CN1215653C - 二线全双工通道传输方法中用于回波补偿的装置 - Google Patents

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Abstract

一种在二线线路上以双工模式利用共频传输方法进行回波补偿的装置和方法，具有可调系数并具体为FIR滤波器的回波补偿滤波器设置在发射机输出和接收机输入之间，另外还设置了具有可调节系数的IIR滤波器，IIR滤波器的系数可被确定为FIR滤波器系数的函数。

Description

二线全双工通道传输方法中用于回波补偿的装置
技术领域
本发明涉及一种在二线线路上以双工模式利用共频传输方法进行回波补偿的方法。
背景技术
在二线线路上的数据双工传输中，即当在两个方向(上游和下游)上具有同时的传输时，来自相对机站的有用信号和由接收机本身的发射机产生的回波都在各自的接收机输入端发生。
尽管在频分多路传输方法的情况下能够通过有选择的滤波器来抑制破坏性的回波，但在共频传输方法中还需要特殊的装置用于回波补偿。
根据现有技术，具有回波补偿的传输系统可以体现为一个如图1所示的基本装置。由于产生的回波在很大程度上取决于模拟布线和所使用线路的参数，所以通常需要对回波补偿器进行自适应调节。
根据现有技术，回波补偿是通过使用FIR滤波器来模拟回波脉冲响应实现的。具有有限脉冲响应的滤波器即非递归滤波器，被称为FIR滤波器。发射信号与回波脉冲响应的卷积产生将被补偿的回波。FIR滤波器既可以是固定的，也可以是可自适应调节的。在自适应过程中最好使用梯度算法，因为它易于实现。例如，这种算法在Andreas Antoniou所著的教学手册《数字滤波器—分析、设计和应用》(ISBN 0-07-002121-X)的第625至634页有说明。在这里回波脉冲响应的持续时间决定了所需FIR滤波器的系数的数量。
根据现有技术，当回波脉冲响应的持续时间相对较长时，就会产生非常大量的FIR滤波器的系数。结果，滤波器的自适应过程非常缓慢，而且滤波器也因此具有很差的收敛特性。
发明内容
据此，本发明的目的是提供一种在二线线路上以双工模式利用共频传输方法进行回波补偿的装置和方法，其中没有使用这种“长”的，即系数丰富的FIR滤波器，而且能获得非常好的收敛特性。
为了实现上述目的，提供一种在二线线路上以双工模式利用共频传输方法在用户侧进行回波补偿的装置，该装置具有：用于以低数据速率发射发射机输出信号的发射机；用于内插发射机输出信号的第一插值装置；第一FIR滤波器，该第一FIR滤波器具有可调节的滤波系数，用于过滤通过第一插值装置内插的发射机输出信号；具有可调节滤波系数的IIR滤波器，该IIR滤波器的输入与第一FIR滤波器的输出相连；计算装置，该计算装置用于计算作为第一FIR滤波器滤波系数的函数的IIR滤波器的滤波系数；调节装置，该调节装置用于根据计算出的滤波系数调节IIR滤波器；第二FIR滤波器，该第二FIR滤波器的输入通过抽选装置与第一FIR滤波器的输出相连，该第二FIR滤波器的输出通过第二插值装置与第一求和点的负输入相连，第二插值装置设置用于将由接收机接收的接收信号转换到高数据传输速率，所述接收信号呈现在第一求和点的正输入；IIR滤波器的输出与第二求和点的正输入相连，第二求和点的负输入与第一FIR滤波器输出相连，第二求和点的输出与第三求和点的正输入相连，第二插值装置的输出信号供给到第三求和点的负输入，第三求和点的输出与第四求和点的负输入相连，第四求和点的正输入与第一求和点的输出相连，且第四求和点的输出与接收机相连。
根据本发明，为了达到发明目的，除了具有可调节滤波系数的回波补偿滤波器外，还设置了具有可调节滤波系数的IIR滤波器，即具有无限脉冲响应(无穷脉冲响应)的滤波器，也就是递归滤波器，所述IIR滤波器具体为FIR滤波器并且设置在发射机输出端和接收机输入端之间。
