專利名稱：用于控制連接兩側(cè)回波的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電信領(lǐng)域，并且具體涉及電話系統(tǒng)中的回波消除。
“回波”是在一部分發(fā)送的語音信號能量被反射回發(fā)送器時(shí)能在電話系統(tǒng)中出現(xiàn)的現(xiàn)象。這些反射是由于電話網(wǎng)的模擬部分的阻抗失配引起的?？赡苡性S多不同的回波源，例如，在公用交換電話網(wǎng)(PSTN)用戶接口中的將4線變換為2線的混合電路，或者移動無線電話機(jī)中的聲串?dāng)_。伴隨基本延遲的回波可嚴(yán)重地降低所處理的語音信號的質(zhì)量。
回波消除器是通常用于電話系統(tǒng)中抑制或消除長途業(yè)務(wù)回波的設(shè)備。例如，在蜂窩公用陸地移動網(wǎng)(PLMN)中，回波消除器在移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)中用于抑制或消除語音傳輸中的回波，回波消除器同樣也在移動無線電話機(jī)和“免提”電話設(shè)備中用于補(bǔ)償聲回波?，F(xiàn)有的回波消除技術(shù)的一般描述可在由瑞典LUND大學(xué)的Dept.ofElec.Eng.and Comp.Science的信號處理工作組的Gansler等人所著的題為“基于相干的雙方通話檢測器”(“A Double Talk DetectorBased on Coherence”)文章中找到。
原則上，一臺數(shù)字移動無線電話手機(jī)是不會產(chǎn)生回波的，這是因?yàn)樗褂玫倪B接包括4線下行至手機(jī)。然而，實(shí)際上，許多這樣的手機(jī)產(chǎn)生由于手機(jī)的聲音或機(jī)械串?dāng)_而引起的回波。這種類型的回波干擾用戶，尤其是在系統(tǒng)操作員已選擇提高下行鏈路信號電平時(shí)。由于許多用戶抱怨移動手機(jī)揚(yáng)聲器的低輸出電平，所以提高下行鏈路電平已經(jīng)成為被接受的實(shí)際。
現(xiàn)有的提供長途業(yè)務(wù)的電話系統(tǒng)和公用陸地移動網(wǎng)(PLMN)中的MSC使用回波消除器來控制在連接的PSTN側(cè)產(chǎn)生的回波。例如，

圖1為在長途業(yè)務(wù)系統(tǒng)和MSC中使用的常規(guī)回波消除器(10)的簡化示意方框圖，這種回波消除器的主要元件為自適應(yīng)有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器12。在適應(yīng)算法(例如，以軟件執(zhí)行)的控制下，濾波器12模擬回波路徑的脈沖響應(yīng)。非線性處理器(NLP)14用于消除在輸入信號線性處理之后可能殘留的殘留回波。當(dāng)回波信號與“近端”信號之間的比值具有利用濾波器12的進(jìn)一步適應(yīng)不能獲得回波路徑估算的附加改進(jìn)的值時(shí)，則將雙通話檢測器(DTD)16用于控制和禁止適應(yīng)處理。利用18表示的方框圖代表產(chǎn)生作為“遠(yuǎn)端”信號x(t)與“近端”信號v(t)函數(shù)的“所需”信號y(t)的電話系統(tǒng)內(nèi)的回波源。安慰噪聲生成器(CNG)20用于生成基本類似于“近端”的背景噪聲的噪聲信號。當(dāng)NLP14工作時(shí)，此噪聲信號插入到連接中。在利用V系列調(diào)制解調(diào)器傳送高比特率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的那些連接上應(yīng)關(guān)斷回波消除器一般是可接受的，這是因?yàn)檫@些調(diào)制解調(diào)器具有它們自己的回波消除器。因此，網(wǎng)絡(luò)回波消除器一般包括音調(diào)阻塞器(TD)22，它可以檢測調(diào)制解調(diào)器的應(yīng)答音(例如，2100赫茲音調(diào))，并在接收到具有某些預(yù)定特征的應(yīng)答音時(shí)禁止回波消除器的一些或全部功能。
在PSTN中始發(fā)的回波信號特征與數(shù)字移動電話機(jī)中始發(fā)的回波信號特征之間存在著許多差異。例如，PSTN的回波路徑是準(zhǔn)線性的，并因此能容易地利用線性濾波器來模擬。在自適應(yīng)濾波技術(shù)基礎(chǔ)之上的許多現(xiàn)有解決辦法可以成功地用于消除這些類型的回波。從這樣的網(wǎng)絡(luò)中的回波消除器來“看”，回波路徑的長度能高達(dá)64ms，這意味著，使用多達(dá)512個抽頭的自適應(yīng)濾波器來模擬回波路徑。執(zhí)行那么長的濾波器的自適應(yīng)算法所要求的計(jì)算資源消耗組成回波消除器的數(shù)字信號處理器(DSP)的一大部分容量。而且，自PSTN的回波返回?fù)p耗(ERL)取決于網(wǎng)絡(luò)中使用的平衡電路。一般說來，EPL(以dB為單位側(cè)量)可以認(rèn)為是從高斯分布中選取的隨機(jī)變量，在分離循環(huán)平衡方案中具有13.6dB的平均數(shù)和2.8dB的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
