CN101471694B - 干扰消除装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种干扰消除装置及其方法。该干扰消除装置包括分群电路、转换电路，以分群电路将数据分成多笔子数据，再以转换电路将该多笔子数据依序由第一定义域转换至第二定义域，接着至少一延迟电路依序延迟该多笔转换后的子数据，在第一处理电路依序对该多笔转换后的子数据进行处理，以及至少一第二处理电路依序对该多笔延迟后的子数据进行处理后，得出可用来消除通道间干扰的干扰消除信号。本发明通过将数据分群可降低转换运算的大小，并依据通道变动的情形选择最佳的数据分群长度，使系统效能提高。

Description

干扰消除装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种通信系统，具体而言，本发明涉及一种用于消除干扰的通信系统及其方法。

背景技术

以太网络利用4对无遮蔽式双绞线(UTP)进行全双工的传输，如图1所示。在图1中示出以太网络中信号互相干扰的情形，例如，传送器110a传输的信号在接收器120a所造成的回音(Echo)、以及传送器110b、110c、110d对接收器120a形成的近端串音(near end cross talk，NEXT)等干扰。

为了消除这些干扰信号，一般以干扰消除模块(例如滤波器)对接收信号进行时间域(time-domain)上的处理，滤波器依据传送器110a、110b、110c、110d的传输信号以及估计出的信道脉冲响应(channel impulse response)产生近似于该些干扰信号的干扰消除信号，而将接收信号减去干扰消除信号后即可得出接收器120a应接收的信号。然回音(Echo)与近端串音(NEXT)的特性不相同，所以用于模拟回音(Echo)与近端串音(NEXT)的滤波器的抽头(tap)也不尽相同，例如在10G以太网络的环境下，大约分别需要长度(或抽头(tap))为250-500以及800-1000的滤波器才能仿真出近端串音信号以及回音信号，无论是电路复杂度或功率消耗都很可观。

发明内容

本发明的目的之一是提出一种干扰消除装置及其方法，以克服上述问题。

本发明的目的之一是提出一种干扰消除装置及其方法，通过将数据分群以降低转换运算的大小，以减少电路的复杂度。

本发明的目的之一是提出一种干扰消除装置及其方法，通过将数据分群以降低转换运算的大小，可改善干扰消除模块的长度不同的问题。

本发明的目的之一是提出一种干扰消除装置及其方法，通过共享转换电路以降低成本。

本发明的目的之一是提出一种干扰消除装置及其方法，通过通道变动的情形来选择较佳的数据分群长度，以提高系统效能。

根据本发明的一个方面，提供一种干扰消除装置，包含：第一干扰消除模块，包括：分群电路，用来将第一数据分成多个第一子数据；转换电路，用来将该多个第一子数据依序由第一定义域转换至第二定义域以产生多个转换子数据；延迟电路，用来依序延迟该多个转换子数据以产生多个延迟子数据；以及处理电路，包括第一处理单元与第二处理单元，用以分别对该多笔转换子数据与该多笔延迟子数据进行处理以分别产生第一处理信号以及第二处理信号，该处理电路依据该第一处理信号以及该第二处理信号以输出干扰消除信号；反转换电路，耦接该处理电路，用以将该干扰消除信号由该第二定义域转换至该第一定义域；以及解分群电路，耦接该反转换电路，用以接收该反转换电路的经转换的该干扰消除信号，以及用以输出对应于第一对传输线的干扰信号的预估信号，其中，该解分群电路为该分群电路的反向运算。

根据本发明的另一方面，提供一种干扰消除方法，包含：将所接收的第一数据进行分群的处理以分成多个第一子数据；将该多个第一子数据由第一定义域转换至第二定义域以产生多个第一转换子数据；延迟该多个第一转换子数据以产生多个第一延迟子数据；分别对该多个第一转换子数据与该多个第一延迟子数据进行处理以产生多个处理信号；以及加总该多个处理信号来产生第一消除信号，其中该第一消除信号为对应于第一对传输线的第一干扰信号的预估信号。

