回波消除器电路与方法

专利名称：回波消除器电路与方法
技术领域：
一般地，本发明涉及通信系统，更具体地，涉及回波消除器与回 波消除方法。
背景技术：
通信系统中的回波的特征通常为发送信号的一部分在延迟一段时 间后从端用户返回到发送信号的发送者。如本领域技术人员所知的那 样，近端用户向远端用户发送上行信号。相反地，近端用户从远端用 户接收下行信号。当近端用户在上行路径上发送上行信号，且发送信 号的一部分在远端处作为下行路径上的回波信号反射回近端时，近端 处发生回波。当远端用户在下行路径上发送下行信号，且发送信号的 一部分在近端处作为上行路径上的回波信号反射回远端时，远端处发 生回波。典型地，回波延迟时间对应于通信系统中的往返传输时间加 上回波发生源的散射或群延迟。发送信号的反射可因为多种原因而发 生，例如四/双线岔路中的阻抗不匹配，或者来自电话、无线设备或免 提电话(hands free speaker phone)中的声学耦合的反馈。对于近端用 户而言，对应于延迟的发送信号的回波信号感觉是烦人的，并且在一 些情形中可导致称为"啸叫"的不稳定状况。
为试图消除或减小回波信号到远端与近端的传输，在近端与远端 的任何回波发生源均需要回波消除器。回波消除器可应用于无线设备 中，例如手机、车载电话、双向无线、手机的车载套件与其它适宜的 设备。另外，回波消除器可应用于有线设备中，例如免提电话、视频与音频会议电话以及其它在电信行业中通常称为普通老式电话系统 (POTS)设备的电话。免提电话通常包括麦克风(用于产生上行信号)、 扬声器(用于声学地产生下行信号)、回波消除器(用于消除回波信 号)以及电话电路。
免提电话可集成到车载音频系统中。车可以是汽车、船或飞机， 或者任何适宜的交通工具。车载音频系统可包括放大器，扬声器与音
频源，例如调谐器模块、CD/DVD播放器、磁带播放器、卫星广播、 等等。车载音频系统可以与通信设备(例如电信息通信模块)集成。 例如，电信息通信模块可以是通用汽车的OnStar系统。典型地，电信 息通信模块收集和散发数据，例如位置信息与音频，例如话音。
典型地，通过下行路径从远端接收的下行音频信号通过车载音频 系统中的所述至少一个扬声器播放。然而，车中安装的免提电话可能 经历所述至少一个扬声器与麦克风之间的显著的耦合，这里称之为声 学耦合信道。结果，通过所述至少一个扬声器发送的放大的下行音频 信号将作为回波信号部分地为麦克风接收。回波信号的幅度，这里称 之为回波返回损失，取决于所述至少一个扬声器与麦克风之间的耦合 的量。
已知回波消除器试图通过产生与放大的下行音频信号穿越声学耦 合信道的一部分相对应的回波估计数据，来消除远端发送时在近端产 生的回波信号。回波消除器通过使用回波消除器自适应滤波器来生成 回波估计数据。回波消除器试图从自麦克风接收到的预回波消除器上 行数据中减去回波估计数据，以产生后回波消除器上行数据。回波消 除器试图通过经由回波消除器自适应滤波器动态地生成回波估计数 据，来适应回波返回损失中的变化。另外，也可使用上行路径与下行 路径中的衰减器来减小回波信号的效应。
由于所述至少一个扬声器与麦克风之间的声学耦合信道的非固定特性，回波消除器自适应滤波器不仅适应于不同呼叫之间，而且适应 于呼叫期间。例如，乘客在车辆中的运动可能影响声学耦合信道，因 此，回波消除器试图动态地适应于变化的回波返回损失。然而，由于 声学耦合中的变化，预回波消除器上行数据可能改变得比回波消除器 自适应滤波器快，或超出其能力。因此，由于对生成回波信号的网络 媒体与声学耦合信道的知识不完全，估计的回波数据可能包含误差。
另外，如果放大器增益增加，下行信号可导致接收的麦克风信号 如此之大，以至于减小的回波返回损失可显著地减小自适应滤波器的 有效性，并可能导致自适应滤波器变得无效，或者可能不稳定。结果， 在此条件下的自适应滤波器可实际导致上行信号也退化、不稳定、或 被破坏。结果，被破坏的后回波消除器上行数据将在远端导致恼人的 喧闹噪声。
遵照一种方法，回波消除器基于后回波消除器上行数据的幅度或 功率水平，衰减后回波消除器上行数据，以试图在达到远端之前，衰
减在上行路径上发送的回波信号。然而，后回波消除器上行数据的幅
度或功率水平的增加可能因为下行数据功率的增加而发生，而不是因 为声学耦合信道的变化而发生。结果，可能不适当地衰减上行数据，
导致远端用户不能听见近端用户，因为回波消除器不正确地将因下行 数据功率的增加而产生的后回波消除器上行数据功率的增加解释为声 学耦合的增加。
遵照另一种方法，通过，比如说，在有限冲激响应滤波器(FIR)
中增加若干系数来改善回波消除器自适应滤波器的能力。然而，由于 回波消除器自适应滤波器典型地在处理设备中实现，增加系数的数目 导致增加的处理器负荷，并可能减小回波消除器自适应滤波器的适应 速率，并增加电力消耗。因此，需要更复杂、更费钱的回波消除器自 适应滤波器来满足要求的处理器负荷。

发明内容
根据本发明第一方面，提供一种回波消除器电路，其包括上行 数据衰减器，其可被操作以接收后回波消除器上行数据与基于上行回 波返回损失的衰减数据，并且作为响应，衰减所述后回波消除器上行 数据，以产生衰减的上行数据；下行数据衰减器，其可被操作以接收 下行数据与基于下行回波返回损失的衰减数据，并且作为响应，衰减 所述下行数据，以产生衰减的下行数据；和基于回波返回损失的衰减 数据发生器，其可操作地连接到所述上行数据衰减器与所述下行数据 衰减器，并且可被操作以产生所述基于上行回波返回损失的衰减数据 与所述基于下行回波返回损失的衰减数据，以响应瞬时回波返回损失 数据，其中所述瞬时回波返回损失数据是基于衰减的下行数据、预回
波消除器上行数据与放大器增益数据中的至少一个。
