专利名称：用于将宽带话音和数据信号接续到电话系统的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电信，更具体地说，涉及用于将宽带话音和数据信号接续到电话网络的系统和方法。
互联网和其它基于计算机的通信系统的广泛使用导致在现有电话线上提供更宽带宽接入的系统和方法的发展。来自中心局(CO)的常规接入环路例如使用双绞铜线，并且实现诸如数字用户线(DSL)技术的传输系统已经被开发以在这种接入环路上同时提供话音和宽带数据信号。
因为标准双绞电话线的低通滤波特性，接收信号中高频信号的幅度比低频信号衰减的更多。因此，所接收的高频数据信号在幅度上小于低频话音信号。在同一双绞线上同时包含话音和数据的系统中，更高(即较小衰减)的话音信号使用了信号的大部分动态范围。典型的接口系统包括一个将数据频带和话音频带在线路连接点上直接分离的电路，并为每个分离的信号频带分别使用一个复制电路。例如，2000年3月7日授权给Little等人的美国专利US 6,035,029描述了在客户家中的网络接口单元上将简易老式电话信号(POTS)与数据信号分离并分别进行处理的一种系统。这种电路一般包含一个昂贵的变换器和双倍的元件，通常增加了系统的成本和功率的需求。
因为在这种系统中的话音和数据信号是全双工的(即在同一双绞线上同时发送和接收)，所发送的一部分话音和数据频带信号跨越连接点出现在双绞线上。连接点也被称作塞尖和塞环。为了正确地接收信号必需消除这些多余信号。在仅传送话音的系统中通常使用一个模拟电路从输入信号(接收十一小部分发送)中适当地消除一小部分输出信号(一小部分发送)来实现这一操作。结果信号仅是接收信号。这种电路被称作跨越混合损耗电路。
在仅传送话音的系统中，因为输入信号的发送部分在幅度范围上与输入信号的接收成分相同，在不过多地损伤模数转换器动态范围的情况下，可以在模数转换之后数字地执行跨越混合损耗电路的功能。这在包含高频数据信号的系统中可能是一个严重的问题，因为输入信号的发送部分比输入信号的接收成分大得多。
本发明设法提供一种接口系统，用于在话音频带信号不显著地影响数据频带信号和数据频带信号不显著地影响话音频带信号的情况下，将宽带话音和数据信号接续到用于双向通信的传输介质(诸如双绞线)上。
本发明适合于但不仅限于在有话音频带(DC-4000hz)信号的情况下将DSL模拟前端电路连接到用户线上。
因此，根据本发明的第一方面，提供将一个接口端接到在公共通信介质上传输话音和数据频带信号的通信系统中的连接点上的一种方法，包括在话音频带回程损耗电路中提供一个模拟滤波器以防止话音频带对数据频带信号的干扰。
根据本发明的第二方面，提供将一个接口端接到在公共通信介质上传输话音和数据频带信号的通信系统中的连接点上的一种方法，包括在数据频带回程损耗电路中提供一个模拟滤波器以防止数据频带对话音频带信号的干扰。
根据本发明的再一个方面，提供将一个接口端接到在公共通信介质上传输话音和数据频带信号的通信系统中的连接点上的一种方法，包括在话音频带回程损耗电路中提供第一模拟滤波器以防止话音频带对数据频带信号的干扰和在数据频带回程损耗电路中提供第二模拟滤波器以防止数据频带对话音频带信号的干扰。
还提供在用于在公共接口上双向传输话音和数据频带信号的通信系统的接口上从数据信号中消除跨越混合分量和近端回波的一种方法，包括提供一个模拟电路以从输入信号中消除跨越混合分量和近端回波；和提供一个模拟数据频带滤波器以防止数据频带对话音频带信号的干扰。
还提供用于被连接到用于话音和数据信号的双向通信的传输介质的用户线接口的一种端接电路，所述端接电路包括检测装置，在到所述传输介质的连接点上检测话音和数据信号；话音频带回程损耗装置，监视所述话音和数据信号和生成将被发送给所述连接点的话音频带回程信号，所述回程信号表示所述话音频带信号；和连接到所述回程损耗装置的话音频带滤波器，所述话音频带滤波器隔离所述话音频带回程损耗信号与所述数据频带信号。
