CN102387271B - 通讯装置与噪声消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种通讯装置与噪声消除方法。该通讯装置包含有电平确定模块、数字/模拟转换器、以及模拟/数字转换器。电平确定模块接收估测信号，根据估测信号确定多个电压电平及对应于多个电压电平的多个电压强度，以产生第一数字信号。数字/模拟转换器接收第一数字信号，根据多个电压电平及多个电压强度，将第一数字信号转换成脉冲形式的模拟信号。而模拟/数字转换器接收一接收信号与脉冲形式模拟信号相减产生的第一差值信号，且对第一差值信号进行模拟至数字转换，以产生第二数字信号。

Description

通讯装置与噪声消除方法

技术领域

本发明涉及一种通讯装置，特别涉及一种可消除回音和串音的通讯装置。

背景技术

图1示出一般通讯装置的示意图。通讯装置10包含有传输介质11、混合式电路(Hybrid Circuit)12、本地发送电路Tx、以及本地接收电路Rx。通过传输介质11，通讯装置10与远端通讯装置可进行信号传输与接收。一般本地发送电路Tx包含有数字/模拟转换器(未示出)，其将信号进行数字至模拟转换后，产生传输信号STX，并通过混和式电路12和传输介质11输出。而本地接收电路Rx包含有模拟/数字转换器(未示出)，其将通过传输介质11和混和式电路12输入的接收信号SRX进行模拟至数字转换处理。

由于通讯装置10信号的收发往往同时进行，所以通讯装置10的本地接收电路Rx接收远端通讯装置信号SRX时，会受到通讯装置10本地发送电路Tx发送信号后由远端通讯装置反弹回来的回音(Echo)干扰，也会受到附近本地发送电路耦合过来的近端串音干扰(Near-End Cross Talk，NEXT)，造成通讯系统的通讯质量降低。

再者，通讯装置10的本地接收电路Rx接收的信号SRX会因传输距离使信号功率变小，且本地接收电路Rx也会同时接收到比信号SRX功率大很多的回音信号，而为了能够同时完整接收并妥善处理这两种信号，本地接收电路Rx的模拟/数字转换器的动态范围(Dynamic range)就必须设计得非常大。如此，将造成通讯装置设计复杂度提高，导致生产成本提高的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种通讯装置，其可改善通讯装置中模拟/数字转换器的设计复杂度。

本发明的目的之一在于提供一种通讯装置，其可消除通讯装置中模拟/数字转换器的输入干扰响应与输出干扰响应的误差。

本发明的一实施例提供了一种通讯装置，包含有电平确定模块、数字/模拟转换器、以及模拟/数字转换器。该电平确定模块接收估测信号，根据估测信号确定多个电压电平及对应于多个电压电平的多个电压强度，以产生第一数字信号。数字/模拟转换器接收第一数字信号，根据多个电压电平及多个电压强度，将第一数字信号转换成脉冲(pulse)形式的模拟信号。而模拟/数字转换器接收一接收信号与脉冲形式的模拟信号相减产生的第一差值信号，且对第一差值信号进行模拟至数字转换，以产生第二数字信号。其中，该脉冲形式的模拟信号的脉冲周期小于该模拟/数字转换器的一个取样周期。

本发明的一实施例提供了一种通讯装置，包含有电平确定模块、数字/模拟转换器、模拟/数字转换器、以及后端消除模块。电平确定模块接收估测信号，根据估测信号确定多个电压电平及对应于多个电压电平的多个电压强度，以产生第一数字信号。数字/模拟转换器接收第一数字信号，根据多个电压电平及多个电压强度，将该第一数字信号转换成脉冲形式的模拟信号。模拟/数字转换器接收一接收信号与脉冲形式的模拟信号相减产生的第一差值信号，且对第一差值信号进行模拟至数字转换，以产生第二数字信号。而后端消除模块依据脉冲形式的模拟信号计算出与模拟/数字转换器的输入干扰响应相同的输出干扰响应，依据输出干扰响应与第二数字信号产生该估测信号。

本发明的一实施例提供了一种消除回音和串音的接收方法，包含有下列步骤：首先，依据估测信号，确定多个电压电平与对应该多个电压电平的多个电压强度。依据多个电压电平与估测信号，产生数字信号。接着，依据多个电压电平与多个电压强度，将数字信号转换为脉冲形式的模拟信号。之后，将接收信号与脉冲形式的模拟信号间的差值信号转换为第二数字信号，并依据脉冲形式的模拟信号计算出与模拟/数字转换器的输入干扰响应相同的输出干扰响应，依据输出干扰响应与第二数字信号产生该估测信号。

