the
  87.        attenuation or loss of a signal path expressed in dB.
  88.  
  89.  
  90.        2.1         echo canceller (see Figure 4/G.165)
  91.  
  92.  
  93.                F:      annuleur d'echo
  94.  
  95.                S:      compensador de eco; cancelador de eco
  96.  
  97.             A voice operated device placed in the 4-wire portion of a cir-
  98.        cuit  and  used for reducing near-end echo present on the send path
  99.        by subtracting an estimation of that echo from the near-end echo.
  100.  
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.                                                          Figure 4/G.165 p.
  106.  
  107.  
  108.  
  109.        2.2         echo loss (A ECHO .PS 10 )
  110.  
  111.  
  112.                F:      affaiblissement d'echo (A ECHO .PS 10 )
  113.  
  114.                S:       atenuacion del eco (A ECO .PS 10 )
  115.  
  116.             The  attenuation  of  a  signal  from  the  receive-out   port
  117.        (Ro\du\dt) to the send-in port (Si\dn) of an echo canceller, due to
  118.        transmission and hybrid loss, i.e. the loss in the echo path.
  119.  
  120.             Note  - This definition does not strictly adhere to  the  echo
  121.        loss  definition given in Recommendation G.122, S 2.2 which applies
  122.        to loss of the a -t -b path viewed from the virtual switching point
  123.        of  the  international  circuit.  The echo canceller may be located
  124.        closer to the echo reflection point.
  125.  
  126.  
  127.        2.3         cancellation (A CANC .PS 10 )
  128.  
  129.  
  130.                F:      annulation (A NL .PS 10 )
  131.  
  132.                S:      compensacion; cancelacion (A COMP .PS 10 )
  133.        _________________________
  134.        These definitions  assume  that  nonlinear  processing,
  135.        e.g. centre clipping, is not present in the send or re-
  136.        ceive paths unless otherwise  specified  and  that  the
  137.        signal at Sinis purely echo.
  138.  
  139.  
  140.  
  141.  
  142.  
  143.  
  144.  
  145.  
  146.  
  147.  
  148.             The attenuation of the echo signal as it  passes  through  the
  149.        send  path  of  an  echo  canceller.  This  definition specifically
  150.        excludes any nonlinear processing on the output of the canceller to
  151.        provide for further attenuation.
  152.  
  153.  
  154.        2.4         residual echo level (L RES .PS 10 )
  155.  
  156.  
  157.                F:      niveau d'echo residuel (N RES .PS 10 )
  158.  
  159.                S:      nivel de eco residual (N RES .PS 10 )
  160.  
  161.             The level of the echo signal which  remains  at  the  send-out
  162.        port of an operating echo canceller after imperfect cancellation of
  163.        the circuit echo. It is related to the receive-in signal L Rin by
  164.  
  165.                                       L RES
  166.                                      = L Rin
  167.                                         -
  168.                                      A ECHO
  169.                                      - A CANC
  170.  
  171.  
  172.  
  173.             Any nonlinear processing is not included.
  174.  
  175.  
  176.  
  177.        2.5         nonlinear processor (NLP)
  178.  
  179.  
  180.                F:      processeur non lineaire (PNL)
  181.  
  182.                S:      procesador no lineal (PNL)
  183.  
  184.             A device having a defined suppression threshold level  and  in
  185.        which:
  186.  
  187.                a)          signals having a level detected as being  below
  188.        the threshold are suppressed, and
  189.  
  190.                b)          signals having a level detected as being  above
  191.        the threshold are passed although the signal may be distorted.
  192.  
  193.             Note 1  - The  precise  operation  of  a  nonlinear  processor
  194.        depends upon the detection and control algorithm used.
  195.  
  196.             Note 2  - An example of a nonlinear processor is  an  analogue
  197.        centre clipper in which all signal levels below a defined threshold
  198.        are forced to some minimum value.
  199.  
  200.  
  201.        2.6         nonlinear processing loss (A NLP .PS 10 )
  202.  
  203.  
  204.                F:      affaiblissement par traitement non lineaire (A  TNL
  205.  
  206.  
  207.  
  208.  
  209.  
  210.  
  211.  
  212.  
  213.  
  214.        )
  215.  
  216.                S:      atenuacion por  procesamiento  (o  tratamiento)  no
  217.        lineal (A PNL )
  218.  
  219.             Additional attenuation of residual echo level by  a  nonlinear
  220.        processor placed in the send path of an echo canceller.
  221.  
  222.             Note  - Strictly, the attenuation of a nonlinear process  can-
  223.        not  be  characterized  by  a  loss in dB. However, for purposes of
  224.        illustration and discussion of echo canceller operation, the  care-
  225.        ful use of A NLP is helpful.
  226.  
  227.  
  228.        2.7         returned echo level (L RET .PS 10 )
  229.  
  230.  
  231.                F:      niveau de retour d'echo (N RET )
  232.  
  233.                S:      nivel del eco devuelto (N DEV )
  234.  
  235.             The level of the signal at the send-out port of  an  operating
  236.        echo  canceller  which will be returned to the talker. The attenua-
  237.        tion of a nonlinear processor  is  included,  if  one  is  normally
  238.        present. L RET is related to L Rin by
  239.  
  240.                                       L RET
  241.                                      = L Rin
  242.                                         -
  243.                                      (A ECHO
  244.                                      + A CANC
  245.                                         +
  246.                                       A NLP
  247.                                        ).
  248.  
  249.  
  250.  
  251.             If nonlinear processing is not present, note that L  RES   = L
  252.        RET
  253.  
  254.  
  255.        2.8         combined loss (A COM .PS 10 )
  256.  
  257.  
  258.                F:      affaiblissement combine (A COM )
  259.  
  260.                S:      atenuacion combinada (A COMB )
  261.  
  262.             The sum of echo loss, cancellation loss and nonlinear process-
  263.        ing loss (if present). This loss relates L Rin to L RET by:
  264.  
  265.                                       L RET
  266.                                      = L Rin
  267.                                         -
  268.                                       A COM
  269.                                      , where
  270.                                       A COM
  271.  
  272.  
  273.  
  274.  
  275.  
  276.  
  277.  
  278.  
  279.  
  280.                                      = A ECHO
  281.                                         +
  282.                                      A CANC
  283.                                      + A NLP
  284.  
  285.  
  286.  
  287.  
  288.  
  289.        2.9         convergence
  290.  
  291.  
  292.                F:      convergence
  293.  
  294.                S:      convergencia
  295.  
  296.             The process of developing a model of the echo path which  will
  297.        be  used  in the echo estimator to produce the estimate of the cir-
  298.        cuit echo.
  299.  
  300.  
  301.        2.10         convergence time
  302.  
  303.  
  304.                F:      temps de convergence
  305.  
  306.                S:      tiempo de convergencia
  307.  
  308.             For a defined echo path, the interval between  the  instant  a
  309.        defined  test  signal  is applied to the receive-in port of an echo
  310.        canceller with the estimated echo path impulse  response  initially
  311.        set  to  zero,  and  the  instant  the  returned  echo level at the
  312.        send-out port reaches a defined level.
  313.  
  314.  
  315.  
  316.        2.11         leak time
  317.  
  318.  
  319.                F:      temps de fuite
  320.  
  321.                S:      tiempo de fuga
  322.  
  323.             The interval between the instant a test signal is removed from
  324.        the  receive-in  port  of  a fully-converged echo canceller and the
  325.        instant the echo path model in  the  echo  canceller  changes  such
  326.        that,  when a test signal is reapplied to Ri\dnwith the convergence
  327.        circuitry inhibited, the returned echo is at a defined level.
  328.  
  329.             This definition refers to echo cancellers employing, for exam-
  330.        ple, leaky integrators in the convergence circuitry.
  331.  
  332.  
  333.        3       Characteristics of echo cancellers
  334.  
  335.  
  336.  
  337.  
  338.  
  339.  
  340.  
  341.  
  342.  
  343.  
  344.  
  345.  
  346.        3.1         General
  347.  
  348.  
  349.             This Recommendation is applicable to the design of  echo  can-
  350.        cellers. The echo cancellers are assumed to be "half" echo cancell-
  351.        ers, i.e. those in which cancellation takes place only in the  send
  352.        path due to signals present in the receive path.
  353.  
  354.  
  355.        3.2         Purpose, operation and environment
  356.  
  357.  
  358.             Echo, in any 2-wire or combination  2-  and  4-wire  telephone
  359.        circuit,  is  caused by impedance mismatches. An echo canceller can
  360.        be used to reduce this echo to tolerable levels.
  361.  
  362.             The echo present at the send-in port of an echo canceller is a
  363.        distorted  and  delayed replica of the incoming speech from the far
  364.        end, i.e. the echo is the incoming speech as modified by  the  echo
  365.        path.  The  echo path is commonly described by its impulse response
  366.        (see Figure 5/G.165). This response of a typical echo path shows  a
  367.        pure  delay  tr,  due  to  the  delays  inherent  in  the echo path
  368.        transmission facilities, and a dispersed signal due to band  limit-
  369.        ing  and  multiple  reflections.  The sum of these is the echo path
  370.        delay, td. The values of delay and dispersion will  vary  depending
  371.        on  the  properties  of the echo paths, e.g. they may vary for dif-
  372.        ferent national networks. It is assumed that  the  echo  paths  are
  373.        basically linear and not continuously varying , e.g. have no  phase
  374.        roll (see
  375.  
  376.             Recommendation G.164). In addition, the loss of the echo  path
  377.        in dB  (see S 2.2 above) is likely to be such that the minimum loss
  378.        from Ro\du\dtto Si\dnof the echo canceller will  be  equal  to  the
  379.        difference  between  relative  levels at these two ports plus 6 dB.
  380.        Echo cancellers designed to this Recommendation will perform  prop-
  381.        erly for echo loss (A ECHO ) of 6 dB or greater. For (A ECHO ) less
  382.        than 6 dB they may also work but with degraded performance.  It  is
  383.        not possible to quantify this degraded performance.
  384.  
  385.  
  386.                                                          Figure 5/G.165 p.
  387.  
  388.  
  389.  
  390.  
  391.             An echo canceller must be able to synthesize a replica of  the
  392.        echo path impulse response using a sampled data representation, the
  393.        _________________________
  394.        Echo cancellers designed specifically  for  echo  paths
  395.        which  are  nonlinear and/or time variant are likely to
  396.        be much more complex than those not so designed. It  is
  397.        felt  that  insufficient  information exists to include
  398.        such echo cancellers in this Recommendation. Echo  can-
  399.        cellers  conforming to this Recommendation are adaptive
  400.        and will cope with slowly varying echo paths when  only
  401.        receive speech is present.
  402.  
  403.  
  404.  
  405.  
  406.  
  407.  
  408.  
  409.  
  410.  
  411.  
  412.        sampling being at the Nyquist rate (8000 Hz).  Such  an  echo  can-
  413.        celler, to function properly, must have sufficient storage capacity
  414.        for the required number of samples echo  paths:  too  many  storage
  415.        locations  will  create  undesirable  additional  noise  due to the
  416.        unused locations which, because of estimation noise, are  generally
  417.        not zero. It should be recognized that an echo canceller introduces
  418.        an additional parallel echo path. If the impulse  response  of  the
  419.        echo  path  model  is  sufficiently  different  from  the echo path
  420.        impulse response, the total returned echo may be larger  than  that
  421.        due to the echo path only.
  422.  
  423.             The echo paths change as the echo canceller is used in succes-
  424.        sive connections. When speech first arrives at Ri\dn, the echo can-
  425.        celler must adapt or converge to the  new  echo  path,  and  it  is
  426.        desirable  that  this  be fairly rapid, e.g. about one-half second.
  427.        Also the residual echo should be small regardless of the  level  of
  428.        the  receive  speech and the characteristics of the echo path. Some
  429.        Administrations feel that a slightly higher residual echo level may
  430.        be permitted provided it is further reduced using a small amount of
  431.        nonlinear processing (see S 5).
  432.  