根据本发明的另一方面，提供一种干扰消除装置，用来依据输入信号产生干扰估测结果，该装置包含：第一定义域处理模块，包含增益控制模块或整形电路的至少其一，分别用以对该输入信号予以进行增益调整或整形处理，以产生经处理的信号；转换模块，耦接于该第一定义域处理模块，用来将该经处理的信号由第一定义域转换至第二定义域以产生经转换的信号；以及第二定义域处理模块，耦接于该转换模块，用来依据该经转换的信号产生该干扰估测结果。

根据本发明的再一方面，提供一种干扰消除方法，用来依据输入信号产生干扰估测结果，该方法包含：在第一定义域中，对该输入信号予以进行增益调整或整形处理的至少其一，以产生经处理的信号；对该经处理的信号由该第一定义域转换至第二定义域以产生经转换的信号；以及在该第二定义域中，对该经转换的信号进行第二定义域上的处理，以产生该干扰估测结果。

附图说明

图1为利用4对线进行全双工传输的示意图。

图2是本发明的干扰消除系统的一实施例的示意图。

图3是本发明的干扰消除系统的另一实施例的示意图。

图4是本发明的干扰消除系统的另一实施例的示意图。

主要组件符号说明

110a-110h、传送器

120a-120h、接收器

200、300、干扰消除装置

210、310、时间域处理模组

212、增益控制模组

214、整形电路

220、320、分群电路

230、270、330、混叠电路

240、340、转换电路

250、350、消除信号产生模组

252、252’、延迟电路

254、第一处理电路

256、256’、第二处理电路

258、354、加法器

260、反转换电路

280、解分群电路

352、第三处理电路

401、Echo_a处理模块

402、NEXT_ba处理模块

403、NEXT_ca处理模块

具体实施方式

本发明将干扰消除及通道等化的动作转换至频率域来操作。然回音(Echo)与近端串音(NEXT)的特性不相同，故FFT电路的长度必须迁就仿真回音Echo所需的长度，对于近端串音NEXT的模拟来说不但浪费亦会造成效能损失。此外，当所欲仿真的干扰信号中高低频成分差异大时(例如：回音信号中高频成分多于低频成分)，若以相同位数来表示每一频率上的信号分布，则位数的选择就必须受限于高频成分，对低频成分来说亦是浪费。

若只考量1对传输在线的干扰时，请参考图2，其是本发明的干扰消除装置200的一实施例的示意图。干扰消除装置200根据传送器(例如是图1的传送器110a或/和传送器110b)的传输信号以仿真出干扰信号(例如前述的回音信号或近端串音信号)的干扰消除信号。

为了简化频率域上运算的复杂度，干扰消除装置200可包括有时间域处理模块210(此模块可省略不用，仍可达到本发明的目的)对传输信号进行简单的处理，使处理后的信号的频率分布近似于所欲仿真的干扰消除信号的频率分布。在一实施例中，时间域处理模块210包含增益(gain)控制模块212以及整形(shaping)电路214，增益控制模块212用来调整传输信号的增益至预设范围内，整形电路214则对传输信号进行整形处理，相较于传输信号的频率分布，经过整形处理后的传输信号的频率分布较近似所欲仿真的干扰消除信号的频率分布。

在一实施例中，整形电路214是复杂度低的前馈均衡器(FFE)，可以有限脉冲响应(FIR)滤波器或无限脉冲响应(IIR)滤波器实现。实作上可先以传统的通道估计算法粗略计算出滤波器的抽头值(tap value)，再以适应性算法对该些抽头值进行微调。整形电路214的设计目的在于使消除信号产生模块250只需处理较均匀(uniform)的处理范围，如此设计可使用较少的位数来表示每一频率上的信号分布。举例来说，由于回音信号及近端串音信号中高频成分较多，整形电路214可设计成高通滤波器，先在时间域上对传输信号进行简单的调整使其频率分布近似于回音信号或近端串音信号的频率分布，如此一来，后续频率域上的处理便无须特别放大高频成分，如此设计便可以减少位数，简化复杂度。

