专利名称:多级回波消除器的制作方法
本发明有关于运用在同时双向，双线数字传输系统中的回波消除器。
这种系统中，在双线传输线的每一端上，发送器和接收器用混合器相互耦合。从理论上来说，虽然发送器和接收器在同一时刻工作，但混合器保证被发送的信号送入线路，并且只有远端信号(在远端被发送而进入传输线的信号)到达接收器。然而实际上接收器所接收到的信号包含有远端信号和不需要的近端发送信号的回波。这些回波在传输线中产生，比方说由桥式分支接头引起。就混合器本身来说，则由于有限的混合器隔离损耗所引起。
因为传输线使信号衰减，到达混合器的远端信号可能比回波电平低。因此，性能优良的回波消除器用来将远端信号离析出来。
近来有一种趋势，倾向于采用较高比特率-标称144千比特/秒，并且大大超过现有双线传输线的能力。这些增加了的比特率使回波消除的问题更加困难，因为远端信号受到更大的衰减。因此，需要一种消除能力改进了的回波消除器，典型值至少为65db，既不十分复杂也不十分昂贵。
老式的回波消除器通常具用横向滤波器型或自适应存贮器型。要使这些回波消除器具有优良的性能，就需要高精度的元件、高速工作能力(至少横向滤波型的情况是如此)，以及高速处理能力，因而成本高。更明确地说，横向滤波器回波消除器常用的D/A变换器是高速度和高分辨率的。在D/A变换器被使用的各场合下，同样的要求也适用于A/D变换器。相似地，必须按单位系数的分辨率或二进制位数增加横向滤波器的系数。这些较长的系数由于较高比特率的原故也需要在较短取样週期内修改或者重新计算。
存贮型回波消除器要求一个高分辨率D/A变换器，可能还要求一个高分辨率的A/D变换器(在使用之处)，以及一个大容量的存贮器，它可以产生很长的收敛时间，或者取得最佳消除效果所化的时间。
本发明的目的在于减缓上述由于传输线衰减的增加，而没用高分辨率、高速元件或者增加处理速度的方法所带来的问题。
按照本发明，同时双向双线数字传输系统的回波消除器至少包含级联工作的两级。第一级有一个自适应滤波器，它以提供数字码的形式对传输信号作出响应，此数字码和传输信号中特定的二进制位脉冲序列相对应。D/A变换器将此数字码变换成模拟信号。差分装置从被接收的信号中减去此模拟信号而提供一个差分信号。自适应滤波器亦对此差分信号以修改上述数字码的方式作出响应，以致当上述传输信号中的脉冲序列再次出现时，相应于先前已修改的数字码的模拟信号将趋向于与上述脉冲序列对应的被接收信号任一回波分量更接近的估算值。
此外，在第一级中，回波消除器还有阻塞装置，当差分信号已经达到予定的消除程度时，它能阻塞上述数字码的自适应过程。
第二级含有一个自适应滤波器、D/A变换器以及差分装置。该D/A变换器的输出范围显著小于第一级的输出范围。自适应滤波器响应于传输信号中和第一级中相同的脉冲序列，提供一个数字码，并由D/A变换器将它变换成模拟信号。差分装置从第一级差分信号中减去低范围的D/A变换器的输出，从而提供馈送到接收机的第二个差分信号。
第二级能对全脉冲序列响应，而第一级只对脉冲序列的最初部分作出响应，此部分相应于回波最大幅值部分。在这种实施例的情况下，对于具有处理大幅值能力的第一级来说，在全部回波持续期间内工作是没有必要的，因为这个期间包含着回波幅度较小的后一段时间。
在优先推荐的实施例中，每个自适应滤波器都具有自适应存贮器件，例如随机存取存贮器(RAM)。上述发送信号脉冲序列因此可以被存贮起来，例如存在移位寄存器中，用来访问存贮器。
取样保持器件可以方便地把被接收的信号变换成“阶梯”形状，其形状相似于加到差分电路前D/A变换器的输出。
第一级中阻塞自适应的装置可以方便地包括时间延迟装置，每当消除器工作开始时，此装置就被触发以致于能够产生自适应过程。在一段时间延迟之后，随即阻塞自适应。可使时间延迟的持续期至少和第一级收敛所需的时间一样长，即使得第一级的消除效果最大。另一方面，阻塞装置可以包括检测第一级收敛的装置和停止自适应滤波器修改的开关装置。
现在仅用举例的方式并参看附图来说明本发明的实施例，其中图1为回波消除器的方块图;
图2为图1回波消除器改良型的方块图。
图3为消除器的工作图。