  433.             When there is receive speech and the near party begins to dou-
  434.        ble  talk, an echo canceller may interpret the transmit signal as a
  435.        new echo signal and attempt to adapt  to  it.  This  can  seriously
  436.        degrade  the  subjective quality of the connection. Not only is the
  437.        echo cancellation reduced but  distortion  of  the  double  talking
  438.        speech  may  occur  as  the  echo canceller dynamically attempts to
  439.        adapt. Two common approaches are taken as a solution. The first  is
  440.        to  use  algorithm  which  causes slow adaptation during periods of
  441.        double talk. The second is to employ a double talk detector , simi-
  442.        lar  to  that  used  in echo suppressors. The echo canceller double
  443.        talk detector, however, generally should  favour  break-in  at  the
  444.        expense  of  false  operation on echo. This differs from the double
  445.        talk detector in an echo suppressor.
  446.  
  447.             Thus, echo cancellers have the following fundamental  require-
  448.        ments:
  449.  
  450.                1)         rapid convergence;
  451.  
  452.                2)         subjective low returned echo level during single
  453.        talk;
  454.  
  455.                3)         low divergence during double talk.
  456.  
  457.             When echo cancellers are located on the subscriber side of the
  458.        international  signalling  equipment,  signalling tones do not pass
  459.        through the cancellers so no special action is necessary. When can-
  460.        cellers  are  on the international side of the signalling equipment
  461.        they  are  normally  disabled  by  the  switch  during  the  active
  462.        _________________________
  463.        Echo cancellers having storage capacities of  16 ms  to
  464.        40 ms have been successfully demonstrated. Maximum echo
  465.        path delay td, in the network in  which  the  canceller
  466.        will  be used will determine the required storage capa-
  467.        city.
  468.  
  469.  
  470.  
  471.  
  472.  
  473.  
  474.  
  475.  
  476.  
  477.  
  478.        signalling exchange intervals in order to prevent distortion of the
  479.        signalling  tones  by  the  echo  canceller.  When signalling tones
  480.        simultaneously appear at the canceller receive and send ports (dou-
  481.        ble  talk)  the  receive  signal will be processed through the echo
  482.        path model contained in the canceller. The signal estimate produced
  483.        by  the  canceller may sufficiently distort the send side signal so
  484.        that it will not be properly recognized by the  signalling  receive
  485.        unit  (Note 1).  An  echo  canceller  must  de  disabled during the
  486.        transmission of the CCITT No. 6 and No. 7 continuity  check  signal
  487.        (Note 2).
  488.  
  489.             If an echo canceller  conforming  to  Recommendation G.165  is
  490.        located  on  the international side of CCITT No. 5 signalling units
  491.        an enabled canceller, it will interfere with the continuously  com-
  492.        pelled  signalling  exchange  CCITT No. 5 unless additional special
  493.        precautions are taken. See Recommendation  Q.115 for details.
  494.  
  495.             Note 1  - For some echo cancellers this problem may not  occur
  496.        when the send and receive frequencies are different.
  497.  
  498.             Note 2  - CCITT  Recommendation  Q.271  on  CCITT  No.  6  and
  499.        Recommendation Q.724  on  CCITT  No. 7  both  include the following
  500.        statement: "As the presence of active echo suppressors in the  cir-
  501.        cuit  would interfere with the continuity check, it is necessary to
  502.        disable the suppressors during the check and to re-enable them,  if
  503.        required, after the check has been completed."
  504.  
  505.  
  506.  
  507.  
  508.  
  509.        3.3         External enabling/disabling
  510.  
  511.  
  512.             An option should be included in the echo canceller to  provide
  513.        for  enabling  or disabling by an externally derived ground (earth)
  514.        from the trunk circuit. The enabler should function  to  permit  or
  515.        prevent  normal  echo canceller operation. Certain type C echo can-
  516.        cellers may be disabled directly by a digital signal. Some  digital
  517.        data   signals  may  require  Type C  echo  cancellers  to  provide
  518.        64 kbit/s bit sequence integrity in the externally disabled state.
  519.  
  520.  
  521.        3.4          Tests and requirements  for  performance  with  inputs
  522.        signals applied to the send and receive paths
  523.  
  524.  
  525.  
  526.        3.4.1         Transmission performance
  527.  
  528.  
  529.             The  appropriate  transmission  performance  requirements   of
  530.        Recommendation G.164  also apply to echo cancellers except as noted
  531.        below.
  532.  
  533.  
  534.        3.4.1.1         Delay distortion - Type A
  535.  
  536.  
  537.  
  538.  
  539.  
  540.  
  541.  
  542.  
  543.  
  544.             The delay distortion relative to the minimum delay  shall  not
  545.        exceed the values given in Table 1/G.165.
  546.                                  H.T. [T1.165]
  547.                                   TABLE 1/G.165
  548.  
  549.                  _______________________________________________
  550.                   Frequency band  (Hz)   Delay distortion  (us)
  551.                  _______________________________________________
  552.                         500- 600                  300
  553.                         600-1000                  150
  554.                        1000-2600                   50
  555.                        2600-3000                  250
  556.                  _______________________________________________
  557.  
  558.                 |
  559.                 |
  560.                 |
  561.                 |
  562.                 |
  563.                 |
  564.                 |
  565.  
  566.  
  567.  
  568.  
  569.  
  570.                                       |
  571.                                       |
  572.                                       |
  573.                                       |
  574.                                       |
  575.                                       |
  576.                                       |
  577.  
  578.  
  579.  
  580.  
  581.  
  582.                                                                |
  583.                                                                |
  584.                                                                |
  585.                                                                |
  586.                                                                |
  587.                                                                |
  588.                                                                |
  589.  
  590.  
  591.  
  592.  
  593.  
  594.  
  595.  
  596.                                               Table [1/G.165] [T1.165], p.
  597.  
  598.  
  599.  
  600.  
  601.        3.4.1.2         Attenuation distortion - Type A
  602.  
  603.  
  604.             The attenuation distortion shall be such that if Q  dB is  the
  605.        attenuation  at 800 Hz (or 1000 Hz) the attenuation shall be within
  606.        the range (Q  + 0.5) dB to (Q  - 0.2) dB at any  frequency  in  the
  607.        band  300-3400 Hz and at 200 Hz, within the range of (Q   + 1.0) dB
  608.        to (Q  - 0.2) dB.
  609.  
  610.  
  611.        3.4.1.3         Group delay - Type C
  612.  
  613.  
  614.             The group delay in the send path should be kept to  a  minimum
  615.        and  should  not  exceed 1 ms. No significant delay should occur in
  616.        the receive path.
  617.  
  618.             Note  - The creation of frame slips in the echo path can  lead
  619.        to  an  occasional degradation of the echo cancellation. If a delay
  620.        is necessary to synchronize the digital send and receive paths, the
  621.        global admissible delay on the send path, including the group delay
  622.        mentioned above, must not exceed  1 ms  and  on  the  receive  path
  623.        250 us.
  624.  
  625.  
  626.        3.4.1.4         Group delay - Type D
  627.  
  628.  
  629.             The group delay in the send and receive paths shall  meet  the
  630.        requirements of S 3.4.1.3 for Type C echo cancellers with the addi-
  631.        tion   of   the   delay   allowed   for   codecs   as   given    in
  632.        Recommendation G.712.
  633.  
  634.  
  635.  
  636.        3.4.2         Echo canceller performance
  637.  
  638.  
  639.  
  640.  
  641.  
  642.  
  643.  
  644.  
  645.  
  646.  
  647.  
  648.             The performance requirements which follow are  for  echo  can-
  649.        cellers  which  include  nonlinear processors (see Annex A for echo
  650.        cancellers which do not include a nonlinear processor).
  651.  
  652.             In the tests, it is assumed that the nonlinear  processor  can
  653.        be disabled, that the echo path impulse response store (H register)
  654.        can be cleared (set to zero) and that adaptation can be inhibited.
  655.  
  656.             The requirements are described  in  terms  of  tests  made  by
  657.        applying signals to Ri\dnand Si\dnof an echo canceller, and measur-
  658.        ing  the  So\du\dtsignals.  The  test  set-up  is   as   shown   in
  659.        Figure 6/G.165. The ports are assumed to be at equal relative level
  660.        points. Band-limited noise is used as the receive input  test  sig-
  661.        nal. The echo loss is independent of frequency.
  662.  
  663.  
  664.                                                          FIGURE 6/G.165 p.
  665.  
  666.  
  667.             The primary purpose of an echo canceller  is  to  control  the
  668.        echo  of  a  speech stimulus signal. This is done by synthesizing a
  669.        replica of the echo path impulse response and using it to  generate
  670.        an estimate of the echo which is subtracted from the actual circuit
  671.        echo. The synthesis must be accomplished using a speech input  sig-
  672.        nal.  Because  of  the difficulty of defining a speech test signal,
  673.        the following tests are type tests and  rely  upon  the  use  of  a
  674.        band-limited  noise  test signal primarily for measurement conveni-
  675.        ence and
  676.  
  677.        repeatability. These tests should be performed on an echo canceller
  678.        only  after  the  design  has  been  shown to properly synthesize a
  679.        replica of the echo path impulse response from a speech input  sig-
  680.        nal  and its corresponding echo. Speech signals are not used in the
  681.        tests in this section. Additionally, the nonlinear processor in the
  682.        echo canceller should be designed to minimize and potentially avoid
  683.        the perceptible effects of double-talk clipping and noise  contrast
  684.        [see  Recommendation G.164,  Table 1,  Note a)].  Tests  to  ensure
  685.        proper operation are under study.
  686.  
  687.  
  688.  
  689.        3.4.2.1         Test No. 1 - Steady  state  residual  and  returned
  690.        echo level test
  691.  
  692.  
  693.             This test is meant to ensure that the steady  state  cancella-
  694.        tion (A CANC ) is sufficient to produce a residual echo level which
  695.        is sufficiently low to  permit  the  use  of  nonlinear  processing
  696.        without undue reliance on it.
  697.  
  698.             The H register is initially cleared and a  receive  signal  is
  699.        applied for a sufficient time for the canceller to converge produc-
  700.        ing a steady state residual echo level.
  701.  
  702.  
  703.                Requirement (provisional)
  704.  
  705.  
  706.  
  707.  
  708.  
  709.  
  710.  
  711.  
  712.  
  713.  
  714.             With the H register initially set to zero, the nonlinear  pro-
  715.        cessor  disabled  for all values of receive input signal level such
  716.        that L Rin  _" -30 dBm0 and  -10 dBm0 and for all  values  of  echo
  717.        loss  6 dB and echo path delay, td  __ ms , the residual echo level
  718.        should  be less than or equal to that shown in Figure 7/G.165. When
  719.        the nonlinear processor is enabled, the returned echo level must be
  720.        less than -65 dBm0.
  721.  
  722.             Note  - Recommendation G.113 allows for up to 5 PCM codecs  in
  723.        the  echo  path.  Meeting  the  requirement of Figure 7/G.165 under
  724.        those conditions has not been verified. This is under study.
  725.  
  726.  
  727.                                                         Figure 7/G.165, p.
  728.  
  729.  
  730.  
  731.        3.4.2.2         Test No. 2 - Convergence test
  732.  
  733.  
  734.             This test is meant to ensure that the echo canceller converges
  735.        rapidly  for all combinations of input signal levels and echo paths
  736.        and  that  the  returned  echo  level  is  sufficiently  low.   The
  737.        H register is initially cleared and adaption is inhibited. The dou-
  738.        ble talk detector, if present, is put in the double  talk  mode  by
  739.        applying  signals  to Si\dnand Ri\dn. The signal at Si\dnis removed
  740.        and simultaneously adaption is enabled. The degree of adaption,  as
  741.        measured by the returned echo level, will depend on the convergence
  742.        characteristics of the echo canceller and the double talk detection
  743.        hangover time.
  744.  
  745.  
  746.             The test procedure is to  clear  the  H register  and  inhibit
  747.        adaption.   Signal N is applied at a level -10 dBm0 and a signal is
  748.        applied at Ri\dn. Then N is removed and simultaneously adaption  is
  749.        enabled  (see  Figure 8/G.165).  After  500 ms inhibit adaption and
  750.        measure the returned echo level. The nonlinear processor should  be
  751.        enabled.
