通訊裝置與噪聲消除方法

2023-09-21 01:39:35 2

通訊裝置與噪聲消除方法
【專利摘要】本發明披露了一種通訊裝置與噪聲消除方法。該通訊裝置包含有電平確定模塊，接收估測信號，根據估測信號確定多個電壓電平及對應於多個電壓電平的多個電壓強度，以產生第一數位訊號；數字/模擬轉換器，接收所述第一數位訊號，根據所述多個電壓電平及所述多個電壓強度，將所述第一數位訊號轉換成一脈衝形式的模擬信號；模擬/數字轉換器，接收一接收信號與所述脈衝形式模擬信號相減產生的一第一差值信號，且對所述第一差值信號進行模擬至數字轉換，以產生一第二數位訊號；以及後端消除模塊，依據所述脈衝形式的模擬信號計算出與所述模擬/數字轉換器的輸入幹擾響應相同的一輸出幹擾響應，依據所述輸出幹擾響應與所述第二數位訊號產生所述估測信號。
【專利說明】通訊裝置與噪聲消除方法
[0001]本申請是申請日為2010年9月01日、申請號為201010274208.4、發明名稱為「通
訊裝置與噪聲消除方法」的專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種通訊裝置，特別涉及一種可消除回音和串音的通訊裝置。
【背景技術】
[0003]圖1示出一般通訊裝置的示意圖。通訊裝置10包含有傳輸介質11、混合式電路(Hybrid Circuit) 12、本地發送電路Tx、以及本地接收電路Rx。通過傳輸介質11,通訊裝置10與遠端通訊裝置可進行信號傳輸與接收。一般本地發送電路Tx包含有數字/模擬轉換器(未示出)，其將信號進行數字至模擬轉換後，產生傳輸信號STX，並通過混和式電路12和傳輸介質11輸出。而本地接收電路Rx包含有模擬/數字轉換器(未示出)，其將通過傳輸介質11和混和式電路12輸入的接收信號SRX進行模擬至數字轉換處理。
[0004]由於通訊裝置10信號的收發往往同時進行，所以通訊裝置10的本地接收電路Rx接收遠端通訊裝置信號SRX時，會受到通訊裝置10本地發送電路Tx發送信號後由遠端通訊裝置反彈回來的回音(Echo)幹擾，也會受到附近本地發送電路耦合過來的近端串音幹擾(Near-End Cross Talk, NEXT),造成通訊系統的通訊質量降低。
[0005]再者，通訊裝置10的本地接收電路Rx接收的信號SRX會因傳輸距離使信號功率變小，且本地接收電路Rx也會同時接收到比信號SRX功率大很多的回音信號，而為了能夠同時完整接收並妥善處理這兩種信號，本地接收電路Rx的模擬/數字轉換器的動態範圍(Dynamic range)就必須設計得非常大。如此，將造成通訊裝置設計複雜度提高，導致生產成本提高的問題。

【發明內容】

[0006]本發明的目的之一在於提供一種通訊裝置，其可改善通訊裝置中模擬/數字轉換器的設計複雜度。
[0007]本發明的目的之一在於提供一種通訊裝置，其可消除通訊裝置中模擬/數字轉換器的輸入幹擾響應與輸出幹擾響應的誤差。
[0008]本發明的一實施例提供了一種通訊裝置，包含有電平確定模塊、數字/模擬轉換器、以及模擬/數字轉換器。該電平確定模塊接收估測信號，根據估測信號確定多個電壓電平及對應於多個電壓電平的多個電壓強度，以產生第一數位訊號。數字/模擬轉換器接收第一數位訊號，根據多個電壓電平及多個電壓強度，將第一數位訊號轉換成脈衝(pulse)形式的模擬信號。而模擬/數字轉換器接收一接收信號與脈衝形式的模擬信號相減產生的第一差值信號，且對第一差值信號進行模擬至數字轉換，以產生第二數位訊號。其中，該脈衝形式的模擬信號的脈衝周期小於該模擬/數字轉換器的一個取樣周期。
