TWI788668B - 回音抵消系統以及回音抵消方法 - Google Patents

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Abstract

一種回音抵消系統包含一資料傳輸電路以及一回音抵消電路。資料傳輸電路用以接收一第一傳輸訊號。第一傳輸訊號具有一第一取樣頻率。回音抵消電路用以依據第一傳輸訊號產生一第二傳輸訊號。第二傳輸訊號具有一第二取樣頻率。第二取樣頻率大於第一取樣頻率。回音抵消電路更用以依據第二傳輸訊號產生一回音抵消訊號。資料傳輸電路更用以依據一接收訊號以及回音抵消訊號產生一輸出訊號。

Description

回音抵消系統以及回音抵消方法
本揭示中所述實施例內容是有關於一種通訊技術，特別關於一種回音抵消系統以及回音抵消方法。
隨著通訊技術的發展，各式的通訊系統已被發展出來且已被應用於許多不同的應用中。在採用全雙工(Full-Duplex)技術的通訊系統中，一對傳輸線上會有傳輸訊號以及接收訊號。當此兩傳輸線的阻抗不匹配或接收裝置的混成架構有不匹配的情況時，傳輸訊號可能會被引入接收訊號中。這會造成回音(Echo)且會影響到通訊系統的訊號雜訊比(signal-to-noise ratio，SNR)。
本揭示之一些實施方式是關於一種回音抵消系統。回音抵消系統包含一資料傳輸電路以及一回音抵消電路。資料傳輸電路用以接收一第一傳輸訊號。第一傳輸訊號具有一第一取樣頻率。回音抵消電路用以依據第一傳輸訊號產生一第二傳輸訊號。第二傳輸訊號具有一第二取樣頻率。第二取樣頻率大於第一取樣頻率。回音抵消電路更用以依據第二傳輸訊號產生一回音抵消訊號。資料傳輸電路更用以依據一接收訊號以及回音抵消訊號產生一輸出訊號。
本揭示之一些實施方式是關於一種回音抵消系統。回音抵消系統包含一資料傳輸電路以及一回音抵消電路。資料傳輸電路用以接收一第一傳輸訊號。回音抵消電路包含一第一濾波器、一第二濾波器以及一數位類比轉換器。第一濾波器用以依據第一傳輸訊號產生一第一濾波訊號。第一濾波訊號與一亂數的結合為一第一數位訊號。第二濾波器用以依據第一傳輸訊號產生一第二濾波訊號。數位類比轉換器用以基於第一傳輸訊號以及相應於第一數位訊號以及第二濾波訊號的一整型訊號產生一回音抵消訊號。資料傳輸電路更用以依據一接收訊號以及回音抵消訊號產生一輸出訊號。
本揭示之一些實施方式是關於一種回音抵消方法。回音抵消方法包含：藉由一資料傳輸電路接收一第一傳輸訊號，其中該第一傳輸訊號具有一第一取樣頻率；藉由一回音抵消電路依據第一傳輸訊號產生一第二傳輸訊號，其中第二傳輸訊號具有一第二取樣頻率，且第二取樣頻率大於第一取樣頻率；藉由回音抵消電路依據第二傳輸訊號產生一回音抵消訊號；以及藉由資料傳輸電路依據一接收訊號以及回音抵消訊號產生一輸出訊號。
綜上所述，在本揭示的回音抵消系統以及回音抵消方法中，回音抵消電路依據具有較高取樣頻率的訊號產生回音抵消訊號。如此，將可消除更多的雜訊以提高回音抵消系統的訊號雜訊比。
在本文中所使用的用詞『耦接』亦可指『電性耦接』，且用詞『連接』亦可指『電性連接』。『耦接』及『連接』亦可指二個或多個元件相互配合或相互互動。
參考第1圖。第1圖是依照本揭示一些實施例所繪示的回音抵消系統S1的示意圖。在一些實施例中，回音抵消系統S1應用於乙太網路(Ethernet)系統。
在一些實施例中，回音抵消系統S1採用全雙工(Full-Duplex)技術。也就是說，系統中有一對傳輸線，而此兩傳輸線上分別有傳輸訊號以及接收訊號。以第1圖示例而言，回音抵消系統S1的傳輸訊號為傳輸訊號TX1。回音抵消系統S1的接收訊號為接收訊號RXC。在一些實施例中，傳輸訊號TX1可為來自媒體存取控制層(MAC layer)的一訊號經編碼後所產生，但本揭示不以此為限。
以第1圖示例而言，回音抵消系統S1包含資料傳輸電路100、回音抵消電路200以及回音抵消電路300。在一些實施例中，回音抵消電路200用以產生回音抵消訊號EC1，以在類比端抵消系統中大部分的回音。回音抵消電路300用以產生回音抵消訊號EC2，以在數位端抵消剩餘的回音。
具體而言，資料傳輸電路100接收傳輸訊號TX1，其中傳輸訊號TX1具有第一取樣頻率(例如：400兆赫(MHz))。回音抵消電路200接收傳輸訊號TX1且對傳輸訊號TX1執行過取樣(oversampling)程序以產生傳輸訊號TX2，其中傳輸訊號TX2具有第二取樣頻率，第二取樣頻率(例如：800兆赫)大於第一取樣頻率。回音抵消電路200依據傳輸訊號TX2產生回音抵消訊號EC1。接著，資料傳輸電路100依據類比訊號TXC、接收訊號RXC、回音抵消訊號EC1以及回音抵消訊號EC2產生輸出訊號DO。藉由回音抵消訊號EC1以及回音抵消訊號EC2，可抵消回音對訊號的影響，進而提高回音抵消系統S1的訊號雜訊比(signal-to-noise ratio，SNR)。
在一些實施例中，資料傳輸電路100包含記憶體102、過取樣電路104、整型電路106、數位類比轉換器108、類比前端處理電路110、類比數位轉換電路112、平行序列轉換電路114、加法器AD1、序列平行轉換電路116、濾波電路118以及加法器AD2。類比數位轉換電路112包含類比數位轉換器1121以及類比數位轉換器1122。濾波電路118包含濾波器1181以及濾波器1182。
在一些實施例中，回音抵消電路200包含過取樣電路202、濾波電路204、加法器AD3、亂數產生電路206、濾波電路208、過取樣電路210、整型電路212、加法器AD4以及數位類比轉換器214。
在運作上，記憶體102接收傳輸訊號TX1。在一些實施例中，記憶體102是以能夠執行先進先出(FIFO)程序的暫存器實現，但本揭示不以此為限。接著，記憶體102將傳輸訊號TX1傳給過取樣電路104以及過取樣電路202。
過取樣電路104對傳輸訊號TX1執行過取樣程序以產生傳輸訊號TX3，其中傳輸訊號TX3具有第三取樣頻率，第三取樣頻率(例如：1.6吉赫)大於第二取樣頻率。接著，整型電路106依據傳輸訊號TX3產生整型訊號SD1。數位類比轉換器108將數位形式的整型訊號SD1轉為類比形式的類比訊號TXC。類比訊號TXC可經一變壓器處理後輸出給一網路線或其他電子元件。
另一方面，過取樣電路202對傳輸訊號TX1執行過取樣程序以產生傳輸訊號TX2。如前所述，傳輸訊號TX2具有第二取樣頻率。接著，濾波電路204可搭配濾波最小方均根(filtered least mean squared，FxLMS)機制對傳輸訊號TX2執行濾波程序，以產生濾波訊號AEC_O。亂數產生電路206產生亂數PN。在一些實施例中，亂數PN為虛擬雜訊序列(pseudo-noise sequence)，但本揭示不以此為限。加法器AD3結合濾波訊號AEC_O以及亂數PN，以產生運算訊號CD1。過取樣電路210對運算訊號CD1執行過取樣程序以產生傳輸訊號TX4。傳輸訊號TX4亦具有第三取樣頻率。也就是說，傳輸訊號TX4的取樣頻率會被設定為與傳輸訊號TX3的取樣頻率相等。整型電路212依據傳輸訊號TX4產生整型訊號SD2。加法器AD4結合整型訊號SD2以及整型訊號SD1以產生運算訊號CD2。數位類比轉換器214將數位形式的運算訊號CD2轉為類比形式的回音抵消訊號EC1。
在一些實施例中，若類比訊號TXC引入接收傳輸線，將會造成回音。也就是說，類比前端處理電路110會接收到類比訊號TXC。類比前端處理電路110依據類比訊號TXC、來自回音抵消電路200的回音抵消訊號EC1以及接收訊號RXC產生處理訊號AFE_O。處理訊號AFE_O亦具有第三取樣頻率。類比數位轉換電路112依據處理訊號AFE_O產生數位訊號D_ODD以及數位訊號D_EVEN。在一些實施例中，數位訊號D_ODD是類比數位轉換器1121依據第一取樣頻率運作且以第一相位(例如：奇相位)對處理訊號AFE_O取樣所產生，而數位訊號D_EVEN是類比數位轉換器1122依據第一取樣頻率運作且以第二相位(例如：偶相位)對處理訊號AFE_O取樣所產生。接著，平行序列轉換電路114將平行形式的數位訊號D_ODD以及數位訊號D_EVEN轉為序列形式的序列訊號SRD。
另外，亂數PN經反相程序後產生反相亂數-PN。濾波電路208依據反相亂數-PN產生濾波訊號FO。加法器AD1結合濾波訊號FO以及序列形式的序列訊號SRD，以產生序列形式的運算訊號CD3。序列平行轉換電路116將序列形式的運算訊號CD3轉為平行形式的平行訊號PD。濾波器1181依據第一取樣頻率運作且以第一相位(例如：奇相位)對平行訊號PD取樣以產生濾波訊號DLF1。濾波器1182依據第一取樣頻率運作且以第二相位(例如：偶相位)對平行訊號PD取樣以產生濾波訊號DLF2。在一些實施例中，濾波器1181以及濾波器1182是以低通濾波器實現，但本揭示不以此為限。加法器AD2結合濾波訊號DLF1、濾波訊號DLF2以及回音抵消訊號EC2，以產生輸出訊號DO。
在一些實施例中，濾波電路204的濾波最小方均根機制會基於傳輸訊號TX2、序列形式的序列訊號SRD(可反映出誤差)以及濾波電路208(例如：濾波器係數)而更新，進而使得回音抵消電路200產生更能有效消除回音的回音抵消訊號EC1，以提高回音抵消系統S1的訊號雜訊比。
在一些相關技術中，回音抵消電路是依據具有較低取樣頻率的訊號產生回音抵消訊號。在這些相關技術中，回音抵消訊號無法有效地消除回音，因此通訊系統的訊號雜訊比無法有效地提高。
在本揭示中，回音抵消電路200是依據具有較高取樣頻率(第二取樣頻率，例如800兆赫)的傳輸訊號TX2產生回音抵消訊號EC1。如此，回音抵消訊號EC1可更有效地消除回音，使得回音抵消系統S1的訊號雜訊比有效地提高。
另外，傳輸訊號TX2的取樣頻率可依據由類比前端處理電路110所輸出的處理訊號AFE_O的取樣頻率而決定。在一些實施例中，若處理訊號AFE_O具有第三取樣頻率，由過取樣電路202所輸出的傳輸訊號TX2的第二取樣頻率可被設定為第三取樣頻率的一半或小於第三取樣頻率。如此，可在已抵消大部分回音的情況下避免系統成本過高。在一些其他的實施例中，第二取樣頻率可被設定為等於第三取樣頻率，以消除更多的回音。
參考第2圖。第2圖是依照本揭示一些實施例所繪示的回音抵消系統S2的示意圖。第2圖的回音抵消系統S2是採用多相(poly-phase)系統。
具體而言，第2圖的回音抵消系統S2與第1圖的回音抵消系統S1之間的主要差異為，回音抵消系統S2的資料傳輸電路1000包含記憶體1131以及記憶體1132。回音抵消系統S2的回音抵消電路2000包含濾波電路2041(可包含於第1圖的濾波電路204中)、濾波電路2042(可包含於第1圖的濾波電路204中)、記憶體207、濾波電路2081(可包含於第1圖的濾波電路208中)、濾波電路2082(可包含於第1圖的濾波電路208中)、記憶體216、濾波器2181以及濾波器2182。在一些實施例中，記憶體1131、記憶體1132、記憶體207以及記憶體216是以能夠執行先進先出程序的暫存器實現，但本揭示不以此為限。
濾波電路2041以及濾波電路2042接收傳輸訊號TX1，其中濾波電路2041依據第一相位(例如：奇相位)對傳輸訊號TX1執行濾波程序，以輸出濾波訊號F1。濾波電路2042依據第二相位(例如：偶相位)對傳輸訊號TX1執行濾波程序，以輸出濾波訊號F2。亂數產生電路206產生亂數PN。加法器AD5結合濾波訊號F1以及亂數PN，以產生數位訊號DD1。整型電路212依據數位訊號DD1以及濾波訊號F2產生整型訊號SD3。數位類比轉換器214基於整型訊號SD3與傳輸訊號TX1的結合產生回音抵消訊號EC1。類比前端處理電路110依據相應於傳輸訊號TX1的類比訊號TXC1、回音抵消訊號EC1以及接收接收訊號RXC產生處理訊號AFE_O1。類比數位轉換電路1121以第一相位(例如：奇相位)對處理訊號AFE_O1取樣以產生數位訊號D_ODD1。類比數位轉換電路1122以第二相位(例如：偶相位)對處理訊號AFE_O1取樣以產生數位訊號D_EVEN1。
另一方面，記憶體207將反相亂數-PN輸出至濾波器2081以及濾波器2082。濾波器2081透過加法器AD6耦接該類比數位轉換器1131。濾波器2082透過加法器AD7耦接該類比數位轉換器1132。濾波器2081、類比數位轉換器1131以及類比數位轉換器1121相應於第一相位(例如：奇相位)。濾波器2082、類比數位轉換器1132以及類比數位轉換器1122相應於第二相位(例如：偶相位)。在一些實施例中，濾波器2081可依據加法器AD6的輸出而更新，且濾波器2082可依據加法器AD7的輸出而更新。
另外，記憶體216將傳輸訊號TX1傳給濾波電路2181以及濾波電路2182。濾波電路2181的輸出以及濾波電路2182的輸出會分別依據濾波電路2081以及濾波電路2082的濾波器係數改變(例如：可藉由第1圖中濾波電路208連接至濾波電路204之路徑傳遞訊號)。結合電路COM再依據類比數位轉換器1131的輸出、類比數位轉換器1132的輸出、濾波電路2181的輸出以及濾波電路2182的輸出且透過更新電路220更新濾波電路2041以及濾波電路2042的濾波最小方均根機制。
如前所述，第2圖的回音抵消系統S2採用多相系統。也就是說，回音抵消系統S2將不同相位的訊號分開處理。在這個情況下，所有元件皆可操作在較低頻率，以達到省電的功效。另外，由於回音抵消系統S2採用多相系統，因此電路設計的彈性更大。舉例而言，未來將更方便移除其中一相(例如：奇相位或偶相位)的路徑。
參考第3圖。第3圖是依照本揭示一些實施例所繪示的回音抵消方法3000的流程圖。回音抵消方法3000包含操作S310、S320、S330以及S340。
在一些實施例中，回音抵消方法3000應用於第1圖的回音抵消系統S1中，但本揭示不以此為限。為易於理解，回音抵消方法3000將搭配第1圖的回音抵消系統S1進行討論。
在操作S310中，藉由資料傳輸電路100接收傳輸訊號TX1，其中傳輸訊號TX1具有第一取樣頻率。
在操作S320中，藉由回音抵消電路200依據傳輸訊號TX1產生傳輸訊號TX2，其中傳輸訊號TX2具有第二取樣頻率，且第二取樣頻率大於第一取樣頻率。在一些實施例中，藉由過取樣電路202對傳輸訊號TX1執行過取樣程序以產生傳輸訊號TX2。傳輸訊號TX2的取樣頻率可為傳輸訊號TX1的取樣頻率的兩倍以上。
在操作S330中，藉由回音抵消電路200依據傳輸訊號TX2產生回音抵消訊號EC1。由於傳輸訊號TX2具有較高的第二取樣頻率，因此回音抵消電路200產生更有效消除回音的回音抵消訊號EC1。
在操作S340中，藉由資料傳輸電路100依據接收訊號RXC以及回音抵消訊號EC1產生輸出訊號DO。在一些實施例中，回音抵消訊號EC1可在類比端抵消系統中大部分的回音，以提高回音抵消系統S1的訊號雜訊比。
在本揭示中，系統中的回音可被更有效地消除。據此，系統的訊號雜訊比可被提升。另外，系統的有效位數(Effective number of bits，ENOB)的精度也可降低，以節省成本。再者，亦可降低對訊號抖動(jitter)的要求，且可在任意區間操作。
綜上所述，在本揭示的回音抵消系統以及回音抵消方法中，回音抵消電路依據具有較高取樣頻率的訊號產生回音抵消訊號。如此，將可消除更多的雜訊以提高回音抵消系統的訊號雜訊比。
各種功能性元件和方塊已於此公開。對於本技術領域具通常知識者而言，功能方塊可由電路(不論是專用電路，或是於一或多個處理器及編碼指令控制下操作的通用電路)實現，其一般而言包含用以相應於此處描述的功能及操作對電氣迴路的操作進行控制之電晶體或其他電路元件。進一步地理解，一般而言電路元件的具體結構與互連，可由編譯器(compiler)，例如暫存器傳遞語言(Register Transfer Language, RTL)編譯器決定。暫存器傳遞語言編譯器對與組合語言代碼(assembly language code)相當相似的指令碼(script)進行操作，將指令碼編譯為用於佈局或製作最終電路的形式。
雖然本揭示已以實施方式揭示如上，然其並非用以限定本揭示，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭示之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100,1000:資料傳輸電路 102,1131,1132,207,216:記憶體 104:過取樣電路 106:整型電路 108:數位類比轉換器 110:類比前端處理電路 112:類比數位轉換電路 1121,1122:類比數位轉換器 114:平行序列轉換電路 116:序列平行轉換電路 118:濾波電路 1181,1182:濾波器 200,300,2000:回音抵消電路 202:過取樣電路 204,208,2181,2182:濾波電路 206:亂數產生電路 2041,2042,2081,2082:濾波器 210:過取樣電路 212:整型電路 214:數位類比轉換器 220:更新電路 S1,S2:回音抵消系統 AD1,AD2,AD3,AD4,AD5,AD6,AD7:加法器 TX1, TX2,TX3,TX4:傳輸訊號 PD:平行訊號 SRD:序列訊號 RXC:接收訊號 SD1,SD2,SD3:整型訊號 TXC,TXC1:類比訊號 EC1,EC2:回音抵消訊號 DO:輸出訊號 AEC_O,FO,DLF1,DLF2,F1,F2:濾波訊號 PN:亂數 -PN:反相亂數 CD1,CD2,CD3:運算訊號 AFE_O,AFE_O1:處理訊號 D_ODD,D_EVEN,DD1,D_ODD1,D_EVEN1:數位訊號 COM:結合電路 3000:回音抵消方法 S310,S320,S330,S340:操作
為讓本揭示之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能夠更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一回音抵消系統的示意圖； 第2圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一回音抵消系統的示意圖；以及 第3圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一回音抵消方法的流程圖。
3000:回音抵消方法
S310,S320,S330,S340:操作

Claims (10)

  1. 一種回音抵消系統，包含：一資料傳輸電路，用以接收一第一傳輸訊號，其中該第一傳輸訊號具有一第一取樣頻率；以及一回音抵消電路，用以依據該第一傳輸訊號產生一第二傳輸訊號，其中該第二傳輸訊號具有一第二取樣頻率，且該第二取樣頻率大於該第一取樣頻率，其中該回音抵消電路更用以依據該第二傳輸訊號產生一回音抵消訊號，且該資料傳輸電路更用以依據一接收訊號以及該回音抵消訊號產生一輸出訊號。
  2. 如請求項1所述的回音抵消系統，其中該第二取樣頻率為該第一取樣頻率的兩倍以上。
  3. 如請求項1所述的回音抵消系統，其中該資料傳輸電路包含：一第一過取樣電路，用以依據該第一傳輸訊號產生一第三傳輸訊號，其中該第三傳輸訊號具有一第三取樣頻率，其中該第三取樣頻率大於該第二取樣頻率；一第一整型電路，用以依據該第三傳輸訊號產生一第一整型訊號；一第一數位類比轉換器，用以依據該第一整型訊號產生一類比訊號；一類比前端處理電路，用以依據該類比訊號、該回音 抵消訊號以及該接收訊號產生一處理訊號，其中該處理訊號具有該第三取樣頻率；以及一類比數位轉換電路，用以依據該處理訊號產生至少一數位訊號，其中該輸出訊號基於該至少一數位訊號產生。
  4. 如請求項3所述的回音抵消系統，其中該第二取樣頻率為該第三取樣頻率的一半。
  5. 如請求項3所述的回音抵消系統，其中該回音抵消電路包含：一第二過取樣電路，用以依據該第一傳輸訊號產生該第二傳輸訊號；一第一濾波電路，用以對該第二傳輸訊號執行一濾波程序，以產生一第一濾波訊號；一第三過取樣電路，用以依據該第一濾波訊號以及一亂數產生一第四傳輸訊號，其中該第四傳輸訊號具有該第三取樣頻率；一第二整型電路，用以依據該第四傳輸訊號產生一第二整型訊號；一加法器，用以依據該第一整型訊號以及該第二整型訊號產生一運算訊號；以及一第二數位類比轉換器，用以依據該運算訊號產生該回音抵消訊號。
  6. 如請求項5所述的回音抵消系統，其中該回音抵消電路更包含：一亂數產生電路，用以產生該亂數；以及一第二濾波電路，用以依據相應於該亂數的一反相亂數產生一第二濾波訊號，其中該第一濾波電路基於該至少一數位訊號以及該第二濾波電路而更新。
  7. 一種回音抵消系統，包含：一資料傳輸電路，用以接收一第一傳輸訊號；以及一回音抵消電路，包含：一第一濾波器，用以依據該第一傳輸訊號產生一第一濾波訊號，其中該第一濾波訊號與一亂數的結合為一第一數位訊號，其中該第一濾波器相應於一第一相位；一第二濾波器，用以依據該第一傳輸訊號產生一第二濾波訊號，其中該第二濾波器相應於一第二相位，其中該第二相位不同於該第一相位；以及一數位類比轉換器，用以基於該第一傳輸訊號以及相應於該第一數位訊號以及該第二濾波訊號的一整型訊號產生一回音抵消訊號；其中該資料傳輸電路更用以依據一接收訊號以及該回音抵消訊號產生一輸出訊號。
  8. 如請求項7所述的回音抵消系統，其中該資料傳輸電路包含：一類比前端處理電路，用以依據相應於該第一傳輸訊號的該類比訊號、該回音抵消訊號以及該接收訊號產生一處理訊號；一第一類比數位轉換電路，相應於該第一濾波器，其中該第一類比數位轉換電路用以依據該處理訊號產生一第一數位訊號；以及一第二類比數位轉換電路，相應於該第二濾波器，其中該第二類比數位轉換電路用以依據該處理訊號產生一第二數位訊號，其中該輸出訊號基於該第一數位訊號以及該第二數位訊號產生。
  9. 如請求項8所述的回音抵消系統，其中該第一濾波器透過一第一加法器耦接該第一類比數位轉換器，其中該第二濾波器透過一第二加法器耦接該第二類比數位轉換器。
  10. 一種回音抵消方法，包含：藉由一資料傳輸電路接收一第一傳輸訊號，其中該第一傳輸訊號具有一第一取樣頻率；藉由一回音抵消電路依據該第一傳輸訊號產生一第二傳輸訊號，其中該第二傳輸訊號具有一第二取樣頻率，且該第二取樣頻率大於該第一取樣頻率； 藉由該回音抵消電路依據該第二傳輸訊號產生一回音抵消訊號；以及藉由該資料傳輸電路依據一接收訊號以及該回音抵消訊號產生一輸出訊號。
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