CN1254928C - 适配的非线性回波补偿器 - Google Patents

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Abstract

L级信息信号用的非线性回波补偿器包括系数存储器的多个组(202，204，206，208)，其中每个系数存储器组被分配给信息信号的N个相继符号的至少一个字节组，包括与发射信道(12)连接的一个选择电路(102；210)，以便接收输出的信息信号，并且选择电路在此情况下借助于信息信号的一个现行接收值和N-1个以前的符号，选择分配给通过这些符号形成的字节组的组，以及包括一个重叠电路(140，150；216；406)，此重叠电路在此情况下将组的系数相继以符号节拍与在接收信道上进入的一个信息信号重叠。回波补偿器是尤其适合用于数据传输系数中的，在此数据传输系统中信息信号的发射脉冲持续时间是局限到NT上的，在此T是信息信号的符号周期。

Description

适配的非线性回波补偿器
技术领域
本发明涉及一种非线性回波补偿器以及合有一个这样的非线性回波补偿器的一种回波补偿器装置。
背景技术
在经线路的两个终端设备之间的双工数据传输中采用这样的回波补偿器，以便在一个终端设备的接收机的输入端上抑制由同一终端设备的发射信号馈入线路上引起的回波。当在两个方向上以相同频带传输时，这种回波抑制是必要的。例如从US-A-5 132 963，US-A-4 465545和US-Re.31 253中公开了具有回波补偿器的传输系统。
对这样的回波补偿器的要求随着增加的线路长度和因此随着增长的线路衰减而上升，因为在此由终端设备接收信号的电平在下降，而主要由此终端设备本身产生的回波的电平近乎保持不变。在很长的线路上回波信号的电平超出接收信号的电平许多倍(30-40dB)，以致于必须对补偿精度提出高要求。在补偿之后，按所传输信号的级和整个系统对噪声抑制的要求不同，必须实现接收信号距离残余回波信号的信噪比大于30dB。
图6展示了具有两个数据传输装置的一种典型双工传输系统的方框电路图，这些数据传输装置各自包括一个发射机2、一个接收机4和也称为桥接岔路或转接设备的一个线路连接6，在此线路连接6的功能在于，将数据从发射机2输入传输线路8中和将经传输线路到达的数据传送到接收机4上。通常借助于安置在线路连接6中的模拟的线路仿真补偿回波的一部分。在Trick及其它人著的ntz-Archiv(ntz档案)卷10，59-68页(1988)中说明了这样线路转接的多个变型。由于可能的可转接线路的多样性和由于所采用构件的偏差以此仅能补偿出现回波信号的一部分。
因此如图7中所示那样，借助于数字式系统(数字式回波补偿器)补偿出现的回波主要部分。此图示意地展示带有线路编码器16的数据传输装置的构造，此线路编码器将到达的数据转换成在传输线路8上采用的信号格式，并且输出到一个发射信道12上，经此发射信道将数据既输送给发射机2也输送给回波补偿器10。发射机2包括用于应传输信息信号的时间上的平滑和频谱限制的一个脉冲形成器18，以及连接在其上的一个放大器(线路驱动器)20。此放大器是非线性失真的主要根源，失真的程度取决于实施的花费和所需的损耗功率。
必须如此来调节补偿器10的参数，使得回波补偿器的输出信号尽可能准确地与接收信道14上的残余回波信号一致，回波补偿器的输出端是连接到此接收信道上的。在此应考虑通过卷积在发射信道上运行的，具有发射机脉冲应答h(t)的数据序列而产生的线性回波组分，此外出现发射机输出信号中的，由数据序列的符号的顺序决定的非线性组分，并且这些组分决定于，按这些符号的组合不同两个不同发射信号符号之间的发射机的瞬态特性可能是不同的。从此在接收机输入端上产生在多个符号周期T的过程中衰减的和不能用非线性回波补偿器抑制的干扰脉冲。
在迄今已知的用于非线性回波补偿的补偿器结构上不按非线性度的产生地点(发射机或接收机)来区分非线性度。从此得出，当回波脉冲应答在M个符号周期过程中(在此M＞N)衰减因此有M*T的持续时间时，在回波补偿时必须考虑在此时间期间发射的所有M个符号。存储器方法和沃特拉级数方法对此是常用的。
在存储器方法上取决于事先发射符号的值来存储所有在接收机中出现的回波值。虽然以此可以消除无论发射机的，还是接收器的非线性度，对此所需的存储器位置的数目却随着脉冲应答的长度指数地增长，并且在L级的发射信号情况下此数目为S＝LM。
在沃特拉级数方法上首先将回波信号展开成沃特拉级数，在此沃特拉级数中考虑了直到对回波信号组合的长度M的发射符号所有组合的量值。甚至在这里在一般情况下S＝LM个不同组合用的存储器位置是必要的。虽然按非线性度的程度不同可以提前中断级数，和因此减少应考虑系数的数目，在增长着的回波脉冲应答长度和多级传输的情况下花费都是很大的。
从US5,146,494中公开了具有多个系数存储器的一种非线性回波补偿器，给这些系数存储器各自分配了信息信号的一个符号，并且用此符号编址这些系数存储器。此外安排了用其将由存储器读出的系数重叠在一个接收信号上的重叠装置。
从US5,148,427中公开了由一个线性的和一个非线性的回波补偿器形成的一种回波补偿器。线性回波补偿器具有一个数字式横向滤波器。
发明内容
本发明的任务在于，说明在其上可观地减少存储器花费的一种补偿器结构。这种结构是尤其适合于补偿在发射机中产生的非线性度的。
通过L级信息信号用的非线性回波补偿器解决此任务，此回波补偿器：具有多个系数存储器组，在此每个组是分配给信息信号的N个相继符号的至少一个字节组(Tupel)的；具有与一个发射信道连接的一个选择电路，以便接收输出的信息信号，并且此选择电路在此情况下借助于信息信号的一个现行接收的值和N-1个以前的符号选择分配给由这些符号形成的字节组的组，并且具有一个重叠电路，此重叠电路在此情况下相继以符号节拍将组的系数与在一个接收信道上进入的信息信号重叠。
优选采用数字式横向滤波器作为子滤波器。
在此每组系数可以形成数字式横向滤波器形式的子滤波器。
选择电路合理地在此情况下借助于信息信号的现行接收的值和N-1个以前的符号激发分配给由这些符号形成的字节组的子滤波器，并且设置了重叠电路，以便将进入的信息信号与子滤波器的应答信号重叠。此措施保证，在每个符号周期中将进入的信息信号与现行激发的子滤波器的第一个系数重叠，必要时与在以前的符号周期中激发的一个子滤波器的第二个系数重叠，一般地与已过去n-1个符号周期的一个符号周期的第n个系数重叠，并且因此获得在发射机中相继引起的非线性度的准确仿真。
另可选择地每组系数可以形成以行和列组织的存储器矩阵的一个列，在此选择电路在此情况下在一个符号周期中选择分配给字节组的组的第一个系数和在随后的符号周期中各自选择组的随后的系数，并且重叠电路将进入的信息信号与所选择的系数的总和重叠，以便因此获得在发射机中相继引起的非线性度的准确仿真。
每组的系数数目合理地是按由分配的字节组引起的回波信号组分的持续时间来选择的系数数目在此是可以按最长的回波信号组分的持续时间对于所有的组相同地或单个地与各自的回波信号组分的长度适配的。
可以有利地结合线性回波补偿器采用按本发明的非线性回波补偿器。由于在回波信号中线性部分占优势，线性补偿器可以实施粗略补偿，以致于降低了由各组应生成应答的幅值和可以较少地维持应答的系数数目。
回波补偿器是可有利地采用在一种数据传输系统中的，此数据传输系统具有接收发射信道上的应发射数据和输送到传输线路上的发射机，发射机中的信息信号的发射脉冲持续时间在此是局限到NT上的，在此T是信息信号的信号周期。发射脉冲持续时间的这种局限隐含着，在任何时刻由发射机输出的信号是通过最多N个符号确定的，在此这些N个符号也决定发射机输出中的非线性度。
附图说明
借助于涉及附图的实施例的下列说明得出本发明的其它特征和优点。所示的：
图1为按本发明非线性回波补偿器的方框电路图；
图2为按本发明非线性回波补偿器的一种第二结构；
图3为用于在来自图2的非线性回波补偿器中系数调节的电路装置；
图4A-C为具有一个线性的和一个非线性的回波补偿器的，以及必要时具有一个固定的递归滤波器的补偿器装置；
图5为一种线性的回波补偿器；
图6为一种常规的传输系统；
图7为具有回波补偿器的传输装置；
图8为一种理想化的发射脉冲；
图9为线路驱动器输出端上的眼图；
图10为发射机输出端上的非线性干扰脉冲；和
图11为接收机输入端上的非线性干扰脉冲。
具体实施方式
以下的说明涉及具有L＝4级-3-1，1，3(2B1Q-编码)的信息信号。对于专业人员来说是毫无困难地可以普遍化到其它级的信号上的。
图8展示一个理想化的发射脉冲，正如由像图7中所示的传输装置的脉冲形成器18可以生成此发射脉冲那样。发射脉冲的持续时间是局限到最长为2T上的，T在此是传输装置的符号持续时间。图9展示具有如此在时间上局限的脉冲的，一个四级信息信号的眼图。人们在眼图上发现，在任何时刻位于线路驱动器20上的信号电平取决于最多两个符号。在单个脉冲局限于2*T的情况下线路驱动器的输出信号可以相应地由线性部分和非线性部分组成。通过卷积具有发射机脉冲应答h(t)的应发射四级数据序列，人们获得线性部分。非线性部分由时间上推移的失真脉冲组成，这些失真脉冲相当于发射信号的两个符号之间的过渡。在四级传输系统上和在脉冲持续时间为2*T的情况下，存在着相当于16个可能的数据过渡的总共16个可能的不同失真脉冲应答。
借助于实例应更准确地阐述非线性失真脉冲。简化地引用具有饱和特性的静态输出特性曲线作为线路驱动器的非线性的失真。在考虑已有操纵界限的条件下，在正弦形操纵时产生各自针对基波的，为-45dB的三次高波的和为-50dB的五次高波的部分。在线路驱动器的输出端上已测得图10中所示的非线性失真脉冲。该图展示总共五个脉冲，相当于从+3向±1的，从+1向±3的和从+3向-3的过渡。通过符号反向得出其它五个失真脉冲，四个失真脉冲(+3向+3，+1向+1，-1向-1和-3向-3)是不存在的，并且余下的两个(+1向-1，-1向+1)的是可忽略的。
通过人们将这些干扰脉冲重叠于线性输出信号上的方法，因此获得实数的发射信号。然后由于回波路径的分散特性，在接收机的输入端上产生在多个符号周期之后才衰减的干扰脉冲。图11展示这些干扰脉冲。线性的回波补偿器是没能力补偿这些干扰脉冲的。
如果发射脉冲的持续时间一般是局限到N*T上的话，人们因此可发现，在此情况下放大器20的输入电平是通过N个最后的符号确定的，并且非线性干扰脉冲是不能单独通过两个最后传输的符号确定的，而是必须取决于总共N个最后的符号。在这样的情况下应考虑总共LN个不同的干扰脉冲。
图1中示意地展示的非线性回波补偿器的设计基于此考虑，可以采用该回波补偿器作为来自图7的传输装置的回波补偿器10。此非线性回波补偿器包括具有两个输入端104、106和L2个输出端的去复用器形式的一个选择电路102，从这些输出端中仅表示了三个110、112、114。回波补偿器是为局限于2T的脉冲持续时间的一个信息信号设计的。第一输入端104是直接连接到一个发射信道上的，第二输入端106是经各自延迟一个符号周期T地输出发射信号的延迟登录器120连接到发射信道上的。因此现行在发射信道上传输的符号d(k)和较早一个符号周期传输的符号d(k-1)各自位于选择电路102的输入端上。
给符号的每个组合(d(k)，d(k-1))分配一个输出端110、112、114。当所分配的组合位于选择电路上时，读出一个激发信号，例如逻辑1，到输出端上。当d(k)＝3和d(k-1)＝3时，则例如输出端110因此获得逻辑1，否则获得0。
一个数字式横向滤波器130、132、134是连接到输出端中的每一个110、112、114上的。这些子滤波器中的每一个以本身已知的方式含有一串延迟登录器136，含有连接到延迟登录器串的输入端和输出端上的以及连接在延迟登录器之间的，用于与存储的可调节系数相乘的乘法器138，和含有用于将乘法器输入信号相加的一个加法器140。输出加法器150相加输出信号和因此形成一个补偿信号。
在每一个符号周期中激发子滤波器130、132、134中的一个，此子滤波器随即在相当于它的延迟登录器136数目的一个数目周期期间再生一个特征序列的补偿值，此序列仿真由相应的符号对在发射机中引起的非线性干扰。在某个数目的周期之后该干扰衰减落到在其下补偿是不再必要的极限值之上。延迟登录器串的长度是按此周期数目选择的。
存在着引起等同的非线性干扰的符号对，给这样的符号对是可以共同分配一个子滤波器的。
给没有引起显著非线性度的符号对是不必分配子滤波器的。
通常局限于N*T持续时间的信息信号用的，按图1中所示设计原理的非线性回波补偿器拥有具有N个输入端和N-1个延迟登录器120的一个选择电路102，这些延迟登录器形成一个串，以便将N个最后的符号施加到选择电路102的输入端上。按照应考虑的非线性干扰脉冲的数目，子滤波器的数目为W＝LN。下列的表展示2T或3T的发射脉冲长度用的和不同级用的最大所需子滤波器的数目。
         表I
  L  N＝2用的W  N＝3用的W
  2  4  8
  3  9  27
  4  16  64
  8  64  512
取决于实际在发射机中出现的非线性度，实际必须的子滤波器的数目可以是小于表I中所说明的。
从表中可以看出，尤其是在短的发射脉冲(N＝2)上和在具有少量级(例如L＝4)的线路码上，上述补偿器结构是用于补偿非线性回波信号的一种有利的可能性。
图2展示按本发明非线性回波补偿器的一个第二发展。该回波补偿器包括具有各含有M个系数的W个列202、204、206、208的，矩阵状以列和行组织的一个存储区，包括用于读取和写入系数的地址逻辑电路形式的一个选择电路，包括用于存储回波补偿器的最后M个状态的一个状态存储器212、一个暂存器214、一个加法器216和一个存储器218。
回波补偿器的状态是作为N个最后发射的符号的组合定义的。当d(k)表示现行在发射信道上传输的符号时，最近存储在状态存储器212的单元1中的状态则包括符号d(k)、d(k-1)、…、d(k-N)，存储在单元2中的状态包括符号d(k-1)、d(k-2)、…、d(k-N-1)，等等。在每个符号周期中通过现行的状态代替当时最老的存储的状态。每个状态表征在相应的符号周期中激发的子滤波器。
在每个符号周期的开始将存储器218内容置于0上，然后递差地由地址逻辑电路210读取M个存储的状态，在此采用第j个状态(j＝1，…，M)用于编址存储区200的分配给此状态的列的第j个单元。具有在其中存储的系数的这个列形成分配给此状态的子滤波器。
将编址的系数传输入暂存器214中，并且由加法器216添加于已含有在存储器218中的值。在读取和相加了属于所有M个状态的系数之后，存储器218含有对于有关符号周期所需的补偿值。
图3中所示的用于系数调节的电路装置含有在很大程度上像来自图2非线性回波补偿器那样的同一的元件。这些元件是用相同的相关号占用的，并且不重新说明。调节逻辑电路300接收说明在接收信道上的，在补偿信号和实际回波之间差值的差错信号。由加法器216将此差值信号相加或减除于借助地址逻辑电路210读取的；装载入暂存器214中的系数，并且返回写入系数的存储单元中。
合理地附加于上述非线性的回波补偿器，整个回波补偿器10(图7)也包含一个线性回波补偿器402，此线性回波补偿器如图4A中所示那样平行于非线性回波补偿器400接收发射信道12的数据，和抑制数据的线性回波组分。虽然用非线性回波补偿器单独补偿线性回波组分也是可能的，但是由于线性回波组分的幅值和持续时间通常是大于非线性回波组分的幅值和持续时间的，既考虑到在非线性回波补偿器中应处理系数的宽度(位数目)，也考虑系数的数目，有利的是安排线性补偿器402。图5中展示了线性补偿器的构造。它是与来自图1的子滤波器130、132、134的构造等同的，并且因此不需重新细述。基于线性干扰较高的幅值和持续时间，线性补偿器的位宽度和长度(系数数目)可能是大于子滤波器的位宽度和长度的。
附加地通过采用固定的数字式滤波器，例如采用具有如图4B和C中所示的传递函数
H(z)＝1/[1-(1-2-n)*Z-1]的第一阶递归式滤波器404，进一步减少回波补偿器的必要长度，即系数的数目。此滤波器404是可以单独与线性补偿器402串联的(图4B)，或者可以如图4C中所示那样是连接在加法器406后面的，使得滤波器对线性的和甚至非线性的补偿器的补偿信号起作用。尤其在铜双线线路用的传输系统上，后者的装置是允许减少线性的以及甚至非线性的补偿器的系数数目。在这样的用途上具有传递函数H(z)＝1/[1-0.875*Z-1]的滤波器已证实是良好地适合的。
相关号清单
2            发射机
4            接收机
6            线路转接
8            传输线路
10            回波补偿器
12            发射信道
14            接收信道
16            线路编码器
18            脉冲形成器
20            线路驱动器
102           选择电路
104、106      输入端
110、112、114 输出端
120           延迟登录器
130、132、134 子滤波器
136           延迟登录器
138           乘法器
140           加法器
150           加法器
200           存储区
202、204、
206、208      列
210           地址逻辑电路
212           状态存储器
214           暂存器
216           加法器
218           存储器
300           调节逻辑电路
400           非线性回波补偿器
402           线性回波补偿器
404           滤波器
406           加法器

Claims (16)

1.L级信息信号用的回波补偿器装置，具有一个非线性的回波补偿器，该回波补偿器具有：
多个系数存储器组(202，204，206，208)，其中每个系数存储器组被被分配给信息信号的N个相继符号的至少一个字节组，
与一个发射信道(12)连接的一个选择电路(102，210)，以便接收输出的信息信号，并且该电路借助于信息信号的一个现行接收的符号和N-1个以前的符号对被分配给通过这些符号形成的字节组的组进行选择，和
一个重叠电路(140，150；216；406)，此重叠电路将组的系数相继以符号节拍与在一个接收信道上进入的信息信号重叠。
2.按照权利要求1的回波补偿器装置，其中，每组系数形成数字式横向滤波器形式的一个子滤波器(130，132，134)。
3.按照权利要求2的回波补偿器装置，其中，选择电路(102)借助于信息信号的现行接收的符号和N-1个以前的符号激发分配给通过这些符号形成的字节组的子滤波器(130，132，134)，并且在此设置了重叠电路(140，150)，以便将进入的信息信号与子滤波器(130，132，134)的应答信号重叠。
4.按照权利要求1的回波补偿器装置，其中，每组系数形成以行和列组织的存储器矩阵(200)的一个列(202，204，206，208)，选择电路(210)在一个符号周期中选择被分配给字节组的组的第一个系数；并且在随后的符号周期中各自选择该组的相继的系数，以及重叠电路将进入的信息信号与选择的系数总和进行重叠。
5.按照权利要求4的回波补偿器装置，其中，选择电路(210)包括相当于矩阵行数目的一定数目的用于存储字节组的存储单元(212)，并且设置了选择电路，以便在每个符号周期中通过现行的字节组代替存储在存储单元中的字节组中的最老的字节组。
6.按照权利要求1-5之一的回波补偿器装置，其中，N等于2或3。
7.按照权利要求1-5之一的回波补偿器装置，其中，L等于2，3，4或8。
8.按照权利要求1-5之一的回波补偿器装置，其中，该组的系数数目是根据由被分配的字节组所引起的回波信号组分的持续时间选择的。
9.按照权利要求1-5之一的回波补偿器装置，其中，仅给引起超出规定最低值的一个回波信号组分的那些字节组分配了组。
10.按照权利要求1-5之一的回波补偿器装置，其中，回波补偿器装置上的系数是可调节的。
11.按照权利要求1-5之一的回波补偿器装置，具有一个线性回波补偿器(402)，其中，线性的回波补偿器是一种数字式横向滤波器，并且具有用于将在接收信道上进入的信息信号与线性回波补偿器的输出信号重叠的一个第二装置(406)。
12.按照权利要求11的回波补偿器装置，其中，用于重叠的两个装置是通过一个加法器形成的。
13.按照权利要求11的回波补偿器装置，其中，固定的递归式滤波器(404)是与线性补偿器(402)串联的。
14.按照权利要求13的回波补偿器装置，具有用于非线性回波补偿器(400)的和线性回波补偿器(402)的输出信号相加的加法电路(406)，其中，递归式滤波器(404)的输入端是连接到加法电路(406)的输出端上的。
15.按照权利要求13的回波补偿器装置，其中，递归式滤波器(404)的传递函数拥有形式f＝1/(1-(1-2n)z-1)。
16.按照权利要求1至5之一的应用在数据传输系统中的回波补偿器装置，该数据传输系统具有在发射信道(12)上接收应发射数据的和输送到传输线路(8)上的一个发射机(2)，其中，在发射机(2)中信息信号的发射脉冲持续时间是局限到NT上的，在此T是信息信号的符号周期。
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