专利名称：在通讯网络中用于自动地匹配交换信号电平的方法
技术领域：
本发明涉及到一种用于自动地匹配各种设备之间，如连接在通信网络中的电话，视频电话(用于通过电话网络传输话音与视频的系统)，传真机或者计算机之间交换信号电平的方法。本发明还涉及到一种自动匹配装置。
本发明尤其是涉及到一种在电话网络中用于自动地匹配交换信号电平的方法。
图1表示在一个已知的电话网结构中，将一个用户连接到电话站4的用户环路2的示意图。该用户通过一根由其阻抗值为ZL的传输线6发射一个信号IN1和接收一个信号OUT2。这个阻抗在用户和电话站之间的信号交换上具有不利影响。
一种用于校正由模拟传输线导致的失真的解决办法要点是测量经过一个电感L1连接到传输线的负载7两端之间的DC电压Vdc，给出的电容C1，C2作用为低频信号的滤波器而电感L1，L2滤除高频信号。然后这个电压Vdc，传递到计算模块8，其根据该测量的结果确定ZL的值。该计算模块还确定一个增益G1，该增益选定以致在节点VL2的IN1增益不依靠于ZL，确定一个G2，该增益选定以致在信号OUT2的IN2增益也不依靠于ZL，而确定的G3以致于抑制来自接收信号OUT2的发送信号IN2并且作用象一个回波消除器(G3没有显示在图1中)。
这可以确定OUT2=IN12*[ZLZL+2R1]+IN2*[R1ZL+2R1]]]>G1=G2=ZL2R1+1]]>和G3=2*ZL+R1ZL+2R1]]>结果如下OUT1＝0.5*IN1和OUT2＝0.5*IN2这种解决办法不适合补偿由数字设备交换的信号，这种数字设备需要与用户环路隔离，因此它不具有经过一个直流电压或电流的测量对传输线阻抗ZL的访问。
本发明的目的是减少传输线阻抗的影响，并且即使在上述的直接测量是不可能的情况下也要降低其影响。
这个目的是通过一种采用自动地匹配在第一设备和通过传输线与所述第一设备通信的第二设备之间的交换信号电平的方法获得的，其特征在于包括下列步骤；-将来自传输线的并且由第一设备(2)接收的信号数字化，-根据表示与传输线交换的信号的数字数据，作出等于第一设备接收的信号与第一设备发射的信号(IN1)比率的传输函数的一估算，-每个交换信号(IN1，OUT2)分别由一个根据所述传输函数(K)的估算值确定的合适的增益(G1，G2)来相乘。
采用根据本发明的方法，不再需要确定补偿所需的增益而测量DC电压，因为使用的解决方法基本是数字的，这就是说基于软件的，因此能够用来补偿使用与用户环路隔离的数字设备中交换信号的电平，这些设备如视频电话机，传真或者计算机。这种方法允许动态地工作在全双工方式，这种方式不依赖于温度的变化，只要至少有一个信号从已经设置的设备发送出，以便确定该传输线的初始特性。
这可以有利于数值的估算而使其能够估算出采用软件计算方法得出的传输函数(K)。
根据一个实施例，这种计算方法执行一种识别算法。
更可取的是，该识别算法是LMS(最小均方值)，RLS(递归最小二乘)或者卡尔曼类型的。
本发明还涉及到一个用于自动地匹配第一设备(3)与一个经过传输线通信的第二设备之间的交换信号的电平，其特点在于具有-一个能够将进入第一设备的信号数字化的模拟/数字变换器，
-一个能够变换由第一设备发射的信号的数字/模拟变换器，-一个计算模块，其用于估算进入信号与第一设备发送信号的比率，以及用于确定为匹配由第一设备发射的和接收的信号电平所需要的增益，所述增益取决于该所述比率。
根据一个实施例，该数字计算模块有一个用来识别与计算模块有关的传输函数的单元，该模块将提供用于匹配用户发送信号电平的第一增益给第一放大装置，以及将提供用于匹配该用户接收信号电平的第二增益给第二放大装置。
该计算模块最好是一个执行识别算法的DSP(数字信号处理)电路。
通过下面非限定例子以及参考附图所作出的描述，本发明的其它特点和优点将更加清楚，附图包括图1示意地表示的已经描述的在已有技术的电话网络中的用户环路结构，图2示意地表示在电话网络中具有根据本发明的用于自动地匹配交换信号的电平的装置的用户环路；图3示意地表示与图2相类似的实现回波消除的一用户环路。