另一方面，數(shù)字移動電話機(jī)的回波路徑是非線性的并隨時(shí)間變化，這是因?yàn)榘l(fā)送路徑中使用了兩個語音編碼器/譯碼器(編譯碼器)對和無線電接口。另外，數(shù)字移動電話機(jī)中的回波電平比PSTN的回波電平低很多。例如，數(shù)字蜂窩全球移動通信系統(tǒng)(GSM)的規(guī)范要求測量的300-3400赫茲頻帶內(nèi)電平為0dBm的純音調(diào)的46dB的ERL(對于移動電話機(jī))，然而，如果將除了純音調(diào)之外的信號用于測量，ERL可以更低，但仍能期望約40dB的抑制電平。換而言之，量化噪聲是回波路徑非線性的重要源。事實(shí)上，數(shù)字移動電話機(jī)的ERL與能夠與利用常規(guī)PSTN回波消除器的線性濾波部分獲得的ERL相當(dāng)。由于上述原因，來自移動電話機(jī)的回波不可能利用線性濾波器消除幾個dB。
因此，現(xiàn)有的回波消除器設(shè)計(jì)為只消除從交換連接一側(cè)始發(fā)的回波。所以，在要消除交換連接兩側(cè)始發(fā)的回波時(shí)，每個連接就需要使用兩個回波消除器。
在示例結(jié)構(gòu)中，多個回波消除器綜合在數(shù)字交換系統(tǒng)中。例如，由Ericsson無線電系統(tǒng)AB制造的多個回波消除器都綜合在Ericsson AXE10數(shù)字交換系統(tǒng)中。這些回波消除器構(gòu)成了AXE10中繼和信令子系統(tǒng)(TSS)的一部分，并且直接連到群結(jié)構(gòu)中的組交換機(jī)(稱為“ECP”或群中的回波消除器)。用于操縱網(wǎng)絡(luò)中這些回波消除器的技術(shù)已將一個設(shè)備連到每條中繼線。也就是說，當(dāng)需要回波消除時(shí)，AXE10從群中任選一個回波消除器并且通過選定的回波消除器為連接選擇路由。以這種方式，和早先所用的直接連接中繼線結(jié)構(gòu)相比，AXE 10 ECP結(jié)構(gòu)可以集中業(yè)務(wù)，并從而減少所使用的回波消除器的總數(shù)。
如果交換連接兩側(cè)的回波利用分開的回波消除器來控制，就會出現(xiàn)問題。圖2為其中使用兩個回波消除器52和54(例如，如圖1所示的兩個回波消除器10)來控制MSC56中在連接兩側(cè)始發(fā)的回波的示例系統(tǒng)(50)的圖。顯然，如圖2所示，如果使用分開的設(shè)備，需要使用是通常數(shù)量兩倍的回波消除器來控制來自連接兩側(cè)的回波。而且，如果所使用的回波消除器連接于群結(jié)構(gòu)中(例如，由Ericssion無線電系統(tǒng)AB制造的ECP101和ECP303)，所涉及的回波消除器的數(shù)量增加導(dǎo)致所要求的組交換機(jī)多輸入/輸出位置數(shù)量成正比增長。另外，諸如2100赫茲的音調(diào)檢測器的一些其他的功能必須包含在所使用的兩個回波消除器中。
因此，本發(fā)明的目的是消除從交換連接兩側(cè)始發(fā)的回波。
利用單個回波消除裝置來消除從交換連接兩側(cè)始發(fā)的回波也是本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的另一目的是減少回波消除器所需的組交換多位置的數(shù)量。
本發(fā)明的還一目的是減少回波消除器所需的物理空間和功率。
本發(fā)明的又一目的是消除從PSTN和數(shù)字移動電話機(jī)始發(fā)的回波。
根據(jù)本發(fā)明，前述和其它目的利用單個二端回波消除器和非線性處理器來實(shí)現(xiàn)，此消除器利用自適應(yīng)FIR濾波器來模擬回波路徑的脈沖響應(yīng)和消除從連接的PSTN側(cè)始發(fā)的回波，并且利用輸入信號電平控制非線性處理器來消除從連接的移動電話機(jī)側(cè)始發(fā)的回波。由于線性處理功能不用于消除移動電話機(jī)側(cè)的回波，所以可在單個DSP上執(zhí)行用于估算和消除連接兩側(cè)上回波的算法。
結(jié)合附圖并參考后面詳細(xì)的描述可以更全面理解本發(fā)明的方法和設(shè)備，其中圖1是常規(guī)用于長途業(yè)務(wù)系統(tǒng)和MSC中的回波消除器的簡化示意方框圖；圖2是其中使用兩個回波消除器來控制MSC中連接兩側(cè)始發(fā)的回波的示例系統(tǒng)的圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例使用單個兩端回波消除器來控制交換連接兩側(cè)上始發(fā)的回波的示例系統(tǒng)的方框圖；和圖4是表示圖3所示的示例的兩端回波消除器的具體細(xì)節(jié)的方框圖。