根据本发明第二方面，提供一种用于衰减回波数据的方法，其包 括产生基于上行回波返回损失的衰减数据，以响应回波返回损失数 据，其中，所述回波返回损失数据基于衰减的下行数据、预回波消除 器上行数据与放大器增益数据中的至少一个；和衰减后回波消除器上 行数据，以产生衰减的上行数据，以响应所述基于上行回波返回损失 的衰减数据。


在所附绘图中，通过示例而非限制的方式阐释本发明，其中相似 的引用标号指示相似的组件，且其中
图1是框图，其阐释遵照本发明的一个实施例的回波消除器电路
的一个示例；
图2是流程图，其阐释遵照本发明的一个实施例的用于衰减后回 波消除器上行数据的方法的一个示例；
图3是框图，其阐释遵照本发明的另一实施例的回波消除器电路 的另一示例；
图4是流程图，其阐释遵照本发明的一个实施例的用于基于回波返回损失数据计算衰减的方法的一个示例；
图5是框图，其阐释遵照本发明的一个实施例的通信设备与音频 系统的一个示例；
图6是流程图，其阐释用于衰减后回波消除器上行数据与下行数 据的方法的另一示例；
图7是框图，其阐释遵照本发明的一个示例性的实施例的通信系 统的一个示例；和
图8是遵照本发明的一个示例性的实施例的车载通信系统的框图。
具体实施例方式
回波消除器电路与方法衰减至少后回波消除器上行数据，以产生 衰减的上行数据，以响应回波返回损失数据。回波返回损失数据，遵 照一个实施例，是提供给音频系统中的放大器的衰减的下行数据与由 麦克风接收的预回波消除器上行数据之间的比率。回波消除器电路包 括基于回波返回损失的衰减数据发生器与至少上行数据衰减器。基于 回波返回损失的衰减数据发生器产生基于上行回波返回损失的衰减数 据，以响应回波返回损失数据，其中回波返回损失数据基于衰减的下 行数据、预回波消除器上行数据与放大器增益数据中的至少一个。上 行数据衰减器衰减后回波消除器上行数据，以根据基于上行回波返回 损失的衰减数据，产生衰减的上行数据。
除其它优点外，本发明允许回波消除器电路更精确地检测声学耦 合中的变化或音频系统中的变化，例如放大器增益中的变化。回波消 除器电路通过检测回波返回损失数据中的变化来检测声学耦合信道中 与音频系统中的变化。相应地，麦克风与扬声器之间的声学耦合中的 任何变化与音频路径中的任何变化，例如如先前所述的音频增益中的 变化，将导致回波返回损失数据中的相应变化。
遵照一个实施例，将音频系统中的放大器视为声学耦合信道的一
9部分。结果，音频系统中的放大器的增益变化将在放大的下行音频信 号与由麦克风接收的预回波消除器上行数据中产生相应的幅度变化。 结果，放大器增益中的变化将在回波返回损失数据中生成相应的变化。 相应地，回波消除器自适应滤波器可适应声学耦合信道中的变化以及 放大器增益中的变化。
回波消除器电路跟踪回波返回损失数据，并可确定回波返回损失 数据减小或增加的速率是否比超出自适应滤波器的能力的特定速率要 高。回波消除器可迅速确定回波返回损失是否超过自适应滤波器的能 力，并衰减后回波消除器上行数据，以避免发送遭破坏的上行数据， 从而避免在远端发送恼人的喧闹噪声。例如，如果放大器增益增加， 回波消除器可确定由于下行音频数据的幅度尚未改变，则回波返回损 失中的增加是因为增加的声学耦合，从而回波消除器可采取适当的行 动，以减小在远端发送不合意的喧闹噪声。相应地，回波消除器可以 能够迅速确定自适应滤波器是否即将变得无效或可能不稳定，并即将 产生被破坏的数据。因此，回波消除器可在自适应滤波器变得无效或 可能不稳定，并产生被破坏的数据之前，衰减后回波消除器上行数据。
如先前讨论的那样，现有技术的基于后回波消除器上行数据的幅度或 功率水平来衰减后回波消除器上行数据与下行数据的方法可能是由下
行数据功率水平的增加引起，而不是由声学耦合信道的变化引起。结 果，本发明的回波消除器避免了不必要地衰减后回波消除器上行数据。 结果，回波消除器将允许近端用户随意说话，而不会因为将后回波消 除器数据功率的增加错误地解释为声学耦合的增加而受到衰减。
图1是回波消除器电路10的框图，该电路用于确定免提电话中的 声学耦合是否增加，或者，比如说，音频系统中的放大器增益是否发 生变化。回波消除器电路IO可以是一个或多个被适宜地编程的处理器， 例如微处理器、微控制器或数字信号处理器，并且从而包括相关联的 存储器，该存储器包含可执行指令，该指令在执行时导致回波消除器 电路IO执行这里描述的操作。另外，如这里所使用的回波消除器电路IO可包括分立逻辑、状态机或任何其它适宜的硬件、软件、中间件和/
或固件的组合。可采用回波消除器电路io来补偿麦克风与扬声器之间
的声学耦合或放大器增益的增加。例如，可以在通信系统中在模拟或 数字调制解调器中采用回波消除器电路10，如同本领域技术人员所知 的那样。
回波消除器电路10包括基于回波返回损失的衰减数据发生器20， 以及上行数据衰减器30。基于回波返回损失的衰减数据发生器20产生 基于上行回波返回损失的衰减数据40，以响应接收衰减的下行数据50， 预回波消除器上行数据60和(可选地)放大器增益数据80。各种链路 耦合衰减发生器20与上行数据衰减器30可以是任何适宜的用于传输 电信号或适宜的数据的机制。
遵照一个实施例，回波返回损失数据基于衰减的下行数据100与 预回波消除器上行数据60的比率。基于回波返回损失的衰减数据发生 器20产生基于上行回波返回损失的衰减数据40，以响应计算回波返回 损失数据70。基于回波返回损失的衰减数据发生器20可基于一个或多 个话音帧的平均值，计算衰减的下行数据50、预回波消除器上行数据 60和后回波消除器数据90的功率水平或幅度水平。例如，话音帧可跨 越20毫秒的时间段，其对应于每秒8，000个采样上的160个采样。作 为可供选择的另一种替代方案，话音帧可对应于任何适宜的时间段和 任何适宜的采样率上的任何适宜的采样数目。
