半自動數字混合網絡和方法
2023-06-22 03:31:51 2
專利名稱:半自動數字混合網絡和方法
本發明基本上涉及的是電話線路，更具體來講，涉及的是用於電話線路中的數字混合網絡。
隨著本地電話網絡中數字交換機的出現，由於數字交換機的4線交換特性，對於2線向4線轉換所採用的混合網絡來說，就需要比那些用在模擬交換中的混合網絡具有更好，更精確的平衡。
人們都很清楚，由於這種數字交換機既可處理模擬數據，又可處理數字數據，所以，數字交換機一直被廣泛地應用著，況且，由於採用了數位技術，所以就可以把這種系統的許多元件集成化。一個廣泛使用著的數字通信系統的例子，就是ITT1240數字交換機。
基本上說，這種系統是使用4線，兩條線用於發送，兩條線用於接收。在任何情況下，用戶線路都是2線。把線同時用作發送和接收。因此，為了把2線轉換成4線，使用了混合網絡。象這樣的混合網絡是公知技術，並且在許多出版物中已有過描述。
例如，1979年7月17日對R·Treibes頒發的美國專利4，161，633號「用戶線/中繼線」，該專利轉讓給了國際電話及電報公司。上述專利展示了一種2線向4線的轉換器，或者混合器。必須對這種混合電路進行精確地平衡，特別是當發送和接收數字數據時，大體來說，要精確地進行該混合的平衡，一直存在有兩種途徑其一是對於一個給定的用戶線路，從M個可用的平衡網絡中，選取一個最好的;其另一個是使用一個自動適應的回波抵消器。
正如人們所知，談話者聽到的回波大小取決於該回波通路的損耗。這種損耗是在其遠距離混合上的回程損耗與在其電路上的往返損耗之和。用戶的回波客限，不僅決定於該回波的大小，而且還決定於在該回波和其原始信號之間的往返延遲。那些直接回波聽起來象側音一樣，但是那些比較長時間的延遲回波卻是極大的幹擾。因此，如果不能減小這個延遲，並且，是用阻抗平衡來改善在混合網絡上的回程損耗的話，那麼，只有一個大家比較熟知的方法來使回波達到可以容忍的程度。這就是那些常規技術中，通過提高活路的電損耗和產生失配點的方法來降低回波的幅度。當然，這就減小了接收到的音量，因而這是一個完全不可接受的方案。
正如上面所指出的那樣，在一些比較現代的方案中，為了從M個平衡網絡中選擇一個，那些系統的工程師們為了對究竟選擇哪一個作出決定，就必須要測量其用戶線的特性。而採用自適應回波抵消器，就不需要測量其用戶線的特性了，並且還給出了一個精確的平衡;正是在這個意義上，它是十分吸引人的一種方法。然而，由於這種方法要構成一個相對複雜的電路，並且在每一個用戶線中都必須包含有一個這樣的電路，所以是極其昂貴的。所以，採用自適應回波抵消器來解決消除回波的問題會得到一個滿意的結果;但是實現起來，卻是一種成本很高的方法。
上面所提到的美國專利，提出了一個使用若干數字濾波器的解決方案。其中，藉助於數字濾波器，以及在一個微處理機的控制下實現數字減法的技術，來消除任何反射的信號。在這之中，把返回信號連續地從該正向信號與返回信號之和中減去，從而消除了那些主要導致回波的不希望的反射信號。
因此，本發明的一個目的，就是提供一個基於半自動平衡方法的混合平衡電路方案。該方案的構思，就是在一個半自動的過程中，從M個可用的平衡網絡中，選擇其最好的一個。這種方案免除了測量用戶線特性的需要。通過使用稱之為數字混合網絡的，並且具有M組濾波係數的可編程序數字濾波器，來實現其M個平衡網絡。
採用數字濾波器是一項大家熟知的技術。有關這種濾波器的一般設計說明，可以從1969年Mcgraw-Hill公司，林肯實驗室出版物，B，Gold及C.Rades的「信號的數字處理」一書中找到。基本上說，一個數字濾波器，使用了若干乘法器、加法器、以及一些用來完成一個給定轉移功能的基本延遲元件。這種在電話線路中使用的濾波器的設計，正如那些回波信號的特徵一樣，被人們所熟知。
