回波消除器電路與方法
2023-04-24 19:29:06 2
專利名稱：回波消除器電路與方法
技術領域：
一般地，本發明涉及通信系統，更具體地，涉及回波消除器與回 波消除方法。
背景技術：
通信系統中的回波的特徵通常為發送信號的一部分在延遲一段時 間後從端用戶返回到發送信號的發送者。如本領域技術人員所知的那 樣，近端用戶向遠端用戶發送上行信號。相反地，近端用戶從遠端用 戶接收下行信號。當近端用戶在上行路徑上發送上行信號，且發送信 號的一部分在遠端處作為下行路徑上的回波信號反射回近端時，近端 處發生回波。當遠端用戶在下行路徑上發送下行信號，且發送信號的 一部分在近端處作為上行路徑上的回波信號反射回遠端時，遠端處發 生回波。典型地，回波延遲時間對應於通信系統中的往返傳輸時間加 上回波發生源的散射或群延遲。發送信號的反射可因為多種原因而發 生，例如四/雙線岔路中的阻抗不匹配，或者來自電話、無線設備或免 提電話(hands free speaker phone)中的聲學耦合的反饋。對於近端用 戶而言，對應於延遲的發送信號的回波信號感覺是煩人的，並且在一 些情形中可導致稱為"嘯叫"的不穩定狀況。
為試圖消除或減小回波信號到遠端與近端的傳輸，在近端與遠端 的任何回波發生源均需要回波消除器。回波消除器可應用於無線設備 中，例如手機、車載電話、雙向無線、手機的車載套件與其它適宜的 設備。另外，回波消除器可應用於有線設備中，例如免提電話、視頻與音頻會議電話以及其它在電信行業中通常稱為普通老式電話系統 (POTS)設備的電話。免提電話通常包括麥克風(用於產生上行信號)、 揚聲器(用於聲學地產生下行信號)、回波消除器(用於消除回波信 號)以及電話電路。
免提電話可集成到車載音頻系統中。車可以是汽車、船或飛機， 或者任何適宜的交通工具。車載音頻系統可包括放大器，揚聲器與音
頻源，例如調諧器模塊、CD/DVD播放器、磁帶播放器、衛星廣播、 等等。車載音頻系統可以與通信設備(例如電信息通信模塊)集成。 例如，電信息通信模塊可以是通用汽車的OnStar系統。典型地，電信 息通信模塊收集和散發數據，例如位置信息與音頻，例如話音。
典型地，通過下行路徑從遠端接收的下行音頻信號通過車載音頻 系統中的所述至少一個揚聲器播放。然而，車中安裝的免提電話可能 經歷所述至少一個揚聲器與麥克風之間的顯著的耦合，這裡稱之為聲 學耦合信道。結果，通過所述至少一個揚聲器發送的放大的下行音頻 信號將作為回波信號部分地為麥克風接收。回波信號的幅度，這裡稱 之為回波返回損失，取決於所述至少一個揚聲器與麥克風之間的耦合 的量。
已知回波消除器試圖通過產生與放大的下行音頻信號穿越聲學耦 合信道的一部分相對應的回波估計數據，來消除遠端發送時在近端產 生的回波信號。回波消除器通過使用回波消除器自適應濾波器來生成 回波估計數據。回波消除器試圖從自麥克風接收到的預回波消除器上 行數據中減去回波估計數據，以產生後回波消除器上行數據。回波消 除器試圖通過經由回波消除器自適應濾波器動態地生成回波估計數 據，來適應回波返回損失中的變化。另外，也可使用上行路徑與下行 路徑中的衰減器來減小回波信號的效應。
由於所述至少一個揚聲器與麥克風之間的聲學耦合信道的非固定特性，回波消除器自適應濾波器不僅適應於不同呼叫之間，而且適應 於呼叫期間。例如，乘客在車輛中的運動可能影響聲學耦合信道，因 此，回波消除器試圖動態地適應於變化的回波返回損失。然而，由於 聲學耦合中的變化，預回波消除器上行數據可能改變得比回波消除器 自適應濾波器快，或超出其能力。因此，由於對生成回波信號的網絡 媒體與聲學耦合信道的知識不完全，估計的回波數據可能包含誤差。
另外，如果放大器增益增加，下行信號可導致接收的麥克風信號 如此之大，以至於減小的回波返回損失可顯著地減小自適應濾波器的 有效性，並可能導致自適應濾波器變得無效，或者可能不穩定。結果， 在此條件下的自適應濾波器可實際導致上行信號也退化、不穩定、或 被破壞。結果，被破壞的後回波消除器上行數據將在遠端導致惱人的 喧鬧噪聲。
遵照一種方法，回波消除器基於後回波消除器上行數據的幅度或 功率水平，衰減後回波消除器上行數據，以試圖在達到遠端之前，衰
減在上行路徑上發送的回波信號。然而，後回波消除器上行數據的幅
度或功率水平的增加可能因為下行數據功率的增加而發生，而不是因 為聲學耦合信道的變化而發生。結果，可能不適當地衰減上行數據，
導致遠端用戶不能聽見近端用戶，因為回波消除器不正確地將因下行 數據功率的增加而產生的後回波消除器上行數據功率的增加解釋為聲 學耦合的增加。
遵照另一種方法，通過，比如說，在有限衝激響應濾波器(FIR)
中增加若干係數來改善回波消除器自適應濾波器的能力。然而，由於 回波消除器自適應濾波器典型地在處理設備中實現，增加係數的數目 導致增加的處理器負荷，並可能減小回波消除器自適應濾波器的適應 速率，並增加電力消耗。因此，需要更複雜、更費錢的回波消除器自 適應濾波器來滿足要求的處理器負荷。
發明內容
根據本發明第一方面，提供一種回波消除器電路，其包括上行 數據衰減器，其可被操作以接收後回波消除器上行數據與基於上行回 波返回損失的衰減數據，並且作為響應，衰減所述後回波消除器上行 數據，以產生衰減的上行數據；下行數據衰減器，其可被操作以接收 下行數據與基於下行回波返回損失的衰減數據，並且作為響應，衰減 所述下行數據，以產生衰減的下行數據；和基於回波返回損失的衰減 數據發生器，其可操作地連接到所述上行數據衰減器與所述下行數據 衰減器，並且可被操作以產生所述基於上行回波返回損失的衰減數據 與所述基於下行回波返回損失的衰減數據，以響應瞬時回波返回損失 數據，其中所述瞬時回波返回損失數據是基於衰減的下行數據、預回
波消除器上行數據與放大器增益數據中的至少一個。