  752.  
  753.  
  754.                                                          Figure 8/G.165 p.
  755.  
  756.  
  757.  
  758.                Requirement
  759.  
  760.  
  761.             With the H register initially set to zero, for  all  values  L
  762.        Rin   _" -30 dBm0  and  -10 dBm0 and present for 500 ms and for all
  763.        _________________________
  764.        Different echo cancellers may be designed to  work  sa-
  765.        tisfactorily  for  different echo path delays depending
  766.        on their application  in  various  networks.  Thus  __,
  767.        whenever  it appears in this Recommendation, represents
  768.        the echo path delay, td, for which the  echo  canceller
  769.        is designed.
  770.  
  771.  
  772.  
  773.  
  774.  
  775.  
  776.  
  777.  
  778.  
  779.  
  780.        values of echo loss  6 dB and echo path delay, td   __ ms, the com-
  781.        bined  loss  (A  COM   = A  ECHO   +  A  CANC   + A  NLP  )  should
  782.        be _" 27 dB.
  783.  
  784.  
  785.        3.4.2.3         Test No. 3 - Performance under conditions of double
  786.        talk
  787.  
  788.  
  789.             The two parts of this test are meant to test  the  performance
  790.        of the canceller under various conditions of double talk. The tests
  791.        make the assumption that, upon detection of double  talk,  measures
  792.        are  taken  to prevent or slow adaption in order to avoid excessive
  793.        reduction in cancellation.
  794.  
  795.             3.4.2.3.1 Test No. 3 |  is meant to  ensure  that  the  double
  796.        talk detection is not so sensitive that echo and low level near-end
  797.        speech falsely cause operation of the double talk detector  to  the
  798.        extent that adaption does not occur. The test procedure is to clear
  799.        the H register; then for some value of echo delay and echo loss,  a
  800.        signal  is applied to Ri\dn. Simultaneously (see Figure 9/G.165) an
  801.        interfering signal which is sufficiently low in level to not  seri-
  802.        ously  hamper  the  ability  of  the echo canceller to converge, is
  803.        applied at Si\dn. This signal should  not  cause  the  double  talk
  804.        detector  to  be  activated,  and  adaption and cancellation should
  805.        occur. After 1 s the adaption is inhibited and  the  residual  echo
  806.        measured. The nonlinear process should be disabled .
  807.  
  808.  
  809.  
  810.                                                          figure 9/G.165 p.
  811.  
  812.  
  813.  
  814.  
  815.  
  816.                Requirement
  817.  
  818.  
  819.             With the H register initially set to zero for all values of  L
  820.        Rin  _" -25 dBm0 and  -10 dBm0, N  = L Rin  -15 dB, A ECHO  _" 6 dB
  821.        and echo path delay, td  __ ms,  convergence  should  occur  within
  822.        1.0 s and L RES should be  N .
  823.  
  824.             3.4.2.3.2 Test No. 3 |  is meant to  ensure  that  the  double
  825.        talk detector is sufficiently sensitive and operates fast enough to
  826.        prevent large divergence during double talking.
  827.  
  828.  
  829.             The test procedure is to fully converge the echo canceller for
  830.        a  given  echo  path. A signal is then applied to Ri\dn. Simultane-
  831.        ously (see Figure 10/G.165) a signal N is applied to Si\dnwhich has
  832.        a  level  at least that of Ri\dn. This should cause the double talk
  833.        detector to operate. After any arbitrary time, `t > 0, the adaption
  834.        is  inhibited and the residual echo measured. The nonlinear proces-
  835.        sor should be disabled.
  836.  
  837.  
  838.  
  839.  
  840.  
  841.  
  842.  
  843.  
  844.  
  845.  
  846.  
  847.                                                         figure 10/G.165 p.
  848.  
  849.  
  850.  
  851.                Requirement
  852.  
  853.  
  854.             With the echo canceller initially in the fully converged state
  855.        for  all  values  of L  Rin  _" -30 dBm0 and  -10 dBm0, and for all
  856.        values of N  _" L Rin and for all values of echo  loss _" 6 dB  and
  857.        echo path delay td  __ ms, the residual echo level after the simul-
  858.        taneous application of L Rin and N for any time period  should  not
  859.        increase more than 10 dB over the steady state requirements of Test
  860.        No. 1.
  861.  
  862.  
  863.        3.4.2.4         Test No. 4 - Leak rate test
  864.  
  865.  
  866.             This test is meant to ensure that the leak  time  is  not  too
  867.        fast,  i.e.  that  the contents of the H register do not go to zero
  868.        too rapidly.
  869.  
  870.             The test procedure is to fully converge the echo canceller for
  871.        a given echo path and then to remove all signals from the echo can-
  872.        celler. After two  minutes  the  contents  of  the  H register  are
  873.        frozen,  a  signal  applied  to Ri\dnand the residual echo measured
  874.        (see Figure 11/G.165). The nonlinear  process  is  used  in  normal
  875.        operation, it should be disabled .
  876.  
  877.  
  878.                                                         figure 11/G.165 p.
  879.  
  880.  
  881.  
  882.  
  883.  
  884.                Requirement
  885.  
  886.  
  887.             With the echo canceller initially in the fully converged state
  888.        for  all  values  of L  Rin  _" -30 dBm0 and  -10 dBm0, two minutes
  889.        after the removal of the R in   signal,  the  residual  echo  level
  890.        should  not increase more than 10 dB over the steady state require-
  891.        ment of Test No. 1.
  892.  
  893.  
  894.        3.4.2.5         Test No. 5 - Infinite return loss convergence test
  895.  
  896.  
  897.             This test is meant to ensure that the echo canceller has  some
  898.        means  to  prevent  the unwanted generation of echo. This may occur
  899.        when the H register contains an echo path model, either from a pre-
  900.        vious  connection  or  the current connection, and the echo path is
  901.        opened (circuit echo vanishes) while a signal is present at Ri\dn.
  902.  
  903.  
  904.  
  905.  
  906.  
  907.  
  908.  
  909.  
  910.  
  911.  
  912.             The test procedure is to fully converge the echo canceller for
  913.        a given echo path. The echo path is then interrupted while a signal
  914.        is applied to Ri\dn. 500 ms after interrupting the  echo  path  the
  915.        returned   echo   signal   at So\du\dtshould   be   measured   (see
  916.        Figure 12/G.165). The nonlinear processor should be disabled .
  917.  
  918.  
  919.                                                        FIGURE 12/G.165, p.
  920.  
  921.  
  922.  
  923.                Requirement (provisional)
  924.  
  925.  
  926.             With the echo canceller initially in the fully converged state
  927.        for  all  values  of echo loss _" 6 dB, and for all values of L Rin
  928.         _" -30 dBm0 and  | (em10 dBm0, the returned echo level at  S out ,
  929.        500 ms   after   the  echo  path  is  interrupted,   should  be   |
  930.        (em37 dBm0.
  931.  
  932.  
  933.        3.4.2.6         Test No. 6 - Stability test
  934.  
  935.  
  936.             Under study.
  937.  
  938.  
  939.        4       Characteristics of an echo canceller tone disabler
  940.  
  941.  
  942.  
  943.        4.1         General
  944.  
  945.  
  946.             To ensure proper operation of all currently specified V-series
  947.        modems,  the  echo cancellers covered by this Recommendation should
  948.        be equipped with a tone detector that  conforms  to  this  section.
  949.        This  tone  detector  responds  to a disabling signal which is dif-
  950.        ferent from that used to disable the echo suppressor  as  described
  951.        in  Recommendation G.164,  S 5  and consists of a 2100 Hz tone with
  952.        periodic phase reversals inserted in that tone. The  tone  disabler
  953.        should  respond only to the specified in-band signal. It should not
  954.        respond to other in-band signals, e.g. speech, or  a  2100 Hz  tone
  955.        without  a  phase  reversal.  The  tone  disabler should detect and
  956.        respond to a disabling signal which may be present  in  either  the
  957.        send or the receive path.
  958.  
  959.  
  960.             The requirements for echo canceller disabling to ensure proper
  961.        operation with ATME No. 2 equipment that transmits the 2100 Hz tone
  962.        with phase reversals could be met by using either the tone disabler
  963.        specified  in  this  section,  or the echo suppressor tone disabler
  964.        specified  in  Recommendation G.164,  S 5.  However,  use  of   the
  965.        Recommendation G.164, S 5 disabler does not assure proper operation
  966.        with all currently specified V-series modems.
  967.  
  968.             The term disabled in this section refers  to  a  condition  in
  969.  
  970.  
  971.  
  972.  
  973.  
  974.  
  975.  
  976.  
  977.  
  978.        which  the  echo  canceller  is  configured  in such a way as to no
  979.        longer modify the signals which pass through it  in  either  direc-
  980.        tion. Under this condition, no echo estimate is subtracted from the
  981.        send path, the non-linear processor is made  transparent,  and  the
  982.        delay  through the echo canceller still meets the conditions speci-
  983.        fied in S 3.4.1. However, no relationship between the circuit  con-
  984.        ditions  before  and  after  disabling  should  be assumed. For one
  985.        thing, the operation of echo cancellers with tonal inputs (such  as
  986.        the  disabling  tone)  is  unspecified.  Additionally,  the impulse
  987.        response stored in the echo canceller  prior  to  convergence  (and
  988.        prior to the disabling tone being sent) is arbitrary. This can lead
  989.        to apparent additional echo paths which,  in  some  echo  canceller
  990.        implementations,  remain  unchanged  until  the  disabling  tone is
  991.        recognized. Also note that echo suppressors could be  on  the  same
  992.        circuit  and there is no specified relationship between their delay
  993.        in the enabled and disabled states. In spite of the  above,  it  is
  994.        possible, for example, to measure the round-trip delay of a circuit
  995.        with the disabling tone but the trailing edge  of  the  tone  burst
  996.        should  be  used and sufficient time for all devices to be disabled
  997.        should be allotted before terminating the disabling tone and start-
  998.        ing the timing.
  999.  
  1000.             It should be noted that this condition  does  not  necessarily
  1001.        fulfil  the  requirements for 64 kbit/s bit sequence integrity, for
  1002.        which   case   other   means   of   disabling    in    line    with
  1003.        Recommendation G.165, S 3.4 will apply.
  1004.  
  1005.             A reference tone disabler is described in Annex B.
  1006.  
  1007.  
  1008.        4.2         Disabler characteristics
  1009.  
  1010.  
  1011.             The echo canceller tone disabler requires the detection  of  a
  1012.        2100 Hz tone with phase reversals of that tone. The characteristics
  1013.        of the transmitted signal are defined in Recommendation V.25. Phase
  1014.        variations  in  the range of 180 _ | 5 must be detected while those
  1015.        in the range of 0 _ | 10 must not be detected.
  1016.  
  1017.             The frequency characteristics of the  tone  detector  are  the
  1018.        same  as  the  characteristics of the echo suppressor tone detector
  1019.        given in Recommendation G.164, S 5.2.
  1020.  
  1021.             The dynamic range of this detector should be  consistent  with
  1022.        the  input  levels as specified in Recommendation V.2 and H.51 with
  1023.        allowances for variation introduced by the  public  switched  tele-
  1024.        phone network.
  1025.  
  1026.  
  1027.        4.3         Guardband characteristics
  1028.  
  1029.  
  1030.             Similar to that defined in Recommendation G.164,  S 5.3,  con-
  1031.        sistent  with  the dynamic range given in S 4.2 above with the fol-
  1032.        lowing exception. The detector should operate perfectly with  white
  1033.        noise  less  than  or equal to 11 dB below the level of the 2100 Hz
  1034.        signal. No definitive guidelines can be given for the range between
  1035.  
  1036.  
  1037.  
  1038.  
  1039.  
  1040.  
  1041.  
  1042.  
  1043.  
  1044.        5 and  11 dB  because of the variations in the test equipment used.