[0009]本發明的一實施例提供了一種通訊裝置，包含有電平確定模塊、數字/模擬轉換器、模擬/數字轉換器、以及後端消除模塊。電平確定模塊接收估測信號，根據估測信號確定多個電壓電平及對應於多個電壓電平的多個電壓強度，以產生第一數位訊號。數字/模擬轉換器接收第一數位訊號，根據多個電壓電平及多個電壓強度，將該第一數位訊號轉換成脈衝形式的模擬信號。模擬/數字轉換器接收一接收信號與脈衝形式的模擬信號相減產生的第一差值信號，且對第一差值信號進行模擬至數字轉換，以產生第二數位訊號。而後端消除模塊依據脈衝形式的模擬信號計算出與模擬/數字轉換器的輸入幹擾響應相同的輸出幹擾響應，依據輸出幹擾響應與第二數位訊號產生該估測信號。[0010]本發明的一實施例提供了一種消除回音和串音的接收方法，包含有下列步驟:首先，依據估測信號，確定多個電壓電平與對應該多個電壓電平的多個電壓強度。依據多個電壓電平與估測信號，產生數位訊號。接著，依據多個電壓電平與多個電壓強度，將數位訊號轉換為脈衝形式的模擬信號。之後，將接收信號與脈衝形式的模擬信號間的差值信號轉換為第二數位訊號，並依據脈衝形式的模擬信號計算出與模擬/數字轉換器的輸入幹擾響應相同的輸出幹擾響應，依據輸出幹擾響應與第二數位訊號產生該估測信號。
[0011]本發明實施例的通訊裝置與方法利用數字/模擬轉換器產生脈衝形式的模擬信號，可讓模擬/數字轉換器的輸出幹擾響應與模擬前端電路的輸入幹擾響應相同，而後端電路即可在數字域中求得原始接收信號完整的信道信息，以消除模擬/數字轉換器的輸出幹擾響應與模擬前端電路的輸入幹擾響應的誤差，並準確消除回音與串音的成分。同時，可達到模擬/數字轉換器縮小動態範圍的目的，改善其設計複雜度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1示出已知通訊裝置的示意圖。
[0013]圖2示出本發明一實施例的通訊裝置的示意圖。
[0014]圖3A示出本發明一實施例的通訊裝置的一運行波形圖。
[0015]圖3B示出本發明一實施例的通訊裝置的一運行波形圖。
[0016]圖3C示出本發明一實施例的通訊裝置的一運行波形圖。
[0017]圖4示出已知通訊裝置的一運行波形圖。
[0018]圖5示出本發明一實施例的通訊裝置的後端消除模塊的示意圖。
[0019]圖6示出本發明另一實施例的通訊裝置的示意圖。
[0020]圖7A示出本發明另一實施例的通訊裝置的示意圖。
[0021]圖7B示出本發明另一實施例的通訊裝置的示意圖。
[0022]圖8A示出本發明另一實施例的通訊裝置的示意圖。
[0023]圖8B示出本發明另一實施例的通訊裝置的示意圖。
[0024]【主要元件符號說明】
[0025]10、100通訊裝置11傳輸介質
[0026]12混合式電路Tx發送電路
[0027]Rx接收電路110、161計算器
[0028]120數字/模擬轉換器130電平確定模塊
[0029]140、141、142模擬前端電路150模擬/數字轉換器
[0030]160後端消除模塊162接收信號處理電路[0031]163誤差限制器164估測單元
[0032]170響應模塊
【具體實施方式】
[0033]以下參考附圖詳細說明本發明通訊裝置的各實施例。
[0034]圖2示出本發明一實施例的通訊裝置的示意圖。該通訊裝置100可適用於圖1的接收電路Rx。通訊裝置100包含有計算器110、數字/模擬轉換器120、電平確定模塊130、模擬前端電路(Analog Front_End)140、模擬 / 數字轉換器(Analog to Digital Convertor,ADC) 150、以及後端消除模塊160。 [0035]通訊裝置100接收一接收信號SRX。一實施例，接收信號SRX可包含有遠端通訊裝置所傳輸的信號，以及信號夾帶的回音(Echo)與串音(Near-End Cross Talk，NEXT)的噪聲成分。
[0036]計算器110用以將接收信號SRX減去脈衝形式的模擬信號Al，以產生第一差值信號SDF1。一實施例，計算器110可為減法器。
[0037]模擬前端電路140用以處理計算器110輸出的第一差值信號SDFl。一實施例，模擬前端電路140可用以對第一差值信號SDFl進行信號縮放處理與濾波處理其中之一或其組合。