根據本發明，該改進了的數字混合網絡是由二個相同的數字濾波器部件組成的，其中每一個都是可編程序的，並且每一個都是與一個判定邏輯部件相接。用二組不同的混合係數給濾波器加載，於是，該判定邏輯將會對選擇哪一個濾波器，給出一個指示來。這種特徵，使得其管理軟體能夠在正常工作條件下，當在進程中有一個呼叫的時候，從該M個可用的係數組中，選擇出最好的一個來。該判定邏輯，正象將要解釋的那樣，使得在每次去比較該兩組係數，並且選擇最好的係數組，然後用這組係數，去確定其可編程序濾波器的特性。
一種把近端用戶連接到遠端用戶去的數字交換網絡線路裡的數字混合電路裝置，有一個近端用戶提供的用於傳輸到所接遠端用戶的數字輸入信號(Vs)，其中含有不希望存在的幹擾回波信號e(t)，該遠端用戶提供一個為所述近端用戶接收的遠端數字輸入信號(VRX)。這種數字混合電路裝置包括第一和第二可編程序係數數字濾波器，其每一個數字濾波器都有一個接收該遠端數位訊號的輸入端，這些濾波器的輸出端連到一個相關聯的加法器的一個輸入端，而每一個加法器的另一個輸入端用於接收其近端輸入信號;用於把帶有不同係數組的上述濾波器進行編程的裝置;連到上述加法器的輸出端上，用於比較上述每一個加法器的平均功率輸出的邏輯裝置;用於進行選擇的裝置，由此，定出哪個濾波器，哪個加法器，哪組係數，給出其平均功率的最低值。
其唯一的附圖，就是體現本發明原理的數字混合裝置的一個方框圖。
參閱附圖，在此描繪出了一個根據本發明的數字混合電路的功能性方框圖。
基本上如上所述，該混合電路的目的，是為了消除或減小如上述所說明的回波信號。正如上面所解釋的，在數字系統中，這一點是特別重要的;並且進一步可以希望，在近端用戶和遠端用戶之間，無需引入附加衰減，就能減小或者消除其回波信號。
參閱附圖，端A標記是一個輸入端，其輸入信號來自處於發送狀態下的近端話路，或者近端用戶。把來自近端用戶的輸入信號加到加法器10的一個輸入端上去。該加法器10的另一輸入信號，是從一個可編程序的數字濾波器11中取得的。可編程序的數字濾波器在本技術領域：
中是公知的，之所以把它們叫作可編程序濾波器，是由於其濾波係數，或者常數根據使用者的要求是可以改變的，或者可以編程。
在圖中還示出有一個存貯器模塊20。該存貯模塊可以是該濾波器的部件，並且用作對可編程序濾波器，如濾波器11，存貯濾波器係數;並且用來根據指令命令，或根據加到濾波器輸入端上的數字字，改變其濾波係數。
該濾波器11的輸出，基本上就是記作為e(t)的回波信號。如圖中可以看到的那樣，其端A上的輸入信號，將疊加到該回波信號之上，因而，根據其回波的公知效應，該回波信號將會嚴重地幹擾該輸入信號。把加法器10的輸出，加到一個附加的加法器12的輸入端。該加法器12的另一個輸入端接收來自主可編程序數字濾波器14的信號。正如所示，該數字濾波器14也是可編程序的，並且具有其從存貯器20加來的濾波係數。取自於端點B的數字濾波器11及14的輸入是來自遠端用戶的數字輸入信號。
還有一個第三個可編程序濾波器15，基本上是與濾波器14並聯的。該數字濾波器15也是可編程序的，並且與加法器16相連。加法器16的第一個輸入來自加法器10的輸出。其第二個輸入來自數字濾波器15。把加法器16的輸出加到判定邏輯模塊25的輸入端，該判定邏輯模塊25同時接收來自加法器12的輸出。
在圖中還表明加法器12的輸出，這就是在信號傳輸線路發送方面的數字輸出信號，這是由於主混合濾波器14起作用的緣故。每一個濾波器都是通過一個總的轉移特性來命名的，如濾波器11He(f)，濾波器14HA(f)，和濾波器15HB(f)。正如下面將要解釋的那樣，判定邏輯25的電路功能是為主濾波器14選擇濾波係數，以其所選擇出的係數，最佳地減小回波信號。由於通過加法器12及16把濾波器14及濾波器15的輸出加到了該判定邏輯25，所以它起了監視濾波器14及濾波器15的輸出的作用，同時判定哪一個濾波器給出了對實際誤差信號最為接近的近似。
根據這個判定，該判定邏輯再產生出用於信號處理的主濾波器14中的那些係數，從而，大大地減少了回波幹擾。正如所看到的，在該附圖中，指出了在該電路中各相關點上的各種信號。在圖中所示的各部分的工作原理如下。下面給出的說明，是在圖中所示結構運行的一個數學分析，在圖中所給出的關係如下VRX(nT)來源於遠端話路的數字輸入信號VTX(nT)剛剛通過主混合濾波器HA(f)之後，在發送方面的數字輸出信號e(t)回波信號Vs(t)來源於近端話路的輸入信號e(nT)由HA(f)測定的數字回波V′XT(nT);
(nT)用輔助混合濾波器HB(f)測定的數字輸出信號和回波而後，由關係式VXT(nT)＝Vs(nT)+(e(nT)-
(nT))＝Vs(nT)+γ(nT)給出了信號VTX。
在這裡γ(nT)表示其殘留的回波信號(換句話說，表示VRX(nT)的漏洩)。該數字混合網絡的目是提供出一個儘可能接近於e(t)的回波測定值e(nT)。
在這種方法當中，其加法器12是一個相減加法器，也就是說，從加到加法器12的輸入端上的信號之中，減去在濾波器14的輸出端上所產生出的回波信號;因此，大大地減小其回波信號。由於Vs(nT)和VRX(nT)是兩個獨立的信號，Vs(nT)和γ(nT)也是兩個獨立的信號，因而在它們之間沒有任何相互關係。因此VXT的均方值可通過關係式V2TX＝
V2s+
r2給出。
所以，在發送方面，可以通過選擇
V2TX平均功率最小的那一個來進行其混合網絡係數組的最佳選取，因為Vs2不受其選取影響的。
在一個自適應的方案中，在發送信號同出現在L濾波器抽頭上的時間延遲接收信號之間，經過L交叉相關所組成的一個梯度矢量的計算，不斷地向著把V2TX變成最小的方向上，修改其數字混合網絡的這些係數。但是，在本申請案中，並不是修改各個濾波係數，而是用一種電路簡單地比較來源於兩個不同的係數組的結果，並給出選擇哪一個的指示。用這個指示，其管理軟體就可以維持所選擇的迄今在主混合濾波器中的係數組，並且通過在輔助混合濾波器中，裝入一組新的係數組來繼續這種比較，直到它用完M個所規定的係數組為止。
判定邏輯分別通過Y(n)與Y′(n)來標記VTX(nt)，並且通過如下關係式P＝
V2TX＝ 1/(N)n=φn-1]]>〔Y(n)〕2P′＝
V2′TX＝ 1/(N)n=φn-1]]>〔Y′(n)〕2給出所對應的平均信號功率電平。
在這裡，N是在其上求平均的取樣數。而對於其新的數字混合的選擇算法給出如下如果(P-P′)/P≥d，則選擇HB(f)，在這裡的d是一個固定的閾值(d≥0);否則的話，則選擇HA(f)。
現在讓我們考慮一種實現上述選擇算法的途徑。注意，(P-P′)/P≥d，等效於P-P′≥dP(1-d)P-P′≥θn=φn-1]]>〔1-d]]>Y(n)+Y′(n)〕〔1-d]]>Y(n)-Y′(n)〕≥θ當d＜＜1時，則1-d]]>≈1- 1/2 d。
上述表達式又等效於n=φn-1]]>〔Y(n)- 1/2 d·Y(n)+Y′(n)〕〔Y(n)- 1/2 d·Y(n)-Y′(n)〕≥φ讓d等於2-K，則最後就成為n=φn-1]]>〔Y(n)-2-(K+1)Y(n)+Y′(n)〕〔Y(n)-2-(K+1)Y(n)-Y′(n)〕≥φ
象許多自適應回波抵消器一樣，該半自動數字混合網絡，連作二進位選擇判定之中是根據輸入語言信號。因此，上述比較僅僅當其輸入信號的「色質」超過某一個閾值時才是有效的。例如，能達到預期選擇目的的最佳信號是白噪音，而最壞信號是單音。此外，來自近端話路一方的信號或噪音，都不應該摻雜到該輸入信號裡。
注意，這裡指定
在主混合濾波器同輔助混合濾波器之間的比較中有效的條件，給出如下(Ⅰ)檢查最小值u≥u。
(Ⅱ)檢查信號帶寬uP≥入1u(Ⅲ)檢查通話重疊V＜入2u在這裡，uo，入1和入2都是閾值參數。開始，可以把入1和入2分別設置為2和1。
在作出這種比較，並檢查該輸入信號的有效性以後，判定邏輯在下列三種狀態之中給出其中一種狀態指示(Ⅰ)狀態P比較完成了，用輔助濾波器的那些參數，修正主濾波器的係數。
(Ⅱ)狀態N比較完成了，不需要修正。
