CN101291152A - 用于通讯系统的接收机的干扰消除装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种干扰消除装置及其方法，可消除通讯系统的接收机所接收的干扰，如回音、串音等等。该干扰消除装置包含消除讯号产生单元、第一消除单元及第二消除单元。消除讯号产生单元可产生接收讯号中的干扰讯号所对应的消除讯号，该消除讯号包含第一消除讯号与第二消除讯号。第一消除单元可依据第一消除讯号，对接收讯号执行第一干扰消除。第二消除单元可依据第二消除讯号，对执行第一干扰消除后的接受讯号执行第二干扰消除。

Description

用于通讯系统的接收机的干扰消除装置及其方法

技术领域

本发明涉及通讯系统，特别是涉及一种用于通讯系统的干扰消除(interference cancellation)。

背景技术

在全双工(full duplex)的通讯系统中，由于在同一通道(channel)中，讯号的传送与接收是同时进行。故在进行接收时，会收到远程设备所传送的讯号以及本身的传送讯号而产生的回音(echo)。此外，如果是多信道(multi-channel)的通讯系统，则尚会存在另一信道的传送讯号而产生的串音(cross talk)，以太网络通讯系统就是一例。回音与串音都会影响通讯系统的接收机的效能，因此，如何消除回音与串音，是通讯系统中很重要的课题。

在现有技术中，是使用数字消除(digital cancellation)的方式来消除回音与串音。图1是现有技术用以进行回音/串音消除的架构图，其中，模拟至数字转换器(ADC)12从接收端收到模拟的接收讯号，并将其转换为数字的接收讯号。回音/串音消除器11产生回音或串音所对应的消除讯号，而加法器13将该数字接收讯号减去该消除讯号，以消除回音或串音。

然而，当传输速率越来越快，对模拟至数字转换器12的规格要求也会越来越高。以10Gbps的以太网络(Ethernet)为例，其接收机中的模拟至数字转换器至少需要10位，且至少需以800MHz的速度运作，这样的规格很难设计。尤其是，由于以太网络的接收机会同时收到远方的传送讯号(其功率因传输距离而变小)及回音(其功率相较于远方传送讯号大很多)，为了能将两种功率相差很大的讯号完整接收，模拟至数字转换器的动态范围(dynamicrange)及有效位数(effective number of bits，简称ENOB)必须很大，而这对于通讯系统设计者而言，又是个很大的难题。由于以上问题，现有技术的消除回音或串音的做法，会使得通讯系统的接收机的效能不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明的一目的，在于提供一种混合式(mixed mode)干扰消除装置及其方法，其可结合模拟消除(analog cancellation)与数字消除的方式，以消除通讯系统的接收机所接收的干扰如回音、串音等等，以避免现有技术的问题。

在本发明的一实施例中，披露了一种混合式干扰消除装置，其用于一通讯系统的接收机中，该混合式干扰消除装置包含：一消除讯号产生单元，用以产生一模拟接收讯号中的一干扰讯号所对应的一数字消除讯号，其中该数字消除讯号包含一第一消除讯号与一第二消除讯号；一模拟消除单元，耦接至该消除讯号产生单元，用以将该第一消除讯号转换为一模拟消除讯号，并依据该模拟消除讯号，对该模拟接收讯号执行模拟消除后输出；以及一数字消除单元，耦接至该消除讯号产生单元与该模拟消除单元，用以将该模拟消除单元的输出转换为一数字接收讯号，并依据该第二消除讯号，对该数字接受讯号执行数字消除。

在本发明的另一实施例中，披露了一种混合式干扰消除方法，其用于一通讯系统的接收机中。该混合式干扰消除方法包含下列步骤：产生一模拟接收讯号中的一干扰讯号所对应的一数字消除讯号，其中该数字消除讯号包含一第一消除讯号与一第二消除讯号；将该第一消除讯号转换为一模拟消除讯号；依据该模拟消除讯号，对该模拟接收讯号执行模拟消除后输出；将执行模拟消除后的该模拟接收讯号转换为一数字接收讯号；以及依据该第二消除讯号，对该数字接受讯号执行数字消除。