根據本發明第二方面，提供一種用於衰減回波數據的方法，其包 括產生基於上行回波返回損失的衰減數據，以響應回波返回損失數 據，其中，所述回波返回損失數據基於衰減的下行數據、預回波消除 器上行數據與放大器增益數據中的至少一個；和衰減後回波消除器上 行數據，以產生衰減的上行數據，以響應所述基於上行回波返回損失 的衰減數據。
在所附繪圖中，通過示例而非限制的方式闡釋本發明，其中相似 的引用標號指示相似的組件，且其中
圖1是框圖，其闡釋遵照本發明的一個實施例的回波消除器電路
的一個示例；
圖2是流程圖，其闡釋遵照本發明的一個實施例的用於衰減後回 波消除器上行數據的方法的一個示例；
圖3是框圖，其闡釋遵照本發明的另一實施例的回波消除器電路 的另一示例；
圖4是流程圖，其闡釋遵照本發明的一個實施例的用於基於回波返回損失數據計算衰減的方法的一個示例；
圖5是框圖，其闡釋遵照本發明的一個實施例的通信設備與音頻 系統的一個示例；
圖6是流程圖，其闡釋用於衰減後回波消除器上行數據與下行數 據的方法的另一示例；
圖7是框圖，其闡釋遵照本發明的一個示例性的實施例的通信系 統的一個示例；和
圖8是遵照本發明的一個示例性的實施例的車載通信系統的框圖。
具體實施例方式
回波消除器電路與方法衰減至少後回波消除器上行數據，以產生 衰減的上行數據，以響應回波返回損失數據。回波返回損失數據，遵 照一個實施例，是提供給音頻系統中的放大器的衰減的下行數據與由 麥克風接收的預回波消除器上行數據之間的比率。回波消除器電路包 括基於回波返回損失的衰減數據發生器與至少上行數據衰減器。基於 回波返回損失的衰減數據發生器產生基於上行回波返回損失的衰減數 據，以響應回波返回損失數據，其中回波返回損失數據基於衰減的下 行數據、預回波消除器上行數據與放大器增益數據中的至少一個。上 行數據衰減器衰減後回波消除器上行數據，以根據基於上行回波返回 損失的衰減數據，產生衰減的上行數據。
除其它優點外，本發明允許回波消除器電路更精確地檢測聲學耦 合中的變化或音頻系統中的變化，例如放大器增益中的變化。回波消 除器電路通過檢測回波返回損失數據中的變化來檢測聲學耦合信道中 與音頻系統中的變化。相應地，麥克風與揚聲器之間的聲學耦合中的 任何變化與音頻路徑中的任何變化，例如如先前所述的音頻增益中的 變化，將導致回波返回損失數據中的相應變化。
遵照一個實施例，將音頻系統中的放大器視為聲學耦合信道的一
9部分。結果，音頻系統中的放大器的增益變化將在放大的下行音頻信 號與由麥克風接收的預回波消除器上行數據中產生相應的幅度變化。 結果，放大器增益中的變化將在回波返回損失數據中生成相應的變化。 相應地，回波消除器自適應濾波器可適應聲學耦合信道中的變化以及 放大器增益中的變化。
回波消除器電路跟蹤回波返回損失數據，並可確定回波返回損失 數據減小或增加的速率是否比超出自適應濾波器的能力的特定速率要 高。回波消除器可迅速確定回波返回損失是否超過自適應濾波器的能 力，並衰減後回波消除器上行數據，以避免發送遭破壞的上行數據， 從而避免在遠端發送惱人的喧鬧噪聲。例如，如果放大器增益增加， 回波消除器可確定由於下行音頻數據的幅度尚未改變，則回波返回損 失中的增加是因為增加的聲學耦合，從而回波消除器可採取適當的行 動，以減小在遠端發送不合意的喧鬧噪聲。相應地，回波消除器可以 能夠迅速確定自適應濾波器是否即將變得無效或可能不穩定，並即將 產生被破壞的數據。因此，回波消除器可在自適應濾波器變得無效或 可能不穩定，並產生被破壞的數據之前，衰減後回波消除器上行數據。
如先前討論的那樣，現有技術的基於後回波消除器上行數據的幅度或 功率水平來衰減後回波消除器上行數據與下行數據的方法可能是由下
行數據功率水平的增加引起，而不是由聲學耦合信道的變化引起。結 果，本發明的回波消除器避免了不必要地衰減後回波消除器上行數據。 結果，回波消除器將允許近端用戶隨意說話，而不會因為將後回波消 除器數據功率的增加錯誤地解釋為聲學耦合的增加而受到衰減。
圖1是回波消除器電路10的框圖，該電路用於確定免提電話中的 聲學耦合是否增加，或者，比如說，音頻系統中的放大器增益是否發 生變化。回波消除器電路IO可以是一個或多個被適宜地編程的處理器， 例如微處理器、微控制器或數位訊號處理器，並且從而包括相關聯的 存儲器，該存儲器包含可執行指令，該指令在執行時導致回波消除器 電路IO執行這裡描述的操作。另外，如這裡所使用的回波消除器電路IO可包括分立邏輯、狀態機或任何其它適宜的硬體、軟體、中間件和/
或固件的組合。可採用回波消除器電路io來補償麥克風與揚聲器之間
的聲學耦合或放大器增益的增加。例如，可以在通信系統中在模擬或 數字數據機中採用回波消除器電路10，如同本領域技術人員所知 的那樣。
回波消除器電路10包括基於回波返回損失的衰減數據發生器20， 以及上行數據衰減器30。基於回波返回損失的衰減數據發生器20產生 基於上行回波返回損失的衰減數據40，以響應接收衰減的下行數據50， 預回波消除器上行數據60和(可選地)放大器增益數據80。各種鏈路 耦合衰減發生器20與上行數據衰減器30可以是任何適宜的用於傳輸 電信號或適宜的數據的機制。
遵照一個實施例，回波返回損失數據基於衰減的下行數據100與 預回波消除器上行數據60的比率。基於回波返回損失的衰減數據發生 器20產生基於上行回波返回損失的衰減數據40，以響應計算回波返回 損失數據70。基於回波返回損失的衰減數據發生器20可基於一個或多 個話音幀的平均值，計算衰減的下行數據50、預回波消除器上行數據 60和後回波消除器數據90的功率水平或幅度水平。例如，話音幀可跨 越20毫秒的時間段，其對應於每秒8，000個採樣上的160個採樣。作 為可供選擇的另一種替代方案，話音幀可對應於任何適宜的時間段和 任何適宜的採樣率上的任何適宜的採樣數目。