本发明实施例的通讯装置与方法利用数字/模拟转换器产生脉冲形式的模拟信号，可让模拟/数字转换器的输出干扰响应与模拟前端电路的输入干扰响应相同，而后端电路即可在数字域中求得原始接收信号完整的信道信息，以消除模拟/数字转换器的输出干扰响应与模拟前端电路的输入干扰响应的误差，并准确消除回音与串音的成分。同时，可达到模拟/数字转换器缩小动态范围的目的，改善其设计复杂度。

附图说明

图1示出已知通讯装置的示意图。

图2示出本发明一实施例的通讯装置的示意图。

图3A示出本发明一实施例的通讯装置的一运行波形图。

图3B示出本发明一实施例的通讯装置的一运行波形图。

图3C示出本发明一实施例的通讯装置的一运行波形图。

图4示出已知通讯装置的一运行波形图。

图5示出本发明一实施例的通讯装置的后端消除模块的示意图。

图6示出本发明另一实施例的通讯装置的示意图。

图7A示出本发明另一实施例的通讯装置的示意图。

图7B示出本发明另一实施例的通讯装置的示意图。

图8A示出本发明另一实施例的通讯装置的示意图。

图8B示出本发明另一实施例的通讯装置的示意图。

【主要元件符号说明】

10、100通讯装置                11传输介质

12混合式电路                   Tx发送电路

Rx接收电路                     110、161计算器

120数字/模拟转换器             130电平确定模块

140、141、142模拟前端电路      150模拟/数字转换器

160后端消除模块                162接收信号处理电路

163误差限制器            164估测单元

170响应模块

具体实施方式

以下参考附图详细说明本发明通讯装置的各实施例。

图2示出本发明一实施例的通讯装置的示意图。该通讯装置100可适用于图1的接收电路Rx。通讯装置100包含有计算器110、数字/模拟转换器120、电平确定模块130、模拟前端电路(AnalogFront-End)140、模拟/数字转换器(Analog to Digital Convertor，ADC)150、以及后端消除模块160。

通讯装置100接收一接收信号SRX。一实施例，接收信号SRX可包含有远端通讯装置所传输的信号，以及信号夹带的回音(Echo)与串音(Near-End Cross Talk，NEXT)的噪声成分。

计算器110用以将接收信号SRX减去脉冲形式的模拟信号A1，以产生第一差值信号SDF1。一实施例，计算器110可为减法器。

模拟前端电路140用以处理计算器110输出的第一差值信号SDF1。一实施例，模拟前端电路140可用以对第一差值信号SDF1进行信号缩放处理与滤波处理其中之一或其组合。

数字/模拟转换器120耦接计算器110，接收第一数字信号D1，根据多个电压电平L1～Ln及对应该多个电压电平L1～Ln的电压强度，将该第一数字信号D1转换为脉冲(pulse)形式的模拟信号A1。

电平确定模块130耦接数字/模拟转换器120，用以接收估测信号Se，且根据估测信号Se确定该多个电压电平L1～Ln、及确定对应多个电压电平L1～Ln的多个电压强度，以产生第一数字信号D1。其中，数值n可为奇数，如3、5、7、11、13、15…；或n可为2的次方数，如2、4、8、16…。

模拟/数字转换器150耦接模拟前端电路140，用以接收一接收信号SRX与该脉冲形式的模拟信号A1相减产生的第一差值信号SDF1，且对第一差值信号SDF1进行模拟至数字转换，以产生第二数字信号D2。

后端消除模块160用以估测及消除接收信号SRX中的回音与串音噪声成分，其根据期望信号(Desired Signal)Sd及第二数字信号D2，产生上述估测信号Se。一实施例，估测信号Se为回音及串音噪声成分的估测值。

