通讯装置与其回音消除方法与流程

本发明是有关于回音消除方法，且特别是有关于一种涉及全双工数据传输的通讯装置与其回音消除方法。

背景技术：

随着科技的发达，网络乃成为信息交换的必要配置。在各种不同的网络配置中，由于乙太网络(ethernet)具有取得容易、架设方便及传输速度快等特性，使得乙太网络有关之设备蓬勃发展，其传输速率亦由10mbps演进至100mbps甚至1gbps。例如，ieee802.3标准定义了具备高传输速率的千兆比特乙太网络(gigabitethernet)。在这些新世代乙太网络标准中，高速乙太网络物理层(phylayer)电路与元件的研发无疑是关键的一环。

乙太网络通讯装置可利用四对双绞线进行全双工数据传输，一个传输埠会包括有4个传输通道。由于进行全双工数据传输，各个传输通道(亦即，一对双绞线)所接收的信号往往会受到回音杂讯的干扰。详细而言，图1是习知的一种全双工数字收发装置(full-duplexdigitaltransceiver)的示意图。于此，图1系以一个传输通道(亦即，一对双绞线)为例进行说明。请参照图1，传输双绞线22的两端连接有收发装置18与收发装置20。以左边之收发装置18为例来说明，其包括传送器12、接收器14以及混合模块16(hybridmodule)。

承上述，传送器12与接收器14同时连接到混合模块16，收发装置18可同时送出信号与接收信号。当传送器12送出传送信号24(tx信号)到收发装置20时，常会因为传输双绞线22与收发装置18阻抗不匹配或其他原因，而易产生近端回音信号(near-endechosignal)e2与远端回音信号(far-endechosignal)e1。当近端回音信号e2与远端回音信号e1回传至收发装置18时，将形成干扰的杂讯，进而影响接收器14所接收的接收信号26(rx信号)。基此，如何针对全双工数据传输架构进行有效率且高效能的回音消除实为本领域技术人员所关心的重要议题之一。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种通讯装置与其回音消除方法，其可透过精简的电路而有效率地解决回音干扰的现象。

本发明的一实施例提供一种用以进行全双工数据传输的通讯装置，其包括传送电路、接收电路、数字回音消除器、收发前端电路、混和调校电路，以及模拟回音消除电路。传送电路接收数字输出信号而产生模拟输出信号。接收电路接收模拟输入信号而产生数字输入信号。数字回音消除器耦接传送电路与接收电路，依据数字输出信号与数字输入信号而产生回音能量指示。收发前端电路耦接传送电路，接收模拟输出信号并产生混合介面信号。混和调校电路耦接数字回音消除器，依据回音能量指示而产生第一电容调校信号与第二电容调校信号。模拟回音消除电路接收第一电容调校信号与第二电容调校信号，且包括受控于第一电容调校信号的第一可变电容与第二可变电容以及受控于第二电容调校信号的第三可变电容与第四可变电容。模拟回音消除电路接收模拟输出信号与混合介面信号并基于第一电容调校信号与第二电容调校信号产生模拟输入信号。

从另一观点来看，本发明提出一种回音消除方法，适用于用以进行全双工数据传输的通讯装置。此通讯装置包括第一可变电容、第二可变电容、第三可变电容与第四可变电容，所述方法包括下列步骤。利用传送电路将数字输出信号转换成模拟输出信号，并输出模拟输出信号。利用接收电路接收模拟输入信号，并将模拟输入信号转换成数字输入信号而输出。据数字输出信号与数字输入信号执行数字回音消除而产生回音能量指示。利用第一电容调校信号与第二电容调校信号调整第一可变电容、第二可变电容、第三可变电容与第四可变电容，以依据回音能量指示决定第一电容调校信号的第一最佳值与第二电容调校信号的第二最佳值。依据第一最佳值与第二最佳值锁定输出第一电容调校信号与第二电容调校信号。