图2阐释遵照本发明的一个实施例的用于衰减回波数据的方法 200。方法200可由回波消除器电路10遵照图1执行。然而，也可使 用任何其它适宜的结构。本领域技术人员将认识到，开始于步骤210 的方法200将被描述为一系列操作，但这些操作可以以任何适宜的顺 序执行，并且可以以任何适宜的组合重复。
如步骤220所示，基于回波返回损失的衰减数据发生器20基于衰减的下行数据50、预回波消除器数据60和(如果可获得的话)放大器
增益数据80中的至少一个，产生基于上行回波返回损失的衰减数据40。 如先前所讨论的那样，基于上行回波返回损失的衰减数据40可以是基 于衰减的上行数据50与预回波消除器上行数据60的比率。另外，基 于回波返回损失的衰减数据发生器20可产生基于下行回波返回损失的 衰减数据，以衰减适宜的下行数据衰减器，如下面将讨论的那样。
如步骤230所示，上行数据衰减器30衰减后回波消除器上行数据 90，以产生衰减的上行数据100，以响应基于上行回波返回损失的衰减 数据40。遵照一个实施例，基于回波返回损失的衰减数据发生器20导 致上行数据衰减器30在一个时间段衰减后回波消除器上行数据卯，以 产生衰减的上行数据100。
图3是处理器300的框图，该处理器采用如先前参照图1所描述 的遵照本发明的另一实施例的回波消除器电路10。回波消除器电路10 进一步包括下行数据衰减器310。处理器300包括回波消除器电路10， 该电路连接到存储器320。存储器320进一步包括瞬时回波返回损失数 据330、标准回波返回损失数据340与故障安全回波返回损失数据350。 存储器320可以是，比如说，随机存取存储器(RAM)、只读存储器
(ROM)、光学存储器或任何适宜的存储介质，其位于本地或远程， 例如通过服务器。另外，存储器320可以由基站交换系统或任何适宜 的网络组件通过因特网、广域网(WAN)、局域网(LAN)、无线广 域网(WWAN)、无线局域网(WLAN) 、 IEEE 802.11无线网、蓝牙 ⑧网或任何适宜的通信接口或网络。
遵照本实施例，基于回波返回损失的衰减数据发生器20基于预 回波消除器上行数据60、衰减的下行数据50、瞬时回波返回损失数据 330与放大器增益数据80，产生基于下行回波返回损失的衰减数据360。 下行数据衰减器310连接到基于回波返回损失的衰减数据发生器20。 下行数据衰减器310接收下行数据370与基于下行回波返回损失的衰减数据360，并且作为响应，衰减下行数据370，以产生衰减的下行数 据50。遵照一个实施例，可将下行数据衰减器310与上行数据衰减器 30之一或两者以OdB的衰减值编程，使得不对后回波消除器上行数据 90或下行数据370实行衰减。结果，下行数据衰减器310与上行数据 衰减器30可作为低阻抗路径出现，如本领域技术人员已知的那样。
图4阐释遵照本发明的一个实施例的用于衰减后回波消除器上行 数据90和下行数据370的方法400。方法400可由回波消除器10执行； 然而，也可使用任何其它适宜的结构。本领域技术人员将认识到，开 始于步骤410的方法400将被描述为一系列操作，但这些操作可以以 任何适宜的顺序执行，并且可以以任何适宜的组合重复。
如步骤420所示，基于回波返回损失的衰减数据发生器20计算与 预回波消除器上行数据60相关联的功率水平，并且也计算与衰减的下 行数据50相关联的功率水平。如先前所讨论的那样，预回波消除器上 行数据60的值与衰减的下行数据50的值可以是基于适宜的时间段上 的平均采样值。相应地，衰减的下行数据50与预回波消除器上行数据 60的幅度可以如本领域技术人员已知的那样确定。
如步骤430所示，基于回波返回损失的衰减数据发生器20产生瞬 时回波返回损失数据330，以响应计算衰减的下行数据50的功率水平 与预回波消除器上行数据60的功率水平。相应地，基于回波返回损失 的衰减数据发生器20将为每一相应的接收到的预回波消除器上行数据 60与衰减的下行数据50的值计算瞬时回波返回损失数据330。基于回 波返回损失的衰减数据发生器20可基于衰减的下行数据50与预回波 消除器上行数据的比率来产生瞬时回波返回损失数据330。例如，对于 每一接收到的衰减的下行数据50的值以及对于每一接收到的预回波消 除器上行数据60的值，瞬时回波返回损失数据330可对应于新的计算 值。如先前所陈述的那样，用于下行数据370与预回波消除器上行数 据60的值可以在每一采样的基础上提供，并可在采样时间段平均，如本领域技术人员已知的那样。
如步骤440所示，基于回波返回损失的衰减数据发生器20基于瞬 时回波返回损失数据330，更新故障安全回波返回损失数据350。相应 地，基于回波返回损失的衰减数据发生器20为每一适宜的相应的接收 到的衰减的下行数据50与预回波消除器上行数据60的值产生故障安 全回波返回损失数据350。
如步骤450所示，如果基于回波返回损失的衰减数据发生器20确 定仅下行话音出现，则处理在步骤360继续。然而，如果基于回波返 回损失的衰减数据发生器20确定下行话音连同想要的近端传输信号一 起出现，贝ij，比如说，回波消除器电路10可以处于双通话(double talk) 状态。如本领域技术人员已知的那样，回波消除器电路IO可在任何时 间点处于四个状态中的任何一个上行发送、下行接收、空闲与双通 话。如果基于回波返回损失的衰减数据发生器20确定回波消除器电路 IO处于双通话模式，则处理在步骤460继续。
在步骤460，基于回波返回损失的衰减数据发生器20不更新标准 回波返回损失数据340。相应地，标准回波返回损失数据340保持在基 于回波返回损失的衰减数据发生器20检测到双通话模式之前的前一 值。
如步骤470所示，如果没有检测到双通话状况，则基于回波返回 损失的衰减数据发生器20基于瞬时回波返回损失数据330，更新标准 回波返回损失数据340。基于回波返回损失的衰减数据发生器20基于 瞬时回波返回损失数据330的最近值，更新标准回波返回损失数据340。