而且，提供用于被连接到用于话音和数据信号的双向通信的传输介质的用户线接口的一种端接电路，所述端接电路包括检测装置，在到所述传输介质的连接点上检测话音和数据信号；数据频带回程损耗装置，监视所述话音和数据信号，并生成将被发送给所述连接点的数据频带回程信号，所述数据频带回程信号表示所述数据频带信号；和连接到所述回程损耗装置的数据频带滤波器，所述数据频带滤波器隔离所述数据频带回程损耗信号与所述话音频带信号。
本发明还设计一种同时具有话音和数据回程损耗电路的端接电路，所述话音和数据回程损耗电路分别具有话音频带和数据频带滤波器。
现在将参考附图更加详细地描述本发明，其中
图1是本发明的方框图。
图1是在高层上图示组成本发明的各种电路和元件的方框图。线路端接存在于某设备连接到双绞线的位置上。沿着双绞线发送的所有信号将有一小部分信号被反射回到信号源。这被称作远端回波。被反射信号的数量取决于端接阻抗与线路阻抗相匹配的接近程度。因为双绞线对于不同的频率呈现不同的阻抗，对于高频应用最佳的任何端接电路对于话音频带将不是最佳的，反之亦然。适合于所有频带的物理端接一般是不可能的。一种使物理端接看起来具有与物理阻抗不同的端接阻抗的方法是用回程损耗电路114修改在端接处接收的一小部分信号并发送回线路上。这调整了线路驱动器输出阻抗以使物理端接看起来与未经调整的不同。
用于数据的设备通常将包括消除反射回到这些设备的结果远端回波的装置，但是大部分话音频带设备并不具有消除反射回到该设备的回波的任何装置。因此，任何准备进行话音传输的人必需匹配线路阻抗，而不能象仅进行数据传输的人那样可以不管所生成的远端回波有多大。
问题在于用于为话音特性匹配一条线路的回程损耗电路114实际上会干扰更高频率的数据信号。为了为话音频带提供一个适合的端接而不显著地影响数据频带信号，本发明使用话音频带滤波器113以隔离调制对话音频带的影响。类似地，用于数据频带的回程损耗电路117被限制于仅通过数据频带滤波器116影响数据频带。
因为要求话音和数据同时在同一双绞线上出现的系统被要求仅在话音频带中生成小的远端回波，需要一个电路以降低所生成的话音频带远端回波。因为这一要求可能降低数据频带信号的性能，本发明包括一个话音频带滤波器113以使对数据频带信号的影响最小。这种提供降低话音频带中的远端回波但是对数据频带信号的影响非常小的一个电路的能力允许优良的话音频带性能以及一个更简单的数据频带接收电路。
因为沿着双绞线的任意双向传输同时包含发送信号和接收信号，通过103和104输出的一部分输出信号将出现在塞尖131和塞环132上。这被称作跨越混合分量。而且到线路的发送连接上的线路端接和实际线路的任何失配将导致一部分输出信号被反射回并添加给输入信号。这一部分被称作近端回波。
对于话音频带信号，发送和接收信号具有近似相同的幅度范围。因此，由接收信号、近端回波和跨越混合分量组成的输入信号将不比仅接收信号的幅度大出许多。因此，用于数字化话音信号、近端回波和跨越混合分量所需要的模数转换器的分辨度并不需要比仅话音信号所需要的好很多。本发明可以在数字化之后使用一个模拟电路或一个数字电路执行近端回波消除和跨越混合分量消除。因此，对于话音频带信号这通常不是问题。
因为对于数据频带的通过输出103和104的发送信号与通过塞尖131和塞环132的它的数据频带接收信号相比太大，来自其发送信号的任意跨越混合分量或近端回波也可能比它的接收信号大很多，尤其是对于很长的线路。如果最终需要一个模数转换器来数字化数据频带接收信号，该模数转换器的动态范围将必需允许接收数据频带信号以及近端回波和跨越混合损耗。这要求模数转换器的分辨度必需比仅数据频带接收信号所需要的好很多。
一种典型的解决方法将是使用一个高分辨度模数转换器来数字化信号，在数字域中消除近端回波和跨越混合分量。本发明使用一个模拟电路118来执行跨越混合分量估计和近端回波估计，并将它们从输入信号中予以消除以生成一个接近于单独接收信号的新信号。本发明使用一个数据频带滤波器119以限制估计对数据频带的影响。这降低了跨越混合分量和近端回波以使数字化输入数据频带信号所需要的模数转换器的分辨度并不需要比数字化单独的数据频带接收信号所需要的分辨度高很多。
用于数据频带频率范围的模数转换器非常难以制造，并且对于高分辨度还非常昂贵，因此通过降低模数转换器的分辨度要求，本发明降低了整个系统的成本和提高了可制造性。
对于处理同一条双绞线上的话音和数据所需要的任意系统，在输入信号上将同时存在话音频带和数据频带分量。因为线路特性生成低通滤波效应，频率更高的数据频带信号比低频话音频带信号衰减得更多。这导致话音频带接收信号具有比数据频带接收信号更大的幅度。
因此，对于需要同时接收话音和数据信号的系统，因为话音频带信号和数据频带信号的相对幅度的不同，与如果仅出现数据频带接收信号时模数转换器所需的分辨度相比，需要具有更高分辨度的模数转换器。这是在同一双绞线上同时使用话音和数据的系统中的一种典型的方法。
一种避免高分辨度模数转换器的方法是使用模拟滤波器125和126以允许分别地分离话音频带和数据频带。这允许使用两个分离的较低分辨度的模数转换器来数字化话音频带和数据频带。因为话音频带模数转换器比用于数据频带的宽带模数转换器便宜，话音频带模数转换器和低分辨度数据频带模数转换器的组合成本将低于具有足够高分辨度的用于数字化同时包含话音频带和数据频带分量的信号的模数转换器的成本。
避免高分辨度模数转换器的第二种方法是使滤波器125和126的输出独立地换算和求和。这将提供同时包含话音频带和数据频带的单个输出信号，但是使用话音频带和数据频带换算以便它们具有近似相同的相对幅度。这允许使用单个模数转换器以数字化话音频带和数据频带，而不要求模数转换器具有比仅数字化数据频带信号所需的分辨度高得多的分辨度。
避免高分辨度模数转换器的第三种方法是独立地换算和求和要求在同一双绞线上同时传输话音和数据的系统的话音频带和数据频带信号。
虽然已经描述和图示了本发明的具体实施例，对于本领域的技术人员来说，在不明显脱离基本概念的情况下显然可以对这些实施例进行各种改变。然而，应当理解这种改变将被视为落入由权利要求书所定义的本发明的完整范围内。
权利要求
1．一种用于被连接到用于话音和数据信号的双向通信的传输介质的用户线接口的端接电路，所述端接电路包括检测装置，在到所述传输介质的连接点上检测话音和数据信号；话音频带回程损耗装置，监视所述话音和数据信号和生成将被发送给所述连接点的话音频带回程信号，所述回程信号表示所述话音频带信号；和连接到所述回程损耗装置的话音频带滤波器，所述话音频带滤波器隔离所述话音频带回程损耗信号与所述数据频带信号。
2．一种用于被连接到用于话音和数据信号的双向通信的传输介质的用户线接口的端接电路，所述端接电路包括检测装置，在到所述传输介质的连接点上检测话音和数据信号；数据频带回程损耗装置，监视所述话音和数据信号，并生成将被发送给所述连接点的数据频带回程信号，所述数据频带回程信号表示所述数据频带信号；和连接到所述回程损耗装置的数据频带滤波器，所述数据频带滤波器隔离所述数据频带回程损耗信号与所述话音频带信号。
3．一种用于被连接到用于话音和数据信号的双向通信的传输介质的用户线接口的端接电路，所述端接电路包括检测装置，在到所述传输介质的连接点上检测话音和数据信号；话音频带回程损耗装置，监视所述话音和数据信号和生成将被发送给所述连接点的话音频带回程信号，所述回程信号表示所述话音频带信号；数据频带回程损耗装置，监视所述话音和数据信号，并生成将被发送给所述连接点的数据频带回程信号，所述数据频带回程信号表示所述数据频带信号；连接到所述回程损耗装置的话音频带滤波器，所述话音频带滤波器隔离所述话音频带回程损耗信号与所述数据频带信号；和连接到所述回程损耗数据频带装置的数据频带滤波器，所述数据频带滤波器隔离所述数据频带回程损耗信号与所述话音频带信号。