(Ⅲ)狀態Z比較未完成，在完成比較之前，一直是等待著。
如上所述可知，該判定邏輯相對來講是一個簡單的電路，用一個微處理機就可以很容易地實現這個電路。基於以上所述，本領域那些普通專業技術人員，用一些軟體程序就可以實現下面的格式。
大體來說，該判定邏輯電路25的工作是這樣的。將來自加法器16的輸出信號同來自加法器12的輸出信號作比較。如果來自加法器12的信號大於來自加法器16的信號，那麼它將命令存貯器20把濾波器15的一組係數裝入濾波器14。基本上，這就是用狀態P描述的操作。在狀態N中，則不存在修正的要求。這就是說，經過比較之後，來自加法器12的輸出信號小於來自加法器16的輸出信號。也就是說，濾波器14中的係數要比濾波器15中的係數更接近於希望值。因此，在狀態N的期間裡，又把這些係數的新狀態裝入濾波器15。處於狀態Z時，該比較尚未完成，因此，該系統在完成比較之前，一直不會改變那些濾波係數。
當存入存貯器20內的一套完整的係數，都完以後，則判定邏輯指示存貯模塊20把那些係數插入濾波器14，從而導致了最低的回波信號。該系統在實時時基上工作，因此，濾波器14中的係數是在不斷地變化著的，根據其所接收到的具體信號，在該濾波器14上，總是施加上最佳的係數組。
以上提到的有關電平、帶寬和通話重疊的檢查，正象上面指出的那樣，也是通過該判定邏輯電路實現的。正如所指出的那樣，它可以是基本上能求解上述方程的一個軟體程序。
正象所看到的那樣，該判定邏輯加到好多輸入端上，來自遠端用戶的數字輸入信號以及來自近端用戶的數字輸出信號。
因此，根據以上所指定的條件，可以求解上述的方程式。由於該判定邏輯電路25，在指示其三種可能狀態中的一個狀態之前，檢查了其輸入信號的有效性，所以上述的比較是有效的。
權利要求
1.一種把近端用戶連接到遠端用戶去的數字交換網絡線路裡的數字混合電路裝置；其中的近端用戶提供一個向所連接的遠端用戶傳輸的，含有幹擾回波信號e(t)的數字輸入信號Vs；而其中的遠端用戶提供一個為近端用戶所接收的遠端數字輸入信號VRX；這種裝置的特徵在於第一和第二可編程序係數的數字濾波器14，15，每一個濾波器都有一個為接收其遠端數位訊號的輸入端，所述濾波器14，15的輸出端連到相關聯的加法器12，16的輸入端，而每一個加法器12，16的另一個輸入端用於接收近端輸入信號；其裝置20用於對濾波器14，15中的每一個濾波器，以不同的係數組進行編程；連接到上述加法器的輸出端上去的邏輯裝置，用於將每一個加法器12，16的平均功率輸出進行比較；以及裝置25，用於選擇濾波器和加法器，由此，給出最低平均功率值的係數組。
2.根據權利要求
1的裝置，其中所說的濾波器編程裝置，包括一個為所述濾波器存貯M個濾波器係數組的存貯器。
3.根據權利要求
1的裝置，其中所說的邏輯裝置，包括有一個根據如下關係式(P-P′)/(P) ≥d比較上述平均功率的裝置。其中P＝由同上述第一個濾波器相連的加法器輸出的平均功率;P′＝由同上述第二個濾波器相連的加法器輸出的平均功率;d＝一個大於零的閾值。
4.根據權利要求
1的裝置，其中所述加法器中的一個，用於連接到其遠端用戶。
5.根據權利要求
4的裝置，用上述的M個係數，將與另一個加法器相連的濾波器編程;所述的邏輯裝置，包括將所選擇的係數傳送到同所述的一個加法器相連的另一個濾波器上去的裝置。
6.一種把近端用戶連接到遠端用戶去的數字交換網絡線路裡的數字混合電路裝置，其中的近端用戶提供一個向所連接的遠端用戶傳輸的含有幹擾回波信號的數字輸入信號，而其中的遠端用戶提供一個為近端用戶所接收的遠端數字輸入信號，這種裝置的特徵在於有一個輸入端用於接收上述遠端數位訊號的第一可編程序數字濾波器裝置;用於在輸出端給出一個表示出幹擾回波信號的第一濾波信號的裝置;具有一個對上述近端數字輸入信號敏感的輸入端的第一加法器，並且該加法器的第二個輸入端連到上述第一數字濾波器的輸出端，從而在第一個加法器的輸出端上給出一個表示出上述