CN1086358A

CN1086358A - 可转换的阻尼装置

Info

Publication number: CN1086358A
Application number: CN 93119691
Authority: CN
Inventors: 柏克哈德·泰格斯; 恭扎洛·路希奥尼
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-10-28
Filing date: 1993-10-28
Publication date: 1994-05-04
Also published as: CA2147973A1; FI952006A; AU5107193A; FI952006A0; WO1994010759A1; DE4236408A1; JPH07508628A; EP0667065A1

Abstract

选择性阻尼数字信号的可转换阻尼装置(ES1， ES2)，包括一个调节器(MULT)和一个控制器(CM)，前者用一个确定瞬时阻尼值的阻尼因子At来评判信号值，后者在预定的接通时间或断开时间内步进地控制阻尼值的变化。控制器(CM)至少有一个数字滤波器(DF)，它通过滤波接通或断开脉冲(X)控制阻尼值的变化量(A1′)。此外还描述这种阻尼装置作为回波阻尼装置在带有自由对讲装置的电话和无绳电话中的应用。

Description

本发明涉及一种用于数字信号的可转换阻尼装置以及它在电话系统中的应用。

可转换阻尼装置在接通和断开时产生干扰信号，对人的听觉能听到的频率带范围内的信号进行阻尼或去阻尼时，这些干扰信号变成了令人厌烦的劈啪噪声。因此，在接通或断开阻尼装置时，公知的数字信号阻尼装置以一段固定的时间间隔连续地改变一个阻尼初始值和一个阻尼终值之间的阻尼行程，并且改变量总是一个预定的阻尼差值，从而形成一个直线阶梯形的阻尼变化曲线以及阻尼和去阻尼信号的幅值变化曲线。数字信号阻尼装置的调节元件通常是用倍增器，在无阻尼工作时，该倍增器使每个信号值与一个预定的因素（因子）例如1.0相乘，而当该因素相应地较小时，则倍增器就在信号值上加上了一个阻尼值（或称衰耗值）。例如如果按欧洲标准DECT（欧洲数字式无线电话），对于回波阻尼，要求将阻尼值调节为0分贝或-12分贝，那么可以乘以1或0.25来实现。在公知的阻尼装置中，为了随着一个定时器的增量或减量而在一个预定的总时间内接通或者断开阻尼，阻尼系数总是要增加或减少一个预定的值。

如果这种阻尼装置用于阻尼能由人的听觉接受的语声信号，那么就是在直线分级地控制阻尼过程的情况下也会出现问题。因为在每个阻尼值变化级的阻尼或去阻尼下，如果阻尼值变化大于一个人的听觉能忍受的值，或者由于相继的阻尼值的步进宽度大小使两个通常不会相互干扰的阻尼变化相继跟随的太快，从而就形成了人身感觉为劈啪声的噪声。如果在分级式（步进式）阻尼或去阻尼下阻尼值变化前后相继跟随的时间间隔太大和/或每一步进的阻尼变化太小，那么这样一个相应的阻尼装置对于许多实时应用，例如在电话系统中的应用来说，它的开关特性就太慢了。

因此，在公知的阻尼装置中根据要变换的阻尼行程而可实现的无干扰接通或断开阻尼的操作时间具有很强的局限性。

本发明的任务是提供一种数字信号阻尼装置，它可以在比常规装置短得多的转换时间内无干扰地实现相同的阻尼行程的变换。

上述任务由权利要求1所述的内容来解决。一些有利的实施形式则为从属权利要求2至11所述的内容。

这种装置在电话系统中的应用是权利要求12至15中所述的内容。

本发明应用了如下的认识：即产生令人类听觉感受到的劈啪声的原因是在强的突然的噪声电平变化时，由于这种快速变化引起的信号频谱的一种扩展。因此按照本发明，用一个数字滤波器在阻尼装置转换时来限制由于开关过程造成的在一个宽的频谱范围上分布的信号功率。这种滤波不直接作用于被阻尼或去阻尼的信号，而是作用在阻尼装置的接通或断开脉冲上。