  1045.        In particular, performance may vary with the peak-to-average  ratio
  1046.        of  the  noise generator used. As a general guideline, however, the
  1047.        percentage of correct operation (detection of phase  variations  of
  1048.        180 _ | 5 and non-detection of phase variations of 0 _ | 10) should
  1049.        fall by no more than 1% for each dB  reduction  in  signal-to-noise
  1050.        below  11 dB. The Administration of the Federal Republic of Germany
  1051.        mentions the possibility of designing a detector capable of operat-
  1052.        ing perfectly at 5 dB signal-to-noise ratio.
  1053.  
  1054.  
  1055.        4.4         Holding-band characteristics
  1056.  
  1057.  
  1058.             Same as defined in Recommendation G.164, S 5.4.
  1059.  
  1060.  
  1061.        4.5         Operate time
  1062.  
  1063.  
  1064.             The operate time must be sufficiently long to provide immunity
  1065.        from  false  operation  due to voice signals, but not so long as to
  1066.        needlessly extend  the  time  to  disable.  The  tone  disabler  is
  1067.        required  to  operate within one second of the receipt of the disa-
  1068.        bling signal.
  1069.  
  1070.  
  1071.        4.6         False operation due to speech currents
  1072.  
  1073.  
  1074.             Same as in Recommendation G.164, S 5.6.
  1075.  
  1076.  
  1077.  
  1078.        4.7         False operation due to data signals
  1079.  
  1080.  
  1081.             It is desirable that the tone disabler should  rarely  operate
  1082.        falsely  on  data  signals  from  data sets that would be adversely
  1083.        affected by disabling of the echo canceller. To this end, a reason-
  1084.        able  objective is that, for an echo canceller installed on a work-
  1085.        ing circuit, usual data signals from such data sets should not,  on
  1086.        the  average,  cause more than 10 false operations during 100 hours
  1087.        of data transmissions.
  1088.  
  1089.  
  1090.        4.8         Release time
  1091.  
  1092.  
  1093.             Same as in Recommendation G.164, S 5.7.
  1094.  
  1095.  
  1096.        4.9         Other considerations
  1097.  
  1098.  
  1099.             Both the echo of the disabling tone and the echo of  the  cal-
  1100.        ling tone may disturb the detection of the echo canceller disabling
  1101.  
  1102.  
  1103.  
  1104.  
  1105.  
  1106.  
  1107.  
  1108.  
  1109.  
  1110.        tone. As such, it  is  not  recommended  to  add  the  receive  and
  1111.        transmit signal inputs together to form an input to a single detec-
  1112.        tor.
  1113.  
  1114.             Careful attention should be  given  to  the  number  of  phase
  1115.        reversals  required  for  detection  of  the  disabling  tone. Some
  1116.        Administrations favour relying on 1 to improve the  probability  of
  1117.        detection  even  in  the  presence of slips, impulse noise, and low
  1118.        signal-to-noise ratio. Other Administrations favour relying on 2 to
  1119.        improve   the   probability  of  correctly  distinguishing  between
  1120.        non-phase-reversed and phase-reversed 2100 Hz tones.
  1121.  
  1122.  
  1123.        5       Nonlinear processors for use in echo cancellers
  1124.  
  1125.  
  1126.  
  1127.        5.1         Scope
  1128.  
  1129.  
  1130.             For the purpose of this  Recommendation  the  term  "nonlinear
  1131.        processor" is intended to mean only those devices which fall within
  1132.        the definition given in S 2.5 and which  have  been  proven  to  be
  1133.        effective in echo cancellers. It is possible to implement such non-
  1134.        linear processors in a number of ways (centre clippers  being  just
  1135.        one example), with fixed or adaptive
  1136.  
  1137.             operating features, but no recommendation is made for any par-
  1138.        ticular implementation. General principles and guidelines are given
  1139.        in S 5.2. More detailed and concrete information requires reference
  1140.        to  specific  implementations. This is done in Annex C for the par-
  1141.        ticular case of a "reference nonlinear processor". The use of  this
  1142.        term  denotes an implementation given for guidance and illustration
  1143.        only. It does not exclude other implementations nor does  it  imply
  1144.        that  the  reference  nonlinear  processor  is necessarily the most
  1145.        appropriate realization on any technical, operational  or  economic
  1146.        grounds.
  1147.  
  1148.        5.2         General principles and guidelines
  1149.  
  1150.  
  1151.  
  1152.        5.2.1         Function
  1153.  
  1154.  
  1155.  
  1156.        5.2.1.1         General
  1157.  
  1158.  
  1159.             The nonlinear processor is located in the  send  path  between
  1160.        the output of the subtractor and the send-out port of the echo can-
  1161.        celler. Conceptually, it is a device which blocks low level signals
  1162.        and  passes  high  level signals. Its function is to further reduce
  1163.        the residual echo level (L RES as defined in S 2.4)  which  remains
  1164.        after imperfect cancellation of the circuit echo so that the neces-
  1165.        sary low returned echo level (L RET as defined  in  S 2.7)  can  be
  1166.        achieved.
  1167.  
  1168.  
  1169.  
  1170.  
  1171.  
  1172.  
  1173.  
  1174.  
  1175.  
  1176.        5.2.1.2         Network performance
  1177.  
  1178.  
  1179.             Imperfect cancellation can occur because echo cancellers which
  1180.        conform  to  this  Recommendation  may not be capable of adequately
  1181.        modelling echo paths which generate significant levels of nonlinear
  1182.        distortion  (see S 3.2). Such distortion can occur, for example, in
  1183.        networks conforming to Recommendation G.113 in  which  up  to  five
  1184.        pairs  of  PCM codecs (conforming to Recommendation G.712) are per-
  1185.        mitted in an echo path.  The  accumulated  quantization  distortion
  1186.        from  these codecs may prevent an echo canceller from achieving the
  1187.        necessary L RET by using linear cancellation techniques  alone.  It
  1188.        is  therefore  recommended that all echo cancellers capable only of
  1189.        modelling the linear components of echo paths but intended for gen-
  1190.        eral network use should incorporate suitable nonlinear processors.
  1191.  
  1192.  
  1193.  
  1194.        5.2.1.3         Limitations
  1195.  
  1196.  
  1197.             This use of nonlinear processors represents  a  compromise  in
  1198.        the  circuit  transparency  which would be possible by an echo can-
  1199.        celler which could achieve the necessary L RET by using only model-
  1200.        ling and cancellation techniques. Ideally, the non-linear processor
  1201.        should not cause distortion of near-end speech. In  practical  dev-
  1202.        ices  it may not be possible to sufficiently approach this ideal in
  1203.        this case it is recommended that nonlinear
  1204.  
  1205.             processors should not be active under double talk or  near-end
  1206.        single-talk  conditions. From this it follows that excessive depen-
  1207.        dence must not be placed on the nonlinear processor and that L  RES
  1208.        must  be low enough to prevent objectionable echo under double-talk
  1209.        conditions.
  1210.  
  1211.  
  1212.        5.2.1.4         Data transmission
  1213.  
  1214.  
  1215.             Nonlinear processors  may  affect  the  transmission  of  data
  1216.        through an enabled echo canceller. This is under study.
  1217.  
  1218.  
  1219.        5.2.2         Suppression threshold
  1220.  
  1221.  
  1222.  
  1223.        5.2.2.1         General
  1224.  
  1225.  
  1226.             The suppression threshold level (T SUP )   of a nonlinear pro-
  1227.        cessor  is expressed in dBm0 and is equal to the highest level of a
  1228.        sine-wave signal at a given moment that is just suppressed.  Either
  1229.        fixed or adaptive suppression threshold levels may be used.
  1230.  
  1231.  
  1232.        5.2.2.2         Fixed suppression threshold
  1233.  
  1234.  
  1235.  
  1236.  
  1237.  
  1238.  
  1239.  
  1240.  
  1241.  
  1242.             With a fixed suppression threshold level the appropriate level
  1243.        to  use  will depend upon the cancellation achieved and the statis-
  1244.        tics of speech levels and line conditions found in  the  particular
  1245.        network  in which the echo canceller is to be used. It is therefore
  1246.        recommended that the actual level should  be  field  selectable  to
  1247.        permit  the  user  to adjust it for the actual network environment.
  1248.        Values of fixed suppression threshold levels to be used  are  under
  1249.        study - see Notes 1 and 2.
  1250.  
  1251.             Note 1  - As an  interim  guide,  it  is  suggested  that  the
  1252.        suppression  threshold level should be set a few decibels above the
  1253.        level that would result in the peaks of L RES for a "2~-talker" and
  1254.        a "2~-echo return loss" being suppressed.
  1255.  
  1256.             Note 2  - Results of a field trial reported by one Administra-
  1257.        tion indicated that a fixed suppression threshold level of -36 dBm0
  1258.        gave a satisfactory performance. A theoretical  study,  by  another
  1259.        Administration, of an echo path contianing five pairs of PCM codecs
  1260.        showed that for an L R of -10 dBm0, the  quantization  noise  could
  1261.        result in an  L RES of -38 dBm0.
  1262.  
  1263.  
  1264.        5.2.2.3         Adaptive suppression threshold
  1265.  
  1266.  
  1267.             A good compromise can be made between using a high  T  SUP  to
  1268.        prevent  it being exceeded by loud talker residual echo and using a
  1269.        low T SUP to reduce speech distortion on   break-in by making T SUP
  1270.        adaptive  to  the actual circuit conditions and speech levels. This
  1271.        may be achieved in a number of ways and no recommendation  is  made
  1272.        for any particular implementation. General guidelines applicable to
  1273.        the control algorithm and suppression threshold  levels  are  under
  1274.        study.
  1275.  
  1276.  
  1277.        5.2.3         Control of nonlinear processor activation
  1278.  
  1279.  
  1280.  
  1281.        5.2.3.1         General
  1282.  
  1283.  
  1284.             To conform to the recommendation  made  in  S 5.2.1.3,  it  is
  1285.        necessary  to  control the activation of the nonlinear processor so
  1286.        that it is not active when near-end speech is likely to be present.
  1287.        When  "active", the nonlinear processor should function as intended
  1288.        to reduce L RES When "inactive", it should  not  perform  any  non-
  1289.        linear processing on any signal passing through the echo canceller.
  1290.  
  1291.  
  1292.  
  1293.        5.2.3.2         Control guidelines
  1294.  
  1295.  
  1296.             It is recommended that the  following  two  guidelines  should
  1297.        govern  control  of the activation of a nonlinear processor. First,
  1298.        because they are intended to further reduce L RES , they should  be
  1299.  
  1300.  
  1301.  
  1302.  
  1303.  
  1304.  
  1305.  
  1306.  
  1307.  
  1308.        active  when  L RES is at a significant level. Second, because they
  1309.        should not distort near-end speech, they should  be  inactive  when
  1310.        near-end speech is present. Where these two guidelines conflict the
  1311.        control function should favour the second.
  1312.  
  1313.  
  1314.        5.2.3.3         Static characteristics
  1315.  
  1316.  
  1317.             A conceptual diagram showing the two operational states  of  a
  1318.        nonlinear  processor is shown in Figure 13/G.165. The L S L R plane
  1319.        is divided into two regions, W and Z by the threshold WZ. In the  W
  1320.        region the nonlinear processor is inactive while in the Z region it
  1321.        is active. Proper control of  the  nonlinear  processor  to  ensure
  1322.        operation  in  the  appropriate  region requires recognition of the
  1323.        double-talk condition or the presence of near-end speech. Imperfect
  1324.        detection of double-talk combined with a high suppression threshold
  1325.        level will result in distortion of near-end speech. The  echo  can-
  1326.        celler  then  exhibits  some  of  the  characteristics  of  an echo
  1327.        suppressor.   A   low   suppression   level   will   permit    easy
  1328.        double-talking,  even  if  a  detection  error  is made because the
  1329.        near-end speech will suffer only a low level of non-linear  distor-
  1330.        tion.  If  the suppression threshold level is too low then peaks of
  1331.        residual echo may be heard.
  1332.  
  1333.  
  1334.                                                        Figure 13/G.165, p.
  1335.  
  1336.  
  1337.  
  1338.        5.2.3.4         Dynamic characteristics
  1339.  
  1340.  
  1341.             The dynamic characteristics can be specified  by  stating  the
  1342.        time  that  elapses when the signal conditions pass from a point in
  1343.        one area to a point in the other area before the state  appropriate
  1344.        to  the second area is established. Four such transitions are shown
  1345.        by arrows in Figure 13/G.165.
  1346.  
  1347.  
  1348.                Transition No. 1 - W to Z, L
  1349.  
  1350.  
  1351.  
  1352.  
  1353.  
  1354.  
  1355.             In this case the LSsignal occurred first and the LRis increas-
  1356.        ing  to  a  sufficiently high level to override the LSsignal in the
  1357.        control path and cause the nonlinear processor to change  from  the
  1358.        inactive  to  the active state. Since this will cause distortion of
  1359.        the LSsignal (near talker speech in this case)  the  action  should
  1360.        not be initiated too quickly.
  1361.  
  1362.  
  1363.  
  1364.                Transition No. 2 - Z to W, L
  1365.  
  1366.  
  1367.  
  1368.  
  1369.  
  1370.  
  1371.  
  1372.  
  1373.  
  1374.             In this case the LRsignal has overriden the  LSsignal  in  the
  1375.        control  path  and  the nonlinear processor is in the active state.
  1376.        The LRsignal is now  decreasing.  The  nonlinear  processor  should
  1377.        remain in the active state sufficiently long to prevent echo, which
  1378.        is stored in the echo path, from being hear by the far talker.
  1379.  
  1380.  
  1381.                Transition No. 3 - Z to W, L
  1382.  
  1383.  
  1384.  
  1385.  
  1386.  
  1387.  
  1388.             This transition is replicating the onset of  double  talk.  As
  1389.        soon  as possible after the LSsignal is detected the nonlinear pro-
  1390.        cessor should be switched to the inactive state in order to  minim-
  1391.        ise any distortion of the near talker speech.
  1392.  
  1393.  
  1394.                Transition No. 4 - W to Z, L
  1395.  
  1396.  
  1397.  
  1398.  
  1399.  
  1400.  
  1401.             In this case LShas been  recognised  but  is  decreasing.  Any
  1402.        action  which  is  taken  should  favour  continuing  to permit the
  1403.        LSsignal to pass. This  implies  there  should  be  some  delay  in
  1404.        switching the nonlinear processor back to the active state.
  1405.  
  1406.  
  1407.        5.2.4         Frequency limits of control paths
  1408.  
  1409.  
  1410.             Under study.
  1411.  
  1412.             Note  - Depending on the particular implementation of the non-
  1413.        linear  processor, the considerations and frequency response limits
  1414.        given in Recommendation G.164, S 3.2.4.2 for  the  suppression  and
  1415.        break-in  control  paths of echo suppressors may also be applicable
  1416.        to similar control paths used in nonlinear processors.  These  con-
  1417.        trol paths may include the activation control and adaptive suppres-
  1418.        sion threshold level control.
  1419.  
  1420.  
  1421.        5.2.5         Signal attenuation below threshold level
  1422.  
  1423.  
  1424.             The attenuation of signals having a level below  that  of  the
  1425.        suppression  threshold level of a nonlinear processor in the active
  1426.        state must be such that the requirements of S 3.4.2.1 are met.
  1427.  
  1428.  
  1429.        5.2.6         Testing of nonlinear processors
  1430.  
  1431.  
  1432.  
  1433.  
  1434.  
  1435.  
  1436.  
  1437.  
  1438.  
  1439.  
  1440.             The nonlinear processor may be considered as a special case of
  1441.        an  echo  suppressor which is limited to suppressing only low level
  1442.        signals. The types of test required to determine the nonlinear pro-
  1443.        cessor  performance  characteristics  are  very similar to the echo
  1444.        suppressor tests given in Recommendation G.164. However, depend ing
  1445.        on  the specific implementation of a nonlinear processor, the tran-
  1446.        sitions between areas W and Z of  Figure 13/G.165  may  not  be  as
  1447.        sharply  defined  as  is  the  case  for  echo suppressors. Signals
  1448.        observed at the send-out port of the echo  canceller  may  be  dis-
  1449.        torted  for  short  periods  when  transitions  between the W and Z
  1450.        operating regions occur. Although Recommendation G.164 may be  used
  1451.        as  a guide to the testing of nonlinear processors it may be neces-
  1452.        sary to introduce unique test circuit  modifications  in  order  to
  1453.        make  measurements on some specific nonlinear processor implementa-
  1454.        tions. No recommendation can be given for a universal test  circuit
  1455.        appropriate for all nonlinear processor implementations.
  1456.                                      ANNEX A
  1457.                             (to Recommendation G.165)
  1458.  
  1459.                   Echo cancellers without nonlinear processing
  1460.  
  1461.  
  1462.             It may be possible to implement echo  cancellers  without  the
  1463.        inclusion  of  nonlinear  processing. For these echo cancellers the
  1464.        total echo loss is provided by echo  cancellation.  The  achievable
  1465.        echo  cancellation  is  limited  by the characteristics of the echo
  1466.        path and by the method of implementing the echo canceller. In  par-
  1467.        ticular,  if  one pair of codecs conforming to Recommendation G.712
  1468.        is used in the echo path or in the echo canceller, the maximum echo
  1469.        cancellation  (considering  quantizing errors in the echo canceller
  1470.        and  other  impairments)  is  that  shown  by  the  solid  line  in
  1471.        Figure A-1/G.165.
  1472.  
  1473.  
  1474.  
  1475.             Echo   cancellers   conforming   to   the   solid   line    in
  1476.        Figure A-1/G.165  have  been tested and found to provide acceptable
  1477.        performance in Japan. Other tests, however, suggest that  the  echo
  1478.        cancellation required in echo cancellers for general application is
  1479.        at least that shown by the broken line in Figure A-1/G.165. Further
  1480.        study is needed. Pending the results of that study, echo cancellers
  1481.        which do not include nonlinear processors are not  yet  recommended
  1482.        for general application.
  1483.  
  1484.             All   the   provisions   and   tests   in    the    body    of
  1485.        Recommendation G.165  apply to these echo cancellers except as fol-
  1486.        lows:
  1487.  
  1488.                a)          S 3.4.2.1: the residual echo level  requirement
  1489.        is that shown by the solid line of Figure A-1/G.165.
  1490.  
  1491.                b)            For  all  other  tests,  any   reference   to
  1492.        non-linear processing should be ignored.
  1493.  
  1494.  
  1495.                                                       Figure A-1/G.165, p.
  1496.  
  1497.  
  1498.  
  1499.  
  1500.  
  1501.  
  1502.  
  1503.  
  1504.  
  1505.  
  1506.                                      ANNEX B
  1507.                             (to Recommendation G.165)
  1508.  
  1509.                                Description of an
  1510.                      echo canceller reference tone disabler
  1511.  
  1512.  
  1513.        B.1         General
  1514.  
  1515.  
  1516.             This annex describes the characteristics of an echo  canceller
  1517.        reference  tone  disabler.  The use of the term reference denotes a
  1518.        disabling implementation given  for  guidance  only.  It  does  not
  1519.        exclude  alternative  implementations  of  a  tone  disabler  which
  1520.        responds to the signal as defined in Recommendation V.25, and which
  1521.        also  meets  all  of  the criteria for reliability of operation and
  1522.        protection from false operation by speech signals.
  1523.  
  1524.  
  1525.  
  1526.        B.2         Disabler characteristics
  1527.  
  1528.  
  1529.             The echo canceller reference tone disabler described  in  this
  1530.        annex  detects  a  2100 Hz tone with periodic phase reversals which
  1531.        occur every 450 _ 25 ms. The  characteristics  of  the  transmitted
  1532.        signal are defined in Recommendation V.25.
  1533.  
  1534.  
  1535.        B.2.1         Tone detection
  1536.  
  1537.  
  1538.             The frequency characteristics of the  tone  detector  used  in
  1539.        this reference tone disabler are the same as the characteristics of
  1540.        the echo suppressor tone detector  given  in  Recommendation G.164,
  1541.        S 5.2, except that the upper limit of the dynamic range is -6 dBm0.
  1542.  
  1543.  
  1544.        B.2.2         Phase reversal detection
  1545.  
  1546.  
  1547.             The reference tone disabler responds to a  signal  which  con-
  1548.        tains  phase  reversals  of 108 _ 10 at its source (as specified in
  1549.        Recommendation V.25) when this signal has been modified  by  allow-
  1550.        able  degradations caused by the network, e.g. noise, phase jitter,
  1551.        etc.  This  disabler  is  insensitive  to  phase  jitter  of   _ 15
  1552.        peak-to-peak  in the frequency range of 0-120 Hz. This accommodates
  1553.        to the phase jitter permitted by Recommendations H.12 and G.229. In
  1554.        order  to  minimize  the probability of false disabling of the echo
  1555.        canceller due to speech currents and network-induced phase changes,
  1556.        this  reference  tone  disabler  does  not  respond to single phase
  1557.        changes of the 2100 Hz tone in the range 0 _ 110 occurring in a one
  1558.        second  period. This number has been chosen since it represents the
  1559.        approximate phase shift caused by a single frame  slips  in  a  PCM
  1560.        system.
  1561.  
  1562.  
  1563.  
  1564.  
  1565.  
  1566.  
  1567.  
  1568.  
  1569.  
  1570.  
  1571.  
  1572.        B.3         Guardband characteristics
  1573.  
  1574.  
  1575.             Meet requirements in Recommendation G.164, S 5.3.
  1576.  
  1577.             Note  - The  possibility  of  interference  during  the  phase
  1578.        reversal  detection  period has been taken into account. One poten-
  1579.        tial source of interference is the  presence  of  calling  tone  as
  1580.        specified  in  Recommendation V.25.  If the calling tone interferes
  1581.        with the detection of the  phase  reversal,  the  entire  disabling
  1582.        detection    sequence    is   restarted,   but   only   one   time.
  1583.        Recommendation V.25 ensures at  least  one  second  of  quiet  time
  1584.        between calling tone burst.
  1585.  
  1586.  
  1587.        B.4         Holding-band characteristics
  1588.  
  1589.  
  1590.             Meet requirements in Recommendation G.164, S 5.4.
  1591.  
  1592.  
  1593.        B.5         Operate time
  1594.  
  1595.  
  1596.             The reference tone disabler operates within one second of  the
  1597.        receipt,  without  interference, of the sustained 2100 Hz tone with
  1598.        periodic phase reversals, having the  level  in  the  range  -6  to
  1599.        -31 dBm0.  The one second operate time permits the detection of the
  1600.        2100 Hz tone and  ensures  that  two  phase  reversals  will  occur
  1601.        (unless a slip or impulse noise masks one of the phase reversals).
  1602.  
  1603.  
  1604.        B.6         False operation due to speech currents
  1605.  
  1606.  
  1607.             Meets requirements in Recommendation G.164, S 5.6.
  1608.  
  1609.  
  1610.        B.7         False operation due to data signals
  1611.  
  1612.  
  1613.             Meets the requirement in Recommendation G.165, S 4.7. To  this
  1614.        end,  the tone disabler circuitry becomes inoperative if one second
  1615.        of clear (i.e. no phase reversals or  other  interference)  2100 Hz
  1616.        tone  is  detected. The detected circuit remains inoperative during
  1617.        the data transmission and only becomes operative again 250 _ 150 ms
  1618.        after  a  signal  in the holding band falls at least 3 dB below the
  1619.        maximum holding sensitivity. Thus the  possibility  of  inadvertent
  1620.        disabling  of the echo canceller during data transmission is minim-
  1621.        ized.
  1622.  
  1623.  
  1624.        B.8         Release time
  1625.  
  1626.  
  1627.             Meets the requirements in Recommendation G.164, S 5.7.
  1628.  
  1629.  
  1630.  
  1631.  
  1632.  
  1633.  
  1634.  
  1635.  
  1636.  
  1637.  
  1638.                                      ANNEX C
  1639.                             (to Recommendation G.165)
  1640.  