增益控制模块212控制传输信号的增益在预设范围内，故仅需设计一套消除信号产生模块250便可适用于各种干扰信号的消除或各种通道的均衡，减少系统开发及维护的成本与复杂度。在实作上，增益控制模块212可以长度为1的数字自动增益控制器(Digital AGC)来加以实作(传输信号是数字信号)，此外，增益控制模块212亦可耦接于信号整形器214之后。

在本实施例中，传输信号被传送至分群电路220，并由分群电路220(例如是串行/并行转换器)将传输信号分成多笔子数据。接着混叠(overlap)电路230依序对分群电路220的输出进行混叠处理，再由转换电路240依序将混叠后的数据从时间域转换至频率域，由于输入转换电路240的数据已经过混叠处理，因此，转换电路240所执行的循环卷积(circular convolution)在时间域上可等效为线性卷积(linear convolution)的结果。本发明的转换电路240可使用任何具有时间域/频率域转换功能的运算，如快速傅立叶(FFT)转换、正弦转换(Sine transform)、余弦转换(Cosine transform)等。

接着，每一笔转换后的子数据被依序送入消除信号产生模块250，消除信号产生模块250包含有至少一延迟电路以及多个处理电路，其中延迟电路252用来依序延迟转换后的第一子数据以产生多笔延迟后的第一子数据，而多个处理电路中包含有第一处理电路254与至少一第二处理电路256，其中第一处理电路254依序对该多笔转换后的第一子数据进行处理，以及第二处理电路256依序对该多笔延迟后的第一子数据进行处理。

请注意，延迟电路252及第二处理电路256的个数与传输信号分群处理的数目有关，且转换电路240所执行的转换运算的长度及分群电路220输出的子数据的长度亦与该分群数目有关，而分群的数目则是根据干扰消除信号的特性，例如是模拟出该干扰消除信号所需的滤波器的长度(或抽头数)。举例来说，仿真回音信号，此时预定信号处理长度约为900；若仿真近端串音信号，此时预定信号处理长度约为300。在本实施例中，以预定信号处理长度为900的回音信号为例，为了降低该转换电路240(如：快速傅立叶转换)的大小以减少成本，分群电路220将传输信号分成3笔子数据，而消除信号产生模块250以2个延迟电路252、252’及3个处理电路(第一处理电路254以及第二处理电路256、256’)来依序处理这3笔子数据，因此，第一处理电路254及第二处理电路256、256’均为长度300(900除以3)的处理器，换言之，转换电路240的大小则依据300来选择。另一实施例，转换电路240的大小亦可采用256或512(选择与300较接近的2的幂次数值)。

图2中的第一处理电路254及第二处理电路256、第二处理电路256’分别对应至传送器110a与接收器120a之间通道响应的一部份。在一实施例中，第一处理电路254及第二处理电路256、256’皆包括有乘法电路，将转换后的子数据乘上权重系数(weighting coefficients)。在一实施例中，各处理电路254、256、256’所对应的权重系数可由适应性算法估计该通道响应而得出，例如最小均方误差算法、递归最小平方(Recursive Least Square，RLS)算法等等。等到转换后的3笔数据都分别经过第一处理电路254、第二处理电路256及第二处理电路256’的处理后，其总和(加法器258的输出)即为频率域上的干扰消除信号。简单地说，子数据在消除信号产生模块250中的传送流程类似滤波器内部的流程，分别经过各处理电路乘上对应的权重系数，由于频率域上相乘的动作等效于在时间域上进行卷积，因此，加法器258的输出等效于将子数据与该信道响应进行卷积得出的回音信号。

而对消除信号产生模块250产生的频率域上的干扰消除信号进行反向处理(或称逆处理)(在本实施例为：反转换运算、混叠运算及解分群)之后，干扰消除装置200即可得出时间域上的干扰消除信号，其中反转换电路260、混叠电路270及解分群电路280对应于转换电路250、混叠电路230及分群电路220进行反向处理，例如：转换电路250采用FFT转换时，则该反转换电路260即采用反快速傅立叶(IFFT)转换。由于本领域技术人员应可轻易了解反转换电路260、混叠电路270及解分群电路280的功效及运作，详细的操作过程便在此省略不再赘述。