圖2闡釋遵照本發明的一個實施例的用於衰減回波數據的方法 200。方法200可由回波消除器電路10遵照圖1執行。然而，也可使 用任何其它適宜的結構。本領域技術人員將認識到，開始於步驟210 的方法200將被描述為一系列操作，但這些操作可以以任何適宜的順 序執行，並且可以以任何適宜的組合重複。
如步驟220所示，基於回波返回損失的衰減數據發生器20基於衰減的下行數據50、預回波消除器數據60和(如果可獲得的話)放大器
增益數據80中的至少一個，產生基於上行回波返回損失的衰減數據40。 如先前所討論的那樣，基於上行回波返回損失的衰減數據40可以是基 於衰減的上行數據50與預回波消除器上行數據60的比率。另外，基 於回波返回損失的衰減數據發生器20可產生基於下行回波返回損失的 衰減數據，以衰減適宜的下行數據衰減器，如下面將討論的那樣。
如步驟230所示，上行數據衰減器30衰減後回波消除器上行數據 90，以產生衰減的上行數據100，以響應基於上行回波返回損失的衰減 數據40。遵照一個實施例，基於回波返回損失的衰減數據發生器20導 致上行數據衰減器30在一個時間段衰減後回波消除器上行數據卯，以 產生衰減的上行數據100。
圖3是處理器300的框圖，該處理器採用如先前參照圖1所描述 的遵照本發明的另一實施例的回波消除器電路10。回波消除器電路10 進一步包括下行數據衰減器310。處理器300包括回波消除器電路10， 該電路連接到存儲器320。存儲器320進一步包括瞬時回波返回損失數 據330、標準回波返回損失數據340與故障安全回波返回損失數據350。 存儲器320可以是，比如說，隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器
(ROM)、光學存儲器或任何適宜的存儲介質，其位於本地或遠程， 例如通過伺服器。另外，存儲器320可以由基站交換系統或任何適宜 的網絡組件通過網際網路、廣域網(WAN)、區域網(LAN)、無線廣 域網(WWAN)、無線區域網(WLAN) 、 IEEE 802.11無線網、藍牙 ⑧網或任何適宜的通信接口或網絡。
遵照本實施例，基於回波返回損失的衰減數據發生器20基於預 回波消除器上行數據60、衰減的下行數據50、瞬時回波返回損失數據 330與放大器增益數據80，產生基於下行回波返回損失的衰減數據360。 下行數據衰減器310連接到基於回波返回損失的衰減數據發生器20。 下行數據衰減器310接收下行數據370與基於下行回波返回損失的衰減數據360，並且作為響應，衰減下行數據370，以產生衰減的下行數 據50。遵照一個實施例，可將下行數據衰減器310與上行數據衰減器 30之一或兩者以OdB的衰減值編程，使得不對後回波消除器上行數據 90或下行數據370實行衰減。結果，下行數據衰減器310與上行數據 衰減器30可作為低阻抗路徑出現，如本領域技術人員已知的那樣。
圖4闡釋遵照本發明的一個實施例的用於衰減後回波消除器上行 數據90和下行數據370的方法400。方法400可由回波消除器10執行； 然而，也可使用任何其它適宜的結構。本領域技術人員將認識到，開 始於步驟410的方法400將被描述為一系列操作，但這些操作可以以 任何適宜的順序執行，並且可以以任何適宜的組合重複。
如步驟420所示，基於回波返回損失的衰減數據發生器20計算與 預回波消除器上行數據60相關聯的功率水平，並且也計算與衰減的下 行數據50相關聯的功率水平。如先前所討論的那樣，預回波消除器上 行數據60的值與衰減的下行數據50的值可以是基於適宜的時間段上 的平均採樣值。相應地，衰減的下行數據50與預回波消除器上行數據 60的幅度可以如本領域技術人員已知的那樣確定。
如步驟430所示，基於回波返回損失的衰減數據發生器20產生瞬 時回波返回損失數據330，以響應計算衰減的下行數據50的功率水平 與預回波消除器上行數據60的功率水平。相應地，基於回波返回損失 的衰減數據發生器20將為每一相應的接收到的預回波消除器上行數據 60與衰減的下行數據50的值計算瞬時回波返回損失數據330。基於回 波返回損失的衰減數據發生器20可基於衰減的下行數據50與預回波 消除器上行數據的比率來產生瞬時回波返回損失數據330。例如，對於 每一接收到的衰減的下行數據50的值以及對於每一接收到的預回波消 除器上行數據60的值，瞬時回波返回損失數據330可對應於新的計算 值。如先前所陳述的那樣，用於下行數據370與預回波消除器上行數 據60的值可以在每一採樣的基礎上提供，並可在採樣時間段平均，如本領域技術人員已知的那樣。
如步驟440所示，基於回波返回損失的衰減數據發生器20基於瞬 時回波返回損失數據330，更新故障安全回波返回損失數據350。相應 地，基於回波返回損失的衰減數據發生器20為每一適宜的相應的接收 到的衰減的下行數據50與預回波消除器上行數據60的值產生故障安 全回波返回損失數據350。
如步驟450所示，如果基於回波返回損失的衰減數據發生器20確 定僅下行話音出現，則處理在步驟360繼續。然而，如果基於回波返 回損失的衰減數據發生器20確定下行話音連同想要的近端傳輸信號一 起出現，貝ij，比如說，回波消除器電路10可以處於雙通話(double talk) 狀態。如本領域技術人員已知的那樣，回波消除器電路IO可在任何時 間點處於四個狀態中的任何一個上行發送、下行接收、空閒與雙通 話。如果基於回波返回損失的衰減數據發生器20確定回波消除器電路 IO處於雙通話模式，則處理在步驟460繼續。
在步驟460，基於回波返回損失的衰減數據發生器20不更新標準 回波返回損失數據340。相應地，標準回波返回損失數據340保持在基 於回波返回損失的衰減數據發生器20檢測到雙通話模式之前的前一 值。
如步驟470所示，如果沒有檢測到雙通話狀況，則基於回波返回 損失的衰減數據發生器20基於瞬時回波返回損失數據330，更新標準 回波返回損失數據340。基於回波返回損失的衰減數據發生器20基於 瞬時回波返回損失數據330的最近值，更新標準回波返回損失數據340。