  1641.                                 Description of a
  1642.                          reference nonlinear processor
  1643.  
  1644.  
  1645.        C.1         General
  1646.  
  1647.  
  1648.             This annex, which is for the purposes of illustration only and
  1649.        not  intended  as a detailed design (see S 5.1), describes a refer-
  1650.        ence nonlinear processor based upon concepts that are as simple  as
  1651.        possible  but having included in it a sufficient number of features
  1652.        to give guidance for a wide range of possible  implementations.  To
  1653.        this  end  two  variants  of  the reference nonlinear processor are
  1654.        included. Both are based on a centre clipper having either  of  the
  1655.        idealized  transfer  functions illustrated in Figure C-1/G.165. The
  1656.        suppression threshold level (determined, in this case by the  clip-
  1657.        ping  level)  in the first variant is adaptive, adaptation being by
  1658.        reference to LR. Activation control is by reference to the  differ-
  1659.        ence between LRand LS. In the second variant the suppression thres-
  1660.        hold is fixed.
  1661.  
  1662.             It is assumed that the reference nonlinear processor  is  used
  1663.        in an echo canceller which can achieve a cancellation of the linear
  1664.        components of any returned echo of at least N  dB. The value  of  N
  1665.        is under study.
  1666.  
  1667.  
  1668.                                                       Figure C-1/G.165, p.
  1669.  
  1670.  
  1671.  
  1672.        C.2         Suppression threshold  | TS\dU\dP)
  1673.  
  1674.  
  1675.             Adaptive TS\dU\dP= (LR- x _ 3) dBm0 for -30
  1676.         LR -10 dBm0
  1677.  
  1678.             Fixed TS\dU\dP= x ` dBm0
  1679.  
  1680.             Note  - Values of x and x ` are under study. Values of 18  for
  1681.        x  and  -36  for x ` have been suggested by confimation is required
  1682.        that these values are appropriate for use in all networks.
  1683.  
  1684.  
  1685.        C.3         Static characteristics of activation control
  1686.  
  1687.  
  1688.             TW\dZ= (LR- y _ 3) dBm0 for -30 LR -10 dBm0
  1689.  
  1690.             Note 1  - TW\dZis as defined in S 5.2.3.3.
  1691.  
  1692.             Note 2  - The value of y  | ay be different for each  variant,
  1693.        and  this  is under study. Values of x  dB in the case of the adap-
  1694.        tive  TS\dU\dPand  _" 6 dB  for  y  in  the  case  of   the   fixed
  1695.  
  1696.  
  1697.  
  1698.  
  1699.  
  1700.  
  1701.  
  1702.  
  1703.  
  1704.        TS\dU\dPseem reasonable.
  1705.  
  1706.  
  1707.        C.4         Dynamic characteristics of activation control
  1708.  
  1709.  
  1710.             Dynamic characteristics of the activation control are given in
  1711.        Table C-1/G.165 and C-2/G.165. Also see Figure 13/G.165.
  1712.  
  1713.  
  1714.        C.5         Frequency limits of control paths
  1715.  
  1716.  
  1717.             See Recommendation G.165, S 5.2.4.
  1718.  
  1719.  
  1720.        C.6         Testing
  1721.  
  1722.  
  1723.             Tables C-1/G.165  and  C-2/G.165  indicate,  by  reference  to
  1724.        Recommendation G.164  how the dynamic performance of nonlinear pro-
  1725.        cessor activation control may be checked using sine  wave  signals.
  1726.        Figures C-2/G.165  and  C-3/G.165  show  the  traces obtained on an
  1727.        oscilloscope for these tests.
  1728.  
  1729.                                  H.T. [T2.165]
  1730.        lw(48p) | lw(24p) sw(30p) | lw(24p) sw(30p) | lw(30p) |  lw(18p)  |
  1731.        lw(42p) | lw(42p) | lw(42p) , ^ | l | l | l | l | ^ | ^ | ^ | ^ | ^
  1732.        .
  1733.                                           cw(48p)   |  cw(24p)  sw(30p)  |
  1734.        cw(24p) sw(30p) | lw(30p) | lw(18p) | lw(42p) | lw(42p) | lw(42p) ,
  1735.        ^  |  c  | c | c | l | ^ | ^ | ^ | ^ | ^ . Initial signal  Send L S
  1736.        (dBm0) Send     L     S     (dBm0)
  1737.                Receive  L  R  (dBm0)      Final  signal      { Receive L R
  1738.        (dBm0) Recommended value (ms) Test No. (Rec. G.164) Excursion  (see
  1739.        Figure 13/G.165) Test circuit, Figure: Oscilloscope trace
  1740.         }       _ cw(18p) | cw(30p)  |  cw(24p)  |  cw(30p)  |  cw(24p)  |
  1741.        cw(30p) | cw(30p) | lw(18p) | lw(42p) | lw(42p) | lw(42p) , ^ | c |
  1742.        c | c | c | c | l | ^ | ^ | ^ | ^  .  Fixed   -25      -10      -25
  1743.           -30      15-64   Adaptive                                    -55
  1744.        -40 -30 -20 -15 - 5 -55 -40 -30 -40 -40 -30  { __a) 5 Transition  2
  1745.        14/G.164 Trace 1 and trace 2 of Figure C-3/G.165 (|) W/Z
  1746.         }       _ cw(18p) | cw(30p)  |  cw(24p)  |  cw(30p)  |  cw(24p)  |
  1747.        cw(30p) | cw(30p) | lw(18p) | lw(42p) | lw(42p) | lw(42p) , ^ | c |
  1748.        c | c | c | c | l | ^ | ^ | ^ | ^  .  Fixed   -15      -25      -40
  1749.           -25      16-120  Adaptive                                    -40
  1750.        -40 -25 -50 -30 -15 -55 -55 -40 -50 -30 -15  { 30-50 6 Transition 4
  1751.        17/G.164  Trace  1  and  trace  2  of Figure C-2/G.165 (|) a) __ is
  1752.        defined in S 3.4.2.1 [footnote 4)].
  1753.         }       _
  1754.  
  1755.                             TABLEAU C-1/G.165 [T2.165] a l'italienne, p.17
  1756.  
  1757.  
  1758.  
  1759.                                  H.T. [T3.165]
  1760.        lw(48p) | lw(24p) sw(30p) | lw(24p) sw(30p) | lw(30p) |  lw(18p)  |
  1761.  
  1762.  
  1763.  
  1764.  
  1765.  
  1766.  
  1767.  
  1768.  
  1769.  
  1770.        lw(42p) | lw(42p) | lw(42p) , ^ | l | l | l | l | ^ | ^ | ^ | ^ | ^
  1771.        .
  1772.                                           cw(48p)   |  cw(24p)  sw(30p)  |
  1773.        cw(24p) sw(30p) | lw(30p) | lw(18p) | lw(42p) | lw(42p) | lw(42p) ,
  1774.        ^  |  c  | c | c | l | ^ | ^ | ^ | ^ | ^ . Initial signal  Send L S
  1775.        (dBm0) Send     L     S     (dBm0)
  1776.                Receive  L  R  (dBm0)      Final  signal      { Receive L R
  1777.        (dBm0) Recommended value (ms) Test No. (Rec. G.164) Excursion  (see
  1778.        Figure 13/G.165) Test circuit, Figure: Oscilloscope trace
  1779.         }       _ cw(18p) | cw(30p)  |  cw(24p)  |  cw(30p)  |  cw(24p)  |
  1780.        cw(30p) | cw(30p) | lw(18p) | lw(42p) | lw(42p) | lw(42p) , ^ | c |
  1781.        c | c | c | c | l | ^ | ^ | ^ | ^  .  Fixed   -25      -30      -25
  1782.           -10      16-120  Adaptive                                    -55
  1783.        -40 -30 -40 -40 -30 -55 -40 -30 -20 -15 - 5  { 15-75 4 Transition 1
  1784.        14/G.164 Trace 2 of Figure C-3/G.165 (() Z/W
  1785.         }       _ cw(18p) | cw(30p)  |  cw(24p)  |  cw(30p)  |  cw(24p)  |
  1786.        cw(30p) | cw(30p) | lw(18p) | lw(42p) | lw(42p) | lw(42p) , ^ | c |
  1787.        c | c | c | c | l | ^ | ^ | ^ | ^  .  Fixed   -40      -25      -15
  1788.           -25        |       Adaptive                                  -55
  1789.        -55 -40 -50 -30 -15 -40 -40 -25 -50 -30 -15  {
  1790.         | 6 Transition 3 17/G.164 Trace 2 of Figure C-2/G.165 (()
  1791.         }       _
  1792.  
  1793.                             TABLEAU C-2/G.165 [T3.165] a l'italienne, p.18
  1794.  
  1795.  
  1796.  
  1797.  
  1798.  
  1799.                                                     FIGURE C-2/G.165, p.19
  1800.  
  1801.  
  1802.  
  1803.                                                     FIGURE C-3/G.165, p.20
  1804.  
  1805.  
  1806.  
  1807.                Reference
  1808.  
  1809.  
  1810.        [1]          CCITT Recommendation - Echo suppressors  suitable  for
  1811.        circuits  having  either  short  or  long propagation time , Orange
  1812.        Book, Volume III.1, Recommendation G.161, ITU, Geneva, 1977.
  1813.  
  1814.  
  1815.  
  1816.        Recommendation G.166
  1817.  
  1818.                      CHARACTERISTICS OF SYLLABIC COMPANDORS
  1819.  
  1820.  
  1821.  
  1822.               FOR TELEPHONY ON HIGH CAPACITY LONG DISTANCE SYSTEMS
  1823.  
  1824.             (Malaga-Torremolinos, 1986; amended at Melbourne, 1988)
  1825.  
  1826.  
  1827.  
  1828.  
  1829.  
  1830.  
  1831.  
  1832.  
  1833.  
  1834.  
  1835.  
  1836.             Compandors adhering to Recommendation  G.162,  Yellow  Book  ,
  1837.        were  intended  for use in small capacity network systems and their
  1838.        use in large capacity network long-distance systems is  not  recom-
  1839.        mended. Compandors adhering to this Recommendation are intended for
  1840.        use in large capacity long-distance systems.  Their  use  on  small
  1841.        capacity network systems is optional. They are not intended for use
  1842.        in subscriber applications such as mobile communication systems.
  1843.  
  1844.  
  1845.  
  1846.        1       General
  1847.  
  1848.  
  1849.             1.1 Syllabic compandors are devices in which  gain  variations
  1850.        occur  at  a rate comparable to the syllabic rate of speech. A com-
  1851.        pandor consists of a combination of a compressor at one point in  a
  1852.        communication  path,  for  reducing  the amplitude range of signals
  1853.        followed by an  expander  at  another  point  for  a  complementary
  1854.        increase in the amplitude range. The compandor enhances the subjec-
  1855.        tive speech performance primarily due to two actions. The  compres-
  1856.        sor  increases  the average speech level of weaker signals prior to
  1857.        entering a communication path where increased noise is expected  to
  1858.        be encountered. The expander, in returning the speech signal to its
  1859.        original dynamic range provides a  subjective  enhancement  to  the
  1860.        communication  path  by  attenuating  the  noise  perceived  by the
  1861.        listening party during silences. For a further description of  com-
  1862.        pandor operation see Annex A.
  1863.  
  1864.  
  1865.             1.2 This Recommendation does not specify the detector  charac-
  1866.        teristics, e.g., peak, r.m.s. or average.
  1867.  
  1868.             The performance recommended may not be  sufficient  to  ensure
  1869.        compatibility  between compandors conforming to this Recommendation
  1870.        but which are of different design.  Before  using  compressors  and
  1871.        expanders  of different design origins at opposite ends of the same
  1872.        circuit, Administrations should test them  for  compatibility.  The
  1873.        tests  should  take account of the sensitivity of compandor perfor-
  1874.        mance to the characteristics of the test signal.
  1875.  