电话线或用户回路10，如图所示，接于混合器14的一个端口12。老式结构的平衡网络16接于和前者相对的端口18。第三个端口20接至发送器或驱动放大器22，其输入端用线24接到数据输入端，由此端口接收待发送的数字信号。混合器的第4端口26接于予加重电路28，它最终接于接收机30。
两个相似回波消除器的第1级和第2级，分别插在接收器30和予加重电路28之间。这两级分别包含随机存取存贮器32和34，受寻址寄存器36控制。随机存取存贮器(RAM)，32和34的数据输出分别接于D/A变换器38和40。两个D/A变换器38和40在它们的工作范围内，两者可以有同样的分级级数或阶梯级数，但第二级D/A变换器40有一个小得多的输出范围，近似等于第一级D/A变换器38中的最小阶梯级或最小的级差。因此，D/A变换器40能够输出级距的值小于D/A变换器38的值，换言之，第二级输出的级距值要比第一级输出的值要小。
D/A变换器38和40的输出分别接于模拟差分电路42和44，差分电路42和44的输出分别接到相应的比较器50和52的非反相输入端46和48。比较器50和52的反相输入端接地。比较器50和52各自的输出端分别接于RAM32和34的“校正”或读/修正/写输入端54和56，第一级比较器50的输出端是通过常闭开关58接到输入端54。开关58由收敛检测装置60控制，该收敛检测装置的输入端接于模拟差分装置42的输出端。
模拟差分电路42和44的输入端分别和取样保持电路62和64相连接。在第一级中，取样保持电路62的输入端接于予加重电路28的输出端。在第二级中，取样保持电路64接于第一级模拟差分电路42的输出端。第二级模拟差分电路的输出端接到接收机30。
应该注意，虽然第二级取样保持电路可以省去，那是因为信号从第一级过来已经取样保持了，但是它宁可予以保留，因为它也起着滤波器的作用，以便对抵达第二级的由第一级动态状态所造成的瞬变过程进行抑制。
寻址移位寄存器36的输入端接于数据或信号输入线24。在工作状态下，数据信号即随机的二进制位脉冲序列，通过传输线24接到发送器22。由传统的驱动放大器组成的发送器22把相应的信号加到混合器14上，此后将信号送入用户回路10。
从用户回路10来的被接收信号包含回路远端发送来的并叠加有近端发送信号回波的二进制数据信号。回波部分包含用户回路产生的回波以及由于有限的混合器交叉耦合损耗所产生的回波。接收到的信号由混合器14使之传向予加重电路28。予加重电路28增加高频频率，这就使得回波的“尾部”持续时间减少。予加重电路28的输出由取样保持电路62转换成时间取样的格式。取样保持电路的输出因此有一个“阶梯”形式，每个取样週期具有一个台阶。
再一次研究传送数据信号，输入线24上的信号以两倍于自身的比特率进行取样，并且所产生的二进制位顺次通过移位寄存器36。(单位传送位的取样数目可以是1或大于2，这取决于应用。)因此，在通常工作情况下，移位寄存器包含一个脉冲序列的2N个取样点，此脉冲序列是包括最后位在内的N个最近被传送的二进制位脉冲。充当RAM32和34的地址的2N二进制位表示数据信号有22N个可能的不重样的组合方式。每个RAM32和34有22N个相应的存贮器单元。N的值将由特定的应用所决定。在本实施例中，N＝8，每一个传送位具有2个取样点。每一个存贮器单元包含有一个多位字码，在此情况下是16位。
当一特定位正被传送时，由含有该位和前(N-1)传送位的N位序列，通过以2倍于输入信号比特率进行移位的移位寄存器36，为RAM32提供2N位寻址。从RAM32相应的存贮器单元中来的16位二进制数字码加到D/A变换器38，此D/A变换器将该数字码变换成一特定值的模拟电压。模拟差分电路42从取样保持电路62输出端的离散电压电平中减去D/A变换器38的输出值，以便提供差分信号。
此差分信号含有远端的或真正被接收的信号，加上抵消以后留下的残余的被发送信号回波。从统计角度来看，远端信号通常和发送信号无关，所以相关技术用来使回波减至最小(即消除)，并留下不受影响的远端讯号。在本实施例中，用符号标法以达到相消的目的。
相应地，比较器50将差分装置42的差分信号和零对比。取决于其符号，从RAM32适当的存贮单元的内容中加上“1”，或者减去“1”。每当特定的脉冲序列出现在输入信号中时，这个过程就得以重复。当累加误差在某方向上超过一定数值，就要修正送入D/A变换器的数字码，以便减少相应的回波值。每当产生二进制脉冲序列时，这个过程将要重复，对所有脉冲序列都是同样的。因此，在一个典型的时间即几秒内，回波消除器第一级将收敛。在误差累积期间-或在存贮器中数字码修改期间-，D/A变换器无必要作出响应，因为它只对它的输入数字码最重要的6～8位作出响应。
D/A变换器38给出离散输出电平或者分级的电平，所以它的电压分辨率受其最小分级电平所限制。当回波消除器第一级已收敛时，模拟差分电路42输出端上的差分信号将仍包含“回波”分量，这分量对应于D/A变换器38的最小电平和取样点实际回波值之间的差值。然而，在本实施例中，第二级能继续减少回波信号，因为它的D/A变换器40有一个等效于D/A变换器38的最小电平的工作范围，如下所述，这要使第一级自适应性被“冻结”。
于是第一级差分信号加到第二级取样保持电路64上，然后再加到差分电路44。第二级RAM34按与第一级相同的方式工作，把一个存贮单元中的二进制数字码加到D/A变换器40上，这个存贮单元对应于数字信号中一个N位的特定组合。应该注意到，在本例子中，在第一级存贮器32和第二级存贮器34中都使用相同的N位。D/A变换器40的输出从取样保持电路64输出中减去，最后所得到的第二差分信号通过比较器52用来修改RAM34的内容，如同第一级修改每个存贮器中的内容所进行的一样。
如同第一级中的情况一样，所传输的二进制的数据流每次发生移位置换时，此过程重复一次，直到差分信号中的回波分量减少到D/A变换器40的最小阶梯级距的幅值。在这一点上，回波分量幅值将较实际接收到的信号小得多，如前面已讨论过的，信号不受消除回波的过程的影响。因此接收到的信号已经清除了不纯净的回波，并被送入接收机30，便于数据恢复和利用。
采用了具有N1位分辨率的D/A变换器38和具有N2位分辨率的D/A变换器40，并且D/A变换器40的输出范围为D/A变换器38最小阶梯级距，在两级都收敛之后，差分电路44输出端上的回波分量将减少为取样/保持器62输出端原回波幅度的21 / N1+ N2]]>倍。因此在量值上，回波从比被接收的远端信号高若干倍减少到比该信号小若干倍，这有助于包含在远端信号中的信息的恢复。因此两个具有很少几位分辨率的D/A转换器能获得同使用有较高分辨率的单一D/A变换器同等数量的回波减低量(或“消除量”)。
由于实践上的原因，本发明的其它实施例可以选择得使D/A变换器40的整个变换范围大于D/A变换器38的最小阶梯级距。
为了使第二级能够进一步降低回波幅度到第一级单独地能达到的程度以下，当第一级一旦收敛，它的存贮器32的修改就必须中断并且自适应性“冻结”。这样的中断可以用切断开关58使比较器50的输出和RAM32“修改”输入断开的方法使之实现。如后面将叙述的那样，开关58是由模式控制设备60加以控制的。
第一级中的自适应性的“冻结”有以下的动作。无论何时，任一具体被传送的位组合重复出现，如移位寄存器36所指示的那样，那么通过混合器14的实际回波值和在取样/保持电路62输出端产生的取样结果总是相同的(这一假设对绝大多数实际情况来说是有效的)。在收敛状态下，随着第一级“冻结”，响应于上述脉冲序列的RAM32的输出码将总是同一数值。因此，在那个发送组合重复发生时，差分电路42的输出将始终呈现相同的回波残余幅值。若第二级中的RAM34对相同的上述发送组合起反应，那么在第二级收敛的状态下，RAM中存贮着必需的数值，致使加法器42输出端的回波残余能明显地进一步降低为某幅值，如前面已经讨论过的，比幅值将是D/A变换器40的最小阶梯值。对所有可能的传送序列进行操作并得到收敛，因此第二级对每一个可能的传送序列都能进一步使第一级的回波残余减小到上述的最小幅值。
开关58由模式控制设备60进行控制。设备60在外部指令，61，即“再启动”作用下工作。当“再启动”被请求时，模式控制设备60将开关58闭合一段足够长的时间，以便使第一级重新得到收敛。这段时间之后，开关58打开，第一级转入“冻结”模式并一直维持到产生新的“再启动”要求。“再启动”由系统操作条件给于开启。通常，第一级是粗略的，所以在第一级保持在“冻结”模式的同时，第二级继续自适应于处理较短时间内的改变着的回波变化。然而，当系统被启动或当发生其他较大回波通道改变时，一个再启动请求信号被启动以保证第一级正确地投入运转。
在本发明的范围内，各种更改方案都是可能的。例如，比较器38和40可以用A/D变换器来代替。一种具体的更改方案示于图2，其工作图示于图3。
此更改的实施例，特别适用于ISDN应用的回波消除器。在这种情况下，传送的比特率为160千比特/秒。移位寄存器36和两个取样/保持电路62和64工作在两倍的比特率上，即320KHz的速率上(为了实际的缘故)，因此每传送一位就产生两个取样点。移位寄存器36长度有16位。第一级RAM32仅由移位寄存器36的第一组8位进行寻址。因此，这一级只消除回波的初期的高幅值部分(脉冲被发送后的0～25微秒)。第二级随机存取存贮器34由移位寄存器36的全部16位二进制数进行寻址。因此第二级消除第一级的剩余部分加上脉冲发送后25～50微秒的回波低幅度部分。回波残余部分的符号检测由比较器50和52执行。分别对RAM32和34修改输入端54和56，控制传统设计的数字累加电路，用读/修改/写的方法去修改RAM内容。如前所述，D/A变换器38和40有6至8位的分辨率。
本具体的实施例的工作示于图3。混合器在最坏的情况下降低总回波约10db。予加重网络提供高频提升以降低脉冲低频“尾部”的相对电平。这就减少了消除器工作时所需要的总的位周期数。8个取样周期(25微秒)后，脉冲尾部已经衰落到第一级残余部分的幅度以下(即D/A变换器38的最小阶梯值)。所以，对第二组8个取样点，第一级没有必要工作。因此第一级只消除回波幅值较大的部分，降低回波约35db。进入第二级的残余部分包含有降低了的高电平部分(第一个25微秒)和保持原样的低电平回波部分(第二个25微秒)。第二级抵消留下的未消除的回波部分。
两级都具有7位的D/A变换器，可提供70db的联合消除能力。因此，在160千比特/秒下，连混合器在内可得到的总的回波减少量可达80db。
和具有同样等效消除范围要求的单级回波消除器相比，本发明的多级工作实施例的优点在于允许每个D/A变换器的分辨率或精度有实质性的降低。应用自适应存贮器件的实施例的另一个优点是它能允许在接收信号中存在非线性。此外，当存贮器用于多级状态时，非线性可被有效处理，而不象通常自适应存贮回波消除器所要求的长收敛时间。例如，这样的收敛时间可以降低一个或几个数量级。
权利要求
1.同时双向双线传输系统用的回波消除器包含至少二只级联消除器(1，2)，其特征在于第一级含有自适应滤波器(32，50)，它对发送信号作出响应以提供一串数字码，每串数字码对应于上述发送信号中不同的二进制位的序列；D/A变换器(38)，它对自适应滤波器的输出作出响应，将上述每串数字码变成模拟信号；差分设备(42)，它用来从接收信号中减去上述模拟信号，以提供差分信号。上述自适应滤波器还包括设备(50)，它对上述差分信号作出响应，以便去修改每一组数字码，以至当发送信号的相应脉冲序列再次发生时，用此方式修改过的数字码将产生一个对应的模拟信号，它更趋向于和相应于上述脉冲序列的接收信号中的任何回波分量相一致；第二级含有第二自适应滤波器(34，52)，它对发送信号脉冲序列作出反应，此序列至少部分地和第一级作出响应的脉冲序列是相同的，上述第二自适应滤波器用来提供一组第二数字码，每组数字码相应于上述传输信号中不同的二进制位脉冲序列；第二D/A变换器(40)，它对上述第二自适应滤波器的输出作出响应，把每一串上述第二数字码变换成为第二模拟信号。上述第二模拟信号的范围显著小于第一模拟信号的范围；差分装置(44)，它对上述第二D/A变换器(40)以及第一差分装置(42)作出反应，从上述差分信号中减去上述第二模拟信号，从而提供第二差分信号作为回波消除器的输出；上述第二自适应滤波器包含设备(52)，它对上述第二差分信号起反应，并以这种方式修改第二数字码，即当传输信号的相应脉冲序列重新出现时，每一组如此修改的第二数字码将产生一个上述第二模拟信号，它趋向于和相应上述脉冲序列的差分信号中任何回波分量相一致。上述回波消除器还包含设备(60)，当上述第一差分信号已经达到予定的消除程度时，该设备用来阻塞第一级自适应滤波器中的上述数字码的自适应过程。
2.根据权利要求
1所定义的回波消除器，其中每一个上述的自适应滤波器由自适应存贮器件(32，34)及其寻址装置组成，自适应存贮器包含有存贮上述传输信号脉冲序列的存贮装置。
3.根据权利要求
2所定义的回波消除器，其中每一个上述自适应存贮器件含有随机存取存贮器和对上述差分信号起反应以供控制上述随机存取存贮器的读/修改/写输入端的装置。
4.根据权利要求
1、2或3所定义的回波消除器，其中第二D/A变换器有一个输出范围，其大小基本上等于最初提到的D/A变换器的输出范围的最小阶梯级距。
5.根据权利要求
1、2或3所定义的回波消除器，其中阻塞数字码自适应过程的上述装置包含时间延迟装置，此装置在回波消除器开始工作时就被启动，使得自适应过程得以进行，在时间延迟之后，使自适应过程终止，上述时间延迟是予置在一个大于第一级收敛时间的数值上。
6.根据权利要求
4所定义的回波消除器，其中阻塞数字码自适应的上述设备具有一段时间延迟，在回波消除器开始工作时，这段时间延迟开始作用，使得这种自适应过程能够进行，在此时间延迟之后，使自适应过程终止，上述时间延迟是予置在一个大于第一级收敛时间的数值上。
7.根据权利要求
4所定义的回波消除器，其中阻塞自适应过程的上述装置包括上述第一级检测收敛的检测装置和开关装置，此开关对上述检测装置作出反应以便阻止上述数字码的自适应过程。
8.根据权利要求
1、2或3所定义的回波消除器，其中每一个对上述差分信号作出反应的上述装置对修改上述数字码的上述差分信号的符号作出响应。
9.根据权利要求
4所定义的回波消除器，其中每一个对上述差分信号作出反应的上述装置对修改上述数字码的上述差分信号的符号作出响应。
10.根据权利要求
5所定义的回波消除器，其中每一个对上述差分信号作出反应的上述装置对修改上述数字码的上述差分信号的符号作出响应。
11.根据权利要求
6所定义的回波消除器，其中每一个对上述差分信号作出反应的上述装置对修改上述数字码的上述差分信号的符号作出响应。
12.根据权利要求
7所定义的回波消除器，其中每一个对上述差分信号作出反应的上述装置对修改上述数字码的上述差分信号的符号作出响应。
13.根据权利要求
1、2或3所定义的回波消除器，其中上述第一级尚包括取样保持装置，它把由上述混合器过来的接收信号变换成时间取样格式，并将其送入上述差分装置。
14.根据权利要求
13所定义的回波消除器，其中上述第二级还包括有连接第一个差分装置输出和第二个差分装置输入之间的取样保持设备。
15.根据任何前述的权利要求
所定义的回波消除器，其中上述第一级和第二级对传输信号的相同脉冲序列起反应。
16.根据权利要求
1至14任一条所定义的回波消除器，其中上述第一级对一列较短于上述第二级所响应的脉冲序列的脉冲序列作出响应，第一级脉冲序列是第二级脉冲序列的较早发生的部分，并且相应于回波的较大幅值的部分。
专利摘要
同时双向双线数字传输系统的回波消除器可用至少两级级联的自适应滤波器获得满意结果。每一级中，传输信号的每一二进制脉冲序列对RAM寻址，RAM输出一数字码至D/A转换器，其输出从接收信号中减去后用来修改RAM中数字码，RAM中数字码当特定脉冲序列重复出现时更接近回波值。第二级D/A转换器输出范围大约等于第一级D/A转换器最小级差值，因此第一级完成粗略回波消除，第二级进一步降低残余部分。为能实现这种进一步降低，第一级一经收敛，该级中RAM的修改马上被“冻结”。
文档编号H04B3/23GK86100444SQ86100444
公开日1986年9月10日 申请日期1986年2月22日
发明者伊弗雷姆·阿诺恩, 迈克尔·韦恩·乔米克, 文森特·乔治·罗曼 申请人:北方电信有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan