CN1257624A - 用于控制连接两侧回波的方法与设备 - Google Patents

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Abstract

提供单个二端回波消除器(102),使用自适应FIR滤波器来模拟回波路径的脉冲响应和消除从连接的PSIN侧始发的回波;和非线性处理器(114),利用输入信号电平来控制以便消除从连接的移动电话机侧始发的回波。由于线性处理功能不用于消除移动电话机侧的回波,所以用于估算和消除连接两侧回波的算法可在单个DSP内执行,而具有所有附加好处。

Description

用于控制连接两侧回波的方法与设备
本发明一般涉及电信领域，并且具体涉及电话系统中的回波消除。
“回波”是在一部分发送的语音信号能量被反射回发送器时能在电话系统中出现的现象。这些反射是由于电话网的模拟部分的阻抗失配引起的。可能有许多不同的回波源，例如，在公用交换电话网(PSTN)用户接口中的将4线变换为2线的混合电路，或者移动无线电话机中的声串扰。伴随基本延迟的回波可严重地降低所处理的语音信号的质量。
回波消除器是通常用于电话系统中抑制或消除长途业务回波的设备。例如，在蜂窝公用陆地移动网(PLMN)中，回波消除器在移动业务交换中心(MSC)中用于抑制或消除语音传输中的回波，回波消除器同样也在移动无线电话机和“免提”电话设备中用于补偿声回波。现有的回波消除技术的一般描述可在由瑞典LUND大学的Dept.ofElec.Eng.and Comp.Science的信号处理工作组的Gansler等人所著的题为“基于相干的双方通话检测器”(“A Double Talk DetectorBased on Coherence”)文章中找到。
原则上，一台数字移动无线电话手机是不会产生回波的，这是因为所使用的连接包括4线下行至手机。然而，实际上，许多这样的手机产生由于手机的声音或机械串扰而引起的回波。这种类型的回波干扰用户，尤其是在系统操作员已选择提高下行链路信号电平时。由于许多用户抱怨移动手机扬声器的低输出电平，所以提高下行链路电平已经成为被接受的实际。
现有的提供长途业务的电话系统和公用陆地移动网(PLMN)中的MSC使用回波消除器来控制在连接的PSTN侧产生的回波。例如，图1为在长途业务系统和MSC中使用的常规回波消除器(10)的简化示意方框图，这种回波消除器的主要元件为自适应有限脉冲响应(FIR)滤波器12。在适应算法(例如，以软件执行)的控制下，滤波器12模拟回波路径的脉冲响应。非线性处理器(NLP)14用于消除在输入信号线性处理之后可能残留的残留回波。当回波信号与“近端”信号之间的比值具有利用滤波器12的进一步适应不能获得回波路径估算的附加改进的值时，则将双通话检测器(DTD)16用于控制和禁止适应处理。利用18表示的方框图代表产生作为“远端”信号x(t)与“近端”信号v(t)函数的“所需”信号y(t)的电话系统内的回波源。安慰噪声生成器(CNG)20用于生成基本类似于“近端”的背景噪声的噪声信号。当NLP14工作时，此噪声信号插入到连接中。在利用V系列调制解调器传送高比特率数据业务的那些连接上应关断回波消除器一般是可接受的，这是因为这些调制解调器具有它们自己的回波消除器。因此，网络回波消除器一般包括音调阻塞器(TD)22，它可以检测调制解调器的应答音(例如，2100赫兹音调)，并在接收到具有某些预定特征的应答音时禁止回波消除器的一些或全部功能。
在PSTN中始发的回波信号特征与数字移动电话机中始发的回波信号特征之间存在着许多差异。例如，PSTN的回波路径是准线性的，并因此能容易地利用线性滤波器来模拟。在自适应滤波技术基础之上的许多现有解决办法可以成功地用于消除这些类型的回波。从这样的网络中的回波消除器来“看”，回波路径的长度能高达64ms，这意味着，使用多达512个抽头的自适应滤波器来模拟回波路径。执行那么长的滤波器的自适应算法所要求的计算资源消耗组成回波消除器的数字信号处理器(DSP)的一大部分容量。而且，自PSTN的回波返回损耗(ERL)取决于网络中使用的平衡电路。一般说来，EPL(以dB为单位侧量)可以认为是从高斯分布中选取的随机变量，在分离循环平衡方案中具有13.6dB的平均数和2.8dB的标准偏差。
另一方面，数字移动电话机的回波路径是非线性的并随时间变化，这是因为发送路径中使用了两个语音编码器/译码器(编译码器)对和无线电接口。另外，数字移动电话机中的回波电平比PSTN的回波电平低很多。例如，数字蜂窝全球移动通信系统(GSM)的规范要求测量的300-3400赫兹频带内电平为0dBm的纯音调的46dB的ERL(对于移动电话机)，然而，如果将除了纯音调之外的信号用于测量，ERL可以更低，但仍能期望约40dB的抑制电平。换而言之，量化噪声是回波路径非线性的重要源。事实上，数字移动电话机的ERL与能够与利用常规PSTN回波消除器的线性滤波部分获得的ERL相当。由于上述原因，来自移动电话机的回波不可能利用线性滤波器消除几个dB。
因此，现有的回波消除器设计为只消除从交换连接一侧始发的回波。所以，在要消除交换连接两侧始发的回波时，每个连接就需要使用两个回波消除器。
在示例结构中，多个回波消除器综合在数字交换系统中。例如，由Ericsson无线电系统AB制造的多个回波消除器都综合在Ericsson AXE10数字交换系统中。这些回波消除器构成了AXE10中继和信令子系统(TSS)的一部分，并且直接连到群结构中的组交换机(称为“ECP”或群中的回波消除器)。用于操纵网络中这些回波消除器的技术已将一个设备连到每条中继线。也就是说，当需要回波消除时，AXE10从群中任选一个回波消除器并且通过选定的回波消除器为连接选择路由。以这种方式，和早先所用的直接连接中继线结构相比，AXE 10 ECP结构可以集中业务，并从而减少所使用的回波消除器的总数。
如果交换连接两侧的回波利用分开的回波消除器来控制，就会出现问题。图2为其中使用两个回波消除器52和54(例如，如图1所示的两个回波消除器10)来控制MSC56中在连接两侧始发的回波的示例系统(50)的图。显然，如图2所示，如果使用分开的设备，需要使用是通常数量两倍的回波消除器来控制来自连接两侧的回波。而且，如果所使用的回波消除器连接于群结构中(例如，由Ericssion无线电系统AB制造的ECP101和ECP303)，所涉及的回波消除器的数量增加导致所要求的组交换机多输入/输出位置数量成正比增长。另外，诸如2100赫兹的音调检测器的一些其他的功能必须包含在所使用的两个回波消除器中。
因此，本发明的目的是消除从交换连接两侧始发的回波。
利用单个回波消除装置来消除从交换连接两侧始发的回波也是本发明的目的。
本发明的另一目的是减少回波消除器所需的组交换多位置的数量。
本发明的还一目的是减少回波消除器所需的物理空间和功率。
本发明的又一目的是消除从PSTN和数字移动电话机始发的回波。
根据本发明，前述和其它目的利用单个二端回波消除器和非线性处理器来实现，此消除器利用自适应FIR滤波器来模拟回波路径的脉冲响应和消除从连接的PSTN侧始发的回波，并且利用输入信号电平控制非线性处理器来消除从连接的移动电话机侧始发的回波。由于线性处理功能不用于消除移动电话机侧的回波，所以可在单个DSP上执行用于估算和消除连接两侧上回波的算法。
结合附图并参考后面详细的描述可以更全面理解本发明的方法和设备，其中：
图1是常规用于长途业务系统和MSC中的回波消除器的简化示意方框图；
图2是其中使用两个回波消除器来控制MSC中连接两侧始发的回波的示例系统的图；
图3是表示根据本发明的优选实施例使用单个两端回波消除器来控制交换连接两侧上始发的回波的示例系统的方框图；和
图4是表示图3所示的示例的两端回波消除器的具体细节的方框图。
结合图1-4可充分理解本发明该最佳实施例及其优点，其中相同的数字用于代表各图中相同和相应的部件。
图3是表示根据本发明的优选实施例使用单个两端回波消除器(102)来控制从交换连接两侧始发的回波的示例系统(100)的方框图。虽然回波消除器102表示在PLMN环境中，但这只是为了说明目的而已，并且发明不打算受此限制。例如，回波消除器102也能表示为连到长途业务系统中的交换机。结果，能显著节省组交换机输入/输出位置的数量(例如，在MSC104中)，并且在一个回波消除器内可以共享连接的每一侧的许多功能(例如，音调检测和安慰噪声生成)可以在共用。另外，一个两端回波消除器(102)占用的MSC(104)中的物理空间比两个常规的回波消除器所占用的少。这甚至在两端回波消除器直接连接到中继线的情况下也是真实的，而这也在本发明范围之内。
图4为图3所示的示例的两侧回波消除器102的具体细节的方框图。基本上，回波消除器102的一部分消除从PSTN侧始发的回波，而回波消除器102的第二部分消除从移动电话机侧始发的回波。最好，在一侧使用的移动电话机是数字移动电话机，但本发明是不受此限制的，而且也能包含模拟或混合模拟/数字电话机。回波消除器102包含FIR滤波器112。在适应算法(例如，以软件执行)的控制下，滤波器112模拟PSTN侧的回波路径的脉冲响应。在PSTN侧，NLP 114用于消除在输入信号的线性处理后可能残留的任何残留回波。在回波信号与“近端”信号的比值具有利用滤波器112的进一步适应不能获得回波路径估算的附加改善的值时，DTD 116用于控制和禁止适应处理。方框118代表通话系统中产生作为“远端”信号x(t)与“近端”信号v(t)函数的“所需”信号y(t)的回波源。CNG120用于产生噪声信号，此噪声信号和“近端”的背景噪声基本相似。当NLP 114工作时，噪声信号插入到连接中。第一与第二TD122与124检测侧调制解调器应答音(例如，2100赫兹)，并在接收到具有某些预定特征的音调时阻止回波消除器的一些或全部的功能。
消除从交换连接的移动侧始发的回波的回波消除器102的第二部分也包括第二NLP126和一个延迟与电平估算器128。一般地，在操作中，回波消除器102的这部分首先确定使用中的当前移动电话机(没有明显表示出)是否产生回波信号。由于市场上的一些移动电话机引起极少或不引起回波问题，尽管其它的能生成清晰听得见的回波信号，但第二NLP126只限幅听得见的回波信号而不限制“好”的移动电话机的信号。回波消除器(102)然后估算连接的移动电话机侧的回波路径延迟。测量表明：移动电话机的回波路径的扩散部分相对较短(不同于典型的PSTN回波)，并且估算的相关参数是回波路径延迟(以下简称“延迟估算”)。接下来，回波消除器(102)估算朝移动电话机(在b)发送的信号功率与回波(在a)功率之间的关系，这在下面将简称为“电平估算”。
如上所述，用于消除连接的移动电话机一侧回波的回波消除器(102)还包括用于估算回波路径延迟和回波的功率电平(延迟和电平估算)的估算器(128)和第二NLP(126)。如果朝移动电话机发射了足够的信号功率以至生成听得见的回波，NLP126被激活(即，利用安慰噪声代替来自移动电话机侧的信号)。在(在b)检测到信号功率的门限量之后，激活NLP126预定的时间量。延迟与电平估算器128确定预定的激活时间量和构成功率门限量的信号功率电平。例如，通过计算在点(a)和(b)上的非线性变换信号的相关函数并随后查找最大值可以得到这些估算值。更好地，如果使用的移动电话机产生相当的听得见的回波(例如，超过预定的门限电平)，激活NLP126。另一附加好处是，如果使用移动电话机和PSTN电话机的各方同时进行通话，DTD116能禁止第二NLP126(和/或第一NLP114)的操作。
尽管在附图中已经表示并且在上面具体描述中已经描述了本发明方法和设备的最佳实施例，但应理解，本发明并不局限于所公开的实施例，而能在不脱离由下面的权利要求所提出和定义的本发明精神之下进行许多重新安排、修改和替换。

Claims (19)

1、用于消除连接两侧回波的一种回波消除器，包括
第一部分，用于消除连接一侧的网络回波；和
第二部分，耦合到所述第一部分，并且用于消除来自连接的数字移动电话机一侧的第二回波。
2、根据权利要求1的回波消除器，其中所述第一部分包括基于FIR滤波器的回波消除器，并且所述第二部分包括非线性处理器。
3、根据权利要求1的回波消除器，还包括连接到所述非线性处理器的延迟与电平估算器。
4、根据权利要求1的回波消除器，其中所述连接包括移动业务交换中心中的交换连接。
5、根据权利要求1的回波消除器，其中所述连接包括长途业务系统中的交换连接。
6、根据权利要求1的回波消除器，还包括连接到所述非线性处理器的安慰噪声生成器。
7、根据权利要求1的回波消除器，其中所述连接的一侧包括PSTN。
8、根据权利要求1的回波消除器，其中所述连接的数字移动电话机侧包括数字移动电话机。
9、根据权利要求1的回波消除器，其中所述连接包括与中继线的直接连接。
10、用于消除连接两侧回波的一种回波消除器，包括：
自适应FIR滤波器，用于消除来自连接一侧的回波；和
非线性处理器，耦合到所述自适应滤波器并用于消除来自连接第二侧的回波。
11、用于消除从数字移动电话机始发的回波的一种设备；包括：
非线性处理器；
安慰噪声生成器，耦合到所述非线性处理器，用来生成安慰噪声以响应所估算的背景噪声电平；和
回波延迟与功率电平估算器，耦合到所述非线性处理器。
12、根据权利要求11的设备，还包括数字信号处理器。
13、根据权利要求11的设备，还包括回波消除器，用于消除从PSTN始发的回波。
14、用于消除交换连接两侧回波的一种方法，包括以下步骤：
估算在交换连接一侧上始发的第一回波信号的脉冲响应；
消除所述第一回波信号；
检测在交换连接的第二侧上始发的第二回波信号；
估算所述第二回波信号的延迟；
估算发送给所述交换连接的所述第二侧的第一功率信号与所述第二回波信号之间的关系；和
消除所述第二回波信号以响应所述延迟和所述关系。
15、根据权利要求14的方法，其中所述第一回波信号包含从PSTN始发的回波信号。
16、根据权利要求14的方法，其中所述第二回波信号包含从数字移动电话机始发的回波信号。
17、根据权利要求14的方法，其中消除第二回波信号的步骤包括注入安慰噪声信号的步骤。
18、根据权利要求14的方法，其中所述交换连接包括移动业务交换中心中的交换连接。
19、根据权利要求14的方法，其中所述交换连接包括长途业务系统中的交换连接。
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