專利名稱：回波補償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的回波補償裝置，尤其是一種在兩個傳輸方向上具有不對稱數(shù)據(jù)速率的雙工傳輸系統(tǒng)所采用的回波補償裝置。
在圖5中示出了一種雙工傳輸系統(tǒng)的原理布置，其中同時在傳輸信道-譬如雙導(dǎo)線-的兩個方向上傳輸數(shù)據(jù)。圖5所示的雙工傳輸系統(tǒng)包括一個被分配給電話業(yè)務(wù)提供商或業(yè)務(wù)提供商2的中央通信單元1和一個被分配給用戶的通信單元2。每個通信單元都具有一個用于發(fā)射數(shù)字數(shù)據(jù)的發(fā)射機4，所述的數(shù)字數(shù)據(jù)在經(jīng)過一個發(fā)射濾波器5和一個也被稱為混合電路的接通裝置6之后利用傳輸線路3被傳輸給另一通信單元，該數(shù)據(jù)在那兒又被相應(yīng)的混合電路6接收，然后通過接收濾波器7被輸入到接收機8中。從中央通信單元1到用戶通信單元2的傳輸方向也被稱作“下游”方向，而相反的方向被稱作“上游”方向。
在兩個方向上所發(fā)送的信號譜的重疊被稱為頻率同信道方法。在該情形下，從通信單元的發(fā)射機4經(jīng)相應(yīng)的混合電路6而被輸入到相同通信單元的接收機8上的干擾回波不能通過選擇濾波器進行抑制，而從原理上講這譬如在頻率分離信道方法中是可能的，其中，所述的干擾回波是由于發(fā)射信號串擾到接收信號上引起的。但頻率分離信道方法需要較大的信號帶寬，并因此大多比頻率同信道方法具有更低的效率。
因此在利用頻率同信道方法的傳輸系統(tǒng)中裝設(shè)抑制回波補償器10來抑制干擾的回波效應(yīng)。在此，以某種方式和方法產(chǎn)生一個盡可能好地與所述干擾發(fā)射信號或串擾信號相一致的信號。隨后利用加法器9從所述由回波信號和對方原本有用信號所組成的接收信號中減去所述由回波補償器10產(chǎn)生的回波補償信號。
由于回波信號極強烈地依賴于傳輸信道3的輸入電阻，所以必須在開始建立連接時自動地調(diào)節(jié)所述的回波補償，并在譬如因溫度波動而產(chǎn)生信道特性變化的情況下在數(shù)據(jù)連接期間進行自適應(yīng)地再調(diào)節(jié)。因此，一種用于實現(xiàn)回波補償器10的可能性就在于非遞歸數(shù)字濾波器形式的結(jié)構(gòu)，該濾波器的濾波器系數(shù)可以根據(jù)被回波補償?shù)慕邮招盘?也即相應(yīng)加法器9的輸出信號-連續(xù)地進行調(diào)節(jié)，并直接表現(xiàn)為所述回波補償器10的、時間有限的時間離散和數(shù)值離散的脈沖響應(yīng)。因此所述的濾波器系數(shù)對應(yīng)于回波脈沖響應(yīng)。
當所述回波補償器的對應(yīng)于數(shù)字發(fā)射信號的輸入信號具有非常小的幅度級時，上述回波補償器10的結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)方面是一種較有利的結(jié)構(gòu)，因為在該情形下可以取消為給信號采樣值乘以濾波器系數(shù)而實現(xiàn)真正的乘法器。因此該結(jié)構(gòu)尤其適用于基帶傳輸系統(tǒng)，譬如用于ISDN用戶端。
相反，如果所述的數(shù)字發(fā)射信號具有與其字長相對應(yīng)的較大數(shù)量的幅度級-正如在ADSL(非對稱數(shù)字用戶線)傳輸系統(tǒng)中一樣-，則必須使用真正的乘法器來實現(xiàn)非遞歸的數(shù)字濾波器，以構(gòu)成所述的回波補償器10。于是，該回波補償器的實施費用基本上取決于需補償?shù)幕夭}沖響應(yīng)的長度，并因此取決于濾波器系數(shù)的數(shù)量。由于ADSL傳輸系統(tǒng)中的濾波器系數(shù)的數(shù)量可能位于300～600的范圍，所以上述回波補償器的結(jié)構(gòu)并不適用于現(xiàn)代ADSL傳輸系統(tǒng)。
在US-PS 5,311,759中公開過另一種用于所謂的離散多音調(diào)制(DMT)的回波補償器結(jié)構(gòu)，它也可以適用于ADSL傳輸系統(tǒng)。它建議把回波補償器劃分為兩個級，其中，第一級在頻域內(nèi)工作，并補償由相應(yīng)發(fā)射信號的周期性部分所引起的回波信號成分，而第二級則在時域內(nèi)工作，并補償回波信號的起振成分。與只工作在時域內(nèi)的非遞歸濾波器形式的回波補償器相比，利用這種結(jié)構(gòu)可以減小回波補償器的整個復(fù)雜性。但如其所述，這種結(jié)構(gòu)也需要一個工作在頻域內(nèi)的級。
在許多應(yīng)用中，如果在兩個傳輸方向上利用非對稱的數(shù)據(jù)速率進行工作，便足以抑制回波效應(yīng)，這樣，譬如從中央通信單元1-也即業(yè)務(wù)提供商-到用戶通信單元2利用較高的數(shù)據(jù)速率進行傳輸，而在相反的方向上則利用較低的數(shù)據(jù)速率進行傳輸。在ADSL標準中講述和規(guī)定了這類非對稱的傳輸系統(tǒng)。在圖5中示出了用于這類ADSL傳輸系統(tǒng)的兩個發(fā)射機4的信號帶寬。盡管有不同的信號帶寬，但發(fā)射機4和接收機8在傳輸信道3的兩側(cè)也是時鐘同步地進行工作的，也就是說，數(shù)字式地產(chǎn)生的下游發(fā)射信號的采樣頻率恰好以因子8高于上游發(fā)射信號的采樣頻率。
本發(fā)明所基于的任務(wù)在于提供一種用于傳輸系統(tǒng)的回波補償裝置，所述的傳輸系統(tǒng)在兩個傳輸方向上利用非對稱的數(shù)據(jù)速率進行工作，其中，所述的回波補償裝置只在時域內(nèi)工作，并且可以可靠地補償回波效應(yīng)，同時又具有比現(xiàn)有技術(shù)更低的實施費用。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的回波補償裝置來解決。本發(fā)明的有利及優(yōu)選實施方案由從屬權(quán)利要求給出。
本發(fā)明是基于如下知識，即如果在補償路徑中、也即在途徑所述回波補償器的信號路徑中和/或在接收信號路徑中插入一個或多個數(shù)字濾波器，則可以大大減小為實現(xiàn)某種剩余回波衰減而需要的回波補償器的脈沖響應(yīng)。
如果利用一個比相應(yīng)接收信號更高的采樣頻率或數(shù)據(jù)速率來發(fā)送所述的發(fā)射信號-譬如在ADSL傳輸系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)提供商所屬的通信單元內(nèi)便是這種情況-，則可以利用自適應(yīng)回波補償器的輸入輸出端上的合適抽取級、并通過在第一抽取級之前和第二抽取級之后插入特別固定的、也即非自適應(yīng)的數(shù)字濾波器來縮短回波補償器的脈沖響應(yīng)長度。
如果利用一個以確定的因子(尤其是因子8)高于相應(yīng)發(fā)射信號的采樣頻率來采樣所述的接收信號-譬如在ADSL傳輸系統(tǒng)中的用戶所屬的通信單元內(nèi)便是這種情況-，則必定在回波補償器的輸出端上會產(chǎn)生具有相應(yīng)高的采樣頻率的回波補償信號。這譬如可以通過采用如下的非遞歸式濾波器來實現(xiàn)，即該濾波器具有與所述確定的因子相對應(yīng)數(shù)量的不同系數(shù)組，其中按每個發(fā)射符號為每個采樣值設(shè)定一個系數(shù)組，以便一共構(gòu)造一個內(nèi)插級。通過在由此實現(xiàn)的自適應(yīng)回波補償器之前和之后插入合適的數(shù)字濾波器，在該情形下也可以縮短回波補償器的所需的脈沖響應(yīng)，并由此減少了實施費用。
同樣，如果所述的接收信號具有一個高于發(fā)射信號的采樣頻率或數(shù)據(jù)速率，則可以通過內(nèi)插來提高所述發(fā)射信號的數(shù)據(jù)速率，其中，這是優(yōu)選逐級地借助設(shè)于回波補償器之前和之后的內(nèi)插器來實現(xiàn)的。位于接收信號和所述被連接在回波補償器之后的內(nèi)插器的輸出信號之間的差信號-也即與所述內(nèi)插誤差相對應(yīng)的誤差信號-被有利地用來調(diào)節(jié)所述被通常構(gòu)造為自適應(yīng)非遞歸式濾波器的回波補償器。
下面參考附圖并借助優(yōu)選實施例來詳細講述本發(fā)明。


圖1示出了本發(fā)明第一實施例的回波補償裝置，
圖2A-2C以圖示解釋了用圖1所示的實施例所實現(xiàn)的優(yōu)點，圖3示出了本發(fā)明第二實施例的回波補償裝置，圖4A示出了在圖3所示的實施例中可附加或替換地在接收信號路徑內(nèi)所采用的數(shù)字濾波器的頻率特性，圖4B以圖示解釋了用圖3所示的實施例所實現(xiàn)的優(yōu)點，圖5示出了可以應(yīng)用本發(fā)明的雙工傳輸系統(tǒng)的簡圖，圖6示出了現(xiàn)有技術(shù)的回波補償器的可能結(jié)構(gòu)，圖7A和7B以圖示解釋了與圖6所示的結(jié)構(gòu)有關(guān)的缺點，圖8示出了本發(fā)明的回波補償器的可能結(jié)構(gòu)，圖9A和9B以圖示解釋了與另一已知回波補償器結(jié)構(gòu)有關(guān)的缺點，以及圖10示出了本發(fā)明第三實施例的回波補償裝置。
本發(fā)明是基于如下知識，即通過在所述回波補償器的補償路徑中插入特殊的子濾波器系統(tǒng)，可以縮短某種剩余回波衰減所需要的濾波器長度-也即以非遞歸濾波器形式構(gòu)造的回波補償器的濾波器系數(shù)數(shù)量-。通過在接收信號路徑內(nèi)附加或替換地插入子濾波器系統(tǒng)，可以進一步減小實施費用，其中在該情形下，除了回波信號外還可以影響從對方傳輸來的有用信號，以便可以在此檢驗這是否可能不損害所述的有用信號。
由于本發(fā)明需要應(yīng)用于非對稱傳輸系統(tǒng)-也即在兩個傳輸方向上具有不同數(shù)據(jù)速率的傳輸系統(tǒng)-，所以必須分開地考慮該傳輸系統(tǒng)的兩側(cè)的回波補償器結(jié)構(gòu)。
在圖5所示的ADSL傳輸系統(tǒng)中，在上游接收側(cè)-也即在通信單元1的那一側(cè)-接收較窄帶的數(shù)據(jù)信號，而發(fā)送較寬帶的數(shù)據(jù)信號。因此，當在時域內(nèi)實現(xiàn)該通信單元的回波補償器10時，必須對回波補償器10的輸出信號進行欠采樣，以便隨后能借助加法器9從相應(yīng)的接收信號中減去。在一種與ADSL標準相對應(yīng)的傳輸系統(tǒng)中，發(fā)射機采樣頻率和接收機采樣頻率的比譬如為8∶1(2208kHz∶276kHz)。
圖6示出了現(xiàn)有技術(shù)的相應(yīng)常規(guī)回波補償器結(jié)構(gòu)。如同上文所述，所述的回波補償器10被構(gòu)造為長度為N的非遞歸濾波器的形式，其濾波器系數(shù)為h0...hN-1，且利用欠采樣器或抽取器14根據(jù)比例8∶1對其輸出信號進行欠采樣。
在圖7A中用線性和對數(shù)(dB)比例示出了一種典型的回波脈沖響應(yīng)。從圖7A可以看出，只有在許多時鐘周期之后才緩和所述的回波脈沖響應(yīng)。
如果從回波補償器10的長度起累加所述回波脈沖響應(yīng)的平方值，則可以根據(jù)回波補償器10的長度或該回波補償器的系數(shù)數(shù)量得出關(guān)于剩余回波衰減的定量描述，因為只有這些平方值才促成剩余回波。在圖7B中就此示出了剩余回波衰減對回波補償器10的系數(shù)數(shù)量的依賴性。從圖7B可以看出，為實現(xiàn)譬如-80dB(這大致對應(yīng)于14比特A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差)的剩余回波衰減而需要一種具有560個濾波器系數(shù)(抽頭)的常規(guī)回波補償器。
相反，利用圖1所示的回波補償裝置可以實現(xiàn)顯著地減小某種剩余回波衰減所需要的回波補償器10的長度，其中在回波補償路徑中插入了數(shù)字濾波器11和12。從原理上講，可以為濾波器11和12使用任意的濾波器，但總是力圖使某個剩余回波衰減所需要的回波補償器10的長度保持盡可能地小。此外，也可以優(yōu)選地如此來構(gòu)造所述的濾波器11和12，使得其濾波器系數(shù)為2的冪，這樣便可以通過簡單的比特位移運算來實現(xiàn)乘以2的冪，并無需昂貴的硬件乘法器。
在傳遞函數(shù)為H1(z)的且輸入有相應(yīng)發(fā)射信號y(k)的第一數(shù)字濾波器11之后插入一個第一欠采樣器13，該欠采樣器的采樣比例譬如為4∶1，這樣，所述的輸入數(shù)據(jù)便利用非常低的采樣頻率被送到自適應(yīng)的、且由此可變的回波補償器10上，這最后便導(dǎo)致了回波補償器10具有較少數(shù)量的必要系數(shù)。在回波補償器10的輸出端有一個采樣比例譬如為2∶1的另一個欠采樣器14，于是回波補償信號yec(wk)的采樣值的采樣頻率便以w＝8從2.2MHz降到276kHz，并由此與接收信號x(wk)的采樣頻率相一致。由于所述的自適應(yīng)回波補償器是非遞歸地實現(xiàn)的，所以只須計算所述的采樣值。
通過合適地選擇所述以接收信號x(wk)的時鐘頻率進行工作的數(shù)字濾波器12的規(guī)格，可以進一步減少回波補償器10所需的系數(shù)數(shù)量。借助仿真為兩個數(shù)字濾波器11和12求出如下的傳遞函數(shù)，利用該傳遞函數(shù)可以大大減小所述自適應(yīng)回波補償器10的脈沖響應(yīng)H1(z)=(11-(58)·z-1)6]]>H2(z)=(11-(1-116-164)·z-1).]]>如果附加地在接收信號路徑內(nèi)再布置另一個數(shù)字濾波器15，那么便可以實現(xiàn)進一步減少譬如為剩余回波衰減-80dB而需要的回波補償器10的系數(shù)，其中，所述的濾波器15具有數(shù)字濾波器11和12那樣的高通特性，并且其濾波器系數(shù)優(yōu)選地用2的冪來表示。