此时重要的是限制由接通脉冲提供的干扰信号的频谱上限，因此利用一个带低通特性的滤波器对接通脉冲进行数字滤波是值得推荐的。但有时也可以设置一个具有带通特性的滤波器。

在许多应用情况下不要求以同样快的速度接通和断开阻尼元件。当本发明的阻尼装置作为回波阻尼装置应用于电话装置中时，甚至可以使阻尼装置断开的过程很慢地进行，以便在可能的情况下使后面的回波信号还可以被一个即使在变弱的阻尼来覆盖。因此值得推荐的是一种需要时可快速接通和慢速断开的阻尼装置。

当本发明的阻尼装置作为回波阻尼装置应用于电话系统中时，还有值得推荐的方面在于，当接通脉冲消失或断开脉冲出现时，在一段滞后时间之后才断开阻尼装置。这一滞后时间的长短最好由通常在电话系统中预计的运行时间来确定。

当本发明的可转换的阻尼装置作为所谓的回波阻尼装置应用于电话系统中，例如应用于无绳电话中时，建议对一条信号线路上的数字信号进行阻尼，此时在另一条信号线路上对一个个具有一定电平的信号进行检波。由于即使有信号时单个的信号值电平也可能是很小的，此时有利的是从数个信号值的电平量中得出一个平均值，然后与一个对所应用的信号特定的限值进行比较而得到评判。如果所得出的平均值超过相应的限值，就可以判断信号线路输送了一个信号。

当电话装置发送端的干扰噪声电平很高时，为了使接收端不受到强制阻尼（否则就不能通电话），可以建议的是，为了衰减接收信号，只在到达的还未阻尼的接收信号位于一个基准电平以下时才接通回波阻尼装置。为此这样选取该基准电平，即认为其电平在该基准电平以下的信号只是干扰信号或回波信号。

本发明的阻尼装置也可以用于阻止自由对话电话中的信号反馈。此时要求不仅要根据接收信号对要发送的信号进行阻尼，而且要根据一个要发送的信号对被接收的信号进行阻尼。为了确定此时要接通哪个阻尼装置，设置了一个用作比较器的所谓的电平仪，该电平仪将要发送的信号电平与接受信号的电平相比较。通常抑制掉两个信号中较弱的那个信号。此时，电平仪可以记录下两个阻尼装置的输入信号电平和输出信号电平，作为输入数据，并进行比较。它也可以将一个阻尼装置的输入信号电平与另一个阻尼装置的输出信号电平进行比较。

当本发明的阻尼装置应用于一种自由对话电话中时，应该始终只有一个阻尼装置被接通。此时可以规定，一个阻尼装置只有在另一个阻尼装置断开后才可接通，或者规定当一个阻尼装置接通后，则强制地断开另一个阻尼装置。

下面对照附图中的实施例详细描述本发明。附图中，

图1是一个线路原理图，示出了本发明的阻尼装置的一个实施例及其在一个电话系统中的应用，

图2a，2b和2c是图1所示阻尼装置在接通和断开时的信号变化过程图，

图3是本发明的阻尼装置的另一种应用可能性。

图1示出了本发明的可转换的阻尼装置ES1的一个实施例，它作为回波阻尼装置应用到一个电话机中的数字信号的4/2线路交接部分上。所示的阻尼装置包括两个主要组成部件，即倍增器MULT和控制器CM，倍增器作为调节器使数字信号线路SL2上的信号与阻尼值At相乘，由此衰减该信号，控制器CM在形式上是一个数字滤波器DF，通过对输入的脉冲X滤波产生一个可变阻尼值分量A1.′，并将其与一个补偿阻尼值分量A0相加，构成阻尼值At。此外，阻尼装置ES1还有一个检波器电路DET，它对所示的应用场合有重要意义。该电路DET有一个ABS装置，用于形成由数字信号线路SL1提供的信号值的绝对值。该ABS装置后串接了一个用于形成平均值的MW1装置，该装置从ABS装置输出的数个连续相随的输出信号｜Lsin｜中形成一个平均值｜ Lsin｜，该信号总量的平均值｜ Lsin｜与一个限值Vsub比较。在图1中画出了一个带加号的圆圈，在此加号处从值｜ Lsin｜中减去了值Vsub。该减法装置或比较装置后接一个VZ装置，它根据前面的比较结果构成一个带正号或负号的接通或断开信号X。此外还示出了一个检波器MW2，它根据还未被阻尼的位于信号线路SL2上的信号电平来控制一个线路装置SW。可以设置这种附加的检波器，以便在信号线路SL2上的一个作为当前被识别的接收信号与一个极限值比较时，防止发生阻尼装置不能接通的状况。

