CN202035056U - 通信回波消除装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及通信回波消除装置，包括：用变比为1：1的变压器将所述信号发送装置（11）的差分发送信号耦合输出到通信远端（12）；在变压器的输入端与差分发送信号的输入端之间分别连接第一和第二匹配电阻，其中所述第一和第二匹配电阻相等，并等于通信远端相对于变压器的输入阻抗的一半，使得所述差分发送信号的正输入端电压等于所述变压器正输入端电压的两倍，所述差分发送信号的负输入端电压等于所述变压器负输入端电压的两倍；利用第一运算放大器和第二运算放大器实现加减电路，通过阻抗匹配把从本地的信号发送装置进入所述的输入接收装置（10）的信号消除。通过本实用新型有利地消除了进入接收电路的回波，提高了信噪比。

Description

通信回波消除装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于在通信中、尤其在测井遥传通信中消除回波的装置，用于在将通信远端的回送信号传输给本地的输入接收装置时，抑制本地的信号发送装置的信号进入所述的输入接收装置。

背景技术

在ADSL通讯中，本端发送信号的回波即成为本端接收信号的干扰信号。为抵消这部分干扰信号，普遍采用自适应滤波器以实现回波抵消。例如可以使用最小均方误差算法LMS、时域去相关LMS算法和符号误差算法等，它们普遍使用DSP处理器被实现，但算法复杂、实现困难。在测井领域中，考虑到测井行业的特殊环境，器件高温等问题很难解决。

在现有技术中，测井遥传系统的通讯普遍采用7芯、3芯或单芯铠装电缆作为信道。为消除上传和下传信号的互相干扰，系统通常采用频分复用技术。图1示出了现有技术中采用频分复用方法来在上行和下行方向传送测井遥传信息的方案。如图1所示，在时隙T0、T1、T2..T7、T8中从下行信道从地面系统向井下系统发送信息，同时在时隙T9、T10、T11..T62、T63中从上行信道从井下系统向地面系统发送信息，从而试图实现全双工通信。

但是，考虑本地端的发射和接收过程，如图2所示，如无回波抵消过程，发送信号Tx会对接收信号Rx产生影响，增加ADC的动态范围，降低接收信号质量，从而无法实现全双工通讯。具体说，在图2中，如果没有回波消除措施，那么发送信号Tx的经DAC数模转换后的信号就会掺入到从测井线路经混合器返回的信号中，这在图2中是用加法器来表示的。这样，进入接收端ADC的输入信号就是一种被干扰的信号，从而导致接收信号质量降低，并可能无法实现全双工通讯。

在中国专利文献CN101226681A（公开日为2008年7月23日）中，公开了一种使用离散多音频调制方式的测井遥传系统，其中地面收发器和井下收发器发送和接收一种采用离散多音频DMT调制的信号。但由于没有采取回波抑制措施，同样存在上述的发送信号Tx对接收信号Rx的干扰问题。

实用新型内容

因此，本实用新型的任务在于提供一种通信回波消除装置，用于通过消除发送信号的回波而降低接收信号的动态范围、提高信噪比，从而令人满意地实现全双工通信。

该任务通过以下方案来达成。

根据本实用新型的通信回波消除装置，用于在将通信远端的回送信号传输给本地的输入接收装置时，抑制本地的信号发送装置的信号进入所述的输入接收装置。该通信回波消除装置包括：变比为1：1的变压器，用于将所述信号发送装置的差分发送信号耦合输出到所述通信远端；分别连接在变压器的两个输入端与相应差分发送信号的两个输入端之间的第一匹配电阻和第二匹配电阻，其中所述第一匹配电阻和所述第二匹配电阻相等，并等于所述通信远端相对于所述变压器的输入阻抗的一半，使得所述差分发送信号的正输入端电压等于所述变压器正输入端电压的两倍，所述差分发送信号的负输入端电压等于所述变压器负输入端电压的两倍，且所述差分发送信号的正输入端电压与其负输入端电压大小相等、极性相反，所述变压器的正输入端电压与其负输入端电压大小相等、极性相反；第一运算放大器,其信号输入端经第三匹配电阻连接到所述变压器的正输入端，并经第四匹配电阻连接到所述差分发送信号的负输入端，其中所述第四匹配电阻是所述第三匹配电阻的两倍；第二运算放大器，其信号输入端经第五匹配电阻连接到所述变压器的负输入端，并经第六匹配电阻连接到所述差分发送信号的正输入端，其中所述第六匹配电阻是所述第五匹配电阻的两倍，以及其中所述第一和第二运算放大器把从所述通信远端回送的信号作为一个差分输出信号输出给所述的输入接收装置。