图2示意地说明一个用户的设备3与电话站4之间经过由其阻抗ZL表示的传输线6的一链路链接。该用户发射一个信号IN1和接收一信号OUT2，而电话站4发射一个信号IN2和接收一个信号OUT1。
为了避免由于传输线6阻抗引起的信号IN1与OUT2受到的衰减，以及为了保持在节点VL2对信号IN1的传输函数，以及与线阻抗无关的信号OUT2的传输函数，根据本发明该方法包括一个数字化进入所述设备的信号的步骤，一个估算作为交换信号OUT2和IN1的函数的传输函数K的步骤，然后是用一个基于前面确定的传输函数K值而确定合适的增益乘以每个信号的步骤。
当信号IN1被发送时，在用户环路的输出端检测的信号OUT2被加到数字化所述信号OUT2的模拟/数字变换器44。
传输函数K的估算是通过一个识别的算法数字地实现，该算法是基于如，最小二乘法，RLS(递归最小二乘法)算法或者替代的卡尔曼算法的。该算法具有计算传输函数K的特性参数的功能，其可以是特殊的矩阵(hi)1≤i≤n或者多项式(ZL-i)1≤i≤n。
在本实施例中，该计算在于首先确定该比率OUT2IN1=K(ZL)+ϵ]]>其中K(ZL)=ZL2·(ZL+2·R1)]]>在本实施例中使用假设是常数的阻抗ZL是真的。对于短路线ZL＝0源阻抗等于传输线的输入阻抗，而该线的输入阻抗取决于特性阻抗ZC和负载阻抗ZR；在此时，ZR等于源极阻抗R1。为了简化，设定条件ZL＝ZC。
在此计算之后的一个步骤在于确定对于该发送信号，确定第一增益G1(ZL)=ZL2R1+1=11-2K(ZL)]]>而对于接收信号，确定第二增益G2(ZL)=11-2K(ZL)]]>大家可以看出对于这些增益值，传输线末端的电压OUT2等于电压VL2(除了IN1的回波之外)的一半。
图2中装置有一个为了估算传输线的阻抗和确定补偿交换信号所需增益的数值计算模块10。该数值计算模块10有一个单元12用来识别与计算模块14有关的传输函数K，该计算模块是用来为第一放大装置16提供第一增益G1来补偿用户发送信号的衰减，以及为第二放大装置18提供第二增益G2来补偿用户接收信号的衰减。
数值计算模块10最好是一个使用上述识别算法之一的DSP(数字信号处理)电路。当然也可以使用其它类型电路。
可以从图2中看到，识别单元12的第一输入端20连接到第一放大装置16的输出端21，而所述识别单元12的第二输入端22连接到第二放大装置18的第一输入端23。识别单元12的输出端24连接到计算模块14的输入端26。该计算模块14的第一输出端28连接到第一放大装置16的第一输入端30，而该计算模块14的第二输出端32连接到第二放大装置18的第二输入端34。数值计算模块10的输出端36连接到数字/模拟变换器40的一个输入端38，而所述数值计算模块10的输入端42连接到模拟/数字变换器46的输出端44。
在工作期间，识别单元12提供一个根据用户发送与接收的信号数值计算的传输函数K的估算值给计算模块14。这些信号分别提供给识别单元12的第一输入端20和第二输入端22。
计算模块14为第一放大装置16提供用来补偿用户发送信号衰减的第一增益G1，以及为第二放大装置18提供用来补偿用户接收信号衰减的第二增益G2。
本发明的方法与装置因此有可能实现对经过传输线的交换信号电平的自动匹配。此外，这个系统对于可能影响已有技术中使用的电压测量(如图1中跨越负载7两端的)的温度漂移不敏感。因此该方法与电话网络的电源X中的变化无关。
传输函数K(ZL)的知识还可以用于检测在传输线中本发明的装置并行连接的存在。所述检测方法包括观测识别传输函数K的增益标志的步骤。当该标志是负的时，那么就推导出第二装置是与传输线并行连接。例如，在使用一个调制解调器和一个电话的情况中为了安全的原因，这个信息可以不受限制地使用。如果检测是由调制解调器来实现，则电话可以挂断而释放传输线。
图3类似于图2，相同的元件具有相同的编号。然而，回波消除装置被进一步引进到该装置中。实际上，这等效于使OUT2独立于IN1。最后，第三增益G3依靠放大器49引进到IN1。在按G2放大之前，所有的都是由减法器50从OU2减去而得到的。它还显示出，为了消除回波必须是G3＝K(ZL)。