附图说明

图1是现有技术用以进行回音/串音消除的架构图。

图2是本发明的混合式干扰消除装置的一实施例的方块图。

图3是图2的混合式干扰消除装置的一较佳实施例的方块图。

图4是图2的混合式干扰消除装置的另一较佳实施例的方块图。

图5是图4的混合式干扰消除装置的一较佳实施例的细部方块图。

图6是图4的混合式干扰消除装置的另一较佳实施例的细部方块图。

图7是本发明的混合式干扰消除方法的一较佳实施例的流程图。

附图符号说明

11：回音/串音消除器         12：模拟至数字转换器

13、222、232、2251、2252：加法器

20：混合式干扰消除装置      21：消除讯号产生单元

22：模拟消除单元            221：数字至模拟转换电路

2211、2213：数字至模拟转换器

2212、2214、2243：切换电路

223：低通滤波器             224：取样维持电路

2241、2242：取样维持单元    225：加法电路

23：数字消除单元            231：模拟至数字转换电路

233：量化电路               2331、2332：量化器

2333：多工器                234：通道均衡器

71～75：本发明的混合式干扰消除方法的一较佳实施例流程

具体实施方式

图2是本发明的混合式干扰消除装置的一实施例的方块图，其中，混合式干扰消除装置20用于一通讯系统的接收机中，例如，此通讯系统可为1Gbps或10Gbps的以太网络装置。混合式干扰消除装置20包含一消除讯号产生单元21、一模拟消除单元22及一数字消除单元23。模拟消除单元22从该接收机接收一模拟接收讯号，且该模拟接收讯号包含一干扰讯号。消除讯号产生单元21产生对应于该干扰讯号的一数字消除讯号，以用于从该模拟接收讯号中消除该干扰讯号；其中，该数字消除讯号包含一第一消除讯号与一第二消除讯号，第一消除讯号送至模拟消除单元22，第二消除讯号送至数字消除单元23。模拟消除单元22将第一消除讯号转换为一模拟消除讯号，并依据该模拟消除讯号，对该模拟接收讯号执行第一干扰消除，再输出至数字消除单元23。数字消除单元23将模拟消除单元22的输出转换为一数字接收讯号，并依据第二消除讯号，对该数字接受讯号执行第二干扰消除。模拟接收讯号在经过模拟消除单元22与数字消除单元23消除干扰之后，再送至数字讯号处理(digital signal processing)模块进行后续处理。

一较佳实施例，该第一干扰消除为一模拟消除，该第二干扰消除为一数字消除。

在一实施例中，该干扰讯号是一回音讯号，消除讯号产生单元21是一回音消除器(echo canceller)。例如，在全双工的以太网络装置中，在某一信道中，消除讯号产生单元21可依据该信道本身所传送的讯号(其会产生该回音讯号)，产生对应的消除讯号，以消除该回音讯号。在另一实施例中，该干扰讯号是一串音讯号，该消除讯号产生单元是一串音消除器(cross talkcanceller)。例如，在1Gbps或10Gbps的以太网络装置中，是四个信道同时进行讯号传收，而在某一信道中，消除讯号产生单元21可依据其它信道所传送的讯号(其会产生该串音讯号)，产生对应的消除讯号，以消除该串音讯号。

图3是图2的混合式干扰消除装置20的一较佳实施例的方块图，其中，模拟消除单元22包含一数字至模拟转换电路221、一低通滤波器223及一加法器222。数字至模拟转换电路221耦接至消除讯号产生单元21，用以将第一消除讯号转换为模拟消除讯号。低通滤波器(low-pass filter)223接着对该模拟消除讯号进行低通滤波，以滤除因进行数字至模拟转换而产生的高频成分。加法器222会分别接收前述的模拟接收讯号及经过低通滤波的模拟消除讯号，并将该模拟接收讯号减去该模拟消除讯号，以执行模拟消除，并将结果输出至数字消除单元23。数字消除单元23包含一模拟至数字转换电路231及一加法器232。模拟至数字转换电路231接收加法器222的模拟输出，并将其转换为数字接收讯号。加法器232则分别接收该数字接收讯号及第二消除讯号，并将该数字接受讯号减去第二消除讯号，以执行数字消除。

在图3的实施例中，第一消除讯号为消除讯号产生单元21所产生的数字消除讯号的至少一最高位(most significant bit，简称MSB)，第二消除讯号为该数字消除讯号的其它位。例如，若数字消除讯号具有10位，可取前3个MSB位作为第一消除讯号，后7个位为第二消除讯号。如此，就可先以模拟方式消除一部份干扰，使后面模拟至数字转换电路231的负担减轻。同样是10位的数字消除讯号，在现有技术(如图1)中，便需要10位的模拟至数字转换器，而在此例中，便只需要7位。

图4是图2的混合式干扰消除装置20的另一较佳实施例的方块图，其中，模拟消除单元22包含数字至模拟转换电路221、一加法电路225及一取样维持(sample and hold)电路224。数字至模拟转换电路221将前述的第一消除讯号转换为模拟消除讯号，该模拟消除讯号包含多个离散(discrete)电压值。取样维持电路224取样模拟接收讯号，以输出一对应的离散讯号。加法电路225则将该离散讯号减去该模拟消除讯号中对应的离散电压值，以执行模拟消除，再输出至数字消除单元23。换言之，模拟消除单元22是于离散时域(discrete-time domain)作消除操作，而非于连续时域(continuous-time domain)。藉由此种设计，不需使用低通滤波器来消除因数字至模拟转换而产生的高频成分，即可达到良好的模拟消除效能。另外，数字消除单元23包含一量化电路(quantization circuit)233及加法器232。量化电路233接收加法电路225的输出，并将其转换为量化后的数字接收讯号；加法器232则从量化电路233及消除讯号产生单元21分别接收该数字接收讯号及第二消除讯号，并将该数字接受讯号减去第二消除讯号，以执行数字消除。

由于高速的模拟至数字转换电路及数字至模拟转换电路不易设计与制造，所以本发明亦可以时间交错(time-interleaved)式的模拟至数字转换电路或数字至模拟转换电路来实施。在时间交错式的模拟至数字转换电路(或数字至模拟转换电路)中，是以多个低速的模拟至数字转换器(或数字至模拟转换器)平行运作，来实现等效的高速模拟至数字转换(或数字至模拟转换)。图5是图4的混合式干扰消除装置20的一较佳实施例的细部方块图，其中，在模拟消除单元22中，取样维持电路224包含N个取样维持单元，加法电路225包含N个加法器，N大于一，而为了简化起见，图5是以N＝2为例。取样维持单元2241与2242以一时间交错方式，取样模拟接收讯号及输出离散讯号至加法器2251与2252。例如，在第1、3、5…个频率时由取样维持单元2241进行取样，并输出其前一次的取样值至加法器2251；在第2、4、6…个频率时则由取样维持单元2242进行取样，并输出其前一次的取样值至加法器2252。数字至模拟转换电路221包含一数字至模拟转换器2211及一切换电路2212。数字至模拟转换器2211用以将第一消除讯号转换为离散时域的模拟消除讯号。切换电路2212包含N个输出端，分别耦接至加法电路225的N个加法器。切换电路2212将该模拟消除讯号依前述的时间交错方式输出至该N个加法器。例如，在图5中，切换电路2212可将模拟消除讯号的第奇数个电压值送至加法器2251，第偶数个电压值则送至加法器2252。加法器2251与2252则分别将其所接收的离散讯号减去其所接收的离散模拟消除讯号的电压值，以执行模拟消除，再输出至数字消除单元23。

另外，在图5的数字消除单元23中，量化电路233包含N个量化器(quantizer)2331与2332(以N＝2为例)及一多工器2333。量化器2331与2332分别接收加法器2251与2252的模拟输出，将其转换为数字接收讯号，并以前述的时间交错方式输出该数字接收讯号。例如，在第奇数个频率时由量化器2331输出，在第偶数个频率时则由量化器2332输出。多工器2333则配合量化器2331与2332的输出顺序，每一频率选取其中一个量化器进行输出，以组合奇数频率与偶数频率的输出，成为完整的数字接收讯号。此外，加法器232会接收第二消除讯号及多工器2333所输出的数字接收讯号，并将该数字接受讯号减去第二消除讯号，以执行数字消除。藉由前述时间交错的方式，图5便可藉由使用两个量化器，将模拟至数字的转换速率提升一倍。当然，所使用的量化器越多，转换速率的提升倍数就越高。