如步驟480所示，基於回波返回損失的衰減數據發生器20確定標 準回波返回損失數據340或故障安全回波返回損失數據350是否指示 有問題的聲學耦合信道。例如，可基於將瞬時回波返回損失數據330或標準回波返回損失數據340與門限回波返回損失水平進行比較，來 確定有問題的聲學耦合信道。如果瞬時回波返回損失數據330或標準 回波返回損失數據340增加到超過預先確定的回波返回損失門限值水 平，則這樣的判定可指示揚聲器與麥克風之間的聲學耦合可能太大， 以至於回波消除器自適應濾波器將變得無效或可能不穩定。作為可供 選擇的另一種替代方案，如果瞬時回波返回損失數據330與標準回波 返回損失數據340的變化率的變化超過門限水平，基於回波返回損失 的衰減數據發生器20可判定有問題的聲學耦合信道存在。如果標準回 波返回損失數據340或故障安全回波返回損失數據350指示有問題的 聲學耦合信道，則處理在步驟490繼續，否則處理在步驟492繼續。
在步驟490，基於回波返回損失的衰減數據發生器20根據故障安 全回波返回損失數據350，計算基於上行回波返回損失的衰減數據40 與基於下行回波返回損失的衰減數據360。相應地，如果有問題的聲學 耦合信道確實存在，則回波消除器自適應濾波器可能已變得無效或者 可能不穩定，因而可能正在產生被破壞的後回波消除器上行數據90。 結果，基於回波返回損失的衰減數據發生器20將根據故障安全回波返 回損失數據350,計算基於上行回波返回損失的衰減數據40與基於下 行回波返回損失的衰減數據360。
在步驟492，基於回波返回損失的衰減數據發生器20根據標準保 護回波返回損失數據340，計算基於下行回波返回損失的衰減數據360 與基於上行回波返回損失的衰減數據40。相應地，由於有問題的聲學 耦合信道不存在，則將適宜地使用標準回波返回損失數據340的當前 值來計算基於下行回波返回損失的衰減數據360與基於上行回波返回 損失的衰減數據40。
圖5是遵照本發明的一個實施例的通信設備500的框圖。通信設 備500包括回波消除器電路510與收發器520。收發器520連接到天線 530。音頻系統540連接到至少一個揚聲器550。麥克風560與所述至少一個揚聲器550之間的耦合由聲學耦合信道570表示。收發器520 連接到下行數據衰減器310與上行數據衰減器30。上行數據衰減器30 向收發器520提供衰減的上行數據100，且下行數據衰減器310從收發 器520接收下行數據370。
通信設備500是指支持數據(包括音頻話音)的收集與散發的設 備，例如電信息通信模塊。遵照一個實施例，電信息通信模塊包括， 比如說，基於通用汽車的OnStar系統提供的緊急援助，如果車輛發生 事故，該系統自動地請求援助。遵照另一實施例，電信息通信模塊也 可執行這樣的功能，比如遠程引擎診斷、追蹤失竊車輛和提供路邊援 助，以及其它功能。
回波消除器電路510包括回波消除器自適應濾波器540、下行話 音活動檢測器572、上行話音活動檢測器574、加法器邏輯576、數模 轉換器580與模數轉換器590。下行話音活動檢測器572接收下行數據 370並產生下行活動數據573。上行話音活動檢測器574接收後回波消 除器上行數據90與預回波消除器上行數據60並產生上行活動數據 578。回波消除器自適應濾波器540接收後回波消除器上行數據與衰減 的下行數據50，並且作為響應，產生回波估計數據566。加法器邏輯 576接收預回波消除器上行數據60並減去回波估計數據566，並且作 為響應，產生後回波消除器上行數據90。相應地，回波消除器自適應 濾波器540尋求通過適應由麥克風560接收到的回波，來產生回波估 計數據，該回波歸因於所述至少一個揚聲器550與麥克風560之間的 聲學耦合信道570，並歸因於音頻系統540。
數模轉換器580接收衰減的下行數據50，並且作為響應，產生下 行音頻信號582。例如，數模轉換器580可以是任何這樣的適宜的數模 轉換器，其適宜於將衰減的下行數據50轉換為下行音頻信號582。例 如，如果衰減的下行數據50表示16位字採樣，則數模轉換器580可 將每一 16位數據採樣轉換為下行音頻信號582。例如，數模轉換器580可包括濾波器與適宜的增益階段，以消除鋸齒效應，如本領域技術人 員已知的那樣。
音頻系統540包括放大器584，其具有可變增益，還包括回放系 統585，其包括調諧器電路586、磁帶播放器588與CD和/或DVD播 放器589。音頻系統540可以是適宜於播放預先編排的音頻(例如音樂、 話音或任何其它適宜的節目材料)的車載轎車音頻系統。例如，調諧 器電路586可以是衛星廣播、FM調諧、AM調諧或任何其它適宜的調 諧。調諧器電路586、磁帶播放器588與CD和/或DVD播放器590向 放大器584提供回放音頻信號592。例如，開關(未顯示)可從調諧器 電路586、磁帶播放器588或CD和/或DVD播放器590中選擇一個， 以產生回放音頻信號592。
放大器584從數模轉換器580接收下行音頻信號592與回放音頻 信號592，並且作為響應，產生放大的下行音頻信號594。放大的下行 音頻信號594對應於由放大器584放大的回放音頻信號592，其中放大 的量由放大器增益表示。放大器584具有可變增益，以允許用戶控制 放大的下行音頻信號594的幅度。
如本領域技術人員已知的那樣，放大的下行音頻信號594通過環 境(例如車輛內部)中的所述至少一個揚聲器550播放。揚聲器550 可表示一個或多個揚聲器，例如車輛中的揚聲器系統。遵照一個實施 例，車輛具有四個或更多音頻揚聲器。類似地，放大器584可表示一
個或多個放大器，以提供立體聲的回放或四聲道的回放。