如步骤480所示，基于回波返回损失的衰减数据发生器20确定标 准回波返回损失数据340或故障安全回波返回损失数据350是否指示 有问题的声学耦合信道。例如，可基于将瞬时回波返回损失数据330或标准回波返回损失数据340与门限回波返回损失水平进行比较，来 确定有问题的声学耦合信道。如果瞬时回波返回损失数据330或标准 回波返回损失数据340增加到超过预先确定的回波返回损失门限值水 平，则这样的判定可指示扬声器与麦克风之间的声学耦合可能太大， 以至于回波消除器自适应滤波器将变得无效或可能不稳定。作为可供 选择的另一种替代方案，如果瞬时回波返回损失数据330与标准回波 返回损失数据340的变化率的变化超过门限水平，基于回波返回损失 的衰减数据发生器20可判定有问题的声学耦合信道存在。如果标准回 波返回损失数据340或故障安全回波返回损失数据350指示有问题的 声学耦合信道，则处理在步骤490继续，否则处理在步骤492继续。
在步骤490，基于回波返回损失的衰减数据发生器20根据故障安 全回波返回损失数据350，计算基于上行回波返回损失的衰减数据40 与基于下行回波返回损失的衰减数据360。相应地，如果有问题的声学 耦合信道确实存在，则回波消除器自适应滤波器可能已变得无效或者 可能不稳定，因而可能正在产生被破坏的后回波消除器上行数据90。 结果，基于回波返回损失的衰减数据发生器20将根据故障安全回波返 回损失数据350,计算基于上行回波返回损失的衰减数据40与基于下 行回波返回损失的衰减数据360。
在步骤492，基于回波返回损失的衰减数据发生器20根据标准保 护回波返回损失数据340，计算基于下行回波返回损失的衰减数据360 与基于上行回波返回损失的衰减数据40。相应地，由于有问题的声学 耦合信道不存在，则将适宜地使用标准回波返回损失数据340的当前 值来计算基于下行回波返回损失的衰减数据360与基于上行回波返回 损失的衰减数据40。
图5是遵照本发明的一个实施例的通信设备500的框图。通信设 备500包括回波消除器电路510与收发器520。收发器520连接到天线 530。音频系统540连接到至少一个扬声器550。麦克风560与所述至少一个扬声器550之间的耦合由声学耦合信道570表示。收发器520 连接到下行数据衰减器310与上行数据衰减器30。上行数据衰减器30 向收发器520提供衰减的上行数据100，且下行数据衰减器310从收发 器520接收下行数据370。
通信设备500是指支持数据(包括音频话音)的收集与散发的设 备，例如电信息通信模块。遵照一个实施例，电信息通信模块包括， 比如说，基于通用汽车的OnStar系统提供的紧急援助，如果车辆发生 事故，该系统自动地请求援助。遵照另一实施例，电信息通信模块也 可执行这样的功能，比如远程引擎诊断、追踪失窃车辆和提供路边援 助，以及其它功能。
回波消除器电路510包括回波消除器自适应滤波器540、下行话 音活动检测器572、上行话音活动检测器574、加法器逻辑576、数模 转换器580与模数转换器590。下行话音活动检测器572接收下行数据 370并产生下行活动数据573。上行话音活动检测器574接收后回波消 除器上行数据90与预回波消除器上行数据60并产生上行活动数据 578。回波消除器自适应滤波器540接收后回波消除器上行数据与衰减 的下行数据50，并且作为响应，产生回波估计数据566。加法器逻辑 576接收预回波消除器上行数据60并减去回波估计数据566，并且作 为响应，产生后回波消除器上行数据90。相应地，回波消除器自适应 滤波器540寻求通过适应由麦克风560接收到的回波，来产生回波估 计数据，该回波归因于所述至少一个扬声器550与麦克风560之间的 声学耦合信道570，并归因于音频系统540。
数模转换器580接收衰减的下行数据50，并且作为响应，产生下 行音频信号582。例如，数模转换器580可以是任何这样的适宜的数模 转换器，其适宜于将衰减的下行数据50转换为下行音频信号582。例 如，如果衰减的下行数据50表示16位字采样，则数模转换器580可 将每一 16位数据采样转换为下行音频信号582。例如，数模转换器580可包括滤波器与适宜的增益阶段，以消除锯齿效应，如本领域技术人 员已知的那样。
音频系统540包括放大器584，其具有可变增益，还包括回放系 统585，其包括调谐器电路586、磁带播放器588与CD和/或DVD播 放器589。音频系统540可以是适宜于播放预先编排的音频(例如音乐、 话音或任何其它适宜的节目材料)的车载轿车音频系统。例如，调谐 器电路586可以是卫星广播、FM调谐、AM调谐或任何其它适宜的调 谐。调谐器电路586、磁带播放器588与CD和/或DVD播放器590向 放大器584提供回放音频信号592。例如，开关(未显示)可从调谐器 电路586、磁带播放器588或CD和/或DVD播放器590中选择一个， 以产生回放音频信号592。
放大器584从数模转换器580接收下行音频信号592与回放音频 信号592，并且作为响应，产生放大的下行音频信号594。放大的下行 音频信号594对应于由放大器584放大的回放音频信号592，其中放大 的量由放大器增益表示。放大器584具有可变增益，以允许用户控制 放大的下行音频信号594的幅度。
如本领域技术人员已知的那样，放大的下行音频信号594通过环 境(例如车辆内部)中的所述至少一个扬声器550播放。扬声器550 可表示一个或多个扬声器，例如车辆中的扬声器系统。遵照一个实施 例，车辆具有四个或更多音频扬声器。类似地，放大器584可表示一
个或多个放大器，以提供立体声的回放或四声道的回放。