[0038]數字/模擬轉換器120耦接計算器110，接收第一數位訊號D1，根據多個電壓電平LI~Ln及對應該多個電壓電平LI~Ln的電壓強度，將該第一數位訊號Dl轉換為脈衝(pulse)形式的模擬信號Al。
[0039]電平確定模塊130耦接數字/模擬轉換器120，用以接收估測信號Se，且根據估測信號Se確定該多個電壓電平LI~Ln、及確定對應多個電壓電平LI~Ln的多個電壓強度，以產生第一數位訊號D1。其中，數值η可為奇數，如3、5、7、11、13、15...;或11可為2的次方數，如 2、4、8、16...。
[0040]模擬/數字轉換器150耦接模擬前端電路140，用以接收一接收信號SRX與該脈衝形式的模擬信號Al相減產生的第一差值信號SDF1，且對第一差值信號SDFl進行模擬至數字轉換，以產生第二數位訊號D2。
[0041]後端消除模塊160用以估測及消除接收信號SRX中的回音與串音噪聲成分，其根據期望信號(Desired Signal)Sd及第二數位訊號D2，產生上述估測信號Se。一實施例，估測信號Se為回音及串音噪聲成分的估測值。
[0042]以下參考圖2、圖3A~圖3C、及圖4詳細說明本發明實施例通訊裝置100的運行
方式與原理。
[0043]在運行時，通訊裝置100接收一接收信號SRX。電平確定模塊130可依據估測信號Se確定電壓電平LI~Ln的數目以及相關電壓強度，並產生第一數位訊號Dl。
[0044]接著，數字/模擬轉換器120根據電壓電平LI~Ln和相關電壓強度將第一數位訊號Dl轉換為脈衝形式的模擬信號Al。而模擬前端電路140接收一接收信號SRX與脈衝形式的模擬信號Al相減後的第一差值信號SDFl，並經處理(如縮放和/或濾波)後，提供給模擬/數字轉換器150。由於接收信號SRX已減去估測信號Se估測的回音與串音成分噪聲，所以接收信號SRX的振幅範圍可縮小至模擬/數字轉換器150的可接收的動態範圍內。因此，接收信號SRX通過模擬/數字轉換器150時，模擬/數字轉換器150可正常處理接收信號SRX，使信號不會因超過模擬/數字轉換器150的動態範圍而被削減。
[0045]接著，後端消除模塊160接收模擬/數字轉換器150產生的第二數位訊號D2，根據第二數位訊號D2估測模擬/數字轉換器150的輸出幹擾響應(Output interferenceresponse) 一即目前信道中接收信號SRX存在的回音與串音，以產生新的估測信號Se。之後，電平確定模塊130根據新的估測信號Se確定多個電壓電平LI?Ln、及確定對應多個電壓電平LI?Ln的多個電壓強度，產生新的第一數位訊號D1。而數字/模擬轉換器120再根據新的數位訊號Dl產生脈衝形式的模擬信號Al。且經由模擬前端電路140處理其接收的接收信號SRX與模擬信號Al的差值信號SDFl後，模擬/數字轉換器150根據差值信號SDFl產生新的數位訊號D2。
[0046]依此方式，本發明實施例的通訊裝置100可根據信道中接收信號SRX的狀態，設定信號的電壓電平而適當消除接收信號SRX中的回音與串音成分，解決已知技術的問題；且可適當縮小接收信號SRX的振幅，以縮小模擬/數字轉換器150信號處理的動態範圍，降低設計複雜度與生產成本。
[0047]須注意的是，本發明實施例的通訊裝置100在運行時，其模擬/數字轉換器150的輸出幹擾響應(Output interference response)中(包含回音與串音噪聲成分)的N階最高位(Most Significant Bit, MSB)通過後端消除模塊160與電平確定模塊130的配合運行，並由數字/模擬轉換器120將N階最高位噪聲由數位訊號Dl轉換為脈衝形式的模擬信號Al。如此，可使N階最高位(MSB)部分的噪聲能在模擬/數字轉換器150之前的模擬處理中消除，而模擬/數字轉換器150的輸出幹擾響應中其餘最低位(Least SignificantBit, LSB)噪聲(包含回音與串音成分)則可在模擬/數字轉換器150之後的數字處理中消除。例如，其餘最低位(Least Significant Bit, LSB)噪聲部分可在後端消除模塊160中消除。
[0048]如圖3A?圖3C所示，這些附圖示出通訊裝置100運行的相關信號實施例的波形圖。其中，水平軸表示時間T，垂直軸表示電壓V，Vl為接收信號SRX的波形，V2為脈衝形式的模擬信號(N階最高位(MSB)噪聲)Al的波形。一實施例，脈衝形式的模擬信號Al可為歸零脈衝(return-zero pulse)形式信號。
[0049]一般來說,模擬前端電路140的輸入幹擾響應(input interference response)與模擬/數字轉換器150的輸出幹擾響應(output interference response)不同。但本發明實施例的通訊裝置100採用數字/模擬轉換器120來輸出脈衝形式的波形，依此方式通訊裝置100可以在數字域(digital domain)取樣到與模擬/數字轉換器150的輸出幹擾響應相同的模擬前端電路140的輸入幹擾響應。
[0050]而為何本發明實施例的通訊裝置100可在數字域中取樣到與模擬/數字轉換器150的輸出幹擾響應相同的模擬前端電路140的輸入端幹擾響應的原理如下:
[0051]當數字/模擬轉換器120輸出脈衝形式(如圖3B)的波形V2時，由於數字處理所能取樣到的信號形式可為Z域(Z-domain)(例如為頻域(frequency domain)的超集(superset))形式，且在數字處理中，可將脈衝形式的波形轉換為Z域的形式處理，因此脈衝形式的信號即可由數字電路來進行處理。
[0052]另外，在取樣信號時，只需要讓模擬/數字轉換器150的輸出幹擾響應取樣下來的信號與模擬前端電路140的輸入幹擾響應的波形相同即可，而不需要取樣到每一個時間點，所以只須將數字/模擬轉換器120輸出的脈衝，在經過模擬前端電路140響應的轉換運算後，如空間卷積運算(convolution),不影響到模擬/數字轉換器150的下一個取樣時間(sample time)即可。依此方式,後端電路(如後端消除模塊160)便可利用脈衝形式的信號V2還原出信道中接收信號SRX的信號波形VI，如圖3C所示。如此，後端電路即可在數字域中求得原始接收信號SRX完整的信道信息，即可讓後端消除模塊160準確估測信道的回音與串音，以產生準確的估測信號Se來消除回音與串音的成分，也可達到模擬/數字轉換器150縮小動態範圍的目的，改善其複雜度。
[0053]模擬/數字轉換器150的取樣的條件式如下:
[0054](G(Pu, AFE) <1T)...(I)
[0055]其中，G表示空間卷積運算(convolution) ;Pu表示數字/模擬轉換器120的脈衝形式模擬信號Al的脈衝；AFE表不模擬/數字轉換器150之前的輸入幹擾響應、或模擬前端電路140的輸入幹擾響應；1T表不模擬/數字轉換器150的一個取樣周期時間(ITimesampling duration)。
[0056]由於已知數字/模擬轉換器產生的信號為零階保持(zero-order hold)形式,如圖4中的波形V3所示，因此無法在數字域(digital domain)中被取樣，所以已知通訊裝置並無法將前端電路所削減掉的N階最高位(MSB)噪聲還原。因此，後端消除模塊160便無法獲知完整信道接收信號SRX的信息，以致於無法準確估測出正確的估測信號Se。
[0057]再者，本發明實施例通訊裝置100產生的脈衝形式模擬信號Al的脈衝長度要有足夠的長度，必須配合模擬/數字轉換器150的取樣頻率，使模擬/數字轉換器150能夠抓到脈衝的最高點位置(即未變形的點)，例如圖3A中的點X、Y。而另一方面，脈衝的時間長度也不可太長，必須同時符合上述條件式(1)，使取樣出的脈衝足以供後端電路參考、而正確還原回接收信號SRX的波形。舉例而言，如圖3A中，該脈衝形式模擬信號Al的脈衝周期為It，其小於模擬/數字轉換器150的取樣周期(sampling period) 4t。