麥克風560接收至少一部分聲學地產生的放大的下行音頻信號 594，並且作為響應，產生預回波消除器上行信號596。模數轉換器5卯 接收預回波消除器上行信號596，並且作為響應，產生預回波消除器上 行數據60。模數轉換器590向加法器邏輯570提供預回波消除器上行 數據60,以減去回波估計數據566，以產生後回波消除器上行數據90，如先前所討論的那樣。模數轉換器590還向基於回波返回損失的衰減
發生器20提供預回波消除器上行數據60。
基於回波返回損失的衰減數據發生器20也接收衰減的下行數據 50。結果，基於回波返回損失的衰減數據發生器20可計算回波返回損 失，如先前所討論的那樣，以產生回波返回損失數據70、瞬時回波返 回損失數據330、標準回波返回損失數據340與故障安全回波返回損失 數據350，如先前所討論的那樣。結果，基於回波返回損失的衰減數據 發生器20可基於確定瞬時回波返回損失數據330，來確定放大器584 的放大器增益中的變化。例如，由於瞬時回波返回損失數據330是基 於衰減的下行數據50與預回波消除器上行數據60的比率，如果放大 器584中的增益變化，則放大的下行音頻信號594的幅度將隨之變化。 假定聲學耦合信道570保持相對或基本恆定，則作為放大器增益584 中的變化的結果，預回波消除器上行信號596的幅度將變化。結果， 基於回波返回損失的衰減數據發生器20將在預回波消除器上行數據60 中檢測到幅度的增加，同時還判定衰減的下行數據50的衰減的幅度或 功率水平尚未改變。結果，基於回波返回損失的衰減數據發生器20可 以確定，由於瞬時回波返回損失數據330已變化但衰減的下行數據50 的功率水平尚未變化，則放大器584的放大器增益或者聲學耦合信道 570之一可能已變化。依據瞬時回波返回損失數據330的變化量或變化 率，基於回波返回損失的衰減數據發生器20可確定瞬時回波返回損失 數據330的變化的可能原因。例如，如果瞬時回波返回損失數據330 相當突然地改變，則變化的可能原因可能是因為放大器584的放大器 增益中的突然增加。
遵照一個實施例，上行數據衰減器30在一個時間段上衰減後回波 消除器上行數據90，以產生衰減的上行數據100，以響應接收上行回 波返回損失衰減數據40。如先前所討論的那樣， 一旦基於回波返回損 失的衰減數據發生器20確定瞬時回波返回損失數據330中的變化的可 能原因，則上行數據衰減器30中的衰減可能改變。類似地，基於回波返回損失的衰減數據發生器20可向下行數據衰減器310提供下行回波
返回損失衰減數據360，以便以適宜的方式衰減下行數據370。
圖6闡釋用於基於所選擇的回波返回損失範圍，衰減後回波消除 器上行數據90與下行數據370的方法600。方法600可由回波消除器 電路510執行。然而，也可使用任何其它適宜的結構。本領域技術人 員將認識到，開始於步驟610的方法將被描述為一系列操作。這些操 作可以以任何適宜的組合重複的任何適宜的順序執行。例如，方法600 可以被重複，或者可以在循環中執行，如本領域技術人員公知的那樣。
如步驟620所示，基於回波返回損失的衰減數據發生器20確定是 否檢測到下行話音。例如，下行話音可以由下行話音活動檢測器572 檢測。下行話音活動檢測器550其後可以產生下行活動數據573，以響 應檢測下行話音活動。下行話音活動檢測器572可基於將下行數據370 的幅度或功率水平與門限值進行比較，來檢測下行話音活動。作為可 供選擇的另一種替代方案，下行話音活動檢測器550可基於追蹤下行 數據370的幅度或功率水平的變化率，來檢測話音活動，如本領域技 術人員已知的那樣。
如果沒有檢測到下行話音，則處理繼續，直到檢測到下行話音， 這是通過循環回到步驟620以進行話音檢測來實現的。如果基於回波 返回損失的衰減數據發生器20接收這樣的下行活動數據573，該數據 指示下行話音活動檢測器572己檢測到下行話音，則基於回波返回損 失的衰減數據發生器20計算與預回波消除器上行數據60相關聯的幅 度或功率水平，以及與衰減的下行數據50相關聯的幅度或功率水平。
如步驟640所示，基於回波返回損失的衰減數據發生器20計算瞬 時回波返回損失數據330，以響應計算與衰減的下行數據50和預回波 消除器上行數據60相關聯的幅度或功率水平。例如，瞬時回波返回損 失數據330對應於衰減的下行數據50與預回波消除器上行數據60的比率。
如步驟650所示，基於回波返回損失的衰減數據發生器20根據瞬 時回波返回損失數據330來更新故障安全回波返回損失數據350。相應 地，故障安全回波返回損失數據350將對應於回波返回損失數據330， 從而實際上存儲了回波返回損失數據330的先前的值。
如步驟660所示，基於回波返回損失的衰減數據發生器20確定是 否僅下行話音出現。例如，如果下行話音活動檢測器550檢測到話音 活動，但上行話音活動檢測器560沒有檢測到話音活動，則基於回波 返回損失的衰減數據發生器20可判定僅下行話音出現。遵照一個實施 例，如果下行話音活動檢測器550判定衰減的下行數據50的幅度或功 率水平超過預先確定的門限，且上行話音活動檢測器560判定預回波 消除器上行數據60的幅度或功率水平低於門限水平，則僅下行話音出 現。結果，基於回波返回損失的衰減數據發生器20可根據指示下行話 音出現的下行活動數據573來判定下行話音出現。進一步地，上行話 音活動檢測器574可提供指示上行話音不出現的上行活動數據578。
如步驟670所示，如果基於回波返回損失的衰減數據發生器20確 定僅下行話音出現，則基於回波返回損失的衰減數據發生器20根據瞬 時回波返回損失數據330來更新標準回波返回損失數據340。例如，由
於僅下行話音可能出現，則雙通話狀況不可能存在。結果，瞬時回波 返回損失數據330將可能精確地表示聲學耦合信道570。相應地，以瞬 時回波返回損失數據330更新標準回波返回損失數據340。