麦克风560接收至少一部分声学地产生的放大的下行音频信号 594，并且作为响应，产生预回波消除器上行信号596。模数转换器5卯 接收预回波消除器上行信号596，并且作为响应，产生预回波消除器上 行数据60。模数转换器590向加法器逻辑570提供预回波消除器上行 数据60,以减去回波估计数据566，以产生后回波消除器上行数据90，如先前所讨论的那样。模数转换器590还向基于回波返回损失的衰减
发生器20提供预回波消除器上行数据60。
基于回波返回损失的衰减数据发生器20也接收衰减的下行数据 50。结果，基于回波返回损失的衰减数据发生器20可计算回波返回损 失，如先前所讨论的那样，以产生回波返回损失数据70、瞬时回波返 回损失数据330、标准回波返回损失数据340与故障安全回波返回损失 数据350，如先前所讨论的那样。结果，基于回波返回损失的衰减数据 发生器20可基于确定瞬时回波返回损失数据330，来确定放大器584 的放大器增益中的变化。例如，由于瞬时回波返回损失数据330是基 于衰减的下行数据50与预回波消除器上行数据60的比率，如果放大 器584中的增益变化，则放大的下行音频信号594的幅度将随之变化。 假定声学耦合信道570保持相对或基本恒定，则作为放大器增益584 中的变化的结果，预回波消除器上行信号596的幅度将变化。结果， 基于回波返回损失的衰减数据发生器20将在预回波消除器上行数据60 中检测到幅度的增加，同时还判定衰减的下行数据50的衰减的幅度或 功率水平尚未改变。结果，基于回波返回损失的衰减数据发生器20可 以确定，由于瞬时回波返回损失数据330已变化但衰减的下行数据50 的功率水平尚未变化，则放大器584的放大器增益或者声学耦合信道 570之一可能已变化。依据瞬时回波返回损失数据330的变化量或变化 率，基于回波返回损失的衰减数据发生器20可确定瞬时回波返回损失 数据330的变化的可能原因。例如，如果瞬时回波返回损失数据330 相当突然地改变，则变化的可能原因可能是因为放大器584的放大器 增益中的突然增加。
遵照一个实施例，上行数据衰减器30在一个时间段上衰减后回波 消除器上行数据90，以产生衰减的上行数据100，以响应接收上行回 波返回损失衰减数据40。如先前所讨论的那样， 一旦基于回波返回损 失的衰减数据发生器20确定瞬时回波返回损失数据330中的变化的可 能原因，则上行数据衰减器30中的衰减可能改变。类似地，基于回波返回损失的衰减数据发生器20可向下行数据衰减器310提供下行回波
返回损失衰减数据360，以便以适宜的方式衰减下行数据370。
图6阐释用于基于所选择的回波返回损失范围，衰减后回波消除 器上行数据90与下行数据370的方法600。方法600可由回波消除器 电路510执行。然而，也可使用任何其它适宜的结构。本领域技术人 员将认识到，开始于步骤610的方法将被描述为一系列操作。这些操 作可以以任何适宜的组合重复的任何适宜的顺序执行。例如，方法600 可以被重复，或者可以在循环中执行，如本领域技术人员公知的那样。
如步骤620所示，基于回波返回损失的衰减数据发生器20确定是 否检测到下行话音。例如，下行话音可以由下行话音活动检测器572 检测。下行话音活动检测器550其后可以产生下行活动数据573，以响 应检测下行话音活动。下行话音活动检测器572可基于将下行数据370 的幅度或功率水平与门限值进行比较，来检测下行话音活动。作为可 供选择的另一种替代方案，下行话音活动检测器550可基于追踪下行 数据370的幅度或功率水平的变化率，来检测话音活动，如本领域技 术人员已知的那样。
如果没有检测到下行话音，则处理继续，直到检测到下行话音， 这是通过循环回到步骤620以进行话音检测来实现的。如果基于回波 返回损失的衰减数据发生器20接收这样的下行活动数据573，该数据 指示下行话音活动检测器572己检测到下行话音，则基于回波返回损 失的衰减数据发生器20计算与预回波消除器上行数据60相关联的幅 度或功率水平，以及与衰减的下行数据50相关联的幅度或功率水平。
如步骤640所示，基于回波返回损失的衰减数据发生器20计算瞬 时回波返回损失数据330，以响应计算与衰减的下行数据50和预回波 消除器上行数据60相关联的幅度或功率水平。例如，瞬时回波返回损 失数据330对应于衰减的下行数据50与预回波消除器上行数据60的比率。
如步骤650所示，基于回波返回损失的衰减数据发生器20根据瞬 时回波返回损失数据330来更新故障安全回波返回损失数据350。相应 地，故障安全回波返回损失数据350将对应于回波返回损失数据330， 从而实际上存储了回波返回损失数据330的先前的值。
如步骤660所示，基于回波返回损失的衰减数据发生器20确定是 否仅下行话音出现。例如，如果下行话音活动检测器550检测到话音 活动，但上行话音活动检测器560没有检测到话音活动，则基于回波 返回损失的衰减数据发生器20可判定仅下行话音出现。遵照一个实施 例，如果下行话音活动检测器550判定衰减的下行数据50的幅度或功 率水平超过预先确定的门限，且上行话音活动检测器560判定预回波 消除器上行数据60的幅度或功率水平低于门限水平，则仅下行话音出 现。结果，基于回波返回损失的衰减数据发生器20可根据指示下行话 音出现的下行活动数据573来判定下行话音出现。进一步地，上行话 音活动检测器574可提供指示上行话音不出现的上行活动数据578。
如步骤670所示，如果基于回波返回损失的衰减数据发生器20确 定仅下行话音出现，则基于回波返回损失的衰减数据发生器20根据瞬 时回波返回损失数据330来更新标准回波返回损失数据340。例如，由
于仅下行话音可能出现，则双通话状况不可能存在。结果，瞬时回波 返回损失数据330将可能精确地表示声学耦合信道570。相应地，以瞬 时回波返回损失数据330更新标准回波返回损失数据340。
然而，如步骤680所示，如果基于回波返回损失的衰减数据发生 器20确定双通话状况存在，则不更新标准回波返回损失数据340。结 果，自在双通话状况期间计算出瞬时回波返回损失数据330之后，标 准回波返回损失数据340保持先前生成的值。例如，在双通话模式期 间计算出的瞬时回波返回损失数据330可能已经因近端用户与远端用户同时说话而被破坏。
如步骤682所示，基于回波返回损失的衰减数据发生器20确定标 准回波返回损失数据340或故障安全回波返回损失数据350是否指示 有问题的声学耦合信道570。例如，有问题的声学耦合信道570可能由 过量的放大器增益，声学耦合信道570中的不可接收的高水平的声学 耦合或多个条件中的任何一个，例如由麦克风560接收的噪声的出现， 而引起，如本领域技术人员已知的那样。如先前所陈述的那样，基于 回波返回损失的衰减数据发生器20可监测标准回波返回损失数据340 与故障安全回波返回损失数据350之间的差异，以确定回波返回损失 中的变化或变化率已超过门限水平。
如步骤684所示，如果基于回波返回损失的衰减数据发生器20判 定声学耦合信道570没有问题，则基于回波返回损失的衰减数据发生 器20可根据瞬时回波返回损失数据330，选择一组回波返回损失范围 中的一个。例如，该组回波返回损失范围可对应于，比如说，与施加 于上行数据衰减器30与下行数据衰减器310的衰减水平相对应的一组 值。例如，瞬时回波返回损失数据330的范围可能落入，比如说，从 40dB (其对应于扬声器550与麦克风560之间的相对高水平的隔离) 到-20dB (其对应于扬声器550与麦克风560之间的高水平的耦合)的 范围。-20dB， -25dB，或者，作为可供选择的另一种替代方案，-30dB 指示预回波消除器上行信号596的幅度或功率水平大于衰减的下行数 据50的幅度或功率水平。遵照一个实施例，预回波消除器上行信号596 的幅度或功率水平可以比衰减的下行数据50的幅度或功率水平大 20dB，这是因为放大器584的增益可增加下行音频信号582的幅度或 功率水平，使得放大的下行音频信号594的幅度或功率水平处于比扬 声器550与麦克风560之间的直接耦合大20dB的幅度或功率水平。在 此情形下，比如说，回波消除器自适应滤波器576可变得无效或可能 不稳定，并产生遭破坏的回波估计数据576。如步骤686所示，基于回波返回损失的衰减数据发生器20基于故 障安全回波返回损失数据350,选择回波返回损失范围。遵照本实施例， 由于基于回波返回损失的衰减数据发生器20已判定有问题的声学耦合 信道570存在，则瞬时回波返回损失数据330可能不能精确地表示当 前的回波返回损失，从而故障安全回波返回损失数据350被利用来确 定用于上行数据衰减器30与下行数据衰减器310的适宜水平的衰减。
如步骤690所示，基于回波返回损失的衰减数据发生器20向上行 数据衰减器30提供上行回波返回损失衰减数据40，以根据所选择的回 波返回损失范围来衰减后回波消除器上行数据卯。例如，相对于回波 返回损失水平而言，施加的衰减的量可以是非线性的。如果瞬时回波 返回损失数据330指示扬声器550与麦克风560之间的高水平的隔离， 使得声学耦合信道570中存在相对低水平的耦合，则衰减水平，如果 有的话，将相对低。然而，如果瞬时回波返回损失数据330开始减小， 从而指示扬声器550与麦克风560中的耦合的逐渐增加，则衰减的量 可更剧烈地增加。结果，如果瞬时回波返回损失数据330达到已知会 导致回波消除器自适应滤波器540变得无效或可能不稳定的水平，则 衰减的量可更激进地(即，指数地)增加，以防止遭破坏的数据的传 输导致在远端播放恼人的噪声。
在步骤692，基于回波返回损失的衰减数据发生器20可向下行数 据衰减器310提供下行回波返回损失衰减数据360，以根据所选择的回 波返回损失范围来衰减下行数据370。如上面所陈述的那样，相对于瞬 时回波返回损失数据330中的减小而言，衰减的量可逐渐增加。
如步骤694所示，方法600可结束，但是，如先前所陈述的那样， 并且如本领域技术人员已知的那样，方法600可通过循环回到610处 的开始或方法600中的任何适宜的位置来继续。
图7是遵照本发明的一个示例性的实施例的通信系统700的框图。通信系统700包括通信设备500，音频系统540，所述至少一个扬声器 550，麦克风560，无线广域网(WWAN)收发器710，无线广域网天 线720、 730，无线设备740、 742，无线广域网天线750， WWAN天线 760，以及无线局域网(WLAN)天线770。通信设备500包括先前描 述的组件，包括处理器300，并且进一步包括WWAN收发器780和/ 或WLAN收发器790与位置信息发生器792。
遵照可供选择的另一实施例，回波消除器电路510连接到WWAN 收发器780、 WWAN710与WLAN收发器790之一或其任何组合。例 如，WWAN收发器780、 710可表示多个无线设备中的任何一个，例 如，比如说，便携式手机、车载移动电话、无线个人数字助理(PDA)、 无线保真度(fidelity)设备(WiFi，即，基于IEEE 802.11规范的设备)、 或任何适宜的通信设备。遵照另一实施例，WWAN收发器710可以在 通信设备500之外，从而回波消除器电路510可通过适宜的链路连接 到WWAN收发器710。遵照另一实施例，WLAN收发器7卯可集成到 通信设备500中。
WLAN收发器7卯可以是蓝牙兼容设备或无线保真度(fidelity) 设备(WiFi， g卩，基于IEEE 802.11规范的设备)，或任何适宜的通信 设备。例如，WLAN收发器790可通过WLAN天线760与WLAN天 线770之间的WLAN无线接口 794与无线设备740接口 。无线设备740、 742可以是手机、装备有无线接口的个人数字助理、或者也装备有无线 广域网接口的便携式电脑。作为可供选择的另一种替代方案，无线设 备740、 742可通过无线设备接口 744 (例如无线设备底座)与回波消 除器电路510通信。无线设备740、 742可与无线广域网(例如适宜于 与公共交换电话网(PSTN)通信的蜂窝式电话系统)通信。相应地， 无线设备740、 742可使用任何已知的或未来的无线标准通信，例如， 码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、高级移动电话标准(AMPS)、 群组特别模块(GSM)，该标准包括当前的或未来的协议，例如3G与 更高的无线通信协议。遵照一个实施例的通信设备500包括机架，该机架包含处理器
300、 WWAN收发器780、 WLAN收发器790与位置信息发生器792。 除上面描述的之外，可在通信设备500中包含更多或更少的组件。如 本领域技术人员已知的那样，处理器300、 WWAN收发器780、 WLAN 收发器790与位置信息发生器792可分别作为来自一个或多个制造商 的分离电路板或集成电路芯片来制造。电路板可通过使用母板、平的 或非平的可弯曲的多导体电缆、多导体有线电缆或任何适宜类型的互
连设备来按要求互连。每一电路板可通过如本领域技术人员已知的适 宜的固定设备，例如连接器、夹具、夹子、螺钉、螺母与螺栓，直接 地或间接地附着或连接到机架或其它电路板。集成电路芯片可通过电 路板、多电路芯片载体、平的可弯曲的多导体电缆、多导体有线电缆 或任何适宜类型的互连设备来按要求互连。电路板与集成电路芯片可 使用化学结合(例如粘合剂)或任何适宜的固定设备来安装。
遵照一个实施例，通信设备500机架可包括包括处理器300与 存储器320的电路板，包括WWAN收发器780的电路板，以及包括 WLAN收发器790的电路板。电路板可互连并直接地或间接地附着或 连接到机架，如先前所讨论的那样。另外，通信设备500机架可包括 连接器，其用于连接到外部组件，例如音频系统540、麦克风560、 WWAN天线730、 WLAN天线770、 WW AN收发器710或任何其他适 宜的设备。例如，通信设备500可以与这里未描述的其它适宜的组件 接口。连接器可以是任何适宜于将通信设备500互连到任何外部组件 (例如有线电缆、光纤链路、或射频接口)的设备。
遵照一个实施例，通信设备500是支持数据(包括音频话音)的 收集与散发的电信息通信模块。例如，电信息通信模块可以是基于通 用汽车的OnStar系统，如果车辆发生事故，该系统自动地请求紧急援 助。遵照另一实施例，通信设备500也可执行这样的功能，比如远程 引擎诊断、追踪失窃车辆和提供路边援助，以及其它功能。图8是遵照本发明的至少一个实施例的车载通信系统800的框图。
遵照一个实施例，车载通信系统800包括通信设备500，其通过WLAN 天线770连接到无线设备740。例如，无线设备740与通信设备500之 间的通信接口可以是蓝牙接口，如先前所讨论的那样。
遵照一个实施例，车载通信系统800可包括无线广域网收发器 780，其集成到通信设备500中，如先前参照一个实施例图7所讨论的 那样。作为可供选择的另一种替代方案，通信设备500可以与通信设 备500之外的无线广域网收发器710接口，并且可安装于任何适宜的 位置。通信设备500也被显示为与音频系统540接口。尽管音频系统 540与通信设备500显示在车辆的主题区域，通信设备500和/或音频 系统540可位于任何适宜的位置，包括仪表盘之内或仪表盘之下。例 如，可将通信设备500集成于车载通信系统800的仪表盘内的音频系 统540之内。例如，车辆的音频系统可包括通信设备500与任何必需 的收发器，例如无线广域网收发器780与WLAN收发器790。
除其它优点外，本发明允许回波消除器更精确地检测声学耦合中 的变化或音频系统中的变化，例如放大器增益中的变化。回波消除器 通过检测回波返回损失数据中的变化来检测声学耦合信道中与音频系 统中的变化。相应地，麦克风与扬声器之间的声学耦合中的任何变化 以及音频路径中的任何变化，例如音频增益中的变化，将导致回波返 回损失数据中的相应变化。
遵照一个实施例，音频系统中的放大器被视为声学耦合信道的一 部分。结果，音频系统中的放大器的增益中的变化将在下行音频信号 和麦克风接收的预回波消除器上行数据的幅度中产生相应变化。结果， 放大器增益中的变化将在回波返回损失数据中生成相应变化。相应地， 回波消除器自适应滤波器可适应声学耦合信道中的变化和放大器增益 中的变化。回波消除器电路追踪回波返回损失数据并可确定回波返回损失数 据是否减小或增大到超出自适应滤波器的能力之外的特定速率。回波 消除器可迅速地确定回波返回损失是否超过自适应滤波器的能力，并 衰减后回波消除器上行数据，以避免发送遭破坏的数据，从而避免在 远端发送恼人的噪声。例如，如果放大器增益增加，回波消除器可确 定，既然下行音频数据的幅度尚未变化，则回波返回损失中的增加是 因为增加的声学耦合，从而回波消除器可采取适宜的行动，以减小在 远端发送不合意的喧闹噪声。相应地，回波消除器可能能够迅速地确 定自适应滤波器是否即将变得不稳定并且即将产生遭破坏的数据。因 此，回波消除器可在自适应滤波器变得不稳定并产生遭破坏的数据之 前衰减后回波消除器上行数据。如先前所讨论的那样，现有技术的基 于后回波消除器上行数据的幅度或功率水平来衰减后回波消除器上行 数据与下行数据的方法可能是由下行数据功率水平的增加引起，而不 是由声学耦合信道的变化引起。结果，本发明的回波消除器避免了不 必要地衰减后回波消除器上行数据。结果，回波消除器将允许近端用 户随意说话，而不会因为将后回波消除器数据功率的增加错误地解释 为声学耦合的增加而受到衰减。
应该理解，本发明的其他变化和修改的实现及其多个不同方面对 于本领域普通技术人员来说是显而易见的，并且，本发明并不限于所 述的具体实施例。因此，本发明希望涵盖落入到这里公开和要求权利 的基本潜在原理的宽泛范围内的任意修改、变化或等价。
权利要求
1.一种回波消除器电路，其包括上行数据衰减器，其可被操作以接收后回波消除器上行数据与基于上行回波返回损失的衰减数据，并且作为响应，衰减所述后回波消除器上行数据，以产生衰减的上行数据；下行数据衰减器，其可被操作以接收下行数据与基于下行回波返回损失的衰减数据，并且作为响应，衰减所述下行数据，以产生衰减的下行数据；和基于回波返回损失的衰减数据发生器，其可操作地连接到所述上行数据衰减器与所述下行数据衰减器，并且可被操作以产生所述基于上行回波返回损失的衰减数据与所述基于下行回波返回损失的衰减数据，以响应瞬时回波返回损失数据，其中所述瞬时回波返回损失数据是基于衰减的下行数据、预回波消除器上行数据与放大器增益数据中的至少一个。
2. 如权利要求l所述的回波消除器电路，其中，所述基于回波返 回损失的衰减数据发生器可被操作，以基于所述衰减的下行数据与所 述预回波消除器上行数据的比率来计算所述瞬时回波返回损失数据， 并且作为响应，基于至少所述瞬时回波返回损失数据，产生所述基于 上行回波返回损失的衰减数据与基于下行回波返回损失的衰减数据。
3. 如权利要求2所述的回波消除器电路，其中，所述基于回波返 回损失的衰减数据发生器可被操作，以在不处于双通话模式时，基于 所述瞬时回波返回损失数据来更新标准回波返回损失数据，使得当所 述基于回波返回损失的衰减数据发生器判定所述标准回波返回损失数 据指示没有有问题的声学耦合信道时，所述基于上行回波返回损失的 衰减数据与所述基于下行回波返回损失的衰减数据中的至少一个是基 于所述标准回波返回损失数据的。
4. 如权利要求2所述的回波消除器电路，其包括 数模转换器，其可操作地连接到所述下行数据衰减器，并且可被操作以接收所述衰减的下行数据，并且作为响应，产生下行音频信号；放大器，其可操作地连接到所述数模转换器，并且可被操作以接 收所述下行音频信号，并且作为响应，产生放大的下行音频信号，其中，所述放大器具有放大器增益；麦克风，其可被操作以接收至少一部分所述放大的下行音频信号， 并且作为响应，产生预回波消除器上行信号；和模数转换器，其可操作地连接到所述麦克风、所述上行数据衰减 器与所述基于回波返回损失的衰减数据发生器，并且可被操作以接收 所述预回波消除器上行信号，并且作为响应，产生所述预回波消除器 上行数据，其中，所述基于回波返回损失的衰减数据发生器基于所述 瞬时回波返回损失数据，确定所述放大器增益中的变化。
5. 如权利要求l所述的回波消除器电路，其中，所述上行数据衰 减器可被操作以在第一时间段上衰减所述后回波消除器上行数据，以 产生衰减的上行数据，并且所述下行数据衰减器可被操作以在第二时 间段上衰减所述下行数据，以产生衰减的下行数据。
6. 如权利要求2所述的回波消除器电路，其中，所述基于回波返 回损失的衰减数据发生器基于所述瞬时回波返回损失数据来更新故障 安全回波返回损失数据，并且在不处于双通话模式时，基于所述瞬时 回波返回损失数据来更新标准回波返回损失数据，其中，所述基于回 波返回损失的衰减数据发生器基于以下两种数据，来产生所述基于上 行回波返回损失的衰减数据与所述基于下行回波返回损失的衰减数 据(a)当所述基于回波返回损失的衰减数据发生器判定所述标准回波 返回损失数据与所述故障安全回波返回损失数据中的至少一个指示没 有有问题的声学耦合信道时，基于所述标准回波返回损失数据；和(b) 当所述基于回波返回损失的衰减数据发生器判定所述标准回波返回损 失数据与所述故障安全回波返回损失数据中的至少一个指示有问题的声学耦合信道时，基于所述故障安全回波返回损失数据。
7. —种用于衰减回波数据的方法，其包括产生基于上行回波返回损失的衰减数据，以响应回波返回损失数 据，其中，所述回波返回损失数据基于衰减的下行数据、预回波消除 器上行数据与放大器增益数据中的至少一个；和衰减后回波消除器上行数据，以产生衰减的上行数据，以响应所 述基于上行回波返回损失的衰减数据。
8. 如权利要求7所述的方法，其包括产生所述基于下行回波返回损失的衰减数据与所述基于上行回波返回损失的衰减数据，以响应所述回波返回损失数据，其中，所述回波返回损失数据基于所述衰减的下行数据与所述预回波消除器上行数 据的比率；和衰减下行数据，以响应所述基于下行回波返回损失的衰减数据， 以产生所述衰减的下行数据。
9. 如权利要求8所述的方法，其包括 检测双通话模式；和衰减所述后回波消除器上行数据与所述下行数据，以响应检测到 所述双通话模式与所述回波返回损失数据。
10. 如权利要求7所述的方法，其中，在一时间段上衰减所述后 回波消除器上行数据，以产生衰减的上行数据。
全文摘要
本发明公开一种回波消除器电路(10)与方法，其衰减至少后回波消除器上行数据(90)，以产生衰减的上行数据(100)，以响应基于上行回波返回损失的衰减数据(40)。回波消除器电路(10)包括基于回波返回损失的衰减数据发生器(20)以及至少上行数据衰减器(30)。基于回波返回损失的衰减数据发生器(20)产生基于上行回波返回损失的衰减数据(40)，以响应回波返回损失数据(70)。回波返回损失数据(70)基于衰减的下行数据(50)、预回波消除器上行数据(60)、和/或放大器增益数据(80)中的至少一个。上行数据衰减器(30)衰减后回波消除器上行数据(90)，以根据基于上行回波返回损失的衰减数据(40)，产生衰减的上行数据(100)。
文档编号H04B3/23GK101552849SQ200910136808
公开日2009年10月7日 申请日期2004年12月13日 优先权日2003年12月12日
发明者克里斯多佛·W·斯普林菲尔德, 基思·L·欧文斯, 詹姆士·B·皮凯特 申请人:摩托罗拉公司