以下参考图2、图3A～图3C、及图4详细说明本发明实施例通讯装置100的运行方式与原理。

在运行时，通讯装置100接收一接收信号SRX。电平确定模块130可依据估测信号Se确定电压电平L1～Ln的数目以及相关电压强度，并产生第一数字信号D1。

接着，数字/模拟转换器120根据电压电平L1～Ln和相关电压强度将第一数字信号D1转换为脉冲形式的模拟信号A1。而模拟前端电路140接收一接收信号SRX与脉冲形式的模拟信号A1相减后的第一差值信号SDF1，并经处理(如缩放和/或滤波)后，提供给模拟/数字转换器150。由于接收信号SRX已减去估测信号Se估测的回音与串音成分噪声，所以接收信号SRX的振幅范围可缩小至模拟/数字转换器150的可接收的动态范围内。因此，接收信号SRX通过模拟/数字转换器150时，模拟/数字转换器150可正常处理接收信号SRX，使信号不会因超过模拟/数字转换器150的动态范围而被削减。

接着，后端消除模块160接收模拟/数字转换器150产生的第二数字信号D2，根据第二数字信号D2估测模拟/数字转换器150的输出干扰响应(Output interference response)—即目前信道中接收信号SRX存在的回音与串音，以产生新的估测信号Se。之后，电平确定模块130根据新的估测信号Se确定多个电压电平L1～Ln、及确定对应多个电压电平L1～Ln的多个电压强度，产生新的第一数字信号D1。而数字/模拟转换器120再根据新的数字信号D1产生脉冲形式的模拟信号A1。且经由模拟前端电路140处理其接收的接收信号SRX与模拟信号A1的差值信号SDF1后，模拟/数字转换器150根据差值信号SDF1产生新的数字信号D2。

依此方式，本发明实施例的通讯装置100可根据信道中接收信号SRX的状态，设定信号的电压电平而适当消除接收信号SRX中的回音与串音成分，解决已知技术的问题；且可适当缩小接收信号SRX的振幅，以缩小模拟/数字转换器150信号处理的动态范围，降低设计复杂度与生产成本。

须注意的是，本发明实施例的通讯装置100在运行时，其模拟/数字转换器150的输出干扰响应(Output interference response)中(包含回音与串音噪声成分)的N阶最高位(Most Significant Bit，MSB)通过后端消除模块160与电平确定模块130的配合运行，并由数字/模拟转换器120将N阶最高位噪声由数字信号D1转换为脉冲形式的模拟信号A1。如此，可使N阶最高位(MSB)部分的噪声能在模拟/数字转换器150之前的模拟处理中消除，而模拟/数字转换器150的输出干扰响应中其余最低位(Least Significant Bit，LSB)噪声(包含回音与串音成分)则可在模拟/数字转换器150之后的数字处理中消除。例如，其余最低位(Least Significant Bit，LSB)噪声部分可在后端消除模块160中消除。

如图3A～图3C所示，这些附图示出通讯装置100运行的相关信号实施例的波形图。其中，水平轴表示时间T，垂直轴表示电压V，V1为接收信号SRX的波形，V2为脉冲形式的模拟信号(N阶最高位(MSB)噪声)A1的波形。一实施例，脉冲形式的模拟信号A1可为归零脉冲(return-zero pulse)形式信号。

一般来说，模拟前端电路140的输入干扰响应(input interferenceresponse)与模拟/数字转换器150的输出干扰响应(outputinterference response)不同。但本发明实施例的通讯装置100采用数字/模拟转换器120来输出脉冲形式的波形，依此方式通讯装置100可以在数字域(digital domain)取样到与模拟/数字转换器150的输出干扰响应相同的模拟前端电路140的输入干扰响应。

而为何本发明实施例的通讯装置100可在数字域中取样到与模拟/数字转换器150的输出干扰响应相同的模拟前端电路140的输入端干扰响应的原理如下：

当数字/模拟转换器120输出脉冲形式(如图3B)的波形V2时，由于数字处理所能取样到的信号形式可为Z域(Z-domain)(例如为频域(frequency domain)的超集(superset))形式，且在数字处理中，可将脉冲形式的波形转换为Z域的形式处理，因此脉冲形式的信号即可由数字电路来进行处理。

另外，在取样信号时，只需要让模拟/数字转换器150的输出干扰响应取样下来的信号与模拟前端电路140的输入干扰响应的波形相同即可，而不需要取样到每一个时间点，所以只须将数字/模拟转换器120输出的脉冲，在经过模拟前端电路140响应的转换运算后，如空间卷积运算(convolution)，不影响到模拟/数字转换器150的下一个取样时间(sample time)即可。依此方式，后端电路(如后端消除模块160)便可利用脉冲形式的信号V2还原出信道中接收信号SRX的信号波形V1，如图3C所示。如此，后端电路即可在数字域中求得原始接收信号SRX完整的信道信息，即可让后端消除模块160准确估测信道的回音与串音，以产生准确的估测信号Se来消除回音与串音的成分，也可达到模拟/数字转换器150缩小动态范围的目的，改善其复杂度。