結(jié)合圖1-4可充分理解本發(fā)明該最佳實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，其中相同的數(shù)字用于代表各圖中相同和相應(yīng)的部件。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例使用單個兩端回波消除器(102)來控制從交換連接兩側(cè)始發(fā)的回波的示例系統(tǒng)(100)的方框圖。雖然回波消除器102表示在PLMN環(huán)境中，但這只是為了說明目的而已，并且發(fā)明不打算受此限制。例如，回波消除器102也能表示為連到長途業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的交換機(jī)。結(jié)果，能顯著節(jié)省組交換機(jī)輸入/輸出位置的數(shù)量(例如，在MSC104中)，并且在一個回波消除器內(nèi)可以共享連接的每一側(cè)的許多功能(例如，音調(diào)檢測和安慰噪聲生成)可以在共用。另外，一個兩端回波消除器(102)占用的MSC(104)中的物理空間比兩個常規(guī)的回波消除器所占用的少。這甚至在兩端回波消除器直接連接到中繼線的情況下也是真實(shí)的，而這也在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
圖4為圖3所示的示例的兩側(cè)回波消除器102的具體細(xì)節(jié)的方框圖。基本上，回波消除器102的一部分消除從PSTN側(cè)始發(fā)的回波，而回波消除器102的第二部分消除從移動電話機(jī)側(cè)始發(fā)的回波。最好，在一側(cè)使用的移動電話機(jī)是數(shù)字移動電話機(jī)，但本發(fā)明是不受此限制的，而且也能包含模擬或混合模擬/數(shù)字電話機(jī)?；夭ㄏ?02包含F(xiàn)IR濾波器112。在適應(yīng)算法(例如，以軟件執(zhí)行)的控制下，濾波器112模擬PSTN側(cè)的回波路徑的脈沖響應(yīng)。在PSTN側(cè)，NLP 114用于消除在輸入信號的線性處理后可能殘留的任何殘留回波。在回波信號與“近端”信號的比值具有利用濾波器112的進(jìn)一步適應(yīng)不能獲得回波路徑估算的附加改善的值時(shí)，DTD 116用于控制和禁止適應(yīng)處理。方框118代表通話系統(tǒng)中產(chǎn)生作為“遠(yuǎn)端”信號x(t)與“近端”信號v(t)函數(shù)的“所需”信號y(t)的回波源。CNG120用于產(chǎn)生噪聲信號，此噪聲信號和“近端”的背景噪聲基本相似。當(dāng)NLP 114工作時(shí)，噪聲信號插入到連接中。第一與第二TD122與124檢測側(cè)調(diào)制解調(diào)器應(yīng)答音(例如，2100赫茲)，并在接收到具有某些預(yù)定特征的音調(diào)時(shí)阻止回波消除器的一些或全部的功能。
消除從交換連接的移動側(cè)始發(fā)的回波的回波消除器102的第二部分也包括第二NLP126和一個延遲與電平估算器128。一般地，在操作中，回波消除器102的這部分首先確定使用中的當(dāng)前移動電話機(jī)(沒有明顯表示出)是否產(chǎn)生回波信號。由于市場上的一些移動電話機(jī)引起極少或不引起回波問題，盡管其它的能生成清晰聽得見的回波信號，但第二NLP126只限幅聽得見的回波信號而不限制“好”的移動電話機(jī)的信號?；夭ㄏ?102)然后估算連接的移動電話機(jī)側(cè)的回波路徑延遲。測量表明移動電話機(jī)的回波路徑的擴(kuò)散部分相對較短(不同于典型的PSTN回波)，并且估算的相關(guān)參數(shù)是回波路徑延遲(以下簡稱“延遲估算”)。接下來，回波消除器(102)估算朝移動電話機(jī)(在b)發(fā)送的信號功率與回波(在a)功率之間的關(guān)系，這在下面將簡稱為“電平估算”。
如上所述，用于消除連接的移動電話機(jī)一側(cè)回波的回波消除器(102)還包括用于估算回波路徑延遲和回波的功率電平(延遲和電平估算)的估算器(128)和第二NLP(126)。如果朝移動電話機(jī)發(fā)射了足夠的信號功率以至生成聽得見的回波，NLP126被激活(即，利用安慰噪聲代替來自移動電話機(jī)側(cè)的信號)。在(在b)檢測到信號功率的門限量之后，激活NLP126預(yù)定的時(shí)間量。延遲與電平估算器128確定預(yù)定的激活時(shí)間量和構(gòu)成功率門限量的信號功率電平。例如，通過計(jì)算在點(diǎn)(a)和(b)上的非線性變換信號的相關(guān)函數(shù)并隨后查找最大值可以得到這些估算值。更好地，如果使用的移動電話機(jī)產(chǎn)生相當(dāng)?shù)穆牭靡姷幕夭?例如，超過預(yù)定的門限電平)，激活NLP126。另一附加好處是，如果使用移動電話機(jī)和PSTN電話機(jī)的各方同時(shí)進(jìn)行通話，DTD116能禁止第二NLP126(和/或第一NLP114)的操作。
盡管在附圖中已經(jīng)表示并且在上面具體描述中已經(jīng)描述了本發(fā)明方法和設(shè)備的最佳實(shí)施例，但應(yīng)理解，本發(fā)明并不局限于所公開的實(shí)施例，而能在不脫離由下面的權(quán)利要求所提出和定義的本發(fā)明精神之下進(jìn)行許多重新安排、修改和替換。
權(quán)利要求
