CN104270538A - 双变压器回波补偿数字电话密码机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双变压器回波补偿数字电话密码机，该数字电话密码机具有双变压器回波补偿电路；通话时，说话方因加密处理产生的反射语音信号能够在一与话机本身阻抗相同、绕制方向相反的变压器上抵消，有效地解决了数字电话密码机中的反射语音信号干扰问题，保证了通话质量；并且该双变压器回波补偿电路结构简单，制造成本小，使用方便。

Description

双变压器回波补偿数字电话密码机

技术领域

本发明涉及一种数字电话密码机，特别是涉及双变压器回波补偿电路的数字电话密码机。

背景技术

数字电话密码机是一种二线电话线路兼容四线电话线路设计的电话密码机，数字电话密码机串接在线路与电话机之间，具有明话和密话两种通信方式。明话的工作方式与普通电话机的使用完全相同，密话则利用声码器、微处理器和调制解调器完成语音的编解码、加解密和在线路上的调制传送及解调接收。在密话工作方式下，语音信号由于数字信号处理过程中传输线路与加密元件阻抗不匹配产生反射语音信号，从而会产生回波干扰，因此需要回波补偿电路消除数字电话密话工作方式下的回波干扰。

发明内容

本发明的目的是提供一种双变压器回波补偿数字电话密码机，该数字电话密码机具有双变压器回波补偿电路；通话时，说话方因加密处理产生的反射语音信号能够在一与话机本身的阻抗相同、绕制方向相反的变压器上抵消，有效地解决了数字电话密码机中的语音信号回波干扰问题，保证了通话质量。

本发明采用以下技术方案：

本发明的双变压器回波补偿数字电话密码机，包括转换补偿单元、转换单元、第一模数转换单元、第二模数转换单元和加密处理单元；其中：

转换补偿单元，用于对所接收的语音信号进行二线与四线模拟语音信号之间的转换；以及抵消本机语音因传输线与加密处理单元的加密元件阻抗不匹配产生的反射语音信号；

转换单元，用于对所接收的语音信号进行二线与四线模拟语音信号之间的转换；

第一模数转换单元和第二模数转换单元，用于对所接收的语音信号进行四线模拟语音信号与四线数字语音信号之间的转换；

加密处理单元，用于对所接收的四线数字语音信号进行加密处理。

进一步地，双变压器回波补偿数字电话密码机还包括压缩单元，用于对所接收的四线数字语音信号进行压缩或解压缩处理。

进一步地，转换补偿单元具体包括：恒流源、2/4或4/2转换线圈、补偿线圈、电位器、放大器和滤波器；恒流源先与2/4或4/2转换线圈连接，2/4或4/2转换线圈的两个网络端口先与补偿线圈连接，再与电位器连接，2/4或4/2转换线圈的另两个网络端口先与滤波器连接，再与放大器连接。

进一步地，该恒流源包括一个三极管(T1)、一个电容(C6)和一个电阻(R3)；电阻(R3)连接在三极管(T1)的集电极与基极之间，电容(C6)与三极管(T1)的基极连接，用于为回波补偿电路提供稳定的恒流馈电；

电位器包括可调节电阻(R5)和电容(C4)，用于调节反射语音信号的大小；

2/4或4/2转换线圈和补偿线圈包括两个阻抗相同、绕制方向相反的线圈，用于将线圈上两个幅值相等、相位相反的信号相互抵消，通过调节可调节电阻(R5)，使话机和电容(C5)的阻抗的总和与可调节电阻(R5)和电容(C4)的阻抗的总和保持相等；

放大器包括电阻(R1)、电阻(R2)、电容(C1)、电容(C2)，用于调节传输语音信号的大小；

滤波器包括电容(C3)，用于滤除传输语音信号的高频噪声。

进一步地，转换补偿单元具体用于将从话机来的二线模拟语音信号转换为四线模拟语音信号，并且发送到第一模数转换单元，以及对反射语音信号进行补偿；或者将从第一模数转换单元来的四线模拟语音信号转换为二线模拟语音信号，并且发送到话机。

进一步地，转换单元用于将从所述第二模数转换单元来的四线模拟语音信号转换为二线模拟语音信号，并且发送到公共话路上；或者将从公共话路来的二线模拟语音信号转换为四线模拟语音信号，并且发送到第二模数转换单元。

进一步地，第一模数转换单元将从转换补偿单元来的四线模拟语音信号转换为四线数字语音信号，并且发送到加密处理单元；或者将从加密处理单元来的四线数字语音信号转换为四线模拟语音信号，并且发送到转换补偿单元。

进一步地，第二模数转换单元将从加密处理单元来的加密后的四线数字语音信号调制成能够在公共话路上传输的四线模拟语音信号，并且将调制后的四线模拟语音信号发送到转换单元；或者将从转换单元来的四线模拟语音信号解调成四线数字语音信号，并且将解调后的四线数字语音信号发送到加密处理单元。

进一步地，该加密处理单元具体包括：

加解密模块，用于将从第一模数转换单元来的四线数字语音信号进行加密处理，并且将加密后的四线数字语音信号发送到第二模数转换单元；或者将从第二模数转换单元来的四线数字语音信号进行解密处理，并且将解密后的四线数字语音信号发送到第一模数转换单元；

密匙模块，用于存储并提供对加解密模块的四线数字语音信号进行加解密处理的算法。

进一步地，压缩单元用于将从第一模数转换单元来的四线数字语音信号压缩成四线数字语音信号，并且发送到加密处理单元；或者将从加密处理单元来的四线数字语音信号解压缩，并且发送到第一模数转换单元。

本发明具有以下有益效果：

1.双变压器回波补偿电路有效地消除数字电话机语音信号由于数字信号处理过程中传输线路与加密元件阻抗不匹配产生反射语音信号的回波干扰，提高了通话质量；

2.采用的回波补偿电路结构简单，制造成本小，使用方便。

附图说明

图1是本发明的双变压器回波补偿数字电话密码机原理示意图；

图2是本发明的双变压器回波补偿数字电话密码机的工作示意图；

图3是本发明的双变压器回波补偿电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式：

如图1所示，图1为本发明实施例所述双变压器回波补偿数字电话密码机的原理示意图。本发明的双变压器回波补偿数字电话密码机的一种优选地实施方式可分为以下六个单元，包括：转换补偿单元1、第一模数转换单元2、压缩单元3、加密处理单元4、第二模数转换单元5、转换单元6。

以下将详细描述本发明的双变压器回波补偿数字电话密码机的工作过程：当用户采用本话机通话时，话机将二线模拟语音信号发送到双变压器回波补偿数字电话密码机的转换补偿单元1，通过转换补偿单元1将二线模拟语音信号转换为四线模拟语音信号，并且通过第一模数转换单元2将四线模拟信号转换为四线数字语音信号，通过压缩单元3将四线数字语音信号压缩编码并且送入加密处理单元4的加解密模块，将加密算法通过密匙模块加载到加密处理单元4的加解密模块中，对四线数字语音信号压缩编码进行加密处理，并且通过第二模数转换单元5将加密处理过的四线数字语音信号调制成四线模拟语音信号，并且通过转换单元6将四线模拟语音信号转换成二线模拟语音信号，并且将二线模拟语音信号发送到公共话路上；当本话机接收语音信号时，公共话路上的二线模拟语音信号发送到双变压器回波补偿数字电话密码机的转换单元6将二线模拟语音信号转换为四线模拟信号，并且通过第二模数转换单元5将四线模拟语音信号调制成四线数字语音信号，并且将四线数字语音信号送入加密处理单元4的加解密模块，将加密算法通过密匙模块加载到加密处理单元4的加解密模块对四线数字语音信号进行解密处理，通过压缩单元3将解密过的四线数字语音信号进行解压缩并且送入第一模数转换单元2将四线数字语音信号转换为四线模拟语音信号，通过转换补偿单元1将四线模拟语音信号转换为二线模拟语音信号，并且将该二线模拟语音信号发送到话机。

如图2所示，优选地，本发明实施例所述双变压器回波补偿数字电话密码机的转换补偿单元1具体可以包括：2/4或4/2转换电路101，该2/4或4/2转换电路101在发送语音信号时实现二线信号到四线信号的转换功能，将话机的二线模拟语音信号转换为四线模拟语音信号；该2/4或4/2转换电路101在接收语音信号时实现四线信号到二线信号的转换功能，将话机的四线模拟语音信号转换为二线模拟语音信号。

如图3所示，图3为上述2/4或4/2转换电路的结构示意图，该2/4或4/2转换电路101为双变压器回波补偿电路，其中，变压器6-7端为话机收发绕组，1-2端、4-5端构成回波补偿绕组，2-3端为编码器及收号器输入绕组，两个耦合变压器4-5、6-7阻抗相同，绕制方向相反；C1、C2、R1、R2组成收号器输出端的放大器电路，R1先与C1并联，再与R2和C2串联，减小R2或增大R1电阻可提高音量，C3组成滤波器，用于滤除收发语音信号的高频噪声，在C5确定之后，选择R5和C4的值，使得话机和C5的阻抗的总和与补偿回路R5和C4的阻抗的总和保持相等；调节电位器R5，则可调节回波大小和改善音质；三极管T1、电阻R3和电容C6构成回路的恒流源，电阻R3连接在三极管集电极与基极之间，电容C6与三极管基极连接。在密话通话方式下发送语音信号时，话机的二线语音信号通过6-7耦合到1-3，通过加密处理会因电话传输线路与加密元件阻抗不匹配产生反射语音信号，该反射语音信号作为回波传输回来，由于4-5线圈和6-7线圈的绕制方向相反，所产生的回波与在6-7产生的回波幅度相等但相位相反，因此相互抵消，该双线圈回波补偿电路有效地消除数字电话机由于密话通话方式下数字信号处理过程中传输线路与加密元件阻抗不匹配产生的反射语音信号的回波干扰，提高了话机在密话通话方式下的通话质量。

优选地，第一模数转换单元2包括编解码器201，该编解码器201包括滤波、模数或数模转换、编解码部分。该编解码器在发送语音信号时实现滤波、模数转换、编码功能，通过滤波部分将四线输入模拟信号中的高频噪声滤除，通过模数或数模转换部分将滤除高频噪声后的四线输入模拟信号转换为四线输入数字信号，并且根据语音信号处理的μ律、A律将四线输入数字信号编码，将编码后的四线输入数字信号发送到压缩单元进行压缩；该编解码器在接收语音信号时实现解码、数模转换、滤波功能，通过编解码器将从压缩单元3来的四线输入数字信号根据语音信号处理的μ律、A律解码，再经数模转换部分将处理后的四线输入数字信号转换成四线模拟语音信号，通过滤波部分将四线模拟语音信号的高频噪声滤除，并且发送到转换补偿单元1。

优选地，压缩单元3包括声码器301，该声码器301在发送语音时实现数字信号的压缩功能，将从第一模数转换单元2的编解码器201来的已编码四线输入数字信号压缩成能快速传输的数字信号，并且将该数字信号发送到处理单元4进行加密处理；该声码器301在接收语音信号时实现数字信号的解压缩功能，将处理单元4来的已解密四线输出数字信号解压缩并且发送到第一模数转换单元2的编解码器201进行解码。

优选地，处理单元4包括加解密模块和密匙模块。加解密模块包括微处理器401、可编程门阵列FPGA402、Flash存储器403和RAM存储器404，密匙模块包括WATCHKEY PRO卡芯片405和RS-232C串口406，该WATCHKEY PRO卡芯片405在发送或接收语音信号时都是密匙模块的关键元件，该WATCHKEY PRO卡芯片405具有RSA公钥密码算法、SSF39算法的密钥变换部分和涉及数字电话密码机的重要数据，并且具有身份认证、运行密钥变换、会话密钥的加解密、随机数字信号产生、重要数据保存的功能。RS-232C串口406在发送或接收语音信号时均用于与PC机通信，以便于生产单位对本发明的双变压器回波补偿数字电话密码机进行生产、管理和维护，同时也便于用户对其进行管理。该加密处理单元4在发送或接收语音信号时都实现四线数字语音信号的处理功能。其中，微处理器401实现通过调制解调器501的同步双工收发、通过声码器301的双工数据收发、通过可编程门阵列FPGA402对双工数据的加解密。可编程门阵列FPGA402写有SSF39密码算法中的乱码生成部分，并且向微处理器401提供加解密用的乱码。Flash存储器403为128K字节，用于存储程序。RAM存储器404为128K字节，用于缓冲数据、存储中间数据、存储状态。

优选地，第二模数转换单元5包括调制解调器501，该调制解调器501在发送语音信号时实现调制功能，将从处理单元4的微处理器401来的已加密的四线数字语音信号调制成能够在公共话路上传输的四线模拟语音信号，并且将该四线模拟语音信号发送到转换单元6；该调制解调器501在接收语音信号时实现解调功能，将从转换单元6来的已调制的加密四线模拟语音信号解调成四线数字语音信号，并且发送到处理单元4的微处理器401。

优选地，转换单元6包括4/2或2/4转换电路601，该4/2或2/4转换电路601作为第二模数转换单元5的输出时实现4/2转换功能，将本发明的双变压器回波补偿数字电话密码机的调制解调器501的四线模拟语音信号转换成二线模拟语音信号；该4/2或2/4转换电路601作为第二模数转换单元5的输入时实现2/4转换功能，将公共话路上的二线模拟语音信号转换成四线模拟语音信号。

综上所述，本发明实施例提供了一种双变压器回波补偿电路，该双变压器回波补偿电路包括恒流源、2/4或4/2转换线圈、补偿线圈、电位器、放大器和滤波器；有效地消除数字电话机由于密话通话方式下数字信号处理过程中传输线路与加密元件阻抗不匹配产生的反射语音信号的回波干扰，提高了话机在密话通话方式下的通话质量，并且回波补偿电路结构简单。

以上所举实施例仅为本发明的优选实例，根据本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，都应属于本发明专利覆盖的范围。

Claims (10)

1.一种双变压器回波补偿数字电话密码机，其特征在于，包括：转换补偿单元、转换单元、第一模数转换单元、第二模数转换单元和加密处理单元；

所述转换补偿单元，用于对所接收的语音信号进行二线与四线模拟语音信号之间的转换；以及抵消本机语音因传输线与所述加密处理单元的加密元件阻抗不匹配产生的反射语音信号；

所述转换单元，用于对所接收的语音信号进行二线与四线模拟语音信号之间的转换；

所述第一模数转换单元和第二模数转换单元，用于对所接收的语音信号进行四线模拟语音信号与四线数字语音信号之间的转换；

所述加密处理单元，用于对所接收的四线数字语音信号进行加密处理。

2.根据权利要求1所述的双变压器回波补偿数字电话密码机，其特征在于，还包括：压缩单元，用于对所接收到的四线数字语音信号进行压缩或解压缩处理。

3.根据权利要求1或2所述的双变压器回波补偿数字电话密码机，其特征在于，所述转换补偿单元具体包括：恒流源、2/4或4/2转换线圈、补偿线圈、电位器、放大器和滤波器；所述恒流源先与所述2/4或4/2转换线圈连接，所述2/4或4/2转换线圈的两个网络端口先与所述补偿线圈连接，再与所述电位器连接，所述2/4或4/2转换线圈的另两个网络端口先与所述滤波器连接，再与所述放大器连接。

4.根据权利要求3所述的双变压器回波补偿数字电话密码机，其特征在于，所述恒流源包括一个三极管(T1)、一个电容(C6)和一个电阻(R3)；所述电阻(R3)连接在所述三极管(T1)的集电极与基极之间，所述电容(C6)与三极管(T1)的基极连接，用于为回波补偿电路提供稳定的恒流馈电；

所述电位器包括可调节电阻(R5)和电容(C4)，用于调节所述反射语音信号的大小；

所述2/4或4/2转换线圈和所述补偿线圈包括两个阻抗相同、绕制方向相反的线圈，用于将线圈上两个幅值相等、相位相反的信号相互抵消，通过调节所述可调节电阻(R5)，使话机和所述电容(C5)的阻抗的总和与所述可调节电阻(R5)和所述电容(C4)的阻抗的总和保持相等；

所述放大器包括电阻(R1)、电阻(R2)、电容(C1)、电容(C2)，用于调节传输语音信号的大小；

所述滤波器包括电容(C3)，用于滤除所述传输语音信号的高频噪声。

5.根据权利要求1到4中任意一项所述的双变压器回波补偿数字电话密码机，其特征在于，所述转换补偿单元具体用于将从话机来的二线模拟语音信号转换为四线模拟语音信号，并且发送到所述第一模数转换单元，以及对所述反射语音信号进行补偿；或者将从所述第一模数转换单元来的四线模拟语音信号转换为二线模拟语音信号，并且发送到所述话机。

6.根据权利要求1到4中任意一项所述的双变压器回波补偿数字电话密码机，其特征在于，所述转换单元用于将从所述第二模数转换单元来的四线模拟语音信号转换为二线模拟语音信号，并且发送到公共话路上；或者将从公共话路来的二线模拟语音信号转换为四线模拟语音信号，并且发送到所述第二模数转换单元。

7.根据权利要求1到4中任意一项所述的双变压器回波补偿数字电话密码机，其特征在于，所述第一模数转换单元将从所述转换补偿单元来的四线模拟语音信号转换为四线数字语音信号，并且发送到所述加密处理单元；或者将从所述加密处理单元来的四线数字语音信号转换为四线模拟语音信号，并且发送到所述转换补偿单元。

8.根据权利要求1到4中任意一项所述的双变压器回波补偿数字电话密码机，其特征在于，所述第二模数转换单元将从所述加密处理单元来的加密后的四线数字语音信号调制成能够在公共话路上传输的四线模拟语音信号，并且将调制后的四线模拟语音信号发送到所述转换单元；或者将从所述转换单元来的四线模拟语音信号解调成四线数字语音信号，并且将解调后的四线数字语音信号发送到所述加密处理单元。

9.根据权利要求1到4中任意一项所述的双变压器回波补偿数字电话密码机，其特征在于，所述加密处理单元具体包括：

加解密模块，用于将从所述第一模数转换单元来的四线数字语音信号进行加密处理，并且将加密后的四线数字语音信号发送到所述第二模数转换单元；或者将从所述第二模数转换单元来的四线数字语音信号进行解密处理，并且将解密后的四线数字语音信号发送到所述第一模数转换单元；

密匙模块，用于存储并提供对所述加解密模块的四线数字语音信号进行加解密处理的算法。

10.根据权利要求1到4中任意一项所述的双变压器回波补偿数字电话密码机，其特征在于，所述压缩单元用于将从所述第一模数转换单元来的四线数字语音信号压缩成四线数字语音信号，并且发送到所述加密处理单元；或者将从所述加密处理单元来的四线数字语音信号解压缩，并且发送到所述第一模数转换单元。