4．如权利要求1定义的端接电路，其中所述通信介质是双绞铜线。
5．如权利要求1定义的端接电路，其中使用数字用户线(DSL)方案实现所述双向通信。
6．一种在用于在公共通信介质上双向通信话音和数据频带信号的通信系统接口上从数据频带信号消除跨越混合分量和近端回波的系统，所述电路包括模拟电路，估计所述跨越混合分量值和所述近端回波值并将所述估计值从输入数据信号中扣除；和模拟数据频带滤波器，将估计限制到所述数据频带信号。
7．如权利要求6定义的系统，具有模数转换器，用于在消除所述跨越混合分量和近端回波之后数字化所述输入数据信号。
8．如权利要求7定义的系统，具有话音频带滤波器和数据频带滤波器以接收所述输入信号，并将所述输入信号分离成单独的话音频带和数据频带信号以由单独的模数转换器处理。
9．如权利要求7定义的系统，具有换算装置以接收所述输入信号和独立地换算所述话音频带信号和所述数据频带信号，并在由所述模数转换器处理之前相加所述换算信号。
10．如权利要求7定义的系统，具有话音频带滤波器和数据频带滤波器以接收所述输入信号，并将所述输入信号分离成单独的话音频带和数据频带信号；具有换算装置以换算每个所述单独的话音和数据信号；和具有在由所述模数转换器处理之前将所述换算后的话音和数据频带信号相加成一个组合信号的装置。
11．一种将一个接口端接到用于在公共通信介质上传输话音和数据频带信号的通信系统中的一个连接点上的方法，包括在话音频带回程损耗电路中提供模拟滤波器以防止话音频带对数据频带信号的干扰。
12．一种将一个接口端接到用于在公共通信介质上传输话音和数据频带信号的通信系统中的一个连接点上的方法，包括在数据频带回程损耗电路中提供模拟滤波器以防止数据频带对话音频带信号的干扰。
13．一种将一个接口端接到用于在公共通信介质上传输话音和数据频带信号的通信系统中的一个连接点上的方法，包括在话音频带回程损耗电路中提供第一模拟滤波器以防止话音频带对数据频带信号的干扰，和在数据频带回程损耗电路中提供第二模拟滤波器以防止数据频带对话音频带信号的干扰。
14．一种在到用于在公共接口上双向传输话音和数据频带信号的通信系统的一个接口上从数据信号中消除跨越混合分量和近端回波的方法，包括提供模拟电路以从输入信号中消除所述跨越混合分量和近端回波；和提供模拟数据频带滤波器以防止数据频带对话音频带信号的干扰。
15．权利要求14的方法，还包括步骤提供模数转换器以数字化所述话音和数据频带信号。
16．权利要求15的方法，其中在消除跨越混合分量和近端回波之后的所述输入信号被分别使用话音频带滤波器和数据频带滤波器分离成话音频带和数据频带信号，并由单独的模数转换器数字化。
17．权利要求15的方法，其中在消除跨越混合分量和近端回波之后的所述输入信号被分离成话音频带和数据频带信号，作为分离信号被换算，相加在一起以形成一个复合信号并在模数转换器中被数字化。
18．权利要求15的方法，其中在消除跨越混合分量和近端回波之后的所述输入信号被分别使用话音频带滤波器和数据频带滤波器分离成话音频带和数据频带信号，所述分离信号被换算并相加在一起作为一个换算后的复合信号，并由模数转换器数字化。
全文摘要
一种用于在将宽带话音和数据信号接续到诸如电话系统的通信系统的系统。由于在常规电话接入环路中所用的标准双绞线的低通滤波特性,数据频带信号比话音频带信号衰减得多。本发明提供用于将数据和话音频带信号接续到诸如双绞线的公共通信介质上的设备和方法,同时显著地降低一个频带对另一频带的影响。
文档编号H04M1/74GK1321037SQ01109598
公开日2001年11月7日 申请日期2001年4月24日 优先权日2000年4月25日
发明者理查德·盖斯, 龙志渝 申请人:米特尔公司