基于上述，在本发明的一实施例中，藉由数字回音消除器来估算回音信号的能量，再藉由混和调校电路依据回音信号的能量大小搜寻出一组最佳电容值，以将模拟回音消除电路中的可变电容调整至可将回音干扰降到最低的最佳电容值。本发明实施例的通讯装置可快速的搜寻出用以降低回音干扰的电容参数，并据以调整耦接于收发前端电路的可变电容，从而有效降低回音杂讯的干扰。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1是习知的一种全双工数字收发装置的示意图。

图2是根据本发明的一实施例所绘示的通讯装置的示意图。

图3是根据本发明的一实施例所绘示的通讯装置的示意图。

图4是根据本发明的一实施例所绘示的混合调校电路的示意图。

图5是根据本发明的一实施例所绘示的回音消除方法的流程图。

图6是根据本发明的一实施例所绘示的搜寻最佳电容值的流程图。

图7是根据本发明的一实施例所绘示的不同电容设置状态下能量统计值的范例。

附图标记说明

18、20：收发装置12：传送器

16：混合模块22：传输双绞线

14：接收器e1：近端回音信号

e2：远端回音信号200、300：通讯装置

210：传送电路220：接收电路

240：收发前端电路250：混和调校电路

260：模拟回音消除电路dout：数字输出信号

aout：模拟输出信号230：数字回音消除器

ain：模拟输入信号din：数字输入信号

csi：回音能量指示hs：混合介面信号

cp：第一电容调校信号cs：第二电容调校信号

c1：第一可变电容c2：第二可变电容

c3：第三可变电容270：编码器

c4：第四可变电容280、222：滤波器

290：加减法器211：数字模拟转换器

221：模拟数字转换器252：搜寻与电容设定电路

223、212：放大器r1：第一阻抗单元

251：能量运算电路r3～r8：电阻

cw：能量统计值r2：第二阻抗单元

y(t)：估测残留回音信号

e(t)：消除残留回音的数字输入信号

s501～s505、s601～s602：步骤

具体实施方式

现将详细参考本示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例之实例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。

图2是根据本发明的一实施例所绘示的通讯装置的示意图。请参照图2，用以进行全双工数据传输的通讯装置200包括传送电路210、接收电路220、数字回音消除器230、收发前端电路240、混和调校电路250，以及模拟回音消除电路260。在本实施例中，通讯装置200例如可经由传输双绞线而基于乙太网络(ethernet)标准并与远端装置进行全双工的数据传输，而上述乙太网络标准例如是千兆比特乙太网络(gigabitethernet)标准，但本发明并不限制于此。

传送电路210接收数字输出信号dout而产生模拟输出信号aout，且接收电路220接收模拟输入信号ain而产生数字输入信号din。于一实施例中，假设通讯装置200支援千兆比特乙太网络标准，上述数字输出信号dout例如是训练程序中的特定调校序列，但本发明对此并不限制。一般而言，支援千兆比特乙太网络标准的通讯装置200可于建立链结的初期进行训练程序，以决定主从关系与一些传输参数并据以建立链结。在尚未进行回音消除之际，当传送电路210输出模拟输出信号aout，远端/近端回音成份将明显干扰接收电路220所接收的模拟输入信号ain。于一实施例中，通讯装置200可于进行训练程序期间经由传送电路210发送特定调校序列。对应的，由上述特定调校序列引起的回音成份将由接收电路220所接收。于是，藉由侦测特定调校序列引起的回音成份，模拟回音除电路260可于训练程序期间决定用以进行回音消除的相关参数设定。

数字回音消除器230耦接传送电路210与接收电路220，依据数字输出信号dout与数字输入信号din产生回音能量指示csi。一般来说，千兆比特乙太网络的收发装置皆具有数字回音消除器(digitalechocanceller)。在本实施例中，数字回音消除器230可为一自适应滤波器，其可依据数字输出信号dout与数字输入信号din估测回音成份，并据以输出回音能量指示csi。于此，回音能量指示csi为自适应滤波器中各阶(tap)所对应的滤波器系数。

收发前端电路240耦接传送电路210，接收模拟输出信号aout并产生混合介面信号hs。混合介面信号hs可经由变压器的耦合而经由双绞线传送至远端装置。混和调校电路250耦接数字回音消除器230，依据回音能量指示csi产生第一电容调校信号cp与第二电容调校信号cs。模拟回音消除电路260接收第一电容调校信号cp与第二电容调校信号cs，且包括受控于第一电容调校信号cp的第一可变电容c1与第二可变电容c2以及受控于第二电容调校信号cs的第三可变电容c3与第四可变电容c4。第一电容调校信号cp与第二电容调校信号cs用以决定模拟回音消除电路260中可变电容的电容值设置状态。

于是，模拟回音消除电路260接收模拟输出信号aout与混合介面信号hs，并基于第一电容调校信号cp与第二电容调校信号cs产生模拟输入信号ain。换言之，接收电路220将接收由模拟回音消除电路260基于第一电容调校信号cp与第二电容调校信号cs而输出模拟输入信号ain，并因此输出取决于第一电容调校信号cp与第二电容调校信号cs的数字输入信号din。基此，透过由数字回音消除器230侦测在不同电容值设置状态下数字输入信号din所携带的回音成份，混合调校电路250可取得使回音成份能量达到最小的最佳电容参数配置，并分别将第一电容调校信号cp与第二电容调校信号cs锁定于最佳电容值，从而有效地降低回音干扰。

图3是根据本发明的一实施例所绘示的通讯装置的示意图。请参照图3，在一实施例中，用以进行全双工数据传输的通讯装置300包括传送电路210、接收电路220、数字回音消除器230、加减法器290、收发前端电路240、混和调校电路250，以及模拟回音消除电路260。

传送电路210包括数字模拟转换器211与放大器212。数字模拟转换器211将数字输出信号dout转换成差动形式的模拟信号，放大器212将数字模拟转换器211所产生的模拟信号放大而产生差动形式的模拟输出信号aout。传送电路210的第一输出端(例如，放大器212之正输出端)与第二输出端(例如，放大器212之负输出端)输出差动形式的模拟输出信号aout至收发前端电路240。

接收电路220包括模拟数字转换器221、滤波器222，以及放大器223。放大器223接收差动形式的模拟输入信号ain，并将放大后的模拟信号输出至滤波器222。滤波器222，例如为低通滤波器，输出低通滤波后的模拟信号至模拟数字转换器221。模拟数字转换器221可将差动形式的模拟信号转换为采样后的数字输入信号din。

收发前端电路240包括第一阻抗单元r1与第二阻抗单元r2。于此，第一阻抗单元r1耦接于传送电路210的第一输出端与接收电路220的第二输入端(例如，放大器223的负输入端)之间，且第二阻抗单元r2耦接于传送电路210的第二输出端与接收电路220的第一输入端(例如，放大器223的正输出端)之间。于本实施例中，第一阻抗单元r1与第二阻抗单元r2分别以一电阻为例，但本发明对此并不限制。收发前端电路240耦接外部阻抗ze。本实施例中，为了简化说明，使用外部阻抗ze等效通讯装置300所耦接的所有外部阻抗。

需特别说明的是，模拟回音消除电路260包括第一可变电容c1、第二可变电容c2、第三可变电容c3，以及第四可变电容c4。此外，模拟回音消除电路260更包括电阻r3～r8。如图3所示，第一可变电容c1的第一端耦接至一参考电压(例如，接地电压)。第一可变电容c1的第二端经由电阻r4耦接至接收电路220的第一输入端。第三可变电容c3的第一端耦接第一可变电容c1的第二端。换言之，第三可变电容c3与电阻r5并联设置，第三可变电容c3的第一端也经由电阻r4耦接至接收电路220的第一输入端。第三可变电容c3的第二端耦接传送电路210的第一输出端。电阻r3的一端耦接接收电路220的第一输入端，电阻r3的另一端经由第二阻抗单元r2而耦接至传送电路210的第二输出端。

第二可变电容c2的第一端耦接至一参考电压(例如，接地电压)。第二可变电容c2的第二端经由电阻r7耦接至接收电路220的第二输入端。第四可变电容c4的第一端耦接第二可变电容c2的第二端。换言之，第四可变电容c4的第一端也经由电阻r7耦接至接收电路220的第二输入端。第四可变电容c4与电阻r8并联设置，第四可变电容c4的第二端耦接传送电路210的第二输出端。电阻r6的一端耦接至接收电路220的第二输入端，电阻r6的另一端经由第一阻抗r1而耦接至传送电路210的第一输出端。

需说明的是，耦接至参考电压的第一可变电容c1与第二可变电容c2受控于混合调校电路250所输出的第一电容调校信号cp，而第三可变电容c3与第四可变电容c4受控于混合调校电路250所输出的第二电容调校信号cs。

于此，模拟数字转换器221可将数字输入信号din输出至加减法器290。加减法器290耦接于模拟数字转换器221与数字回音消除器230之间，用以消除数字输入信号din中的残留回音。加减法器290的第一输入端接收数字输入信号din，加减法器290的第二输入端接收数字回音消除器230输出的估测残留回音信号y(t)，加减法器290将数字输入信号din减去估测残留回音信号y(t)以取得消除残留回音的数字输入信号e(t)。

数字回音消除器230可依据消除残留回音的数字输入信号e(t)来更新自适应滤波器的滤波器系数，且数字回音消除器230可估测出残留回音的能量而输出估测残留回音信号y(t)。并且，数字回音消除器230可依据消除残留回音的数字输入信号e(t)与数字输出信号dout计算出回音能量指示csi，回音能量指示csi为自适应滤波器中各阶(tap)所对应的滤波器系数。于一实施例中，数字回音消除器230例如包括最小均方(lms，leastmeansquare)自适应滤波器，其滤波器系数可经过迭代运算而产生。混合调校电路250可调整第一可变电容c1、第二可变电容c2、第三可变电容c3，以及第四可变电容c4的电容值，以获取对应至不同电容值配置状态的回音能量指示csi。

此外，在一实施例中，通讯装置300可更包括编码器270，以及滤波器280。编码器270进行错误控制编码，例如是格状编码调变(trellis-codedmodulation，tcm)编码器，而滤波器280可为整形滤波器(shapingfilter)。滤波器280可对数字输出信号dout进行整形滤波，并将整形后的数字信号输出至传送电路210。然而，除传送电路210、接收电路220、数字回音消除器230、收发前端电路240、混和调校电路250，以及模拟回音消除电路260之外的电路可视实际应用与标准而设计之，本发明对此并不限制。

需特别说明的是，使回音能量指示csi之能量统计值处于最小值所设置之电容值设置状态，即可作为模拟回音消除电路260的最佳电容设定。详细而言，图4是根据本发明的一实施例所绘示的混合调校电路的示意图。请参照图4，混和调校电路250包括能量运算电路251以及搜寻与电容设定电路252。能量运算电路251耦接数字回音消除器230，以接收回音能量指示csi，并对回音能量指示csi进行统计运算而取得能量统计值cw。举例而言，能量运算电路251可将回音能量指示csi中的各滤波器系数取绝对值后相加而产生能量统计值cw，如式(1)。或者，能量运算电路251可将回音能量指示csi中的各滤波器系数取平方后相加而产生能量统计值cw，如式(2)。

其中，coef(i)代表n阶自适应滤波器当中的滤波器系数(或称脉冲响应系数)，而cw代表能量统计值。

搜寻与电容设定电路252耦接能量运算电路251，依据能量统计值cw决定第一电容调校信号cp的第一最佳值与第二电容调校信号cs的第二最佳值。进一步而言，搜寻与电容设定电路252透过调整第一电容调校信号cp与第二电容调校信号cs，可改变第一可变电容c1至第四可变电容c4的电容值，致使第一可变电容c1至第四可变电容c4可设置为不同电容值设置状态si。

举例而言，第一可变电容c1至第四可变电容c4的电容值可分别受控于3比特的第一电容调校信号cp与第二电容调校信号cs。第一电容调校信号cp与第二电容调校信号cs可以利用“001”、“010”及“110”等等不同的比特组合来调整第一可变电容c1至第四可变电容c4的电容值。在此假设下，第一可变电容c1至第四可变电容c4的电容值具有2³*2³＝64种不同的电容值设置状态si。或者，第一可变电容c1至第四可变电容c4的电容值可分别受控于4比特的第一电容调校信号cp与第二电容调校信号cs。在此假设下，第一可变电容c1至第四可变电容c4的电容值具有2⁴*2⁴＝256种不同的电容值设置状态si。本发明对于电容值设置状态的数目、第一电容调校信号cp的比特数，以及第二电容调校信号cs的比特数并不限制。

在第一可变电容c1至第四可变电容c4对应至不同电容值设置状态si的情况下，对应的，搜寻与电容设定电路252可从能量运算电路251获取对应至不同电容值设置状态si的多个能量统计值cwi。如此一来，搜寻与电容设定电路252可基于能量统计值cwi中之最小能量统计值cwmin，来获取最小能量统计值cwmin所对应的第一最佳值与第二最佳值，致使混和调校电路250依据第一最佳值锁定输出第一电容调校信号cp并依据第二最佳值锁定输出第二电容调校信号cs。

于本发明的一实施例中，透过固定第一电容调校信号cp并改变第二电容调校信号cs，搜寻与电容设定电路252可决定第二电容调校信号cs的第二最佳值。之后，透过将第二电容调校信号cs固定于第二最佳值并改变第一电容调校信号cp，搜寻与电容设定电路252决定第一电容调校信号cp的第一最佳值。

以四比特的电容调校信号为例，当固定第一电容调校信号cp为一预设值时，搜寻与电容设定电路252可依序将第二电容调校信号cs的比特组合从[0000]调整至[1111]，并依序获取对应的16个能量统计值cw0～cw15。于此，搜寻与电容设定电路252先比对[0000]对应的能量统计值cw0与[0001]对应的个能量统计值cw1，从而决定一暂时最小能量统计值并将其纪录至暂存器。接着，搜寻与电容设定电路252再比对暂存器中的暂时最小能量统计值与[0010]对应的能量统计值cw2。当暂存器中的暂时最小能量统计值大于[0010]对应的能量统计值cw2，不改变暂存器中的暂时最小能量统计值。相反的，当暂存器中的暂时最小能量统计值小于[0010]对应的能量统计值cw2，将暂存器中的暂时最小能量统计值更新为[0010]对应的能量统计值cw2。在依序重复上述步骤直至第二电容调校信号cs的比特组合调整至[1111]之后，搜寻与电容设定电路252已经对16个能量统计值cw0～cw15进行完整的比对，且暂存器中的暂时最小能量统计值即为第二电容调校信号cs的第二最佳值。

接着，搜寻与电容设定电路252将第二电容调校信号cs固定为第二最佳值，并依序将第一电容调校信号cp的比特组合从[0000]调整至[1111]，且依序获取对应的16个能量统计值cw16～cw31。相似的，藉由依序比对暂存器类的暂时最小能量统计值与当前获取的能量统计值，在第一电容调校信号cp的比特组合调整至[1111]之后，搜寻与电容设定电路252最终可从暂存器获取第一电容调校信号cp的第一最佳值。可见得，本实施例可透过有效率的比对方式与精简的暂存器而取得用以削减回音干扰的最佳电容配置。

图5是根据本发明的一实施例所绘示的回音消除方法的流程图。此外，本实施例的回音消除方法的相关实施细节以及相关装置特征可由上述关于图1至图4的各实施例的叙述当中，获得足够的教示、建议以及实施方式，在此不再加以赘述。

于步骤s501，利用传送电路将数字输出信号转换成模拟输出信号，并输出模拟输出信号。于步骤s502，利用接收电路接收模拟输入信号，并将模拟输入信号转换成数字输入信号而输出。于步骤s503，根据数字输出信号与数字输入信号执行数字回音消除而产生回音能量指示。接着，利用第一电容调校信号与第二电容调校信号调整第一可变电容、第二可变电容、第三可变电容与第四可变电容，以依据回音能量指示决定第一电容调校信号的第一最佳值与第二电容调校信号的第二最佳值。进一步而言，于步骤s504，判断回音能量指示的能量统计值是否为最小。若步骤s504判断为否，于步骤s506，继续利用第一电容调校信号与第二电容调校信号调整第一可变电容、第二可变电容、第三可变电容与第四可变电容调整第一可变电容、第二可变电容、第三可变电容与第四可变电容。如此重复执行步骤s504与步骤s506直至侦测到回音能量指示的能量统计值为最小。接着，若步骤s504判断为是，于步骤s505，依据第一最佳值与第二最佳值锁定输出第一电容调校信号与第二电容调校信号。

图6是根据本发明的一实施例所绘示的搜寻最佳电容值的流程图。本实施例的搜寻最佳电容值的相关实施细节以及相关装置特征可由上述关于图1至图4的各实施例的叙述当中，获得足够的教示、建议以及实施方式，在此不再加以赘述。请参照图6，于步骤s601，固定第一电容调校信号并改变第二电容调校信号，以依据对应至不同电容设置状态的能量统计值决定第二电容调校信号的第二最佳值。于步骤s602，将第二电容调校信号固定于第二最佳值并改变第一电容调校信号，以依据对应至不同电容设置状态的能量统计值决定第一电容调校信号的第一最佳值。

举例而言，图7是根据本发明的一实施例所绘示的不同电容设置状态下能量统计值的范例。图7系以6个不同的电容配置状态为例进行说明，但仅为用以说明而非用以限制本发明。请参照图7，当第一电容调校信号cp设置为[0001]且第二电容调校信号cs设置为[0000]时，能量统计值约为0.22。当第一电容调校信号cp设置为[0001]且第二电容调校信号cs设置为[0100]时，能量统计值约为0.28。当第一电容调校信号cp设置为[0010]且第二电容调校信号cs设置为[0000]时，能量统计值约为0.255。当第一电容调校信号cp设置为[0010]且第二电容调校信号cs设置为[0100]时，能量统计值约为0.25。当第一电容调校信号cp设置为[0011]且第二电容调校信号cs设置为[0000]时，能量统计值约为0.197。当第一电容调校信号cp设置为[0011]且第二电容调校信号cs设置为[0100]时，能量统计值约为0.28。

亦即，于图7所显示所有的电容配置状态之中，当第一电容调校信号cp设置为[0011]且第二电容调校信号cs设置为[0000]时，能量统计值为最小值。因此，在图7所示的6种电容配置状态中，当第一电容调校信号cp设置为[0011]且第二电容调校信号cs设置为[0000]时，可有效削减回音的干扰。

综上所述，在本发明的一实施例中，藉由混合收发电路前端之可电电容的电容值并由数字回音消除器来估算回音信号的能量，混和调校电路可依据回音信号的能量大小搜寻出一组最佳电容值，而此最佳电容值可达到较佳的阻抗匹配而明显降低回音干扰的影响。此外，藉由即时的比对与更新暂存器当中的暂时最小能量值，本发明实施例可以有效率的搜寻出最佳电容值配置状态，可有效避免因回音消除参数校准时间过而导致封包遗失的现象。另外，由于本发明实施例系以有效率的方式搜索最佳电容值配置状态，因此可应用精度更高的可变电容(像是控制比特数更多的可变电容)而提升消除回音干扰的效能。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。