图5中，数字至模拟转换电路221亦可以时间交错式的数字至模拟转换电路来实施，而取样维持电路224亦可以单一高速取样维持单元2241加上一切换电路2243来实施，如图6所示。图6中，时间交错式数字至模拟转换电路221包含N个数字至模拟转换器2211与2213(以N＝2为例)及一切换电路2214。切换电路2214将消除讯号产生单元21输出的第一消除讯号，以时间交错方式送至数字至模拟转换器2211与2213，例如，将第一消除讯号的第奇数个数字值送至数字至模拟转换器2211，第偶数个数字值则送至数字至模拟转换器2213。数字至模拟转换器2211与2213再将转换结果(即前述的模拟消除讯号)分别送至加法器2251与2252。如此，便可藉由使用两个数字至模拟转换器，将数字至模拟的转换速率提升一倍。当然，所使用的数字至模拟转换器越多，转换速率的提升倍数就越高。另外，取样维持电路224中，切换电路2243是以前述的时间交错方式，将取样维持单元2241输出的离散讯号送至加法器2251与2252。此外，数字消除单元23还包含一信道均衡器(channel equalizer)234，耦接于多工器2333与加法器232之间，用以在多工器2333输出的数字接收讯号中，消除在通道传输过程中所产生的通道响应(channel response)。在一实施例中，通道均衡器234亦可耦接在加法器232之后；在另一实施例中，加法器232亦可置于通道均衡器234中，以于进行信道等化期间执行数字消除。同理，在图3、4及5中，数字消除单元23亦可包含信道均衡器234，而加法器232可耦接于通道均衡器234之前或之后，或者置于通道均衡器234中。

在图3、4、5及6中，加法器232皆位于数字讯号处理模块之前。在一实施例中，加法器232可置于数字讯号处理模块中，或置于数字讯号处理模块之后。

在图3中，数字至模拟转换电路221亦可以时间交错式数字至模拟转换电路来实施，而模拟至数字转换电路231亦可以时间交错式模拟至数字转换电路来实施。

图7是本发明的混合式干扰消除方法的一较佳实施例的流程图。由于其相关步骤已于上述内容所提及，本领域的技术人员可轻易明了，所以省略其描述。

一实施例，本发明的装置至少符合下列其中之一的网络规格，例如是：10Gbps网络规格、1000Gbps以太网络规格(IEEE 802.3ab)、虚拟局域网络(Virtual Local Area Network，VLAN)规格(IEEE 802.1Q)、…等网络规格。为适应上述规格，本发明的装置还包括其它电路，例如是：一多重存取/碰撞检测(Carrier Sense Multiple Access with Colusion Detection，CSMA/CD)电路，用来实现CSMA/CD的功能；又如：一循环冗余校验(CyclicRedundancy Check，CRC)电路，用以根据数据包的数据以生成少数固定数目的数据，以及用来校验数据包传输可能出现的错误；由于该些电路为本领域的技术人员所熟知，故省略其说明。

以上所述利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围。本领域的技术人员皆能明了，适当而作些微的改变及调整，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围。

Claims (31)