模拟/数字转换器150的取样的条件式如下：

(G(Pu，AFE)＜1T)          …(1)

其中，G表示空间卷积运算(convolution)；Pu表示数字/模拟转换器120的脉冲形式模拟信号A1的脉冲；AFE表示模拟/数字转换器150之前的输入干扰响应、或模拟前端电路140的输入干扰响应；1T表示模拟/数字转换器150的一个取样周期时间(1Timesampling duration)。

由于已知数字/模拟转换器产生的信号为零阶保持(zero-orderhold)形式，如图4中的波形V3所示，因此无法在数字域(digitaldomain)中被取样，所以已知通讯装置并无法将前端电路所削减掉的N阶最高位(MSB)噪声还原。因此，后端消除模块160便无法获知完整信道接收信号SRX的信息，以致于无法准确估测出正确的估测信号Se。

再者，本发明实施例通讯装置100产生的脉冲形式模拟信号A1的脉冲长度要有足够的长度，必须配合模拟/数字转换器150的取样频率，使模拟/数字转换器150能够抓到脉冲的最高点位置(即未变形的点)，例如图3A中的点X、Y。而另一方面，脉冲的时间长度也不可太长，必须同时符合上述条件式(1)，使取样出的脉冲足以供后端电路参考、而正确还原回接收信号SRX的波形。举例而言，如图3A中，该脉冲形式模拟信号A1的脉冲周期为1t，其小于模拟/数字转换器150的取样周期(sampling period)4t。

一实施例，数字/模拟转换器120将其输出信号的速度提高，进而使其输出信号成为脉冲形式。另一实施例，数字/模拟转换器120可在时间t1时导通(ON)，时间t1之后～t2之前间截止(OFF)，直到时间t2才导通(ON)，接着，时间t2之后～t3之前间截止(OFF)，直到时间t3才导通(ON)。依此方式，不断重复即可产生脉冲形式的模拟信号A1。

当然，数字/模拟转换器120的控制方式可由数字/模拟转换器120内部的电路利用软件、固件、或硬件来实施；或在另一实施例中，可利用设置引脚(PIN)由外部输入信号来控制导通(ON)或截止(OFF)；或在另一实施例，数字/模拟转换器120也可在外部设置控制单元(未示出)来控制数字/模拟转换器120输出信号的导通或截止的行为；且目前现有或未来发展出的各种控制方法或控制电路均可适用于本发明数字/模拟转换器120的控制。

另外，本发明实施例的通讯装置可在系统开机或每执行一段预设时间或由设计者规定的时间时，依据上述条件式(1)对该数字/模拟转换器120的脉冲时间与该模拟/数字转换器150的取样频率进行校准(calibration)，和/或依据是否可取样到数字/模拟转换器120的脉冲的最高点(未变形的点)的原则对数字/模拟转换器120的脉冲与模拟/数字转换器150的取样频率进行校准。

本发明实施例通讯装置的数字/模拟转换器可为电流数字/模拟转换器(Current DAC)或为线性数字/模拟转换器(Line DAC)，当然，本发明实施例通讯装置的数字/模拟转换器也可适用于目前现有或未来发展出的各种数字/模拟转换器或信号转换装置。

另外，本发明后端消除模块160可由各种目前现有或未来发展出的具有估测回音及/或串音的消除模块实施。一实施例，如图5所示，后端消除模块160包含有计算器161、接收信号处理电路162、误差限制器(Error Slicer)163、以及估测单元164。其中，计算器161可为减法器，接收信号处理电路162可为均衡器，而若通讯装置100运用于图1的本地接收电路Rx，则期望信号Sd可由图1的本地发送电路Tx提供。须注意，熟悉本领域的技术人员应可根据图示理解后端消除模块160的运行方式，在此不再重复赘述。

须注意，若发生模拟/数字转换器150的频率无法取样到脉冲的最高点位置(未变形的点)，或无法符合条件式(1)的规定时，可在计算器110与后端消除模块160(Residual canceller)之间加入响应模块170，以模拟出计算器110与后端消除模块160之间的信号响应，以补偿在模拟处理中减去的信号A1大小，如图6所示。其中，响应模块170为自适应滤波器(Adaptive Filter)，可适用于自适应算法。而自适应算法可为最小均方(Least Mean Square，LMS)算法、递归式最小平方(Recursive Least Square，RLS)算法、最小平方(Least Square，LS)算法其中之一或其组合。