  1876.             1.3 The use of a number of  syllabic  compandors  on  circuits
  1877.        carried  on the same FDM carrier may result in a changed load being
  1878.        presented to the FDM system. The FDM  system  operating  parameters
  1879.        could,  therefore,  require appropriate adjustment as a function of
  1880.        the load.
  1881.  
  1882.  
  1883.             1.4 It should be noted that the subjective  enhancement  which
  1884.        occurs on speech, when syllabic compandors are used, does not apply
  1885.        to transmission  of  non-speech  signals  which  may  experience  a
  1886.        signal-to-noise degradation on syllabic compandored circuits.
  1887.  
  1888.  
  1889.             1.5 Some of the clauses given below specify the joint  charac-
  1890.        teristics  of a compressor and an expander in the same direction of
  1891.        transmission of a 4-wire circuit. The characteristics specified  in
  1892.        this  way  can  be  obtained  more  easily  if  the compressors and
  1893.  
  1894.  
  1895.  
  1896.  
  1897.  
  1898.  
  1899.  
  1900.  
  1901.  
  1902.        expanders are of similar design; in certain cases close cooperation
  1903.        between  Administrations  may  be  necessary. Application rules for
  1904.        syllabic compandors address this issue.
  1905.  
  1906.  
  1907.        2       Definitions
  1908.  
  1909.  
  1910.  
  1911.        2.1         unaffected level
  1912.  
  1913.  
  1914.              The unaffected level is the absolute level,  at  a  point  of
  1915.        zero  relative  level  on  the  line between the compressor and the
  1916.        expander of a signal at 800 Hz, which remains unchanged whether the
  1917.        circuit  is  operated  with  the  compressor or not. The unaffected
  1918.        level is defined in this way in order not to impose any  particular
  1919.        values of relative level at the input to the compressor or the out-
  1920.        put of the expander.
  1921.  
  1922.  
  1923.             To make allowances for the increase in mean  power  introduced
  1924.        by the compressor, and to avoid the risk of increasing the intermo-
  1925.        dulation noise and the overload which might result, the  unaffected
  1926.        level must be adjusted taking into account the capacity of the sys-
  1927.        tem. (See Reference [1], Chapter  II, Annex 4, for detailed discus-
  1928.        sion of this adjustment.)
  1929.  
  1930.  
  1931.        2.2         ratio of compression
  1932.  
  1933.  
  1934.             The ratio of compression of a compressor  is  defined  by  the
  1935.        formula:
  1936.  
  1937.                                        ( =
  1938.                             fIL 1~COUT  - L 2~COUT
  1939.                             _______________________
  1940.  
  1941.  
  1942.  
  1943.        where
  1944.  
  1945.                L1C\dI\dNand  L2C\dI\dNare  any  two  different  compressor
  1946.        input levels within the compressor operating range.
  1947.  
  1948.                 L1C\dO\dU\dTand L2C\dO\dU\dTare the compressor output lev-
  1949.        els      corresponding      to      input      levels L1 C\dI\dNand
  1950.        L2 C\dI\dNrespectively.
  1951.  
  1952.  
  1953.        2.3         ratio of expansion
  1954.  
  1955.  
  1956.             The ratio of expansion of an expander is defined by  the  for-
  1957.        mula:
  1958.  
  1959.                                        | =
  1960.  
  1961.  
  1962.  
  1963.  
  1964.  
  1965.  
  1966.  
  1967.  
  1968.  
  1969.                              fIL 1~EIN  - L 2~EIN
  1970.                             _______________________
  1971.  
  1972.  
  1973.  
  1974.  
  1975.        where
  1976.  
  1977.                L1E\dI\dNand L2 E\dI\dNare any two different expander input
  1978.        levels within the expander operating range.
  1979.  
  1980.                 L1 E\dO\dU\dTand L2 E\dO\dU\dTare the expander output lev-
  1981.        els      corresponding      to      input      levels L1 E\dI\dNand
  1982.        L2 E\dI\dNrespectively.
  1983.  
  1984.  
  1985.        3       Characteristics of syllabic compandors
  1986.  
  1987.  
  1988.  
  1989.        3.1         Unaffected level
  1990.  
  1991.  
  1992.             A nominal value of -10 dBm0 for the unaffected level is recom-
  1993.        mended for high capacity systems. However, Administrations are free
  1994.        to mutually negotiate a different unaffected level to allow optimal
  1995.        loading  of  their transmission systems. Such variation is expected
  1996.        to be in the range -10 to -24 dBm0. The loading  effects  of  pilot
  1997.        tones should be considered.
  1998.  
  1999.  
  2000.        3.2         Ratio of compression (
  2001.  
  2002.  
  2003.             The compandor compression ration ( should be 2 over the  range
  2004.        of  level  specified  in S 3.4 and over the temperatura range +10 |
  2005.        (deC to +40 | (deC. The difference between the measured  level  and
  2006.        the  calculated  level  at  the output of the compressor assuming a
  2007.        value of exactly 2 should not exceed _ | .25 dB.
  2008.  
  2009.  
  2010.        3.3         Ratio of expansion |
  2011.  
  2012.  
  2013.             The compandor expansion ratio | should be 2 over the range  of
  2014.        level  specified in S 3.4 and over the temperature range +10 | (deC
  2015.        to +40 | (deC. The difference between the measured  level  and  the
  2016.        calculated  level at the output of the expander assuming a value of
  2017.        exactly 2 should not exceed _ | .4  dB.
  2018.  
  2019.  
  2020.        3.4         Range of level
  2021.  
  2022.  
  2023.             Under study
  2024.  
  2025.             The range of level over which the recommended value of ( and |
  2026.        should apply, should extend at least:
  2027.  
  2028.  
  2029.  
  2030.  
  2031.  
  2032.  
  2033.  
  2034.  
  2035.  
  2036.                from +5 to -60 dBm0 at the input of the compressor, and
  2037.  
  2038.                from +5 to -65 dBm0 at the nominal output of the expander.
  2039.  
  2040.  
  2041.  
  2042.        3.5         Variation of compressor gain
  2043.  
  2044.  
  2045.             The level at the output of the compressor, measured at 800 Hz,
  2046.        for  an  input level equal to the unaffected level, should not vary
  2047.        from its nominal value by more than _ | .25 dB  for  a  temperature
  2048.        range  of +10  |  (deC to  +40 | (deC and a deviation of the supply
  2049.        voltage of _ | % from its nominal value.
  2050.  
  2051.  
  2052.        3.6         Variation of expander gain
  2053.  
  2054.  
  2055.             The level at the output of the expander, measured  at  800  Hz
  2056.        for  an  input level equal to the unaffected level, should not vary
  2057.        from its nominal value by more than _ |  .5 dB  for  a  temperature
  2058.        range  of  +10  |  (deC to +40 | (deC and a deviation of the supply
  2059.        voltage of _ | % from its nominal value.
  2060.  
  2061.  
  2062.        3.7          Tolerances on the output levels of the combination  of
  2063.        compressor  and expander in the same direction of transmission of a
  2064.        4-wire circuit
  2065.  
  2066.  
  2067.             The compressor and expander are connected in  tandem.  A  loss
  2068.        (or  gain)  is  inserted between the compressor output and expander
  2069.        input equal to the nominal loss (or gain) between these  points  in
  2070.        the  actual  circuit  in  which  they  will be used. Figure 1/G.166
  2071.        shows, as a function  of  level  of  800 Hz  input  signal  to  the
  2072.        compressor,  the  permissible limits of difference between expander
  2073.        output level and compressor input level. (Positive values  indicate
  2074.        that the expander output level exceeds the compressor input level.)
  2075.  
  2076.             The limits shall be observed at all combinations  of  tempera-
  2077.        ture  of  compressor and temperature of expander in the range +10 |
  2078.        (deC to +40 | (deC. They shall also be observed when  the  test  is
  2079.        repeated  with  the  loss  (or  gain)  between  the  compressor and
  2080.        expander  increased  or  decreased  by  2 dB  and  the  measurement
  2081.        corrected by _ | .0 dB, assuming a | of 2.00.
  2082.  
  2083.  
  2084.                                                         FIGURE 1/G.166, p.
  2085.  
  2086.  
  2087.  
  2088.        3.8         Conditions for stability
  2089.  
  2090.  
  2091.             See descriptions given  in  S  2.6  of  Recommendation  G.162,
  2092.        Volume III  of  the  Yellow  Book  ,  ITU,  Geneva,  1981,  S 2  of
  2093.  
  2094.  
  2095.  
  2096.  
  2097.  
  2098.  
  2099.  
  2100.  
  2101.  
  2102.        Recommendation  G.143, Red Book , and Reference [1].
  2103.  
  2104.             The limits shall be observed at all combinations  of  tempera-
  2105.        ture  of  compressor and temperature of expander in the range +10 |
  2106.        (deC to +40 | (deC. They shall also be observed when  the  test  is
  2107.        repeated  with  the  loss  (or  gain)  between  the  compressor and
  2108.        expander increased or decreased by 2 dB.
  2109.  
  2110.             Note  - The change of gain (or loss) of 2 dB mentioned  in  S
  2111.        3.7  above is equal to twice the standard deviation of transmission
  2112.        loss recommended as an objective for international circuits  routed
  2113.        on single group links in Recommendation G.151, S 3.
  2114.  
  2115.  
  2116.  
  2117.        4       Impedances and return loss
  2118.  
  2119.  
  2120.             The nominal value of the input and output impedances  of  both
  2121.        compressor and expander should be 600 ohms (nonreactive).
  2122.  
  2123.             The return loss with respect to the nominal impedance  of  the
  2124.        input and the output of both the compressor and the expander should
  2125.        be no less than 20 dB over the frequency range 300 to  3400 Hz  and
  2126.        for any measurement level between +5 and -60 dBm0 at the compressor
  2127.        input or the expander output.
  2128.  
  2129.  
  2130.        5       Operating characteristics at various frequencies
  2131.  
  2132.  
  2133.  
  2134.        5.1         Frequency characteristic with control circuit clamped
  2135.  
  2136.  
  2137.             The control circuit is said to be  clamped  when  the  control
  2138.        current  (or  voltage)  derived  by  rectification of the signal is
  2139.        replaced by a constant direct current (or voltage) supplied from an
  2140.        external  source.  For purposes here, the value of this current (or
  2141.        voltage) should be equal to the value of the  control  current  (or
  2142.        voltage)  obtained  when  the input signal is set to the unaffected
  2143.        level.
  2144.  
  2145.             For the compressor and  the  expander  taken  separately,  the
  2146.        variations  of  loss  or  gain  with  frequency should be contained
  2147.        within  the  limits  of  a  diagram  that  can  be   deduced   from
  2148.        Figure 1/G.132  by  dividing the tolerance shown by 8, the measure-
  2149.        ment being made with a constant input level  corresponding  to  the
  2150.        unaffected level.
  2151.  
  2152.  
  2153.        5.2         Frequency characteristic with control circuit operating
  2154.        normally
  2155.  
  2156.  
  2157.             The limits given in S 5.1 should be observed for the  compres-
  2158.        sor when the control circuit is operating normally, the measurement
  2159.  
  2160.  
  2161.  
  2162.  
  2163.  
  2164.  
  2165.  
  2166.  
  2167.  
  2168.        being made with a constant input level corresponding to  the  unaf-
  2169.        fected level.
  2170.  
  2171.             For the expander, under the same  conditions  of  measurement,
  2172.        the  limits  can  be  deduced  from  Figure 1/G.132 by dividing the
  2173.        tolerances shown by 4.
  2174.  
  2175.             These limits should be observed over the temperature range +10
  2176.        | (deC to +40 | (deC.
  2177.  
  2178.  
  2179.        6       Nonlinear distortion
  2180.  
  2181.  
  2182.  
  2183.        6.1         Harmonic distortion
  2184.  
  2185.  
  2186.             The total harmonic distortion, measured with  an  800 Hz  sine
  2187.        wave  at  the  unaffected  level,  should  not  exceed 0.5% for the
  2188.        compressor and the expander taken separately.
  2189.  