1.一种干扰消除装置，用于一通讯系统的接收机中，该干扰消除装置包含：

一消除讯号产生单元，用以依据一接收讯号中的一干扰讯号以产生相对应的一消除讯号，其中该消除讯号包含一第一消除讯号与一第二消除讯号；

一第一消除单元，耦接至该消除讯号产生单元，用以依据该第一消除讯号，对该接收讯号执行一第一干扰消除后输出；以及

一第二消除单元，耦接至该消除讯号产生单元与该第一消除单元，用以依据该第二消除讯号，对该第一消除单元的输出执行一第二干扰消除。

2.如权利要求1所述的干扰消除装置，其中该第一消除单元是一模拟消除单元，该第一干扰消除为一模拟消除。

3.如权利要求2所述的干扰消除装置，其中该第二消除单元是一数字消除单元，该第二干扰消除为一数字消除。

4.如权利要求1所述的干扰消除装置，其中该干扰讯号是一回音讯号，该消除讯号产生单元是一回音消除器。

5.如权利要求1所述的干扰消除装置，其中该干扰讯号是一串音讯号，该消除讯号产生单元是一串音消除器。

6.如权利要求1所述的干扰消除装置，其中该干扰讯号包含一回音讯号与一串音讯号，该消除讯号产生单元包含一回音消除器与一串音消除器。

7.如权利要求2所述的干扰消除装置，其中该第一消除讯号对应该数字消除讯号的至少一最高位。

8.如权利要求2所述的干扰消除装置，其中该模拟消除单元包含：

一数字至模拟转换电路，用以将该第一消除讯号转换为该模拟消除讯号；以及

一第一加法器，用以将该模拟接收讯号减去该模拟消除讯号后输出。

9.如权利要求8所述的干扰消除装置，其中该模拟消除单元还包含：

一低通滤波器，耦接于该数字至模拟转换电路与该第一加法器间，用以对该模拟消除讯号进行低通滤波，并输出至该第一加法器。

10.如权利要求3所述的干扰消除装置，其中该数字消除单元包含：

一模拟至数字转换电路，用以接收该模拟消除单元的输出，并转换为该数字接收讯号；以及

一第二加法器，耦接至该消除讯号产生单元与该模拟至数字转换电路，用以将该数字接受讯号减去该第二消除讯号。

11.如权利要求10所述的干扰消除装置，其中该模拟至数字转换电路是一时间交错式模拟至数字转换电路。

12.如权利要求3所述的干扰消除装置，其中该模拟消除单元包含：

一数字至模拟转换电路，耦接至该消除讯号产生单元，用以将该第一消除讯号转换为该模拟消除讯号；

一取样维持电路，用以取样该模拟接收讯号，输出一对应的离散讯号；以及

一加法电路，用以将该离散讯号减去该模拟消除讯号后输出。

13.如权利要求8或12所述的干扰消除装置，其中该数字至模拟转换电路是一时间交错式数字至模拟转换电路。

14.如权利要求12所述的干扰消除装置，其中该数字消除单元包含：

一量化电路，用以接收该加法电路的输出，并转换为该数字接收讯号；以及

一第二加法器，耦接至该消除讯号产生单元与该量化电路，用以将该数字接受讯号减去该第二消除讯号。

15.如权利要求14所述的干扰消除装置，其中该量化电路为一时间交错式量化电路。

16.如权利要求14所述的干扰消除装置，其中该取样维持电路包含N个取样维持单元，该加法电路包含N个加法器，N大于一。

17.如权利要求14所述的干扰消除装置，其中该取样维持电路包含一取样维持单元及一具有N个输出端的第一切换电路，该加法电路包含N个加法器，N大于一。

18.如权利要求16或17所述的干扰消除装置，其中该数字至模拟转换电路包含：

一数字至模拟转换器，用以将该第一消除讯号转换为该模拟消除讯号；以及

一第二切换电路，用以将该模拟消除讯号以该时间交错方式输出至该N个加法器。

19.如权利要求16或17所述的干扰消除装置，其中该数字至模拟转换电路包含：

N个数字至模拟转换器，分别耦接至该N个加法器；以及

一第二切换电路，用以将该第一消除讯号以该时间交错方式输出至该N个数字至模拟转换器。

20.如权利要求16或17所述的干扰消除装置，其中该量化电路包含：

N个量化器，分别接收该N个加法器的输出，并以该时间交错方式输出该数字接收讯号；以及

一多工器，用以选取该N个量化器其中的一输出。

21.一种干扰消除方法，用于一通讯系统的接收机中，该干扰消除方法包含下列步骤：

产生一接收讯号中的一干扰讯号所对应的一消除讯号，其中该消除讯号包含一第一消除讯号与一第二消除讯号；

依据该第一消除讯号，对该接收讯号执行一第一干扰消除后以输出一第一干扰消除后讯号；以及

依据该第二消除讯号，对该第一干扰消除后讯号执行一第二干扰消除。

22.如权利要求21所述的干扰消除方法，其中该接收讯号是一模拟接收讯号，该消除讯号是一数字消除讯号，该干扰消除方法还包含：

将该第一消除讯号转换为一模拟消除讯号；

其中，该第一干扰消除是依据该模拟消除讯号执行。

23.如权利要求22所述的干扰消除方法，还包含：

将该第一干扰消除后讯号转换为一数字接收讯号；

其中，该第二干扰消除是对该数字接收讯号执行。

24.如权利要求21所述的干扰消除方法，其中该干扰讯号包括一回音讯号与一串音讯号中的至少之一。

25.如权利要求22所述的干扰消除方法，其中该第一消除讯号对应该数字消除讯号的至少一个最高位。

26.如权利要求22所述的干扰消除方法，其中该执行第一干扰消除的步骤包含将该模拟接收讯号减去该模拟消除讯号。

27.如权利要求26所述的干扰消除方法，其中该执行第一干扰消除的步骤还包含对该模拟消除讯号进行低通滤波。

28.如权利要求23所述的干扰消除方法，其中该执行第二干扰消除的步骤包含将该数字接受讯号减去该第二消除讯号。

29.如权利要求22所述的干扰消除方法，其中该执行第一干扰消除的步骤包含：

取样该模拟接收讯号，输出一对应的离散讯号；以及

将该离散讯号减去该模拟消除讯号后输出。

30.如权利要求22所述的干扰消除方法，其中该转换为该模拟消除讯号的步骤是藉由一时间交错式数字至模拟转换电路执行。

31.如权利要求23所述的干扰消除方法，其中该转换为该数字接收讯号的步骤是藉由一时间交错式模拟至数字转换电路执行。

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