由于各处理电路所使用的适应性算法针对每一笔子数据就更新一次权重系数，若子数据的长度太长，亦即转换运算的长度太长，造成权重系数许久才更新一次，将会无法实时反应出通道的变化，使得干扰消除的效果不佳，因此，在设计转换运算的长度时可依据通道特性变动的程度来选择，即若侦测到通道特性变动很快，则选择较小的转换运算长度，反之则选择较长的转换运算长度，以达到最佳的系统效能。

考量在1对传输线时，尚有其它的干扰信号(例如是其它对传输线所造成的干扰)时，请参考图3，其是本发明的消除多种干扰信号的一实施例的示意图。如：干扰消除装置300所产生的干扰消除信号用来消除传送器110a所产生的回音信号Echo_a以及传送器110b所产生的近端串音信号NEXT_ba，而传输信号a为传送器110a的传输信号，传输信号b为传送器110b的传输信号。相较于干扰消除装置200，干扰消除装置300另包含有第二时间域处理模块310、第二分群电路320、第二混叠电路330以及第二转换电路340，用来将传输信号b分成多笔第二子数据并依序转换至频率域以产生多笔转换后的第二子数据，而消除信号产生模块350中另包含第三处理电路352，依序将该多笔转换后的第二子数据乘上对应于传送器110b及接收器120a间的通道响应的权重系数，以产生频率域上的近端串音信号NEXT_ba。

在一实施例中，第二转换电路340所执行的转换运算的大小等于第一转换电路240所执行的转换运算的大小。在一实施例中，转换运算的大小依据回音信号Echo_a以及近端串音信号NEXT_ba两者中最短的预定信号处理长度而决定。举例来说，回音信号Echo_a的预定信号处理长度为900，近端串音信号NEXT_ba的预定信号处理长度为300，因此，转换运算的大小便为300或是靠近300的2的幂次数值来作选择，例如是256或512，在这种情形下，仿真回音信号Echo_a时使用3(900除以300)个处理电路(第一处理电路254及第二处理电路256、256’)来实现，仿真近端串音信号NEXT_ba时使用一个处理电路(第三处理电路352)来实现，如此一来，相较于传统技术，本发明可改善因干扰信号长度不同而浪费转换运算长度的问题，且不会造成效能损失。同样地，第三处理电路352的权重系数可由适应性算法估计传送器110b与接收器120a之间的通道响应来得出。且尚可依据通道特性变动而改变转换运算的长度以达到系统效能最佳化，由于本领域技术人员可依据本发明先前公开的内容了解此变化设计，故在此省略不再赘述。

若将前述的干扰消除系统应用于4对线的通信系统(例如图1的架构)，其架构如图4所示。图4中的Echo处理模块(如是Echo_a 401、Echo_b、Echo_c、Echo_d等处理模块)的架构实质上相似于图3中的Echo处理模块；图4的NEXT处理模块(如是NEXT_ba、NEXT_ca、NEXT_da、...、NEXT_bd、NEXT_cd等处理模块)用来仿真近端串音信号，其架构实质上相似于图3中的NEXT处理模块。由于本领域技术人员可依据本发明先前公开的内容了解此变化设计，故在此省略不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种干扰消除装置，包含：

第一干扰消除模块，用于第一对传输线，并且包括：

第一分群电路，用来将第一数据分成多个第一子数据；

第一转换电路，用来将该多个第一子数据依序由第一定义域转换至第二定义域以产生多个转换子数据；

延迟电路，用来依序延迟该多个转换子数据以产生多个延迟子数据；以及

处理电路，包括第一处理单元与第二处理单元，用以分别对该多笔转换子数据与该多笔延迟子数据进行乘以权重系数的处理以分别产生第一处理信号以及第二处理信号，该第一处理单元与该第二处理单元分别对应的权重系数由传送器与接收器之间的通道响应而得出，该处理电路依据该第一处理信号以及该第二处理信号以输出第一干扰消除信号，该第一干扰消除信号为对应于第一对传输线的第一干扰信号的预估信号；

第二分群电路，用来将第二数据分成多个第二子数据；

第二转换电路，用来将该多个第二子数据依序由第一定义域转换至第二定义域以产生多个第二转换子数据；

第三处理单元，用以接收该多个第二转换子数据，并依据该多个第二转换子数据以输出第二干扰消除信号，其中，该第二干扰消除信号为该第一对传输线的第二干扰信号的预估信号；

反转换电路，耦接该处理电路，用以将该第一和第二干扰消除信号由该第二定义域转换至该第一定义域；以及

解分群电路，耦接该反转换电路，用以接收该反转换电路的经转换的该第一和第二干扰消除信号，以及用以输出对应于第一对传输线的干扰信号的预估信号，其中，该解分群电路为该第一和第二分群电路的反向运算，

其中，该第一对传输线的第一干扰信号为来自该第一对传输线的干扰信号，该第一对传输线的第二干扰信号为来自其他传输线的干扰信号。

2.如权利要求1所述的装置，还包括：

第二干扰消除模块，用以输出对应于第二对传输线的干扰信号的预估信号。

3.如权利要求2所述的装置，还包括：

第三干扰消除模块，用以输出对应于第三对传输线的干扰信号的预估信号；以及

第四干扰消除模块，用以输出对应于第四对传输线的干扰信号的预估信号。

4.如权利要求1所述的装置，还包括：

混叠电路，耦接于该第一分群电路与该第一转换电路间，用以对该多个第一子数据进行混叠处理。

5.如权利要求1所述的装置，还包括：

时域处理模块，用以对该第一数据进行增益与整形处理的至少其中一种的处理后再输出至该第一干扰消除模块。

6.一种干扰消除方法，包含：

在第一对传输线上，将所接收的第一数据进行分群的处理以分成多个第一子数据；

将该多个第一子数据由第一定义域转换至第二定义域以产生多个第一转换子数据；

延迟该多个第一转换子数据以产生多个第一延迟子数据；

分别对该多个第一转换子数据与该多个第一延迟子数据进行乘以权重系数的处理以产生多个处理信号，该多个第一转换子数据与该多个第一延迟子数据分别乘以的权重系数由传送器与接收器之间的通道响应而得出；以及

加总该多个处理信号来产生第一消除信号，其中该第一消除信号为对应于第一对传输线的第一干扰信号的预估信号；

在第一对传输线上，将所接收的第二数据进行分群的处理以分成多个第二子数据；

将该多个第二子数据由该第一定义域转换至该第二定义域以产生多个第二转换子数据；

处理该多个第二子数据以产生第二消除信号，其中该第二消除信号为对应于该第一对传输线的第二干扰信号的预估信号，

其中，该第一对传输线的第一干扰信号为来自该第一对传输线的干扰信号，该第一对传输线的第二干扰信号为来自其他传输线的干扰信号。

7.如权利要求6所述的方法，其中该将所接收的第一数据进行分群的步骤，还包含：

将该多个第一子数据予以进行混叠的处理。

8.如权利要求6所述的方法，还包含：

加总多个消除信号来产生第一干扰消除信号，其中该多个消除信号包含有该第一消除信号与该第二消除信号。

9.如权利要求8所述的方法，还包含：

将该第一干扰消除信号由该第二定义域转换至该第一定义域；

对该第一干扰消除信号予以进行混叠的反向处理；以及

对该第一干扰消除信号予以进行分群的反向处理。

10.如权利要求6所述的方法，其中该第一定义域与该第二定义域间的转换运算的大小依据该第一干扰信号的特性而定。

11.如权利要求6所述的方法，其中该第一定义域与该第二定义域间的转换运算的大小小于该第一干扰信号于该第二定义域中最长预定信号的处理长度。

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