然而，如步驟680所示，如果基於回波返回損失的衰減數據發生 器20確定雙通話狀況存在，則不更新標準回波返回損失數據340。結 果，自在雙通話狀況期間計算出瞬時回波返回損失數據330之後，標 準回波返回損失數據340保持先前生成的值。例如，在雙通話模式期 間計算出的瞬時回波返回損失數據330可能已經因近端用戶與遠端用戶同時說話而被破壞。
如步驟682所示，基於回波返回損失的衰減數據發生器20確定標 準回波返回損失數據340或故障安全回波返回損失數據350是否指示 有問題的聲學耦合信道570。例如，有問題的聲學耦合信道570可能由 過量的放大器增益，聲學耦合信道570中的不可接收的高水平的聲學 耦合或多個條件中的任何一個，例如由麥克風560接收的噪聲的出現， 而引起，如本領域技術人員已知的那樣。如先前所陳述的那樣，基於 回波返回損失的衰減數據發生器20可監測標準回波返回損失數據340 與故障安全回波返回損失數據350之間的差異，以確定回波返回損失 中的變化或變化率已超過門限水平。
如步驟684所示，如果基於回波返回損失的衰減數據發生器20判 定聲學耦合信道570沒有問題，則基於回波返回損失的衰減數據發生 器20可根據瞬時回波返回損失數據330，選擇一組回波返回損失範圍 中的一個。例如，該組回波返回損失範圍可對應於，比如說，與施加 於上行數據衰減器30與下行數據衰減器310的衰減水平相對應的一組 值。例如，瞬時回波返回損失數據330的範圍可能落入，比如說，從 40dB (其對應於揚聲器550與麥克風560之間的相對高水平的隔離) 到-20dB (其對應於揚聲器550與麥克風560之間的高水平的耦合)的 範圍。-20dB， -25dB，或者，作為可供選擇的另一種替代方案，-30dB 指示預回波消除器上行信號596的幅度或功率水平大於衰減的下行數 據50的幅度或功率水平。遵照一個實施例，預回波消除器上行信號596 的幅度或功率水平可以比衰減的下行數據50的幅度或功率水平大 20dB，這是因為放大器584的增益可增加下行音頻信號582的幅度或 功率水平，使得放大的下行音頻信號594的幅度或功率水平處於比揚 聲器550與麥克風560之間的直接耦合大20dB的幅度或功率水平。在 此情形下，比如說，回波消除器自適應濾波器576可變得無效或可能 不穩定，並產生遭破壞的回波估計數據576。如步驟686所示，基於回波返回損失的衰減數據發生器20基於故 障安全回波返回損失數據350,選擇回波返回損失範圍。遵照本實施例， 由於基於回波返回損失的衰減數據發生器20已判定有問題的聲學耦合 信道570存在，則瞬時回波返回損失數據330可能不能精確地表示當 前的回波返回損失，從而故障安全回波返回損失數據350被利用來確 定用於上行數據衰減器30與下行數據衰減器310的適宜水平的衰減。
如步驟690所示，基於回波返回損失的衰減數據發生器20向上行 數據衰減器30提供上行回波返回損失衰減數據40，以根據所選擇的回 波返回損失範圍來衰減後回波消除器上行數據卯。例如，相對於回波 返回損失水平而言，施加的衰減的量可以是非線性的。如果瞬時回波 返回損失數據330指示揚聲器550與麥克風560之間的高水平的隔離， 使得聲學耦合信道570中存在相對低水平的耦合，則衰減水平，如果 有的話，將相對低。然而，如果瞬時回波返回損失數據330開始減小， 從而指示揚聲器550與麥克風560中的耦合的逐漸增加，則衰減的量 可更劇烈地增加。結果，如果瞬時回波返回損失數據330達到已知會 導致回波消除器自適應濾波器540變得無效或可能不穩定的水平，則 衰減的量可更激進地(即，指數地)增加，以防止遭破壞的數據的傳 輸導致在遠端播放惱人的噪聲。
在步驟692，基於回波返回損失的衰減數據發生器20可向下行數 據衰減器310提供下行回波返回損失衰減數據360，以根據所選擇的回 波返回損失範圍來衰減下行數據370。如上面所陳述的那樣，相對於瞬 時回波返回損失數據330中的減小而言，衰減的量可逐漸增加。
如步驟694所示，方法600可結束，但是，如先前所陳述的那樣， 並且如本領域技術人員已知的那樣，方法600可通過循環回到610處 的開始或方法600中的任何適宜的位置來繼續。
圖7是遵照本發明的一個示例性的實施例的通信系統700的框圖。通信系統700包括通信設備500，音頻系統540，所述至少一個揚聲器 550，麥克風560，無線廣域網(WWAN)收發器710，無線廣域網天 線720、 730，無線設備740、 742，無線廣域網天線750， WWAN天線 760，以及無線區域網(WLAN)天線770。通信設備500包括先前描 述的組件，包括處理器300，並且進一步包括WWAN收發器780和/ 或WLAN收發器790與位置信息發生器792。
遵照可供選擇的另一實施例，回波消除器電路510連接到WWAN 收發器780、 WWAN710與WLAN收發器790之一或其任何組合。例 如，WWAN收發器780、 710可表示多個無線設備中的任何一個，例 如，比如說，可攜式手機、車載行動電話、無線個人數字助理(PDA)、 無線保真度(fidelity)設備(WiFi，即，基於IEEE 802.11規範的設備)、 或任何適宜的通信設備。遵照另一實施例，WWAN收發器710可以在 通信設備500之外，從而回波消除器電路510可通過適宜的鏈路連接 到WWAN收發器710。遵照另一實施例，WLAN收發器7卯可集成到 通信設備500中。