通过以上的通信回波消除装置，本实用新型在模拟信号域中采用了一种特殊的电路结构来设计混合器（Hybrid）部件。该方案可以应用于测井遥传系统中，从而实现二线长距离传输和四线本地用户线之间的转换功能，这里两线指的是测井电缆线，四线指的是本地发送和接收的两对差分线。据此，在模拟信号域实现了本地发射信号和接收信号的分离，保障了全双工通讯。

因此，所述本地的信号发送装置优选是测井遥传系统中的地面系统，和/或所述通信远端优选是测井遥传系统中的井下仪器。

根据本实用新型通信回波消除装置的一种改进，所述第四匹配电阻等于所述第六匹配电阻，或所述第三匹配电阻等于所述第五匹配电阻。

优选地，所述的通信回波消除装置还可以包括一种连接在所述第一和第二运算放大器输出端上的回波滤波器，用于滤除从本地的信号发送装置泄漏到所述的输入接收装置中的信号。

在所述的通信回波消除装置中，所述第一和第二运算放大器的接地输入端可以分别被接到地电位，和/或在所述第一和第二运算放大器的信号输入端与其相应的输出端之间可以分别连接一个由电阻与电容构成的并联电路。

本实用新型的各种实施以及优点另外还可以从以下结合附图的具体说明中得到。

附图说明

图1示出了现有技术采用频分复用方法传送测井遥传信息的例子；

图2示出了现有技术的无回波抵消过程的本地端发射和接收过程；以及

图3示出了依据本实用新型的通信回波消除装置的实施例。

具体实施方式

图1和2涉及现有技术，并在前文背景技术部分已经叙述过，在此不再赘述。

图3示例性地给出了本实用新型通信回波消除装置的一个实施例。该通信回波消除装置例如可以应用于石油行业中，用于消除地面系统的发送信号对从井下仪器返回到地面的信号的干扰。当然，该通信回波消除装置同样可以适用于类似或等同的其它应用中，这对于本领域技术人员是可理解的。

在图3中示出了一个通信发送装置11，用于通过传输线（例如测井电缆）向通信远端12发送通信信号。这里，传输线路电容例如为0.1μF+0.1μF，通信远端12的端电压e_RCV用表示。同时，该通信远端12也在反方向上向本地的输入接收装置10发送一种回送信号。所述通信发送装置11例如为测井遥传系统中的地面系统，例如测井计算机等。所述通信远端12例如为井下仪器，用于在井下收集数据以及向地面的输入接收装置10报告井下数据等。

在通信过程中，需要在将通信远端12的回送信号传输给本地的输入接收装置10时，抑制本地的信号发送装置11的信号进入所述的输入接收装置10。为此，本实用新型的通信回波消除装置包括一种变比为1：1的变压器，用于将所述信号发送装置11的差分发送信号（＋DRIVE,-DRIVE）通过传输线（例如测井电缆）耦合输出到所述通信远端12。

根据本实用新型，在变压器的两个输入端C、D与相应差分发送信号（＋DRIVE、-DRIVE）的两个输入端A、B之间分别连接第一匹配电阻R_BT ⁺和第二匹配电阻R_BT ^-。具体说，在变压器的正输入端C与差分发送信号＋DRIVE输入端A之间连接第一匹配电阻R_BT ⁺，以及在变压器的负输入端D与差分发送信号-DRIVE输入端B之间连接第二匹配电阻R_BT ^-。所述第一匹配电阻R_BT ⁺和所述第二匹配电阻R_BT ^-相等，并等于所述通信远端12相对于所述变压器的输入阻抗的一半。这里，由于所述通信远端12相对于所述变压器的输入阻抗主要表现为传输线（例如测井电缆）的阻抗Z_line，所以R_BT ⁺= R_BT ^-=Z_line/2。通过该方式，保证了所述差分发送信号的正输入端A的电压V_A等于所述变压器正输入端C的电压V_C的两倍，也即V_A=2V_C，所述差分发送信号的负输入端B的电压V_B等于所述变压器负输入端D的电压V_D的两倍，也即V_B=2V_D。但所述差分发送信号的正输入端A的电压V_A与其负输入端B的电压V_B大小相等、极性相反，也即V_A=-V_B,而所述变压器的正输入端C的电压V_C与其负输入端D的电压大小相等、极性相反，也即V_C=-V_D。在这种情况下，发送装置电路可以达到最大的发射功率，使得系统功能最佳。

根据本实用新型设有一个第一运算放大器Amp1,其信号输入端2经第三匹配电阻R_C连接到所述变压器的正输入端C，并经第四匹配电阻R_B连接到所述差分发送信号（＋DRIVE、-DRIVE）的负输入端B，其中所述第四匹配电阻R_B是所述第三匹配电阻R_C的两倍，也即R_B=2R_C。

进一步，本实用新型还设有一个第二运算放大器Amp2，其信号输入端6经第五匹配电阻R_D连接到所述变压器的负输入端D，并经第六匹配电阻R_A连接到所述差分发送信号（＋DRIVE、-DRIVE）的正输入端A，其中所述第六匹配电阻R_A是所述第五匹配电阻R_D的两倍，也即R_A=2R_D。

通过以上电路结构，所述第一运算放大器Amp1把通信远端12回送到点2处的信号放大后在其输出端1处输出，所述第二运算放大器Amp2把通信远端12回送到点6处的信号放大后在其输出端2处输出。然后，所述第一和第二运算放大器输出的两个信号RCV⁺、RCV^-形成一个差分输出信号被输出给所述的输入接收装置10。

通过以上的阻抗匹配，本实用新型通过加减电路消除了发送信号进入第一和第二运算放大器Amp1、Amp2的信号输入端，从而消除了发送信号对接收信号的干扰。但对于从通信远端12回送到第一和第二运算放大器Amp1、Amp2的信号输入端的接收信号，由于电阻R_BT ⁺、 R_BT ^-可以被看作与电阻R_A、R_B串联的运放输入电阻，因此该接收信号不会通过加减电路被抵消，而是继续通过第一和第二运算放大器Amp1、Amp2被分别放大，然后形成差分输出信号被输出给所述的输入接收装置10。具体原理如下所述。

对于从发送装置11输入到运算放大器Amp1的电流信号，应为“从C点经第三匹配电阻R_C流至点2的电流”减去“从点2经第四匹配电阻R_B流至点B的电流”，也即[V_C/R_C]-[|V_B|/R_B]，由于如上所述，V_A=-V_B=2V_C，R_B=2R_C，所以[V_C/R_C]-[|V_B|/R_B]=[V_C/R_C]-[2V_C/2R_C]=0。也就是说，发送装置11通过正负输入端A、B发送的信号最后到达运算放大器Amp1的信号输入端2的电流为0。换句话说，通过由电阻R_B、R_C形成的运算放大器Amp1的两个加法支路（加减电路），将发送装置11通过正负输入端A、B发送的信号在点2处抵消掉了。因此发送装置11的发送信号对于包含运算放大器Amp1的接收电路没有任何影响。

类似地，对于从发送装置11输入到运算放大器Amp2的电流信号，应为“从A点经第六匹配电阻R_A流至点6的电流”减去“从点6经第五匹配电阻R_D流至点D的电流”，也即[V_A/R_A]-[|V_D|/R_D]，由于如上所述，V_A=-V_B=-2V_D，R_A=2R_D，所以[V_A/R_A]-[|V_D|/R_D]=[2|V_D|/2R_D]-[|V_D|/R_D]=0。也就是说，发送装置11通过正负输入端A、B发送的信号最后到达运算放大器Amp2的信号输入端6的电流也为0。换句话说，通过由电阻R_A、R_D形成的运算放大器Amp2的两个加法支路（由于正负输入端A、B电压的正负关系而实质上形成一种加减电路），将发送装置11通过正负输入端A、B发送的信号在点6处抵消掉了。因此发送装置11的发送信号对于包含运算放大器Amp2的接收电路也没有任何影响。

相反，如上文已提到的，虽然本实用新型通过第一和第二运算放大器Amp1、Amp2的加减电路消除了发送信号的回波，从而消除了发送信号对接收信号的干扰。但对于从通信远端12回送到第一和第二运算放大器Amp1、Amp2的信号输入端的接收信号，是不会被该加减电路抵消掉的。

具体地，对于回送到第一运算放大器Amp1的接收信号，由于电阻R_BT ^-可以被看作与电阻R_B串联的运放输入电阻，所以接收信号从点C、D分别输入到第一运算放大器Amp1的信号输入端2的信号不会被抵消。譬如，对于来自通信远端12的接收电流信号，应为“从C点经第三匹配电阻R_C流至点2的电流”减去“从点2经第四匹配电阻R_B和电阻R_BT ^-流至点D的电流” ，也即[V_C/R_C]-[|V_D|/（R_B+R_BT ^-）]，由于V_C=-V_D，R_B=2R_C，所以[V_C/R_C]-[|V_D|/（R_B+R_BT ^-）]= [V_C/R_C]-[V_C/（2R_C+R_BT ^-）]≠0。也就是说，回送到第一运算放大器Amp1的接收电流信号不能被其加减电路抵消，而是可以被继续放大输出。

类似地，对于回送到第二运算放大器Amp2的接收信号，由于电阻R_BT ⁺可以被看作与电阻R_A串联的运放输入电阻，所以接收信号从点C、D分别输入到第二运算放大器Amp2的信号输入端6的信号不会被抵消。譬如，对于来自通信远端12的接收电流信号，应为“从C点经电阻R_BT ⁺和第六匹配电阻R_A流至点6的电流”减去“从点6经第五匹配电阻R_D流至点D的电流” ，也即[V_C/（R_A+R_BT ⁺）]-[|V_D|/R_D]，由于V_C=-V_D，R_A=2R_D，所以[V_C/（R_A+R_BT ⁺）]-[|V_D|/R_D]= [V_C/（2R_D+R_BT ⁺）]-[V_C/R_D]≠0。也就是说，回送到第二运算放大器Amp2的接收电流信号不能被其加减电路抵消，而是可以被继续放大输出。

在实施中，所述本地的信号发送装置11可以是测井遥传系统中的地面系统，所述通信远端12可以是测井遥传系统中的井下仪器。

为简便起见，在实施中，所述第四匹配电阻R_B可以等于所述第六匹配电阻R_A，所述第三匹配电阻R_C可以等于所述第五匹配电阻R_D。

在实践中，考虑到电子器件的工作不稳定性，为安全起见，可以在所述第一和第二运算放大器Amp1、Amp2的输出端与输入接收装置10之间连接一个回波滤波器9，用于滤除从本地的信号发送装置11泄漏到所述的输入接收装置10中的信号。

为实现所述的第一和第二运算放大器Amp1、Amp2的功能，所述第一和第二运算放大器的接地输入端3、5分别被接到地电位，在所述第一和第二运算放大器的信号输入端2、6与其相应的输出端之间分别连接一个由电阻R_F1、R_F2与电容C_F1、C_F2构成的并联电路，从而使得第一和第二运算放大器Amp1、Amp2分别构成为一个加法运算放大器。

本实用新型可以应用于测井遥传系统中，从而实现二线长距离传输和四线本地用户线之间的转换功能，这里两线譬如指的是连接在变压器的二次侧的两根测井电缆线，四线指的是本地发送和接收的两对差分线,即R_BT ⁺、R_BT ^-所在的两根发送线及RCV+、RCV-所在的两根接收线。据此，在模拟信号域实现了本地发射信号和接收信号的分离，保障了全双工通讯。

本实用新型的通信回波消除装置，可以立足于石油测井行业的特殊性，使用最简单易于实现的方式解决遥传中的回波抵消问题。本实用新型可以应用于防硫化氢单芯电缆测井遥传系统中，并将遥传速率提高到115kbps以上。同时在七芯电缆测井中也有很好的应用。

Claims (8)

1. 一种通信回波消除装置，用于在将通信远端（12）的回送信号传输给本地的输入接收装置（10）时，抑制本地的信号发送装置（11）的信号进入所述的输入接收装置（10），

其特征在于，该通信回波消除装置包括：

变比为1：1的变压器，用于将所述信号发送装置（11）的差分发送信号（＋DRIVE,-DRIVE）耦合输出到所述通信远端（12），

分别连接在变压器的两个输入端（C,D）与相应差分发送信号（＋DRIVE,-DRIVE）的两个输入端（A,B）之间的第一匹配电阻（R_BT ⁺）和第二匹配电阻(R_BT ^-)，其中所述第一匹配电阻（R_BT ⁺）和所述第二匹配电阻(R_BT ^-)相等，并等于所述通信远端（12）相对于所述变压器的输入阻抗的一半，使得所述差分发送信号的正输入端（A）电压等于所述变压器正输入端（C）电压的两倍，所述差分发送信号的负输入端（B）电压等于所述变压器负输入端（D）电压的两倍，且所述差分发送信号的正输入端（A）电压与其负输入端（B）电压大小相等、极性相反，所述变压器的正输入端（C）电压与其负输入端（D）电压大小相等、极性相反，

第一运算放大器（Amp1）,其信号输入端（2）经第三匹配电阻（R_C）连接到所述变压器的正输入端（C），并经第四匹配电阻（R_B）连接到所述差分发送信号（＋DRIVE,-DRIVE）的负输入端（B），其中所述第四匹配电阻（R_B）是所述第三匹配电阻（R_C）的两倍，

第二运算放大器（Amp2），其信号输入端（6）经第五匹配电阻（R_D）连接到所述变压器的负输入端（D），并经第六匹配电阻（R_A）连接到所述差分发送信号（＋DRIVE,-DRIVE）的正输入端（A），其中所述第六匹配电阻（R_A）是所述第五匹配电阻（R_D）的两倍，以及

其中所述第一和第二运算放大器把从所述通信远端（12）回送的信号作为一个差分输出信号输出给所述的输入接收装置（10）。

2. 如权利要求1所述的通信回波消除装置，其特征在于，所述本地的信号发送装置（11）是测井遥传系统中的地面系统，和/或所述通信远端（10）是测井遥传系统中的井下仪器。

3. 如权利要求2所述的通信回波消除装置，其特征在于，所述测井遥传系统是一种七芯电缆测井系统。

4. 如权利要求2所述的通信回波消除装置，其特征在于，所述测井遥传系统是一种防硫化氢单芯电缆测井遥传系统中。

5. 如权利要求4所述的通信回波消除装置，其特征在于，所述防硫化氢单芯电缆测井遥传系统的遥传速率为115kbps以上。

6. 如权利要求1所述的通信回波消除装置，其特征在于，所述第四匹配电阻（R_B）等于所述第六匹配电阻（R_A），或所述第三匹配电阻（R_C）等于所述第五匹配电阻（R_D）。

7. 如权利要求1－6之一所述的通信回波消除装置，其特征在于，还包括一种连接在所述第一和第二运算放大器输出端上的回波滤波器（9），用于滤除从本地的信号发送装置（11）泄漏到所述的输入接收装置（10）中的信号。

8. 如权利要求1－6之一所述的通信回波消除装置，其特征在于，所述第一和第二运算放大器的接地输入端（3、5）分别被接到地电位，和/或在所述第一和第二运算放大器的信号输入端（2，6）与其相应的输出端之间分别连接一个由电阻(R_F1,R_F2)与电容(C_F1,C_F2)构成的并联电路。

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