譬如可以為數(shù)字濾波器15采用具有如下傳遞函數(shù)的非遞歸式濾波器H3(z)=HNREK(z)=(1-z-1)n.]]>同樣也可以采用具有如下傳遞函數(shù)的遞歸式濾波器H3(z)=HREK(z)=HNREK(z)(1-c0·z-1)m]]>其中c0=±(1-2-L),]]>其中，L為整數(shù)。如果選擇m＝n，則可以為遞歸式濾波器獲得如下傳遞函數(shù)H3(z)=HREK(z)=(1-z-11-c0·z-1)n.]]>在選擇多級數(shù)字濾波器的情況下，顯然也可以不同地確定所述的反饋系數(shù)c0。一般地，可以為所述工作于時域的數(shù)字濾波器15的傳遞函數(shù)獲得如下表達式H3(z)=Πv=1n(1-z-11-cv·z-1)]]>其中cv=±(1-2-Lv).]]>下面尤其來考察數(shù)字濾波器15的如下四個傳遞函數(shù)，以便針對減小所述回波補償器10的長度而顯示該數(shù)字預(yù)濾波器的有效性H3(z)＝(1-z-1)H3(z)=(1-z-11-0,5·z-1)2]]>H3(z)=(1-z-11-0,25·z-1)2]]>H3(z)=(1-z-1)2.]]>在圖1所示的接收信號路徑中為采樣頻率276kHz的情況下，在圖2A中利用a-d特性曲線以上述順序示出了該濾波器的衰減過程。當選擇特殊的數(shù)字預(yù)濾波器以對接收信號x(wk)進行輸入濾波時，需要注意的是，接收信號x(wk)的頻譜位于約26kHz～138kHz的范圍。
在圖2B中以對數(shù)比例并利用a-d特性曲線分別示出了當在接收信號路徑中采用上述數(shù)字預(yù)濾波器15時的相應(yīng)回波脈沖響應(yīng)，在此，從圖2B可以看出，針對每個數(shù)字濾波器15可以實現(xiàn)相對于特性曲線e而大大縮短回波脈沖響應(yīng)，其中特性曲線e對應(yīng)于沒有采用數(shù)字預(yù)濾波器15的情況。
在圖2C中針對圖2B所示的情況分別示出了剩余回波衰減對回波補償器10的系數(shù)數(shù)量或抽頭數(shù)量的依賴曲線。從圖2C可以看出，利用上述每個數(shù)字預(yù)濾波器15可以實現(xiàn)大大減少所需的回波補償器10的濾波器系數(shù)數(shù)量，其中最有利的是傳遞函數(shù)為H3(z)＝(1-z-1)2(特性曲線d)的系統(tǒng)，該傳遞函數(shù)相對于沒有接收信號濾波的情況(特性曲線e)能實現(xiàn)把系數(shù)數(shù)量從560(也可以參考圖7B)減少到約200。
相對于圖1所示的用于數(shù)字濾波器11和12的上述傳遞函數(shù)H1(z)和H2(z)的裝置，在下面的表格中列出了剩余回波衰減-80dB所需要的回波補償器10的長度，從中可以看出，當在回波補償路徑或接收信號路徑中插入一個數(shù)字濾波器時，便已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)大大減小所需的回波補償器長度。當在回波補償路徑和接收信號路徑中均插入數(shù)字濾波器時可以獲得最佳的結(jié)果。 與圖5所示的中央通信單元1的上游接收相反，在用戶通信單元2的下游接收中用如下的時鐘頻率對接收信號進行采樣，即該時鐘頻率比經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出的發(fā)射信號高出一個因子w。因此在該情形下，回波補償器10必須在其輸出端上按每個發(fā)射符號為回波補償信號產(chǎn)生w個采樣值，以便從接收信號中減去所述的回波補償信號。
在圖8中示出了一種相應(yīng)回波補償器10的電路框圖。該回波補償器也被實施為非遞歸式的數(shù)字濾波器，但在該情形下包括w個濾波器系數(shù)hi，1...hi，w，其中按每個發(fā)射符號分別為回波補償信號的采樣值設(shè)立一個系數(shù)組。在回波補償器的輸出端上利用接收信號的較高采樣頻率在各個系數(shù)組的各個輸出值之間進行切換，以便按每個發(fā)射符號y(wk)為回波補償信號yec(k)產(chǎn)生w個采樣符號。
在下游的接收中，為實現(xiàn)某個剩余回波衰減所需要的回波補償器10的系數(shù)數(shù)量以及由此還有實施費用也都是由回波脈沖響應(yīng)的時間長度確定的。在圖9A中就此示出了ADSL傳輸系統(tǒng)的下游接收機中的回波脈沖響應(yīng)，其中，特性曲線a涉及沒有所謂的“橋式抽頭”的CSA6環(huán)傳輸線，而特性曲線b則對應(yīng)于具有“橋式抽頭”的ANSI環(huán)13傳輸線。尤其在美國，經(jīng)常向用戶設(shè)立一些在用戶之前被較短地分支的電話線，其中只在被分支的電話線的一端連接一個終端。該電話線的其余“隱蔽”端被稱為“橋式抽頭”，并通常對線路阻抗產(chǎn)生影響。
對于相同的傳輸線路，在圖9B中利用相應(yīng)的特性曲線a和b示出了分別產(chǎn)生的剩余回波衰減對回波補償器10的濾波器系數(shù)數(shù)量的依賴性，也即對抽頭數(shù)量的依賴性。從圖9B可以看出，在兩種情形下為實現(xiàn)-80dB的剩余回波衰減均需要回波補償器10的333個濾波器系數(shù)。
因為回波補償器10的輸入和輸出端上的采樣頻率不同，所以為了減小回波補償器10的實施費用，優(yōu)選地象上游接收機那樣在回波補償路徑內(nèi)的回波補償器10的前后分別插入一個數(shù)字子濾波器11和12。該下游接收機的相應(yīng)回波補償裝置如圖3所示。從圖3也可以看出，接收信號x(k)和回波補償信號yec(k)是以一個比發(fā)射信號y(wk)(譬如276kHz)高出因子w的采樣頻率(譬如2.2MHz)而出現(xiàn)的。如果上文所述的一樣，在該情形下回波補償器10象圖8那樣被構(gòu)造為內(nèi)插級的形式，以便在輸出端上提高更高的采樣頻率。
優(yōu)選地，已經(jīng)借助計算機仿真為數(shù)字濾波器11和12求出如下的傳遞函數(shù)，以便減少所述被實施為非遞歸式濾波器的回波補償器10的長度，也即減少為實現(xiàn)某種剩余回波衰減所需要的濾波器系數(shù)數(shù)量H1(z)=(11-(14)·z-1)·(11-(58)·z-1)]]>H2(z)=(11-(1316)·z-1)2·(11+(34)·z-1)2.]]>盡管這在圖3內(nèi)并沒有示出，但如果象圖1那樣在接收信號路徑內(nèi)插入另一數(shù)字濾波器15，則也可以在下游接收中實現(xiàn)進一步減少回波補償器10的實施費用，其中下面的出發(fā)點是所述的另一數(shù)字濾波器15具有傳遞函數(shù)H3(z)=12·(1-z-1).]]>在圖4A中以對數(shù)比例示出了該濾波器15的等效頻率特性。
針對上述兩種傳輸線路并通過在接收信號路徑中考慮所述的數(shù)字濾波器15，在圖4B中示出了剩余回波衰減對回波補償器10的長度的依賴曲線，也即對其抽頭數(shù)量的依賴曲線。與圖9B相比，在該兩種情形下通過插入數(shù)字濾波器15可以實現(xiàn)大大減小回波補償器10的實施費用，其中，與CASA6線路(特性曲線a)相比，為實現(xiàn)某種剩余回波衰減(譬如-80dB)而需要為ANSI環(huán)13線路(特性曲線b)采取稍微更長的回波補償器。這顯然是因為在ANSI環(huán)13線路中在線路一端處設(shè)有位于接收機輸入端處的分支線。
在下面的表格內(nèi)列舉了在回波補償路徑和接收信號路徑中考慮和不考慮數(shù)字子濾波器時的所述兩種線路所需的回波補償器長度，其中在數(shù)字子濾波器15的接收信號路徑中考慮了一種具有傳遞函數(shù)H3(z)＝(1-z-1)的遞歸式濾波器。從此可以看出，當在回波補償路徑或在接收信號路徑中插入一個數(shù)字濾波器時，已經(jīng)可以實現(xiàn)大大減少所需的回波補償器長度。當在回波補償路徑和在接收信號路徑中均插入數(shù)字濾波器時，可以獲得最佳的結(jié)果。
如上所述，所述的回波補償器10通常由一種自適應(yīng)非遞歸式濾波器構(gòu)成。在下游接收的情況下，也即在用戶側(cè)的接收機中，回波補償器或所述的自適應(yīng)非遞歸式濾波器是工作在較高的數(shù)據(jù)速率上，因此該自適應(yīng)濾波器會產(chǎn)生大量的濾波器系數(shù)數(shù)量，以及每個時間單位會產(chǎn)生相應(yīng)多數(shù)量的乘法。下面參考圖10來闡述本發(fā)明的另一實施例，利用它可以解決該問題。
在圖10所示的實施例中，發(fā)射信號的低數(shù)據(jù)速率被逐級地擴大，由此可以利用在該實施例中以較低數(shù)據(jù)速率工作的、回波補償器10的自適應(yīng)非遞歸式濾波器(FIR濾波器)來如此地模仿一個以較高數(shù)據(jù)速率工作的且具有未知傳遞函數(shù)的系統(tǒng)-也即所述的回波信號路徑-，使得回波信號或接收信號x(k)與回波補償信號或回波估測值yec(k)之間的平方差的期望值最小化。
為此，按照圖10在回波補償器10之前連接一個第一內(nèi)插器16，以及在回波補償器10之后連接一個第二內(nèi)插器17。借助該兩個內(nèi)插器16和17逐級地提高或擴大所述發(fā)射信號y(wk)的譬如以因子w＝8低于回波信號或接收信號x(k)的數(shù)據(jù)速率。借助加法器19構(gòu)成接收信號x(k)和內(nèi)插器17的輸出信號之間的差，以便譬如通過LMS(“最小均方”)算法均方地最小化所述的內(nèi)插誤差(譬如通過應(yīng)用非常有效而又可以實現(xiàn)的正負符號算法)。借助欠采樣器或抽取器18使所述差信號或誤差讀信號的數(shù)據(jù)速率或采樣頻率與回波補償器10的數(shù)據(jù)速率相匹配。由加法器19產(chǎn)生的差信號或誤差信號被用來自適應(yīng)地調(diào)節(jié)構(gòu)成所述回波補償器10的非遞歸式濾波器。由于該誤差信號在欠采樣器18的數(shù)據(jù)速率壓縮之后具有與所述需最小化的輸出誤差或內(nèi)插誤差相同的統(tǒng)計特性，所以所述的內(nèi)插誤差在靜態(tài)下也是最小的。
如同在上述的實施例中一樣，在回波補償路徑內(nèi)設(shè)立了兩個固定的、也即非自適應(yīng)的數(shù)字濾波器11或12，尤其是IIR濾波器。在此，數(shù)字濾波器12不是布置在所述的自適應(yīng)環(huán)路中，因此不通過該數(shù)字濾波器對回波補償器10的自適應(yīng)非遞歸式濾波器進行上述控制。借助數(shù)字濾波器11可以向上文所述的那樣進一步減少回波補償器10所需要的濾波器系數(shù)數(shù)量，因為不同回波路徑的脈沖響應(yīng)在低頻范圍內(nèi)的遞歸成分具有相同的特性。
回波信號或接收信號x(k)通過延遲元件20被輸入到上文已講述的加法器9中，其中所述的延遲元件20尤其被布置在加法器9和加法器19之間。
如果假定所述回波補償器10的自適應(yīng)非遞歸式濾波器的濾波階數(shù)為N-1，則該自適應(yīng)非遞歸式濾波器將需要N個濾波器系數(shù)，且計算卷積和需要N/M個乘法，因為通過以因子M擴大可以用內(nèi)插器16和17分別在兩個采樣值之間插入M-1個零位。至于所述回波補償器10的自適應(yīng)非遞歸式濾波器的數(shù)據(jù)速率可以被減少到何種程度，這一方面取決于回波脈沖響應(yīng)的頻率特性，另一方面取決于在擴大數(shù)據(jù)速率之后從頻譜中濾除所產(chǎn)生的反射成分的可能性。
在ADSL系統(tǒng)中，發(fā)射信號y(wk)譬如以276kHz的數(shù)據(jù)速率或頻率而存在，而回波信號或接收信號x(k)則以2.2MHz的高數(shù)據(jù)速率(w＝8)而存在，因此內(nèi)插器16的數(shù)據(jù)速率譬如可以按照比例1∶4被提高，內(nèi)插器17的數(shù)據(jù)速率譬如按照比例1∶2被提高，而所述的欠采樣器18則相應(yīng)地按照比例2∶1降低數(shù)據(jù)速率。在該實施例中，延遲元件20具有傳遞函數(shù)z-2。因此在該具體的實施例中，所述回波補償器10的自適應(yīng)非遞歸式濾波器可以在一個與接收信號x(k)的數(shù)據(jù)速率一半相對應(yīng)的數(shù)據(jù)速率上工作，從而使回波補償器10的自適應(yīng)非遞歸式濾波器所需要的濾波器系數(shù)數(shù)量被相應(yīng)地減半。由于數(shù)據(jù)速率在回波補償器10之后被提高了因子2，所以采用數(shù)字濾波器12來從頻譜中濾除或抑制由此所產(chǎn)生的反射成分。尤其可以為數(shù)字濾波器12使用固定的四階IIR濾波器，以便為上述測試信號線路獲得所要求的-80dB的剩余回波衰減。相反，數(shù)字濾波器11譬如可以是固定的一階IIR濾波器。
優(yōu)選地，利用快速卷積來計算回波補償器10的自適應(yīng)非遞歸式濾波器的卷積和，由此可以進一步明顯地減少需執(zhí)行的乘法數(shù)量。
與常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)相比，通過前面用圖10所講述的實施例可以把所述回波補償器10的自適應(yīng)非遞歸式濾波器所需要的濾波器系數(shù)數(shù)量從560減少到160。需執(zhí)行的乘法數(shù)量可以從154·106減少到22·106，而且每時間單位需執(zhí)行的乘法數(shù)量從70減少到20。
權(quán)利要求
1.回波補償裝置，具有一種回波補償器(10)，用于根據(jù)數(shù)字發(fā)射信號(y)產(chǎn)生數(shù)字回波補償信號(yec)，以及具有一些信號組合裝置(9)，用于把所述的回波補償信號(yec)與數(shù)字接收信號(x)組合起來，以便由此獲得被補償?shù)慕邮招盘?，其中所述的發(fā)射信號(y)具有一個不同于接收信號(x)的數(shù)據(jù)速率(fs)，其特征在于在經(jīng)所述回波補償器(10)通往所述信號組合裝置(9)的回波補償路徑中和/或在把所述接收信號(x)導(dǎo)向所述信號組合裝置(9)的接收信號路徑中裝設(shè)一種數(shù)字濾波裝置(11，12，15)。
2.如權(quán)利要求1所述的回波補償裝置，其特征在于在所述的回波補償器(10)之前裝設(shè)一個第一數(shù)字濾波裝置(11)以濾波所述的發(fā)射信號(y)，以及在所述的回波補償器(10)和信號組合裝置(9)之間裝設(shè)一個第二數(shù)字濾波裝置(12)以濾波所述的回波補償信號(yec)。
3.如權(quán)利要求2所述的回波補償裝置，其特征在于如此地選擇所述第一和第二數(shù)字濾波裝置(11，12)的傳遞函數(shù)(H1(z)，H2(z))，使得其濾波器系數(shù)可以用2的冪來表示，以及如此地構(gòu)造所述第一和第二數(shù)字濾波裝置(11，12)，使得由它們通過比特位移運算來乘以相應(yīng)的濾波器系數(shù)，以進行數(shù)字濾波。
4.如權(quán)利要求2或3所述的回波補償裝置，其特征在于所述的發(fā)射信號(y)具有一個以確定的因子(w)高于接收信號(x)的數(shù)據(jù)速率，以及所述第一數(shù)字濾波裝置(11)的傳遞函數(shù)H1(z)具有表達式H1(z)=(11-(58)·z-1)6,]]>以及所述第二數(shù)字濾波裝置(12)的傳遞函數(shù)H2(z)具有表達式H2(z)=(11-(1-116-164)·z-1).]]>
5.如權(quán)利要求2～4之一所述的回波補償裝置，其特征在于在所述的回波補償器(10)之前裝設(shè)一個用于對發(fā)射信號(y)進行欠采樣的第一欠采樣裝置(13)，以及在所述的回波補償器(10)和信號組合裝置(9)之間裝設(shè)一個用于對回波補償信號(yec)進行欠采樣的第二欠采樣裝置(14)。
6.如權(quán)利要求5所述的回波補償裝置，其特征在于所述的發(fā)射信號(y)具有一個以因子8高于接收信號(x)的數(shù)據(jù)速率，以及所述的第一欠采樣裝置(13)按照比例4∶1執(zhí)行欠采樣，而所述的第二欠采樣裝置(14)按照比例2∶1執(zhí)行欠采樣。
7.如權(quán)利要求5或6所述的回波補償裝置，其特征在于所述的第一欠采樣裝置(13)被裝設(shè)在所述的第一數(shù)字濾波裝置(11)和回波補償器(10)之間，以及所述的第二欠采樣裝置(14)被裝設(shè)在所述的回波補償器(10)和第二數(shù)字濾波裝置(12)之間。
8.如權(quán)利要求2或3所述的回波補償裝置，其特征在于所述的接收信號(x)具有一個以確定的因子(w)高于發(fā)射信號(y)的數(shù)據(jù)速率，以及所述第一數(shù)字濾波裝置(11)的傳遞函數(shù)H1(z)具有表達式H1(z)=(11-(14)·z-1)·(11-(58)·z-1),]]>以及所述第二數(shù)字濾波裝置(12)的傳遞函數(shù)H2(z)具有表達式H1(z)=(11-(14)·z-1)·(11-(58)·z-1).]]>
9.如權(quán)利要求1～3或8之一所述的回波補償裝置，其特征在于所述的接收信號(x)和回波補償信號(yec)具有一個以確定的因子(w)高于發(fā)射信號(y)的數(shù)據(jù)速率，以及所述的回波補償器(10)被如此地構(gòu)造為非遞歸式濾波器的形式，使得其以如下方式產(chǎn)生所述具有以確定的因子(w)被提高的數(shù)據(jù)速率的回波補償信號(yec)，即設(shè)立與所述確定的因子值相對應(yīng)數(shù)量的不同濾波器系數(shù)組，并利用一個與所述高數(shù)據(jù)速率相對應(yīng)的采樣頻率在這些濾波器系數(shù)組的輸出值之間進行切換，以便按每個發(fā)射符號(y)分別給一個采樣值設(shè)立一個采樣系數(shù)組。
10.如權(quán)利要求1～3或8之一所述的回波補償裝置，其特征在于所述的接收信號(x)具有一個以確定的因子(w)高于發(fā)射信號(y)的數(shù)據(jù)速率，所述的回波補償器(10)利用一個低于所述接收信號(x)的數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)速率進行工作，以及在所述的回波補償器(10)和信號組合裝置(9)之間裝設(shè)一種用于提高數(shù)據(jù)速率的裝置(17)，以便向該信號組合裝置(9)輸入所述具有接收信號(x)的數(shù)據(jù)速率的回波補償信號(yec)。
11.如權(quán)利要求10所述的回波補償裝置，其特征在于所述的回波補償器(10)被構(gòu)造為自適應(yīng)非遞歸式濾波器的形式，以及通過欠采樣裝置(18)向所述回波補償器(10)的自適應(yīng)非遞歸式濾波器輸入一個位于接收信號(x)和所述用于提高數(shù)據(jù)速率的裝置(17)的輸出信號之間的差信號，以進行自適應(yīng)地調(diào)節(jié)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的回波補償裝置，其特征在于所述的回波補償器(10)被布置在所述用于提高數(shù)據(jù)速率的裝置(17)和用于提高數(shù)據(jù)速率的另一裝置(16)之間，其中向所述用于提高數(shù)據(jù)速率的另一裝置(16)輸入所述的發(fā)射信號(y)。
13.如權(quán)利要求12所述的回波補償裝置，其特征在于所述的接收信號(x)具有一個以因子8高于發(fā)射信號(y)的數(shù)據(jù)速率，以及所述連接在回波補償器(10)之前的用于提高數(shù)據(jù)速率的另一裝置(16)以因子4提高所述的數(shù)據(jù)速率，而所述連接在回波補償器(10)之后的用于提高數(shù)據(jù)速率的裝置(17)以因子2提高所述的數(shù)據(jù)速率。
14.如權(quán)利要求10～13之一和權(quán)利要求2或3所述的回波補償裝置，其特征在于所述的第一數(shù)字濾波裝置(11)被構(gòu)造為一階的遞歸式數(shù)字濾波器的形式，而所述的第二數(shù)字濾波裝置(12)被構(gòu)造為四階的遞歸式數(shù)字濾波器的形式。
15.如上述權(quán)利要求之一所述的回波補償裝置，其特征在于設(shè)立一個數(shù)字濾波裝置(15)，用于在通過所述信號組合裝置(9)將接收信號(x)與所述的回波補償信號(yec)進行組合之前對該接收信號(x)進行濾波。
16.如權(quán)利要求15所述的回波補償裝置，其特征在于所述為濾波接收信號(x)而設(shè)立的數(shù)字濾波裝置(15)的傳遞函數(shù)H3(z)具有表達式H3(z)=Πv=1n(1-z-11-cv·z-1)]]>其中cv=±(1-2-Lv),]]>其中Lv為整數(shù)。
17.如權(quán)利要求16和權(quán)利要求1～7之一所述的回波補償裝置，其特征在于所述的發(fā)射信號(y)具有一個以確定的因子(w)高于接收信號(x)的數(shù)據(jù)速率，以及所述為濾波接收信號(x)而設(shè)立的數(shù)字濾波裝置(15)的傳遞函數(shù)H3(z)具有表達式H3(z)＝(1-z-1)、H3(z)=(1-z-11-0.5·z-1)2]]>、H3(z)=(1-z-11-0.5·z-1)2]]>、或H3(z)＝(1-z-1)2。
18.如權(quán)利要求15或16和權(quán)利要求1～3或8～14之一所述的回波補償裝置，其特征在于所述的接收信號(x)具有一個以確定的因子(w)高于發(fā)射信號(y)的數(shù)據(jù)速率，以及所述為濾波接收信號(x)而設(shè)立的數(shù)字濾波裝置(15)的傳遞函數(shù)H3(z)具有表達式H3(z)＝(1-z-1)或H3(z)=12·(1-z-1).]]>
19.雙工傳輸系統(tǒng)，具有第一通信單元(1)和第二通信單元(2)，以及具有用于在所述第一和第二通信單元(1，2)之間雙向地傳輸數(shù)據(jù)的傳輸信道(3)，其中從所述第一通信單元(1)至所述第二通信單元(2)的數(shù)據(jù)傳輸利用一個比相反方向更高的數(shù)據(jù)速率(fs)來實現(xiàn)，其特征在于所述的第一通信單元(1)具有如權(quán)利要求1-7或15-17之一所述的回波補償裝置，以及所述的第二通信單元(2)具有如 1-3、8-16或18之一所述的回波補償裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的雙工傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述的雙工傳輸系統(tǒng)是一種ADSL傳輸系統(tǒng)。
全文摘要
一種用于雙工傳輸系統(tǒng)的回波補償裝置,它包括一種回波補償器(10),用于根據(jù)數(shù)字發(fā)射信號(y)產(chǎn)生一個與數(shù)字接收信號(x)進行組合的數(shù)字回波補償信號(yec),以便由此獲得被補償?shù)慕邮招盘枴Ｋ龅陌l(fā)射信號(y)具有一個不同于接收信號(x)的數(shù)據(jù)速率或采樣頻率(fs)。為減少實施費用而在回波補償路徑中和/或在接收信號路徑中裝設(shè)一種數(shù)字濾波裝置(11,12,15)。
文檔編號H03H17/02GK1387704SQ00815350
公開日2002年12月25日 申請日期2000年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月5日
發(fā)明者P·辛格爾, D·斯特雷斯尼格, H·申克 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司