WLAN收發器7卯可以是藍牙兼容設備或無線保真度(fidelity) 設備(WiFi， g卩，基於IEEE 802.11規範的設備)，或任何適宜的通信 設備。例如，WLAN收發器790可通過WLAN天線760與WLAN天 線770之間的WLAN無線接口 794與無線設備740接口 。無線設備740、 742可以是手機、裝備有無線接口的個人數字助理、或者也裝備有無線 廣域網接口的可攜式電腦。作為可供選擇的另一種替代方案，無線設 備740、 742可通過無線設備接口 744 (例如無線設備底座)與回波消 除器電路510通信。無線設備740、 742可與無線廣域網(例如適宜於 與公共交換電話網(PSTN)通信的蜂窩式電話系統)通信。相應地， 無線設備740、 742可使用任何已知的或未來的無線標準通信，例如， 碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA)、高級行動電話標準(AMPS)、 群組特別模塊(GSM)，該標準包括當前的或未來的協議，例如3G與 更高的無線通信協議。遵照一個實施例的通信設備500包括機架，該機架包含處理器
300、 WWAN收發器780、 WLAN收發器790與位置信息發生器792。 除上面描述的之外，可在通信設備500中包含更多或更少的組件。如 本領域技術人員已知的那樣，處理器300、 WWAN收發器780、 WLAN 收發器790與位置信息發生器792可分別作為來自一個或多個製造商 的分離電路板或集成電路晶片來製造。電路板可通過使用母板、平的 或非平的可彎曲的多導體電纜、多導體有線電纜或任何適宜類型的互
連設備來按要求互連。每一電路板可通過如本領域技術人員已知的適 宜的固定設備，例如連接器、夾具、夾子、螺釘、螺母與螺栓，直接 地或間接地附著或連接到機架或其它電路板。集成電路晶片可通過電 路板、多電路晶片載體、平的可彎曲的多導體電纜、多導體有線電纜 或任何適宜類型的互連設備來按要求互連。電路板與集成電路晶片可 使用化學結合(例如粘合劑)或任何適宜的固定設備來安裝。
遵照一個實施例，通信設備500機架可包括包括處理器300與 存儲器320的電路板，包括WWAN收發器780的電路板，以及包括 WLAN收發器790的電路板。電路板可互連並直接地或間接地附著或 連接到機架，如先前所討論的那樣。另外，通信設備500機架可包括 連接器，其用於連接到外部組件，例如音頻系統540、麥克風560、 WWAN天線730、 WLAN天線770、 WW AN收發器710或任何其他適 宜的設備。例如，通信設備500可以與這裡未描述的其它適宜的組件 接口。連接器可以是任何適宜於將通信設備500互連到任何外部組件 (例如有線電纜、光纖鏈路、或射頻接口)的設備。
遵照一個實施例，通信設備500是支持數據(包括音頻話音)的 收集與散發的電信息通信模塊。例如，電信息通信模塊可以是基於通 用汽車的OnStar系統，如果車輛發生事故，該系統自動地請求緊急援 助。遵照另一實施例，通信設備500也可執行這樣的功能，比如遠程 引擎診斷、追蹤失竊車輛和提供路邊援助，以及其它功能。圖8是遵照本發明的至少一個實施例的車載通信系統800的框圖。
遵照一個實施例，車載通信系統800包括通信設備500，其通過WLAN 天線770連接到無線設備740。例如，無線設備740與通信設備500之 間的通信接口可以是藍牙接口，如先前所討論的那樣。
遵照一個實施例，車載通信系統800可包括無線廣域網收發器 780，其集成到通信設備500中，如先前參照一個實施例圖7所討論的 那樣。作為可供選擇的另一種替代方案，通信設備500可以與通信設 備500之外的無線廣域網收發器710接口，並且可安裝於任何適宜的 位置。通信設備500也被顯示為與音頻系統540接口。儘管音頻系統 540與通信設備500顯示在車輛的主題區域，通信設備500和/或音頻 系統540可位於任何適宜的位置，包括儀錶盤之內或儀錶盤之下。例 如，可將通信設備500集成於車載通信系統800的儀錶盤內的音頻系 統540之內。例如，車輛的音頻系統可包括通信設備500與任何必需 的收發器，例如無線廣域網收發器780與WLAN收發器790。
除其它優點外，本發明允許回波消除器更精確地檢測聲學耦合中 的變化或音頻系統中的變化，例如放大器增益中的變化。回波消除器 通過檢測回波返回損失數據中的變化來檢測聲學耦合信道中與音頻系 統中的變化。相應地，麥克風與揚聲器之間的聲學耦合中的任何變化 以及音頻路徑中的任何變化，例如音頻增益中的變化，將導致回波返 回損失數據中的相應變化。
遵照一個實施例，音頻系統中的放大器被視為聲學耦合信道的一 部分。結果，音頻系統中的放大器的增益中的變化將在下行音頻信號 和麥克風接收的預回波消除器上行數據的幅度中產生相應變化。結果， 放大器增益中的變化將在回波返回損失數據中生成相應變化。相應地， 回波消除器自適應濾波器可適應聲學耦合信道中的變化和放大器增益 中的變化。回波消除器電路追蹤回波返回損失數據並可確定回波返回損失數 據是否減小或增大到超出自適應濾波器的能力之外的特定速率。回波 消除器可迅速地確定回波返回損失是否超過自適應濾波器的能力，並 衰減後回波消除器上行數據，以避免發送遭破壞的數據，從而避免在 遠端發送惱人的噪聲。例如，如果放大器增益增加，回波消除器可確 定，既然下行音頻數據的幅度尚未變化，則回波返回損失中的增加是 因為增加的聲學耦合，從而回波消除器可採取適宜的行動，以減小在 遠端發送不合意的喧鬧噪聲。相應地，回波消除器可能能夠迅速地確 定自適應濾波器是否即將變得不穩定並且即將產生遭破壞的數據。因 此，回波消除器可在自適應濾波器變得不穩定並產生遭破壞的數據之 前衰減後回波消除器上行數據。如先前所討論的那樣，現有技術的基 於後回波消除器上行數據的幅度或功率水平來衰減後回波消除器上行 數據與下行數據的方法可能是由下行數據功率水平的增加引起，而不 是由聲學耦合信道的變化引起。結果，本發明的回波消除器避免了不 必要地衰減後回波消除器上行數據。結果，回波消除器將允許近端用 戶隨意說話，而不會因為將後回波消除器數據功率的增加錯誤地解釋 為聲學耦合的增加而受到衰減。