根据本发明，设置用于将IIR滤波器的系数调节为FIR滤波器的系数的函数的装置。这样就可以避免递归(IIR)滤波器通过梯度算法自适应过程中发生的收敛问题。
在本发明中，FIR滤波器的滤波系数能调节成为FIR滤波器的接收信号和输出信号的函数。这可以导致最佳收敛。
此外，在本发明中设置了另外一个FIR滤波器。这样通过两个缩短的FIR滤波器和一个低阶IIR滤波器的串联，可以特别好地模拟回波脉冲响应。
本发明中的另一个FIR滤波器设置在第一FIR滤波器的输出端和第一求和点的负输入之间。
在发射和接收方向上具有截然不同数据速率的数据传输过程中，当在发射方向上具有高数据速率而在接收方向上具有低数据速率时，在两个FIR滤波器与IIR滤波器输出端下游之间分别设置抽选装置。
在发射和接收方向上具有截然不同数据速率的数据传输过程中，当在发射方向上具有低数据速率而在接收方向上具有高数据速率时，在发射机和第一FIR滤波器之间设置插值装置，在第一和第二FIR滤波器之间设置抽选装置，并在第二FIR滤波器的输出端设置插值装置。
对于本发明的目的，同样可以通过提供一种在二线线路上以双工模式利用共频传输方法在交换机端或控制中心端进行回波补偿的装置实现，该装置具有：用于以高数据速率发射发射机输出信号的发射机；第一FIR滤波器，该第一FIR滤波器具有可调节的滤波系数，用于过滤所述发射机输出信号；具有可调节滤波系数的IIR滤波器，该IIR滤波器的输入与第一FIR滤波器的输出相连；计算装置，该计算装置用于计算作为第一FIR滤波器的滤波系数的函数的IIR滤波器的滤波系数；调节装置，该调节装置用于根据计算出的滤波系数调节IIR滤波器；第二FIR滤波器，该第二FIR滤波器的输入通过第一抽选装置与第一FIR滤波器相连，该第二FIR滤波器的输出与第一求和点的负输入相连，用于接收机的接收信号呈现在第一求和点的正输入，所述接收信号具有低的数据速率；第一FIR滤波器的输出与第三求和点的负输入相连，第三求和点的正输入与IIR滤波器的输出相连，第三求和点的输出通过第二抽选装置与第四求和点的正输入相连，第二抽选装置设置用于将接收信号转换到低数据传输速率，第四求和点的负输入与第二FIR滤波器的输出相连，第四求和点的输出与第二求和点的负输入相连，第二求和点的正输入与第一求和点的输出相连，且第二求和点的输出与接收机相连。
附图说明
结合附图，本发明可以通过下面对实施例的详细描述得到更好的理解，其中：
图1是根据现有技术具有回波补偿的双工传输系统的基本设计图；
图2是根据有技术具有回波补偿的双工传输系统的终端设计图，回波补偿是通过具有可调节系数的FIR滤波器实现的；
图3是具有用于回波补偿的本发明滤波的终端图；
图4是本发明的滤波器装置的实施例图；
图5是根据本发明在用户端具有用于ADSL系统的回波补偿的终端；
图6是根据本发明交换机端用于ADSL系统的相应终端。
具体实施方式
附图1示出了现有技术中具有回波补偿的传输系统的基本布置。这种布置用来在二线线路上进行双工数据传输过程中，即当在两个方向(上游和下游)上具有同时的传输时，对在各接收机输入端产生的回波进行补偿。在频分多路传输方法的情况下，通过使用选择滤波器能够抑制破坏性的回波，但对于本例中的共频传输方法，不可能这样做，并需要特殊的装置用于回波补偿。
因此附图1示出了双工数据传输系统的两个用户之间的连接，双工数据传输系统在二线线路上执行共频传输。
用户10和12通过二线线路14相连。用户10和12其中的一个当然也可以用中继局、数据网络结点或者类似设备来代替。用户10和12各包含一个发射机20和一个接收机22。正如电话技术中惯用的那样，在每种情形下在单个二线线路14上沿两个方向的信号传输都需要一个混合电路24。在每种情形下发射机20和接收机22之间都设置有回波补偿器，目的是抑制产生的本地回波。