  2190.             Note  - Even in an ideal compressor, high  output  peaks  will
  2191.        occur  when  the  signal  level is suddenly raised. The most severe
  2192.        case seems to be that of voice-frequency signalling,  although  the
  2193.        effect can also occur during speech. It may be desirable, in excep-
  2194.        tional cases, to fit the compressor with an  amplitude  limiter  to
  2195.        avoid  disturbance due to transients during voice-frequency signal-
  2196.        ling.
  2197.  
  2198.  
  2199.        6.2         Intermodulation tests
  2200.  
  2201.  
  2202.             It is necessary to add a measurement of intermodulation to the
  2203.        measurements   of   harmonic  distortion  whenever  compandors  are
  2204.        intended for international circuits (regardless of  the  signalling
  2205.        system  used),  as well as in all cases where they are provided for
  2206.        national circuits over which multi-frequency  signalling,  or  data
  2207.        transmission using similar types of signals, is envisaged.
  2208.  
  2209.             The intermodulation products of concern to  the  operation  of
  2210.        multi-frequency  telephone  signalling  receivers  are those of the
  2211.        third order, of type (2f1 - f2) and (2f2  - f1), where f1 and f2are
  2212.        two signalling frequencies.
  2213.  
  2214.             Two signals at frequencies 900 Hz and 1020 Hz are  recommended
  2215.        for these tests.
  2216.  
  2217.             Two test conditions should be  considered:  the  first,  where
  2218.        each  of  the  signals  at f1and f2is at a level of -5 dBm0 and the
  2219.        second, where they are each at a level of  -15 dBm0.  These  levels
  2220.        are to be understood to be at the input to the compressor or at the
  2221.        output of the expander (uncompressed levels).
  2222.  
  2223.  
  2224.             The limits for the intermodulation products are defined as the
  2225.  
  2226.  
  2227.  
  2228.  
  2229.  
  2230.  
  2231.  
  2232.  
  2233.  
  2234.        difference   between   the  level  of  either  of  the  signals  at
  2235.        frequencies f1or f2and the level of either of  the  intermodulation
  2236.        products at frequencies (2f1 - f2) or (2f2 - f1).
  2237.  
  2238.             A value for this  difference  which  seems  adequate  for  the
  2239.        requirements  of  multi-frequency  telephone  signalling (including
  2240.        end-to-end signalling over three circuits in tandem, each  equipped
  2241.        with  a  compandor)  is  32 dB  for the compressor and the expander
  2242.        separately.
  2243.  
  2244.             Note 1  - These values seem  suitable  for  Signalling  System
  2245.        No. 5, which will be used on some long international circuits.
  2246.  
  2247.             Note 2  - It is inadvisable to make measurements on a compres-
  2248.        sor plus expander in tandem, because the individual intermodulation
  2249.        levels of the compressor and of the expander might be  quite  high,
  2250.        although  much less intermodulation is given in tandem measurements
  2251.        since the characteristics of compressor and expander may be closely
  2252.        complementary.  The compensation encountered in tandem measurements
  2253.        on compressor and expander may  not  be  encountered  in  practice,
  2254.        either because there may be phase distortion in the line or because
  2255.        the compressor and expander at the two ends of the line may be less
  2256.        closely  complementary than the compressor and expander measured in
  2257.        tandem.
  2258.  
  2259.             Hence the measurements have to be performed separately for the
  2260.        compressor  and the expander. The two signals at frequencies f1and
  2261.        f2must be applied simultaneously, and the levels at the  output  of
  2262.        the compressor or expander measured selectively.
  2263.  
  2264.  
  2265.        7       Noise
  2266.  
  2267.  
  2268.             The effective value of the sum of all noise referred to a zero
  2269.  
  2270.             relative level point, the input  and  the  output  being  ter-
  2271.        minated  with  resistances of 600 ohms, shall be less than or equal
  2272.        to the following values:
  2273.  
  2274.                -           at the output of the compressor:            -45
  2275.        dBm0p
  2276.  
  2277.                -         at the output of the expander:         -80 dBm0p.
  2278.  
  2279.  
  2280.        8       Transient response
  2281.  
  2282.  
  2283.             The  overall  transient  response  of  the  combination  of  a
  2284.        compressor  and expander which are to be used in the same direction
  2285.        of transmission of a 4-wire circuit fitted with compandors shall be
  2286.        checked as follows:
  2287.  
  2288.             The compressor and  expander  are  connected  in  tandem,  the
  2289.        appropriate loss (or gain) being inserted between them as in S 3.7.
  2290.  
  2291.  
  2292.  
  2293.  
  2294.  
  2295.  
  2296.  
  2297.  
  2298.  
  2299.  
  2300.             A 12-dB step signal at a frequency of 2000 Hz  is  applied  to
  2301.        the  input of the compressor, the actual values being a change from
  2302.        -16 to -4  dBm0 for attack, and from -4 to -16 dBm0  for  recovery.
  2303.        The  envelope  of  the  expander  output is observed. The overshoot
  2304.        (positive or negative), after an upward 12-dB step expressed  as  a
  2305.        percentage of the final steady-state voltage, is a
  2306.  
  2307.             measure  of  the   overall   transient   distortion   of   the
  2308.        compressor-expander combination for attack. The overshoot (positive
  2309.        or negative) after a downward 12-dB step, expressed as a percentage
  2310.        of the final steady-state voltage is a measure of the overall tran-
  2311.        sient  distortion  of  the  compressor-expander   combination   for
  2312.        recovery. For both these quantities the permissible limits shall be
  2313.        _ | 0%. These limits shall be observed for the same  conditions  of
  2314.        temperature  and  of variation of loss (or gain) between compressor
  2315.        and expander as for the test in S 3.7.
  2316.  
  2317.             In addition, the attack and recovery times of  the  compressor
  2318.        alone shall be measured as follows:
  2319.  
  2320.             Using the same 12-dB steps as above for  attack  and  recovery
  2321.        respectively,  the  attack  time is defined as the time between the
  2322.        instant when the sudden change is applied and the instant when  the
  2323.        output  voltage  envelope  reaches  a  value equal to 1.5 times its
  2324.        steady-state value. The  recovery  time  is  defined  as  the  time
  2325.        between  the  instant  when  the  sudden  change is applied and the
  2326.        instant when the output voltage envelope reaches a value  equal  to
  2327.        0.75 times its steady-state value.
  2328.  
  2329.             The permissible limits shall be:
  2330.  
  2331.                -         3 ms minimum, 5 ms maximum for the  attack  time,
  2332.        and
  2333.  
  2334.                -         13.5 ms minimum, 22.5 maximum  for  the  recovery
  2335.        time.
  2336.  
  2337.                                      ANNEX A
  2338.                             (to Recommendation G.166)
  2339.  
  2340.                      Compandor enhancement characteristics
  2341.  
  2342.  
  2343.             The improvement which the compandor makes available  is  based
  2344.        on  the  fact  that interference is most objectionable during quiet
  2345.        speech or pauses, but is masked by relatively loud speech. While it
  2346.        will  not  be necessary, therefore, to alter the performance of the
  2347.        system for speech signals at a high level, an improvement has to be
  2348.        provided when the signal level is
  2349.  
  2350.  
  2351.        low. This noise reduction can be arranged by  introducing  loss  at
  2352.        the  receiving end of the circuit during periods when the signal is
  2353.        faint or absent. The loss so introduced will affect  the  noise  or
  2354.        crosstalk which has crept in along the route, so that the interfer-
  2355.        ence is reduced by the amount of this loss.  However,  the  desired
  2356.        signals  are  also  affected,  and  in  order that the speech level
  2357.  
  2358.  
  2359.  
  2360.  
  2361.  
  2362.  
  2363.  
  2364.  
  2365.  
  2366.        finally received shall be unchanged by the insertion of the compan-
  2367.        dor,  an  equal  amount of gain has to be introduced at the sending
  2368.        end. The overall equivalent of the circuit  is  thereby  kept  con-
  2369.        stant,  and  also  the low level signals are raised above the back-
  2370.        ground of interference on the line.
  2371.  
  2372.             The above-mentioned condition must not, however, be allowed to
  2373.        persist  when  high-level  signals have to be transmitted, or over-
  2374.        loading could occur in the line amplifiers  along  the  route.  The
  2375.        function  of the compandors is to introduce the required amounts of
  2376.        gain and loss automatically in just such a  way  that  the  overall
  2377.        circuit  equivalent  remains  unchanged  irrespective of the speech
  2378.        level, while the signal-to-noise ratio is increased  for  low-level
  2379.        signals.  This  is  shown  schematically  in  the  level diagram of
  2380.        Figure A-1/G.166. For one particular level, called  the  unaffected
  2381.        level X  ,  the use of the compandor at no point introduces gain or
  2382.        loss, and the signal passes at an unchanged  level  throughout  the
  2383.        system, as shown by (1), (2), (3).
  2384.  
  2385.             Any given level  of  speech  (4)  would  also  normally  (i.e.
  2386.        without  compandors)  pass at an unchanged level through the system
  2387.        as shown at  (4), (5),  (6).  If  we  suppose  that  the  level  of
  2388.        interference  on  the system (noise, crosstalk, etc.) is that shown
  2389.        by (7), the signal/interference ratio is then given by a , and  the
  2390.        interference  level  appearing  at the output is that shown by (8),
  2391.        during both speech and pauses.
  2392.  
  2393.             By the introduction of the compandor,  however,  the  incoming
  2394.        speech    level (4)    is   raised   to (9),   thereby   giving   a
  2395.        signal/interference ratio within the system of b . The level of the
  2396.        speech   is  restored  to   (6)  at  the  receiving  end,  and  the
  2397.        corresponding interference level during speech  is  shown  at (10).
  2398.        However,  as  stated  earlier,  of even greater significance is the
  2399.        interference level during pauses, which is that shown at (11). Thus
  2400.        the  effective  ratio between speech signals and interference heard
  2401.        during pauses has the value shown by c .
  2402.  
  2403.             The part of the compandor at the sending  end  is  called  the
  2404.        compressor, because the range of levels of the incoming speech sig-
  2405.        nals is compressed. The unaffected level recommended by  the  CCITT
  2406.        for high capacity systems is -10 dBm0. However, Administrations may
  2407.        mutually negotiate a different unaffected level to  permit  optimal
  2408.        loading  of  their  transmission  systems.  The unaffected level is
  2409.        expected to range from -10 to -24  dBm0.  The  selected  unaffected
  2410.        level will affect the mean power per channel.
  2411.  
  2412.             The part of the compandor at the receiving end is  called  the
  2413.        expander, and the same level remains unchanged.
  2414.  
  2415.             It will be seen from the foregoing that, when  compandors  are
  2416.        required, one compandor has to be inserted at each end of the tele-
  2417.        phone circuit in the voice-frequency 4-wire path, with the compres-
  2418.        sor  in the sending channel and the expander in the receiving chan-
  2419.        nel.
  2420.  
  2421.  
  2422.        Blanc
  2423.  
  2424.  
  2425.  
  2426.  
  2427.  
  2428.  
  2429.  
  2430.  
  2431.  
  2432.  
  2433.                                                     Figure A-1/G.166, p.22
  2434.  
  2435.  
  2436.  
  2437.                Reference
  2438.  
  2439.  
  2440.        [1]         CCITT Manual Transmission planning  of  switched  tele-
  2441.        phone networks , ITU, Geneva, 1976.
  2442.  
  2443.  
  2444.        Blanc
  2445.  
  2446.  
  2447.  
  2448.  
  2449.  
  2450.  
  2451.  
  2452.  
  2453.  
  2454.  
  2455.  
  2456.  
  2457.  
  2458.  
  2459.  
  2460.  
  2461.  
  2462.  
  2463.  
  2464.  
  2465.  
  2466.  
  2467.  
  2468.  
  2469.  
  2470.  
  2471.  
  2472.  
  2473.  
  2474.  
  2475.  
  2476.  
  2477.  
  2478.  
  2479.  
  2480.  
  2481.  
  2482.  
  2483.  
  2484.  
  2485.  
  2486.  
  2487.  
  2488.  
  2489.  
  2490.  
  2491.  
  2492.  
  2493.  
  2494.  
  2495.