再者，通讯装置100中，计算器110只须设置在模拟/数字转换器150之前，并不限定于设置在模拟前端电路140之前。因此，计算器110的设置可设计为如图7A、图7B所示的示例。须注意，依据图7A中的配置方式，后端消除模块160可依据上述脉冲形式的模拟信号A1计算出与模拟/数字转换器150的输入干扰响应相同的输出干扰响应，并依据该输出干扰响应与第二数字信号D2产生估测信号Se。

另外，一般模拟前端电路140可包含有多个装置，而计算器110即可设置在这些装置之间。如图8A、图8B所示，计算器110设置在第一模拟前端电路141与第二模拟前端电路142之间。

综上所述，本发明实施例的通讯装置利用数字/模拟转换器产生脉冲形式的模拟信号，可让模拟/数字转换器的输出干扰响应与模拟前端电路的输入干扰响应相同，而后端电路即可在数字域中求得原始接收信号完整的信道信息，以消除模拟/数字转换器的输出干扰响应与模拟前端电路的输入干扰响应的误差，并准确消除回音与串音的成分。同时，可达成模拟/数字转换器缩小动态范围的目的，改善其设计复杂度。

以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，该行业人士可进行各种变形或变更。

Claims (13)

1.一种通讯装置，包含有：

一电平确定模块，接收一估测信号，根据所述估测信号确定多个电压电平及对应于所述多个电压电平的多个电压强度，以产生一第一数字信号；

一数字/模拟转换器，接收所述第一数字信号，根据所述多个电压电平及所述多个电压强度，将所述第一数字信号转换成一脉冲形式的模拟信号；以及

一模拟/数字转换器，接收一接收信号与所述脉冲形式的模拟信号相减产生的一第一差值信号，且对所述第一差值信号进行模拟至数字转换，以产生一第二数字信号；

其中，所述脉冲形式的模拟信号的脉冲周期小于所述模拟/数字转换器的一个取样周期。

2.根据权利要求1所述的通讯装置，其中，所述通讯装置在开机和/或执行一段预设时间时，依据所述脉冲形式的模拟信号的脉冲周期小于所述模拟/数字转换器的一个取样周期的原则，对所述数字/模拟转换器的脉冲时间与所述模拟/数字转换器的取样频率进行校准。

3.根据权利要求1所述的通讯装置，其中，所述模拟/数字转换器对所述脉冲每一时间点的最大振幅进行取样。

4.根据权利要求3所述的通讯装置，所述通讯装置在开机和/或执行一段预设时间时，依据所述模拟/数字转换器取样所述脉冲每一时间点的最大振幅的原则，对所述数字/模拟转换器的脉冲时间与所述模拟/数字转换器的取样频率进行校准。

5.根据权利要求1所述的通讯装置，所述模拟/数字转换器对所述脉冲形式的模拟信号的取样条件式为：G(Pu，AFE)＜1T，其中，G表示空间卷积运算，Pu表示所述脉冲；AFE表示所述模拟/数字转换器之前的输入干扰响应，1T表示所述模拟/数字转换器的一个取样周期时间。

6.根据权利要求1所述的通讯装置，还包含一第一模拟前端电路，所述模拟前端电路用以处理所述第一差值信号。

7.根据权利要求6所述的通讯装置，其中，所述第一模拟前端电路用以进行放大处理与滤波处理其中之一或其组合。

8.根据权利要求1所述的通讯装置，还包含一后端消除模块，所述后端消除模块接收所述第二数字信号，依据一期望信号和所述第二数字信号产生所述估测信号。

9.根据权利要求1所述的通讯装置，其中，所述接收信号是由一混合式电路产生。

10.根据权利要求1所述的通讯装置，还包含一响应模块，所述响应模块依据所述第一数字信号产生一响应信号，且以所述响应信号补偿所述第二数字信号。

11.根据权利要求10所述的通讯装置，其中，所述响应模块为一自适应滤波器，适用于一自适应算法。

12.根据权利要求1所述的通讯装置，其中，所述多个电压电平的个数的数值为奇数、或为2的次方数。

13.根据权利要求6所述的通讯装置，其中，所述接收信号还经过一第二模拟前端电路处理。

Images