由于产生的回波在很大程度上取决于模拟布线和所使用线路的参数，所以通常需要对回波补偿器进行自适应调节。附图2将对此进行更详细的说明。附图2只示出了通过FIR滤波器(具有有限脉冲响应的滤波器)进行回波补偿的用户，即回波补偿是通过具有自适应调节系数的非递归滤波器实现的。附图2同时还代表作为本发明基础的现有技术。
附图2中的用户16也包括发射机20、接收机22和混合电路24，在混合电路24处二线线路14与网络相连。此外，在发射机20与混合电路24之间及接收机22与混合电路24之间分别安装了发射滤波器30和接收滤波器32。在此例中使用了FIR滤波器34作为回波补偿器，FIR滤波器34的系数可以调节为接收机22处产生的信号的函数。FIR滤波器34的输入与发射机20的输出相连，其输出与一个求和点36的负输入，求和点36另一个输入连接至接收滤波器32的输出，求和点36的输出连接至接收机22的输入。
这样，由具有可调节系数的FIR滤波器34滤波的发射机20信号经被从接收信号中减去，接收信号是经由接收滤波器32引导的。按照这种方式，如果FIR滤波器34能够理想地模拟回波脉冲响应，则产生的本地回波在理论上能被完全抑制。
因此可以使用FIR滤波器34模拟回波脉冲响应，以实现回波补偿。将发射机20的发射信号与由FIR滤波器34模拟的回波脉冲响应进行卷积，使回波得到补偿。根据现有技术，FIR滤波器34既可以是固定的，也可以是自适应调节的。对于自适应，最好使用梯度算法，因为它易于实现，例如，这种算法在Andreas Antoniou所著的教学手册《数字滤波器—分析、设计和应用》(ISBN 0-07-002121-X)的第625至634页有说明。回波脉冲响应的持续时间决定了所需FIR滤波器系数的数量。这经常导致很长(系数多)的FIR滤波器。滤波器自适应过程的收敛非常缓慢，而且滤波器收敛特性也不令人满意。
根据本发明，附图3提供了一种解决方案，其中使用了一种相对较短的具有可调滤波系数的FIR滤波器40。正如现有技术中所知的那样，对滤波系数的调节可以通过解析或者交互的方式实现，例如使用梯度算法。
在FIR滤波器40的下游连接了一个IIR滤波器42，IIR滤波器42是一个递归滤波器，即具有无限脉冲响应(无穷脉冲响应)的滤波器。
在现有技术中，以前避免使用这种递归IIR滤波器，因为在这种滤波器的自适应过程中，例如使用梯度算法时，会产生相当大的收敛问题。
根据本发明，IIR滤波器42的系数由FIR滤波器40的系数确定。
特别地，在这里附图3所示的电路与附图2所示的现有技术设计相同，具有发射机20和接收机22。发射机20发出的信号经过发射滤波器30输入至混合电路24，网络二线线路14在混合电路24开始。二线线路14接收到的信号输入至接收滤波器32，信号在与回波补偿信号相减之后从收滤波器32输入至接收机22。
但是，与附图2中使用具有可调节系数的传统FIR滤波器34不同，在附图3中设置了不同类型的回波补偿电路。发射机20发出的信号首先还是输入至具有可调节系数的FIR滤波器40，然而这个滤波器设计的相当短，但却具有同等的回波补偿性能。FIR滤波器40的滤波系数的确定还是通过FIR滤波器40的输出信号和接收滤波器32提供的接收信号之间的差异实现。
此外，滤波器输出之上还有几级，用于对滤波系数进行计算，从FIR滤波器中抽取出输出信号e1，输出信号e1连接至求和点36的负输入，求和点36的正输入连接至接收滤波器32的输出。求和点36的输出在到达接收机22之前，被输入至另一个求和点44。此外，另一个输出信号被从FIR滤波器40中除去，输出信号输入至一个低阶递归(IIR)滤波器42的输入。IIR滤波器42的系数由FIR滤波器40的系数决定。下面将结合附图4说明决定系数的方法。IIR滤波器42的输出信号e2输入至求和点44负输入。
按照这种方式，通过缩短的FIR滤波器40和低阶递归IIR滤波器42的互连模拟了回波脉冲响应。
按照这种方式，通过使用总体较短并且具有更好收敛特性的滤波器可以模拟所需的回波脉冲响应。
通过附图4对滤波器40和42的设计进行详细说明。滤波器40是一个传统的n阶非递归FIR滤波器，其系数C0(原文如此)至Cn由输出信号滤波器和从接收滤波器32产生的信号用一种常用的算法解析或迭代地确定。
对于回波补偿，在此滤波器端的前两级，即在求和点之前，在此求和点由系数Cn-2加权的值被相加，滤波器信号被抽取作为输出信号e1。同时，被输入到用于将其与系数Cn-2相乘的装置的信号也被抽取，它被输入至IIR滤波器42。IIR滤波器42的系数a0、b0和b1从FIR滤波器40最后几级的系数，即从系数Cn-2、Cn-1和Cn计算而出。附图4中还给出了相应的计算方法。因此FIR滤波器40的最后几级的系数仅仅用来确定相应的系数Cn-2、Cn-1和Cn，而这些系数又被用于计算IIR滤波器42的系数。
依照这种方式，回波补偿的收敛能得到改善，还可以使用总体较短的滤波器，而且不会产生由于递归滤波器运用梯度算法进行自适应而产生的收敛问题。
如果数据传输的数据速率在两个方向上截然不同，例如使用ADSL方法，则使用本发明可以获得更多的优点。当在两个方向上具有不同的数据速率时，事实上需要进行相应的抽选或插值。在现有技术中具有进行抽选或插值的相关方法或装置，例如在Ronald E.Crochiere和LawrenceR.Rabiner所著的教学手册《多速率数字信号处理》(ISBN：0-13-605162-6)中可以查到相关技术。
在上游接收机中(在交换机处)，发射信号以比接收信号高w倍的时钟频率进行采样，在这里可以设为w＝8。当在自适应回波补偿器的输出端进行插值之后，回波得到重构。
在下游接收机中(在用户处)，接收信号以比发射信号被发射时的时钟频率高w倍的时钟频率进行采样。在回波补偿器的输出端，回波必须以w倍的采样频率进行重构。通过使用非递归滤波器实现这一步骤，非递归滤波器包含w套不同的系数(每一套系数用于每个传输符号的采样值)。这与插值级相符合。
根据本发明，这个过程还可以得到极大简化。附图5和6分别示出了各自的电路。附图5示出了“用户”一侧，例如在ADSL的情况下，其中是以低速率进行发射，以高速率进行接收。这里也一样，仍设置了发射机20，发射机20经发射滤波器30连接至混合电路24，在收滤波器32二线线路14与交换机相连。通过二线线路14来自交换机的信号经由混合电路24被传导至接收滤波器32，并在减去各自的回波值之后，从那里输入至接收机22。接收滤波器32和接收机22在此处以高数据速率运行，而发射机20和发射滤波器30以低数据速率运行。
在这里通过将两个缩短的FIR滤波器和一个低阶递归IIR滤波器串联来模拟回波脉冲响应。第一FIR滤波器40以高采样速率运行，因此需要插值级50。第二FIR滤波器52以低采样速率运行，采样速率由抽选级54产生，可以产生非常有利的转换特性。IIR滤波器42以较高采样速率运行，其系数按结合附图3和4说明的方法确定。
在用户一侧上游回波，例如ADSL系统的补偿，将在下面结合附图5进行详细说明，其中发射是以低速率进行，接收是以高速率进行。由发射机20以低速率发射的信号输入至插值级50的回波补偿装置中，插值级50完成相应的零码速调整。相应的扩展信号输入至第一FIR滤波器40，第一FIR滤波器40的系数已经确定，例如通过梯度算法确定。与附图3中所示的一样，第一FIR滤波器40的输出信号输入至IIR滤波器42。IIR滤波器42的系数也已经按照附图3和4中所示通过第一FIR滤波器40的系数确定。附图5中使用粗箭头“系数转换”表示。第一FIR滤波器40的输出信号输入至一个求和点56的负输入，求和点56的正输入连接至IIR滤波器42的输出。
此外，FIR滤波器40的输出连接至抽选装置54，抽选装置54保证第二FIR滤波器52能够在发射机的较低采样频率下运行。具有减小频率的信号相应地输入至第二FIR滤波器52。然后其输出信号当然必须在另一个插值过程中转换成为接收机端的高数据速率，插值由第二插值装置58实现。插值装置58的输出相应地连接至求和点36的负输入，求和点36的正输入连接至接收滤波器32。除了其他功能之外，求和点36的输出用于确定两个滤波器40和52的系数(通过这些系数也间接地确定了IIR滤波器42的系数)。
插值装置58的输出信号另外还输入至求和点60的负输入，求和点60的正输入连接至求和点56的输出。求和点60的输出连接至另一个求和点44的负输入，求和点44的输出连接至接收机22，求和点44的正输入连接至求和点36的输出。
如附图6所示，在交换机端或者控制中心端，以高数据速率进行发射，以低数据速率进行接收。这个交换机端也包括发射机20，发射机20经由发射滤波器30连接至混合电路24，通向用户的二线线路14在此连接。从用户传至二线线路14的信号经混合电路24传递至接受滤波器32，并最终到达接受机22。根据本发明，此处还设置了特别的回波补偿装置，这个装置非常适用于这种具有高发射数据速率和低接收数据速率的应用。对于根据ADSL标准的数据传输最好也设置一个这种设备。
如附图5所示一样，在这里通过两个缩短的FIR滤波器和低阶递归(IIR)滤波器的串联模拟了回波脉冲响应。第一FIR滤波器40也是在高采样频率下运行，采样频率当然可以从发射机20直接获得。第二FIR滤波器52在接收机一端的低采样频率下运行。为了适应数据速率，在第一FIR滤波器40的输出和第二FIR滤波器52的输入之间连接了抽选装置70。如在附图3和4中特别示出的一样，第一FIR滤波器40的另一个输出仍连接至IIR滤波器42，IIR滤波器42的系数还是由第一FIR滤波器40系数的函数确定。这在图中也用黑箭头“系数转换”显示。另一方面，第一FIR滤波器40的输出输入至抽选装置70，并从该装置输入至第二FIR滤波器52。此外，它还输入至求和点56的负输入，求和点56的正输入又连接至IIR滤波器42的输出。但是，在这里没有必要为了把这个信号减小到接收端的低数据速率而将求和装置56的输出信号输入至另一个抽选装置72。
第二FIR滤波器52的输出信号当然已经处在接收端的低数据速率，它依次又输入至求和点36的负输入，求和点36的正输入连接至接收滤波器32的输出。求和点36的输出信号依次用于确定FIR滤波器40和52的系数。这里仍通过滤波器40和52之上的用具有黑箭头的信号线表示。第二FIR滤波器52的输出信号另外被输入至求和点60的负输入，求和点60的输出连接至求和点44的负输入。求和点44的正输入连接至求和点36的输出，求和点44的输出连接至接收机22。为了适当地调整数据速率，在求和点56的输出和求和点60的输入之间还连接了另一个抽选装置72。抽选装置70保证第二FIR滤波器52在接收机的低采样频率下运行，这样能够获得非常令人满意的收敛特性。IIR滤波器42在发射机端的高采样频率下运行。通过使用这种电路，在通过梯度算法对递归(IIR)滤波器进行自适应过程中产生的收敛问题得以避免，因为IIR滤波器的系数是由第一FIR滤波器40的系数确定的。确定系数的方法与附图3和4中说明的方法一致。而且，IIR滤波器的系数还可以从第一FIR滤波器40的系数计算出来，正如上述的分析或迭代的方式(例如也可以使用梯度算法)。另外，通过在第一FIR滤波器40中增加滤波系数的数值，还可以对IIR滤波器42的系数进行优化。
特别地，在发射和接收方向上数据速率截然不同的数据传输应用中，例如在ADSL标准中，使用本发明可以使进行回波补偿的滤波器结构和回波补偿的方法得到极大的简化。本发明还可以使回波补偿滤波器的自适应获得令人满意的收敛特性。

Claims (2)

1、一种在二线线路(14)上以双工模式利用共频传输方法在用户侧进行回波补偿的装置，该装置具有：
(a)用于以低数据速率发射发射机输出信号的发射机(20)；
(b)用于内插发射机输出信号的第一插值装置(50)；
(c)第一FIR滤波器(40)，该第一FIR滤波器(40)具有可调节的滤波系数，用于过滤通过第一插值装置(50)内插的发射机输出信号；
(d)具有可调节滤波系数的IIR滤波器(42)，该IIR滤波器(42)的输入与第一FIR滤波器(40)的输出相连；
(e)计算装置，该计算装置用于计算作为第一FIR滤波器(40)滤波系数的函数的IIR滤波器(42)的滤波系数；
(f)调节装置，该调节装置用于根据计算出的滤波系数调节IIR滤波器(42)；
(g)第二FIR滤波器(52)，该第二FIR滤波器(52)的输入通过抽选装置(54)与第一FIR滤波器(40)的输出相连，该第二FIR滤波器(52)的输出通过第二插值装置(58)与第一求和点(36)的负输入相连，第二插值装置(58)设置用于将由接收机接收的接收信号转换到高数据传输速率，所述接收信号呈现在第一求和点(36)的正输入；
(h)IIR滤波器(42)的输出与第二求和点(56)的正输入相连，第二求和点(56)的负输入与第一FIR滤波器(40)输出相连，第二求和点(56)的输出与第三求和点(60)的正输入相连，
第二插值装置(58)的输出信号供给到第三求和点(60)的负输入，第三求和点(60)的输出与第四求和点(44)的负输入相连，第四求和点(44)的正输入与第一求和点(36)的输出相连，且第四求和点(44)的输出与接收机(22)相连。
2、一种在二线线路(14)上以双工模式利用共频传输方法在交换机端或控制中心端进行回波补偿的装置，该装置具有：
(a)用于以高数据速率发射发射机输出信号的发射机(20)；
(b)第一FIR滤波器(40)，该第一FIR滤波器(40)具有可调节的滤波系数，用于过滤所述发射机输出信号；
(c)具有可调节滤波系数的IIR滤波器(42)，该IIR滤波器(42)的输入与第一FIR滤波器(40)的输出相连；
(d)计算装置，该计算装置用于计算作为第一FIR滤波器(40)的滤波系数的函数的IIR滤波器(42)的滤波系数；
(e)调节装置，该调节装置用于根据计算出的滤波系数调节IIR滤波器(42)；
(f)第二FIR滤波器(52)，该第二FIR滤波器(52)的输入通过第一抽选装置(70)与第一FIR滤波器(40)相连，该第二FIR滤波器(52)的输出与第一求和点(36)的负输入相连，用于接收机(22)的接收信号呈现在第一求和点(36)的正输入，所述接收信号具有低的数据速率；
(g)第一FIR滤波器(40)的输出与第三求和点(56)的负输入相连，第三求和点(56)的正输入与IIR滤波器(42)的输出相连，第三求和点(56)的输出通过第二抽选装置(72)与第四求和点(60)的正输入相连，第二抽选装置(72)设置用于将接收信号转换到低数据传输速率，第四求和点(60)的负输入与第二FIR滤波器(52)的输出相连，第四求和点(60)的输出与第二求和点(44)的负输入相连，第二求和点(44)的正输入与第一求和点(36)的输出相连，且第二求和点(44)的输出与接收机(22)相连。
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