應該理解，本發明的其他變化和修改的實現及其多個不同方面對 於本領域普通技術人員來說是顯而易見的，並且，本發明並不限於所 述的具體實施例。因此，本發明希望涵蓋落入到這裡公開和要求權利 的基本潛在原理的寬泛範圍內的任意修改、變化或等價。
權利要求
1.一種回波消除器電路，其包括上行數據衰減器，其可被操作以接收後回波消除器上行數據與基於上行回波返回損失的衰減數據，並且作為響應，衰減所述後回波消除器上行數據，以產生衰減的上行數據；下行數據衰減器，其可被操作以接收下行數據與基於下行回波返回損失的衰減數據，並且作為響應，衰減所述下行數據，以產生衰減的下行數據；和基於回波返回損失的衰減數據發生器，其可操作地連接到所述上行數據衰減器與所述下行數據衰減器，並且可被操作以產生所述基於上行回波返回損失的衰減數據與所述基於下行回波返回損失的衰減數據，以響應瞬時回波返回損失數據，其中所述瞬時回波返回損失數據是基於衰減的下行數據、預回波消除器上行數據與放大器增益數據中的至少一個。
2. 如權利要求l所述的回波消除器電路，其中，所述基於回波返 回損失的衰減數據發生器可被操作，以基於所述衰減的下行數據與所 述預回波消除器上行數據的比率來計算所述瞬時回波返回損失數據， 並且作為響應，基於至少所述瞬時回波返回損失數據，產生所述基於 上行回波返回損失的衰減數據與基於下行回波返回損失的衰減數據。
3. 如權利要求2所述的回波消除器電路，其中，所述基於回波返 回損失的衰減數據發生器可被操作，以在不處於雙通話模式時，基於 所述瞬時回波返回損失數據來更新標準回波返回損失數據，使得當所 述基於回波返回損失的衰減數據發生器判定所述標準回波返回損失數 據指示沒有有問題的聲學耦合信道時，所述基於上行回波返回損失的 衰減數據與所述基於下行回波返回損失的衰減數據中的至少一個是基 於所述標準回波返回損失數據的。
4. 如權利要求2所述的回波消除器電路，其包括 數模轉換器，其可操作地連接到所述下行數據衰減器，並且可被操作以接收所述衰減的下行數據，並且作為響應，產生下行音頻信號；放大器，其可操作地連接到所述數模轉換器，並且可被操作以接 收所述下行音頻信號，並且作為響應，產生放大的下行音頻信號，其中，所述放大器具有放大器增益；麥克風，其可被操作以接收至少一部分所述放大的下行音頻信號， 並且作為響應，產生預回波消除器上行信號；和模數轉換器，其可操作地連接到所述麥克風、所述上行數據衰減 器與所述基於回波返回損失的衰減數據發生器，並且可被操作以接收 所述預回波消除器上行信號，並且作為響應，產生所述預回波消除器 上行數據，其中，所述基於回波返回損失的衰減數據發生器基於所述 瞬時回波返回損失數據，確定所述放大器增益中的變化。
5. 如權利要求l所述的回波消除器電路，其中，所述上行數據衰 減器可被操作以在第一時間段上衰減所述後回波消除器上行數據，以 產生衰減的上行數據，並且所述下行數據衰減器可被操作以在第二時 間段上衰減所述下行數據，以產生衰減的下行數據。
6. 如權利要求2所述的回波消除器電路，其中，所述基於回波返 回損失的衰減數據發生器基於所述瞬時回波返回損失數據來更新故障 安全回波返回損失數據，並且在不處於雙通話模式時，基於所述瞬時 回波返回損失數據來更新標準回波返回損失數據，其中，所述基於回 波返回損失的衰減數據發生器基於以下兩種數據，來產生所述基於上 行回波返回損失的衰減數據與所述基於下行回波返回損失的衰減數 據(a)當所述基於回波返回損失的衰減數據發生器判定所述標準回波 返回損失數據與所述故障安全回波返回損失數據中的至少一個指示沒 有有問題的聲學耦合信道時，基於所述標準回波返回損失數據；和(b) 當所述基於回波返回損失的衰減數據發生器判定所述標準回波返回損 失數據與所述故障安全回波返回損失數據中的至少一個指示有問題的聲學耦合信道時，基於所述故障安全回波返回損失數據。
7. —種用於衰減回波數據的方法，其包括產生基於上行回波返回損失的衰減數據，以響應回波返回損失數 據，其中，所述回波返回損失數據基於衰減的下行數據、預回波消除 器上行數據與放大器增益數據中的至少一個；和衰減後回波消除器上行數據，以產生衰減的上行數據，以響應所 述基於上行回波返回損失的衰減數據。
8. 如權利要求7所述的方法，其包括產生所述基於下行回波返回損失的衰減數據與所述基於上行回波返回損失的衰減數據，以響應所述回波返回損失數據，其中，所述回波返回損失數據基於所述衰減的下行數據與所述預回波消除器上行數 據的比率；和衰減下行數據，以響應所述基於下行回波返回損失的衰減數據， 以產生所述衰減的下行數據。
9. 如權利要求8所述的方法，其包括 檢測雙通話模式；和衰減所述後回波消除器上行數據與所述下行數據，以響應檢測到 所述雙通話模式與所述回波返回損失數據。
10. 如權利要求7所述的方法，其中，在一時間段上衰減所述後 回波消除器上行數據，以產生衰減的上行數據。
全文摘要
本發明公開一種回波消除器電路(10)與方法，其衰減至少後回波消除器上行數據(90)，以產生衰減的上行數據(100)，以響應基於上行回波返回損失的衰減數據(40)。回波消除器電路(10)包括基於回波返回損失的衰減數據發生器(20)以及至少上行數據衰減器(30)。基於回波返回損失的衰減數據發生器(20)產生基於上行回波返回損失的衰減數據(40)，以響應回波返回損失數據(70)。回波返回損失數據(70)基於衰減的下行數據(50)、預回波消除器上行數據(60)、和/或放大器增益數據(80)中的至少一個。上行數據衰減器(30)衰減後回波消除器上行數據(90)，以根據基於上行回波返回損失的衰減數據(40)，產生衰減的上行數據(100)。
文檔編號H04B3/23GK101552849SQ200910136808
公開日2009年10月7日 申請日期2004年12月13日 優先權日2003年12月12日
發明者克裡斯多佛·W·斯普林菲爾德, 基思·L·歐文斯, 詹姆士·B·皮凱特 申請人:摩託羅拉公司