图1中所示的数字滤波器DF含有一个低通滤波器，它使经限时的元件T延迟的先行值T_n-1与输入值X和该值T_n-1之间的用因子K加权的差值相加得出第n个值T_n。在这种情况下，由因子K调节一个滞后时间，使得被接通的阻尼装置ES1在接通信号X取消之后仍在一定的滞后时间Ts内保持接通状态。T_n值与一个滤波系统B1相乘，其结果加到另一个滤波系数B0上。由此产生的信号S将根据输入值X的符号向上或向下积分成一个极限值A1或-A1。为此信号S在一个相加点处加到前一周期的被限时元件T延迟了的信号S_n-1上，其结果S_n在一个极限值比较器GW中与极限值A1或-A1相比较。装置GW的输出值A1′经延迟元件T延迟，用于构成值S_n-1。值A1′在阻尼元件完全接通时取下限值-A1，在阻尼元件断开时取上限值A1。当断开阻尼装置时，通过将实时值S与各个值S_n-1相加，从-A1开始，值A1随着每一周期将增大一定的量，每周期增加的大小由系数B1和B0调节。当达到上限值A1时，A1′的值就被保持住。值A1′与A0相加形成时间变化的阻尼值At，它在倍增装置MULT中与一个线路SL2上的信号相乘。如果要求所示的阻尼装置产生0分贝或-12分贝的阻尼，那么选取的系数A0和A1的和必须为1.0，差为0.25。这可以取A0＝0.625，A1＝0.375达到要求。

所示的数字滤波器DF按下面等式得出T_n值：

T_n＝（X-T_n-1）＊K+T_n-1

接着由下面的等式得出S值：

S＝T_n＊B1+B0

值S_n由下面等式得出：

S_n＝S+S_n-1

当S_n＜-A1或S_n＞A1成立时，装置GW输出作为输出值A1′的相应的极限值A1或-A1，否则应取A1′＝S_n。

在图1中，阻尼装置ES1是作为一种分叉线路例如一种数字式无绳电话中的回波阻尼装置示出的。此时一个模拟信号源MI K通过第一模拟/数字变换器AD1接在信号线路SL1上。信号线路SL1经一个数字模拟转换器DA1接在一条线路上，该线路将来自信号源MI K的信号引到一个图中未示出的电话用户;从该电话用户经同一线路向所示的分叉线路传送一个信号。此外，在电话设备的未明显示出的线路体系中产生回波，它导致信号源MI K发出的信号产生回波信号，该回波信号与来自图中未示出的电话用户的信号一起经第二个模拟数字转换器AD2引到一个第二信号线路SL2。信号线路SL2受到回波阻尼装置ES1调节器MULT的作用。该调节器MULT提供模拟数字转换器AD2的必要时衰减了的输出信号。该调节器的输出经一第二数字模拟转换器DA2传送到一个模拟放音装置，例如一个扬声器LS。

图2示出的是在时间t上，信号值X和At（见图1）依据线路SL1上提供的信号平均值｜ Lsin｜的信号变化的过程曲线。图2a示出了值｜ Lsin｜依据限值Vsub的变化曲线，图2b示出了在相同的时间基准下值X的变化曲线，由此可看到，只要值｜ Lsin｜小于限值Vsub，那么X的值就为-1，而当｜ Lsin｜大于Vsub时则X的值为+1。图2c示出了阻尼值At按对数形式变化的曲线。只要数字滤波器DF的输入端没有通入接通脉冲X，那么阻尼装置就是断开的。当X＞0时，则X值按对数形式变化，并在时刻Tr之后达到最大阻尼值，该值在所选的实施例中为-12分贝。在达到最大阻尼值后，At在继续接入的接通脉冲X下保持一个定值。当接通脉冲X消失或者提供一个X值为-1的断开脉冲时，图1实施例中的回波阻尼装置ES1仍继续保持接通，而值At在一个滞后时间Ts内仍保持不变。该滞后时间可通过系数K来调整。在电话系统中此时例如根据要预测的渡越时间或运行时间可以在50毫秒至100毫秒之间调节一个值，最好取为70毫秒。当然，在采用相应的另一种滤波器结构时，阻尼装置也可以在直接出现了断开脉冲时就被断开。

上述提及的关系式：T_n＝（X-T_n-1）＊K+T_n-1负责确定上述滞后时间Ts。在所示实施例中也用于保证阻尼装置ES1具有一个与接通特性不同的断开特性。如图2c中可见，在滞后时间Ts之后，阻尼是按对数形式变化，相当慢地从接通状态回到断开状态，即比先前从断开状态转向接通状态要慢很多。在出现断开脉冲X＝-1之后，直到阻尼装置ES1被断开，总共用的时间为Th。

当本发明的阻尼装置作为回波阻尼装置按照欧洲标准DECT用于数字式无绳电话中时，在0分贝和-12分贝的阻尼值之间的时间应小于15毫秒，从出现断开脉冲到阻尼值为-9分贝的时间应大于70毫秒，从断开脉冲的出现，直到完全切断阻尼的总的断开时间应在100毫秒和250毫秒之间。

图1实施例中所示的数字式滤波器DF与五个参数有关，用这五个参数可以调节相应阻尼装置ES1的放大程度、起振时间、减幅时间、保持时间和阻尼因素。其中参数A1和A0用于阻尼的调节，参数B0和B1用于调节低通滤波器的陡度，参数K用于影响保持时间和接通特性、断开特性的不同变化过程。这样图1实施例中的数字滤波器DF提供了一种极简单的可能性，来实现图2c中所示的复杂阻尼过程。

图3是一个电话装置的原理图，它可用作所谓的自由对话式电话。为了在这种电话中防止扬声器SL产生的信号反馈到麦克风MI K中，在麦克风激活状态下，必须衰减输送给扬声器的信号，而在扬声器LS激活状态下，必须衰减输送给麦克风MI K的信号。图3示出了一个模拟信号源MI K，它从声信号形成一个模拟电信号，后者经一个第一模拟数字转换器AD1传到一个数字式信号线路SL1，在该线路SL1中的一个第一测量点MP1和一个第二测量点MP1′之间设置了本发明的阻尼装置ES1的调节器。该调节装置ES1的输出经一个第一数字模拟转换器DA1传送到一条线路上，该线路通向图中未示出的另一电话用户。从该用户来的信号以及由数字模拟转换器DA1提供的信号经一个第二模拟数字转换器AD2传送给一个第二信号线路SL2，在该线路SL2中的一个第一测量点MP2′和一个第二测量点MP2之间设置了另一个阻尼装置ES2的调节器，这个阻尼装置ES2的输出经一个第二数字模拟转换器DA2传送到一个电声耦合器，例如一个扬声器LS。为了评判阻尼装置ES1和ES2中哪一个应该接通或断开，设置了一个电平仪PW，用来比较信号线路SL1和SL2上的信号电平，并接通对输送较弱信号的信号线路SL1（或SL2）进行阻尼的那个阻尼装置ES1（或ES2）。作为评判线路SL1和SL2上的信号电平的标准，可以通过电平仪PW得出每条线路SL1和SL2上的数个前后相继跟随的信号值总量的平均值。此时电平仪PW可以按4点应答原理工作，即不仅考虑每个阻尼装置之前的信号电平，而且也考虑每个阻尼装置之后的信号电平。当然两点应答也是可能的。在两点应答情况下，建议将线路SL1上的测量点MP1处的信号与线路SL2上的测量点MP2处的信号相比较，或者将测量点MP1′处的信号与测量点MP2′处的信号相比较。

对于图3所示的装置，必须对两个阻尼装置ES1和ES2进行逆联控制，也就是说，当一个阻尼装置接通时，另一个阻尼装置应是断开的。

Claims

1、可转换的阻尼装置(ES1，ES2)，用于有选择地阻尼数字信号，包括一个用一个确定瞬时阻尼值的阻尼因子(At)，来评判信号值的调节器(MULT)，和一个在预定的接通及断开时间内步进地控制阻尼值变化的控制器(CM)，其特征是，控制器(CM)至少包含一个数字滤波器(DF)，它通过对接通脉冲或断开脉冲(X)滤波来控制阻尼值变量(Al′)。

2、按权利要求1的阻尼装置（ES1，ES2），其特征是，数字滤波器（DF）具有低通特性。

3、按权利要求1的阻尼装置（ES1，ES2），其特征是，数字滤波器（DF）具有带通特性。

4、按权利要求1的阻尼装置（ES1，ES2），其特征是，对接通脉冲滤波的数字滤波器（DF）具有低通性，对断开脉冲滤波的滤波器同样具有低通性。

5、按权利要求4的阻尼装置（ES1，ES2），其特征是，阻尼装置（ES1，ES2）的接通时间短于其断开时间。

6、按前述权利要求中之一的阻尼装置（ES1，ES2），其特征是，当一个检波器（DET）在一个传输线路上检测到一个信号时，对另一传输线路上的数字信号阻尼的阻尼装置（ES1，ES2）就被接通，该检波器（DET）从上述那个传输线路上的数个前后相继的信号值（｜Lsin｜）的绝对值中得出一个平均值，并将该平均值（|Lsi n｜）与一个极限值（Vsub）相比较，当超过该极限值（Vsub）时，该检波器（DET）就发出一个接通脉冲。

7、按权利要求6的阻尼装置（ES1，ES2），其特征是，只要超过极限值（Vsub），检波器（DET）就一直发出接通脉冲。

8、按前述权利要求6或7之一的阻尼装置（ES1，ES2），其特征是，只要超过极限值（Vsub），就一直接通阻尼装置（ES1，ES2）。

9、按前述权利要求6，7或8之一的阻尼装置（ES1，ES2），其特征是，用于阻尼值变量的控制器在检波器（DET）不再发出任何接通脉冲后的一段滞后时间（Ts）之后，为了断开检波器，通过对断开脉冲进行数字滤波来控制阻尼值变量。

10、按前述权利要求中之一的阻尼装置（ES1，ES2），其特征是，规定接通脉冲的下降前缘作为断开脉冲。

11、按前述权利要求中之一的阻尼装置（ES1，ES2），其特征是，设置了一个用于检测和评判要阻尼的信号的检波器，该检波器在要阻尼的信号大于一个预定的限值时能阻止阻尼装置（ES1，ES2）接通。

12、按前述权利要求中之一的阻尼装置（ES1，ES2）在一种电话系统中的应用，其特征是，用于阻尼数字信号的阻尼装置（ES1，ES2）设置在一个信号线路（SL1）上，并根据另一个信号线路（SL2）上是否存在信号而被接通或断开。

13、按权利要求12的阻尼装置（ES1，ES2）的应用，其特征是，设置了数字信号的一个第一和第二信号线路（SL1，SL2），每个信号线路（SL1，SL2）各设置一个阻尼装置（ES1，ES2），并设置了一个对两个信号线路（SL1，SL2）上的信号电平进行比较的比较器（PW），它使阻尼装置（ES1，ES2）接通，对较弱的信号进行阻尼。

14、按权利要求13的应用，其特征是，

一个阻尼装置（ES1，ES2）只能在另一个阻尼装置（ES2，ES1）被断开时才能接通。

15、按权利要求13的应用，其特征是，

一个阻尼装置（ES1，ES2）的接通与另一个阻尼装置（ES2，ES1）的断开是经过比较器（PW）耦合的。