1.用于消除連接兩側(cè)回波的一種回波消除器，包括第一部分，用于消除連接一側(cè)的網(wǎng)絡(luò)回波；和第二部分，耦合到所述第一部分，并且用于消除來自連接的數(shù)字移動電話機(jī)一側(cè)的第二回波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的回波消除器，其中所述第一部分包括基于FIR濾波器的回波消除器，并且所述第二部分包括非線性處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的回波消除器，還包括連接到所述非線性處理器的延遲與電平估算器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的回波消除器，其中所述連接包括移動業(yè)務(wù)交換中心中的交換連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的回波消除器，其中所述連接包括長途業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的交換連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的回波消除器，還包括連接到所述非線性處理器的安慰噪聲生成器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的回波消除器，其中所述連接的一側(cè)包括PSTN。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的回波消除器，其中所述連接的數(shù)字移動電話機(jī)側(cè)包括數(shù)字移動電話機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的回波消除器，其中所述連接包括與中繼線的直接連接。
10.用于消除連接兩側(cè)回波的一種回波消除器，包括自適應(yīng)FIR濾波器，用于消除來自連接一側(cè)的回波；和非線性處理器，耦合到所述自適應(yīng)濾波器并用于消除來自連接第二側(cè)的回波。
11.用于消除從數(shù)字移動電話機(jī)始發(fā)的回波的一種設(shè)備；包括非線性處理器；安慰噪聲生成器，耦合到所述非線性處理器，用來生成安慰噪聲以響應(yīng)所估算的背景噪聲電平；和回波延遲與功率電平估算器，耦合到所述非線性處理器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，還包括數(shù)字信號處理器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，還包括回波消除器，用于消除從PSTN始發(fā)的回波。
14.用于消除交換連接兩側(cè)回波的一種方法，包括以下步驟估算在交換連接一側(cè)上始發(fā)的第一回波信號的脈沖響應(yīng)；消除所述第一回波信號；檢測在交換連接的第二側(cè)上始發(fā)的第二回波信號；估算所述第二回波信號的延遲；估算發(fā)送給所述交換連接的所述第二側(cè)的第一功率信號與所述第二回波信號之間的關(guān)系；和消除所述第二回波信號以響應(yīng)所述延遲和所述關(guān)系。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述第一回波信號包含從PSTN始發(fā)的回波信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述第二回波信號包含從數(shù)字移動電話機(jī)始發(fā)的回波信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中消除第二回波信號的步驟包括注入安慰噪聲信號的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述交換連接包括移動業(yè)務(wù)交換中心中的交換連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述交換連接包括長途業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的交換連接。
全文摘要
提供單個二端回波消除器(102),使用自適應(yīng)FIR濾波器來模擬回波路徑的脈沖響應(yīng)和消除從連接的PSIN側(cè)始發(fā)的回波;和非線性處理器(114),利用輸入信號電平來控制以便消除從連接的移動電話機(jī)側(cè)始發(fā)的回波。由于線性處理功能不用于消除移動電話機(jī)側(cè)的回波,所以用于估算和消除連接兩側(cè)回波的算法可在單個DSP內(nèi)執(zhí)行,而具有所有附加好處。
文檔編號H04M9/08GK1257624SQ98805440
公開日2000年6月21日 申請日期1998年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月26日
發(fā)明者G·埃里克松, T·斯文松, T·特朗普 申請人:艾利森電話股份有限公司