輸入信號之間差值的第一信號;有一個輸入端用於接收上述遠端數位訊號的第二可編程序數字濾波器裝置;用來在輸出端給出一個表示出上述幹擾回波信號的第二濾波信號的裝置;具有一個對上述近端數字輸入信號敏感的輸入端的第二加法器，並且該加法器的第二個輸入端連到上述第二數字濾波器的輸出端，從而在第二個加法器的輸出端上給出一個表示出上述輸入信號之間差值的第二信號;用於改變上述係數的裝置，將該裝置連到上述第一和第二可編程序濾波器，從而對同每一個上述的濾波器相關聯的係數進行編程;連在上述第一和第二加法器輸出端上的邏輯裝置，將上述第一和第二信號的值作比較，以便從上述第一或第二濾波器中選擇出一組能給出最近似上述回波信號的係數;用於把上面選擇的係數編程到第一或第二濾波器去的裝置。
7.根據權利要求
6的裝置，其中所說的變係數裝置是一個為上述第一和第二濾波器存貯一組係數的存貯器。
8.根據權利要求
6的裝置，其中所說的邏輯裝置的作用是對上述第一信號和第二信號的有效功率進行比較，以便根據第一信號和第二信號中所包含有的最小功率值選擇出上述係數來。
9.根據權利要求
6的裝置，按照連接到遠端用戶的第一加法器的輸出，將上述所選擇的係數，編程到上述第一濾波器中。
10.根據權利要求
9的裝置，按照如下關係式(P-P′)/(P) ≥d來實現其功率的比較;其中 P＝來自第一加法器輸出端的信號平均功率;P′＝來自第二加法器輸出端的信號平均功率;d＝一個大於零的值。
11.其近端用戶提供一個向遠端用戶傳輸的含有幹擾回波信號的數字輸入信號，而其中的遠端用戶提供一個為近端用戶所接收的遠端數字輸入信號;上述方法的特徵在於下述步驟將其遠端數字輸入信號，加到第一及第二可編程序數字濾波器的輸入端;將其第一與第二可編程序濾波器的每一個輸出信號，同其近端數位訊號相加;用M個不同係數組的一組，對其第一和第二濾波器進行編程;對於上述M個係數組中的每一組，來比較第一濾波器的求和輸出同第二個濾波器的求和輸出;選擇第一濾波器的求和輸出，或第二濾波器的求和輸出，以給出最低信號功率，從而為一個上述濾波器選擇出M個係數組中的一個。
12.根據權利要求
11的方法，其中將該第一和第二濾波器的輸出進行比較的步驟包括如下計算其第一求和信號和第二求和信號的功率輸出;根據 (P-P′)/(P) 來比較其功率值在這裡P＝第一求和信號的功率值;P′＝第二求和信號的功率值;d＝大於零的閾值常數;選擇其比較低的功率值，從而確定出其第一或第二濾波器係數。
13.根據權利要求
12中的方法，還包括有如下的步驟首先，基於如下關係式u(1N)n=0N-1｜VRX(nT)｜]]>根據是否u≥uO，來檢查其遠端輸入信號電平。其中，N是大於1的正整數。
14.根據權利要求
13的方法，進而包括有如下的步驟基於如下關係式
根據是否uP≥入1u，來檢查其信號帶寬。其中入1＝一個正整數。
15.根據權利要求
14的方法，還包括如下步驟基於如下關係式u(1N)n=0N-1｜VTX(nT)｜]]>根據是否V＜入2u，進一步檢查其通話重疊。其中入2＝一個正整數。
專利摘要
一種把近端用戶連接到遠端用戶的數字交換網絡線路裡的數字混合電路裝置。第一和第二可編程序係數的數字濾波器，各有一個輸入端接收其遠端數位訊號，濾波器的輸出端分別連接一個相關的加法器，而加法器的另一輸入端接收其近端輸入信號；一個對上述濾波器用不同的係數組進行編程的裝置；連到加法器輸出端，用於對每個加法器的平均功率輸出進行比較的邏輯裝置；以及選擇給出最低平均功率的濾波器和加法器的選擇裝置。通過上述裝置和方法，根據一個係數組，給出一個含有最小幹擾回波值的傳向遠端用戶的信號。
文檔編號H04B3/20GK85105588SQ85105588
公開日1987年1月28日 申請日期1985年7月22日
發明者張海鋼 申請人:國際標準電氣公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan