CN1258965A - 用于脉冲幅度调制信号的混合模式近端串音/回波消除器 - Google Patents

Abstract

一种混合模式的串音消除器,它在连续时域中完成串音消除。公开的混合模式串音消除器处理发射的脉冲幅度调制(PAM)数字信号和接收信号,用于补偿发射信号与接收信号之间的串音。串音消除器的输出是从连续时域的接收信号中减去。因此,发射符号时钟与接收符号时钟可以是不同步的。采用离散时间信号的改型最小均方值(LMS)算法,得到串音消除的抽头权重。改型最小均方值(LMS)算法应用于从不同时钟得到的连续时间信号。

Description

用于脉冲幅度调制信号 的混合模式近端串音/回波消除器

本发明一般涉及串音消除技术，具体涉及在连续时域中减小近端串音(NEXT)和回波串音的方法和设备。

图1表示在同一绞合线对(TP)110上发射和接收信号的混合式收发信机100。混合式收发信机100通常与局域网(LAN)或数字用户回路(xDSL)相联系。这种收发信机100中串音的主要来源往往是近端串音(NEXT)和回波串音。每个混合式收发信机，如收发信机100，在同一绞合线对110上发射第一信号V₁和接收不同的信号V₂。近端串音(NEXT)是从不同的绞合线对110上发射和接收不同信号和一个绞合线对上的信号与另一个绞合线对上的信号之间干扰引起的。V₁对应于收发信机100产生的发射信号。V₂对应于第二个收发信机120产生的接收信号。由于收发信机100知道它产生的发射信号V₁，所以，收发信机100可以从绞合线对(TP)110上的电压(V₁+V₂)减去发射的信号V₁得到对应于接收信号的电压V₂。

另一方面，回波串音是同一绞合线对110上串音和沿给定路径不同阻抗的结果，例如，在每个连接器的路径上。当收发信机100发射信号V₁时，沿着路径上每个阻抗的不连续性使收发信机100接收一个波或返回的回波。图2是由收发信机100沿绞合线对(TP)110发射脉冲信号的脉冲响应200。一般说来，在脉冲响应200中的每个峰值210-213对应于绞合线对(TP)110上不同的连接器(未画出)。利用脉冲响应200得到回波路径，然后调整回波消除器(未画出)的抽头到回波脉冲响应的峰值。例如，采用熟知的最小均方值(LMS)算法，调整抽头使回波消除器的能量和延迟与回波脉冲响应的峰值匹配。

若回波脉冲响应不是动态的，则抽头值收敛且保持恒定。例如，在同步通信系统中，脉冲响应是静态的，且与符号率一致。因此，可以采用低成本和低功率数字电路实现回波消除器。然而，在许多应用中，发射机与接收机不是同步的，形成的脉冲响应是动态的。在这种非同步通信系统中，发射机与接收机之间存在频率偏移。

从普通串音消除技术的上述缺陷可以看出，需要有一种有限脉冲响应(FIR)滤波器，它能仿真串音和跟踪非同步通信系统的频率偏移。还需要有一种恢复接收信号时钟的时钟恢复电路，以确定何时对接收信号抽样。

总的来说，公开一种混合模式串音消除器，它在连续时域中完成串音消除。公开的混合模式串音消除器处理发射的脉冲幅度调制(PAM)信号和接收信号，用于补偿发射信号与接收信号之间的串音。按照本发明的一个方面，串音消除器的输出从连续时域的接收信号中减去。因此，发射符号时钟和接收符号时钟可以是非同步的。

在所说明的实施例中，采用离散时间信号的改型最小均方值(LMS)算法，得到串音消除的抽头权重。改型最小均方值(LMS)算法是应用于从不同时钟导出的连续时间信号，利用以下公式： $w_k(n+1)=w_k\left(n\right)+\mathrm{\μ}\tilde{e}\left(t\right)\·x_k\left(t\right)$ 因此，LMS算法要求误差信号e(t)与数字发射信号x_k(t)大量的乘法运算。然而，由于只需要沿着最陡下降的梯度方向，利用按照本发明相关乘法器可以获得计算上便利，该相关乘法器用1位或2位量化e(t)和x_k(t)，采用非同步逻辑电路完成相关乘法运算。在所说明的实施例中，相关乘法器接收数字发射信号x_k(t)的2位量化表示和1位量化型式的误差信号e(t)。量化型式的误差信号e(t)指出误差的符号(正或负)，和在所说明的实施例中，通过误差信号与0的比较得到这个误差的符号。

公开一种串音消除器，利用公开的相关乘法器更新每个抽头的权重，给电荷泵提供一个指出需要增大或减小抽头权重的信号，该电荷泵就产生一个沿着正确方向的电流。

参照以下详细的描述和附图，可以更完全地理解本发明以及本发明更多的特征和优点。

图1表示一种普通的混合型收发信机，在同一绞合线对(TP)上发射和接收信号；

图2表示收发信机沿着图1绞合线对(TP)发射脉冲信号的脉冲响应；

图3表示在两个不同时刻t₁和t₂的非同步串音脉冲串；

图4是按照本发明混合模式串音消除器的示意方框图；

图5A给出数字发射信号x_k变换到用于图5B电路中的2位量化值a₁和a₂；

图5B是图6中相关乘法器的逻辑电路；

图6表示按照本发明的混合模式串音消除器；

图7是图6中更新电路的方框图；

图8是图6中模拟抽头的方框图；

图9表示图8中乘法数模转换器(DAC)的逻辑电路；和

图10是一组样本表，说明在图9的乘法数模转换器(DAC)中温度计代码到符号的变换。

按照本发明的特征，公开一种混合模式的串音消除器，可以在连续时域中消除串音。因此，本发明可以处理非同步信号。我们注意到，若干个调制解调器标准，例如，100 Base T_x，允许发射机与接收机是非同步的，使消除数字串音很困难。

图3表示在两个不同时刻t₁和t₂的非同步串音脉冲串。由于发射时钟与接收时钟之间的频率偏移，串音脉冲的抽样是在t₁和t₂时刻的不同相位s₁至s₂。因此，收发信机100抽样的接收信号具有时变相位。

图4是按照本发明混合模式串音消除器400的示意方框图。如图4所示，混合模式串音消除器400的输入X是一个数字，代表发射的N级脉冲幅度调制(PAM)信号。脉冲整形滤波器410可以放置在数模转换器(DAC)420之前或之后，取决于脉冲整形是在数字形式信号或模拟形式信号上完成。在任何一种情况下，混合模式串音消除器400的结构与脉冲整形无关，因为脉冲整形滤波器410可以看成是部分的串音信道。混合模式串音消除器400还包括：跟踪保持放大器430和模数转换器(ADC)440。

按照本发明的另一个特征，混合模式串音消除器400包含一个串音消除器600，用于补偿发射信号与接收信号之间的串音，以下结合图6给以进一步讨论。由于串音消除器600的输出是从连续时域的接收信号中减去，发射符号时钟与接收符号时钟可以是非同步的。

抽头更新计算

如以下进一步所讨论的，若相关E(x_k·e)是在连续时间模拟域中计算的，则x_k和e可以是非同步信号。重新写出连续时域中的梯度表达式，可以导出连续时间抽头适应算法： $\stackrel{\→}{G}=\left(\frac{\∂E\left(e^2\left(t\right)\right)}{\∂w_k}\right)k$ 其中：若串音消除器600的输出是∑w_j x_j(t)和接收信号是r(t)，参考信号是R(t)和N是抽头数目，则误差信号可以表示成：和

把公式(3)代入公式(1)，我们得到：

公式(2)要求知道参考信号。在采用训练序列的系统中，R在起动时是已知的。然而，在这种系统中，在正常数据传输模式下往往不能进行更新。另一种解决方法是采用改型的误差信号

把公式(5)代入公式(4)，我们得到： $\frac{{\∂e}^2}{{\∂w}_k}=-2E\[(\tilde{e}\left(t\right)-R\left(t\right))\·x_k\left(t\right)\]$

在公式(6)中，第二项等于零，因为R与x是不相关的信号(接收符号与发射符号是不相关的)。所以，普通的抽头更新算法可以改变成：

其中μ是一个很小的常数，称之为步长。公式(7)非常类似于离散时间信号的LMS抽头更新表达式，

和x_k(t)是从不同时钟导出的连续时间抽样保持循环稳定信号。因为很难对

与x_k进行相乘，然而只需要沿着最陡下降梯度的方向进行，可以用少量位对 和x_k(t)进行量化，利用非同步逻辑电路完成相关乘法运算。

图5A和5B表示实施公式(5)的相关乘法器500的说明性实施方案，其中1位用于表示误差信号

的符号，x_k(t)用2位(±1，0)表示。图5A表示相关乘法器500的变换，对应的逻辑电路在图5B中表示。如图5B所示，相关乘法器500包括：一对异OR门510和515，一对倒相器520和525，一对AND门530和535。按照本发明，相关乘法器500的输入可以是连续的。

图6表示上述结合图4讨论的串音消除器600的模拟实施方案。如图6所示，串音消除器600包括量化器610，把N级数字符号X减小到很少位。在这个说明性实施例中，量化器610量化X值到2位(a₀a₁)。然后，把量化值加到更新电路700-702，例如，以下结合图7讨论的更新电路700。通过动态地确定合适的抽头权重w_N，更新电路700更新对应的抽头值。模拟抽头800-802，例如，以下结合图8讨论的模拟抽头800，接收N级数字符号X和抽头权重w_N作为输入，并产生一个输出电流I_N。

此外，串音消除器600包括用于实现公式(6)的减法器电路。减法器电路包括：运算放大器620和模拟比较器630，产生一个代表误差信号符号的1位值。串音消除器600还包括若干个已知方式的数字延迟电路D。

图7表示图6中的更新电路700。如图7所示，更新电路700包括以上结合图5B讨论的相关乘法器500。通过产生一个指出抽头权重值在梯度方向移动需要增大或减小的信号，相关乘法器500确定最佳抽头权重。电荷泵710可以用锁相回路(PLL)中的电荷泵来实现，对来自相关乘法器500信号的响应是，产生一个正电流或负电流。通过调节电荷泵710中的电流大小，可以调整最小均方值(LMS)算法的步长。回路滤波器720是一个比例和积分回路滤波器。

图8表示图6中的模拟抽头800，x_k是一个用a0，…a_N-1表示的N级信号。我们注意到，w_k＝V_CTRL-V_REF。如图8所示，模拟抽头800包括两个互耦合乘法数模转换器(MDAC)900和901，通过电流相减产生带符号的权重值w_k。模拟抽头800的输出电流I_OUT等于I_OUTp-I_OUTn，并近似地正比于(V_ctrl-V_ref)乘以X，其中X是用温度计表示a₀，a₁，…，a_N-1的数字输出。

对于很大的电压差(V_ctrl-V_ref)，I_OUT与(V_ctrl-V_ref)之间的关系可能是一个非线性函数F。然而，由于存在一个抽头更新反馈回路，只要非线性函数F是单调的，可以保证抽头权重合适的收敛性。

利用熟知的图9中电流控制DAC电路，可以实现图8中乘法数模转换器(DAC)900。MDAC 900建立N级电压。图9中的反馈去除数模转换，使电流最终设定在合适的值上。如图9所示，乘法数模转换器(MDAC)900包括：由控制电压V_C控制的N个并行尾电流源910-912。“控制”每个尾电流向着MDAC正的或负的输出端，取决于温度计代码数字a₀，a₁，…，a_N-1的值。形成的差分输出电流I_OUT等于I_OUTp-I_OUTn，并正比于X(温度计代码数字a₀，a₁，…，a_N-1的数字输出)。通过调节相对于尾电流的负载电流(I_BP，I_BN)，可以把共模输出电流(I_OUTp+I_OUTn)/2设置到所希望的值(通常为0)。

图10表示在N＝2，3，4和5的情况下，N级PAM符号与它们对应的温度计代码a₀，a₁，…，a_N-1之间的变换。

应当明白，此处所展示和描述的诸实施例和各种变化仅仅用于说明本发明的原理，在不偏离本发明范围和精神的条件下，专业人员可以实现各种改型。

Claims (24)

1.一种混合模式的串音消除器，用于减小近端通信装置的发射信号与远程电信装置的接收信号之间的串音，所述发射信号是数字信号并且所述接收信号是模拟信号，所述串音消除器包括：

多个抽头，用于减小与所述串音相关的能量，每个所述抽头有抽头权重；

误差信号发生器，用于产生误差信号，该误差信号指出是否正确地设置抽头权重；和

抽头权重更新装置，根据所述数字发射信号和所述误差信号，更新所述抽头权重。

2.按照权利要求1的混合模式串音消除器，还包括用于量化所述发射信号的量化器。

3.按照权利要求1的混合模式串音消除器，其中所述发射信号是脉冲幅度调制(PAM)信号。

4.按照权利要求1的混合模式串音消除器，其中所述误差信号发生器产生一个指出所述误差的符号的信号。

5.按照权利要求4的混合模式串音消除器，其中指出所述误差的符号的所述信号指出，应当增大或减小所述抽头权重。

6.按照权利要求1的混合模式串音消除器，其中所述抽头权重更新装置包含一个相关乘法器电路，处理量化型式的所述数字发射信号和所述误差信号，以确定所述抽头权重需要增大或减小。

7.按照权利要求1的混合模式串音消除器，其中所述串音能量是从连续时域中的所述接收信号中减去。

8.按照权利要求1的混合模式串音消除器，其中所述抽头权重是在基本连续的方式下被更新的。

9.一种减小近端通信装置的发射信号与远程电信装置的接收信号之间串音的方法，所述发射信号是数字信号和所述接收信号是模拟信号，所述方法包括的步骤：

利用多个抽头减小与所述串音相关的能量，每个所述抽头有一个抽头权重；

产生一个误差信号，该误差信号指出，是否正确地设置了所述抽头权重；和

根据所述数字发射信号和所述误差信号，更新所述抽头权重。

10.按照权利要求9的方法，还包括用于量化所述发射信号的量化器。

11.按照权利要求9的方法，其中所述发射信号是脉冲幅度调制(PAM)信号。

12.按照权利要求9的方法，其中所述误差信号发生器产生一个指出所述误差的符号的信号。

13.按照权利要求12的方法，其中指出所述误差的符号的所述信号指出，应当增大或减小所述抽头权重。

14.按照权利要求9的方法，其中所述抽头更新装置包含一个相关乘法器电路，处理量化型式的所述数字发射信号和所述误差信号，以确定所述抽头权重需要增大或减小。

15.按照权利要求9的方法，其中所述串音能量是从连续时域中的所述接收信号中减去。

16.按照权利要求9的方法，其中所述抽头权重是在基本连续的方式下被更新的。

17.一种混合模式的串音消除器，用于减小近端通信装置的发射信号与远程电信装置的接收信号之间的串音，所述发射信号是数字信号和所述接收信号是模拟信号，所述串音消除器包括：

抽头装置，用于减小与所述串音相关的能量，每个所述抽头装置有一个抽头权重；

一种用于产生误差信号的装置，该误差信号指出是否正确地设置抽头权重；和

一种根据所述数字发射信号和所述误差信号，更新所述抽头权重的装置。

18.按照权利要求17的混合模式串音消除器，还包括用于量化所述发射信号的量化器。

19.按照权利要求17的混合模式串音消除器，其中所述发射信号是脉冲幅度调制(PAM)信号。

20.按照权利要求17的混合模式串音消除器，其中产生误差的所述装置产生一个指出所述误差符号的信号。

21.按照权利要求20的混合模式串音消除器，其中指出所述误差符号的所述信号指出，应当增大或减小所述抽头权重。

22.按照权利要求17的混合模式串音消除器，其中所述抽头更新装置包含一个相关乘法器电路，处理量化型式的所述数字发射信号和所述误差信号，以确定所述抽头权重需要增大或减小。

23.按照权利要求17的混合模式串音消除器，其中所述串音能量是从连续时域中的所述接收信号中减去。

24.按照权利要求17的混合模式串音消除器，其中所述抽头权重是在基本连续的方式下被更新的。

Images