权利要求
1.一种采用自动地匹配第一设备(3)与通过传输线(6)与所述第一设备通信(2)的第二设备(4)之间的交换信号电平的方法获得的，其特点是它包括下列步骤；将来自传输线(6)的并且由第一设备(2)接收的信号(OUT2)数字化，根据表示与传输线(6)交换的信号(IN1，OUT2)的数字数据，作出等于第一设备接收的信号(OUT2)与第一设备发射的信号(IN1)比率的传输函数(K)的一估算，每个交换信号(IN1，OUT2)分别由一个根据所述传输函数(K)的估算值确定的合适的增益(G1，G2)来相乘。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法包括下列步骤-作出以下面的方法定义的传输函数(K)的估算；OUT2IN1=K(ZL)+ϵ]]>其中K(ZL)=ZL2·(ZL+2R1)]]>以及ZL表示传输线(6)的阻抗，而R1表示传输线(6)的源阻抗，-进行如下计算对于发送信号，第一增益G1G1(ZL)=11-2K(ZL)]]>而对于接收信号，第二增益G2G2(ZL)=11-2K(ZL)]]>。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于选定第一设备接收的信号(OUT2)的增益(G2)，以致使在第一设备接收的信号(OUT2)中的由第二设备发送信号的成分是与传输线的阻抗(ZL)无关的。
4.根据权利要求1到3中的任一个所述的方法，其特征在于选定由第一设备发射的信号(IN1)的增益(G1)，以致使在第二设备接收的信号(OUT2)中这个信号(IN1)的成分与传输线的阻抗(ZL)无关。
5.根据权利要求3的一个所述的方法，其特征在于所述计算方法执行一种识别算法。
6.用于自动地匹配第一设备(3)与一个经过传输线(6)通信的第二设备(4)之间交换的信号(IN1，OUT2)的电平的装置，其特征在于其具有一个能够数字化进入第一设备(3)的信号(OUT2)的模拟/数字变换器(46)，一个能够变换由第一设备发送的信号的数字/模拟变换器(40)，一个用于估算进入信号(OUT2)与第一设备发送信号(IN1)的比率，以及确定为匹配由第一设备发射和接收的信号(IN1，OUT2)电平所需的增益(G1，G2)的计算模块(10)，所述增益取决于该所述比率。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述模块(10)有一个用来识别与计算模块(14)有关的传输函数(K)的单元(12)，该模块用于提供匹配第一装置发送的信号(IN1)电平的第一增益(G1)给第一放大装置(16)，以及用于提供匹配该第一装置接收的信号(OUT2)电平的第二增益(G2)给第二放大装置(18)。
8.根据权利要求5到7中任一个所述的方法，其特征在于计算模块(10)由一个执行识别算法的DSP电路。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述识别算法是LMS，RSL或者卡尔曼类型的。
10.一通信装置(3)，其特征在于它有一个根据权利要求6到9中任一项所述的装置。
全文摘要
本发明涉及到在电话网络中,在一个第一设备和一个第二设备之间用于自动地匹配交换信号电平的一种方法和一种装置。根据本发明的方法包括下列步骤:将来自传输线(6)的并且由第一设备(2)接收的信号(OUT2)数字化,根据表示与传输线(6)交换的信号(IN1,OUT2)的数字数据,作出等于第一设备接收的信号(OUT2)与第一设备发射的信号(IN1)比率的传输函数(K)的一估算,每个交换信号(IN1,OUT2)分别由一个根据所述传输函数(K)的估算值确定的合适的增益(G1,G2)来相乘。尤其是对于连接到一个通信网络的电话、视频电话、传真机或者计算机的应用。
文档编号H04M3/40GK1248374SQ9880259
公开日2000年3月22日 申请日期1998年2月16日 优先权日1997年2月17日
发明者克里斯托夫·洛兰 申请人:汤姆森多媒体公司