[0058]一實施例，數字/模擬轉換器120將其輸出信號的速度提高，進而使其輸出信號成為脈衝形式。另一實施例，數字/模擬轉換器120可在時間tl時導通(0N)，時間tl之後?t2之前間截止(0FF)，直到時間t2才導通(0N)，接著，時間t2之後?t3之前間截止(0FF)，直到時間t3才導通(ON)。依此方式，不斷重複即可產生脈衝形式的模擬信號Al。
[0059]當然，數字/模擬轉換器120的控制方式可由數字/模擬轉換器120內部的電路利用軟體、固件、或硬體來實施；或在另一實施例中，可利用設置引腳(PIN)由外部輸入信號來控制導通(ON)或截止(OFF);或在另一實施例，數字/模擬轉換器120也可在外部設置控制單元(未示出)來控制數字/模擬轉換器120輸出信號的導通或截止的行為；且目前現有或未來發展出的各種控制方法或控制電路均可適用於本發明數字/模擬轉換器120的控制。
[0060]另外，本發明實施例的通訊裝置可在系統開機或每執行一段預設時間或由設計者規定的時間時，依據上述條件式(I)對該數字/模擬轉換器120的脈衝時間與該模擬/數字轉換器150的取樣頻率進行校準(calibration)，和/或依據是否可取樣到數字/模擬轉換器120的脈衝的最高點(未變形的點)的原則對數字/模擬轉換器120的脈衝與模擬/數字轉換器150的取樣頻率進行校準。[0061 ] 本發明實施例通訊裝置的數字/模擬轉換器可為電流數字/模擬轉換器(CurrentDAC)或為線性數字/模擬轉換器(Line DAC),當然，本發明實施例通訊裝置的數字/模擬轉換器也可適用於目前現有或未來發展出的各種數字/模擬轉換器或信號轉換裝置。
[0062]另外，本發明後端消除模塊160可由各種目前現有或未來發展出的具有估測回音及/或串音的消除模塊實施。一實施例，如圖5所示，後端消除模塊160包含有計算器161、接收信號處理電路162、誤差限制器(Error Slicer) 163、以及估測單元164。其中，計算器161可為減法器，接收信號處理電路162可為均衡器，而若通訊裝置100運用於圖1的本地接收電路Rx，則期望信號Sd可由圖1的本地發送電路Tx提供。須注意，熟悉本領域的技術人員應可根據圖示理解後端消除模塊160的運行方式，在此不再重複贅述。
[0063]須注意，若發生模擬/數字轉換器150的頻率無法取樣到脈衝的最高點位置(未變形的點)，或無法符合條件式(I)的規定時，可在計算器110與後端消除模塊160 (Residualcanceller)之間加入響應模塊170,以模擬出計算器110與後端消除模塊160之間的信號響應，以補償在模擬處理中減去的信號Al大小，如圖6所示。其中，響應模塊170為自適應濾波器(Adaptive Filter),可適用於自適應算法。而自適應算法可為最小均方(Least MeanSquare,LMS)算法、遞歸式最小平方(Recursive Least Square,RLS)算法、最小平方(LeastSquare, LS)算法其中之一或其組合。
[0064]再者，通訊裝置100中，計算器110隻須設置在模擬/數字轉換器150之前，並不限定於設置在模擬前端電路140之前。因此，計算器110的設置可設計為如圖7A、圖7B所示的示例。須注意，依據圖7A中的配置方式，後端消除模塊160可依據上述脈衝形式的模擬信號Al計算出與模擬/數字轉換器150的輸入幹擾響應相同的輸出幹擾響應，並依據該輸出幹擾響應與第二數位訊號D2產生估測信號Se。
[0065]另外，一般模擬前端電路140可包含有多個裝置，而計算器110即可設置在這些裝置之間。如圖8A、圖SB所示，計算器110設置在第一模擬前端電路141與第二模擬前端電路142之間。
[0066]綜上所述，本發明實施例的通訊裝置利用數字/模擬轉換器產生脈衝形式的模擬信號，可讓模擬/數字轉換器的輸出幹擾響應與模擬前端電路的輸入幹擾響應相同，而後端電路即可在數字域中求得原始接收信號完整的信道信息，以消除模擬/數字轉換器的輸出幹擾響應與模擬前端電路的輸入幹擾響應的誤差，並準確消除回音與串音的成分。同時，可達成模擬/數字轉換器縮小動態範圍的目的，改善其設計複雜度。
[0067]以上雖以實施例說明本發明，但並不因此限定本發明的範圍，只要不脫離本發明的要旨，該行業人士可進行各種變形或變更。
【權利要求】
1.一種通訊裝置，包含有: 一電平確定模塊，接收一估測信號，根據所述估測信號確定多個電壓電平及對應於所述多個電壓電平的多個電壓強度，以產生一第一數位訊號； 一數字/模擬轉換器，接收所述第一數位訊號，根據所述多個電壓電平及所述多個電壓強度，將所述第一數位訊號轉換成一脈衝形式的模擬信號； 一模擬/數字轉換器，接收一接收信號與所述脈衝形式模擬信號相減產生的一第一差值信號，且對所述第一差值信號進行模擬至數字轉換，以產生一第二數位訊號；以及 一後端消除模塊，依據所述脈衝形式的模擬信號計算出與所述模擬/數字轉換器的輸入幹擾響應相同的一輸出幹擾響應，依據所述輸出幹擾響應與所述第二數位訊號產生所述估測信號。
2.根據權利要求1所述的通訊裝置，其中，所述輸入幹擾響應為一模擬前端電路的輸入幹擾響應，且所述模擬前端電路耦接所述模擬/數字轉換器。
3.根據權利要求1所述的通訊裝置，其中，所述脈衝形式的模擬信號的脈衝周期小於所述模擬/數字轉換器的一個取樣周期。
4.根據權利要求3所述的通訊裝置，其中，所述通訊裝置在開機和/或執行一段預設時間時，依據所述脈衝形式模擬信號的脈衝周期小於所述模擬/數字轉換器的一個取樣周期的原則，對所述數字/模擬轉換器的脈衝時間與所述模擬/數字轉換器的取樣頻率進行校準。
5.根據權利要求1所述的通訊裝置，其中，所述模擬/數字轉換器對所述脈衝每一時間點的最大振幅進行取樣。
6.根據權利要求5所述的通訊裝置，所述通訊裝置在開機和/或執行一段預設時間時，依據所述模擬/數字轉換器取樣所述脈衝每一時間點的最大振幅的原則，對所述數字/模擬轉換器的脈衝與所述模擬/數字轉換器的取樣頻率進行校準。
7.根據權利要求1所述的通訊裝置，還包含一第一模擬前端電路，所述模擬前端電路用以對所述第一差值信號進行放大和/或濾波處理。
8.根據權利要求1所述的通訊裝置，還包含一響應模塊，所述響應模塊依據所述第一數位訊號產生一響應信號，且以所述響應信號補償所述第二數位訊號。
9.根據權利要求1所述的通訊裝置，其中，所述多個電壓電平的個數的數值為奇數、或為2的次方數。
10.一種消除回音和串音的接收方法，包含有: 依據一估測信號，確定多個電壓電平和對應所述多個電壓電平的多個電壓強度，以產生一第一數位訊號； 依據所述多個電壓電平和所述多個電壓強度，將所述第一數位訊號轉換為一脈衝形式的模擬信號； 將一接收信號與所述脈衝形式的模擬信號間的一差值信號轉換為一第二數位訊號；以及 依據所述脈衝形式的模擬信號計算出與一模擬/數字轉換器的輸入幹擾響應相同的一輸出幹擾響應，依據所述輸出幹擾響應與所述第二數位訊號產生所述估測信號。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，所述輸入幹擾響應為一模擬前端電路的輸入幹擾響應，且所述模擬前端電路耦接所述模擬/數字轉換器。
12.根據權利要求10所述的方法，其中，所述脈衝形式的模擬信號的脈衝周期小於所述模擬/數字轉換器的一個取樣周期。
13.根據權利要求10所述的方法，其中所述模擬/數字轉換器對所述脈衝每一時間點的最大振幅進行取樣。`
【文檔編號】H04L25/03GK103560809SQ201310503225
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2010年9月1日 優先權日:2010年9月1日
【發明者】黃亮維, 俞丁發, 曾達欽, 枋立瑋 申請人:瑞昱半導體股份有限公司