TWI504181B - 抵消信號之時間關聯性的通訊系統與方法 - Google Patents

Description

抵消信號之時間關聯性的通訊系統與方法

本發明揭露一種抵消通訊系統之訊號所包含之時間關聯性的通訊系統及方法，尤指一種以多階層傳送(Multi-Level Transmit-3，MLT-3)編碼協定來對傳輸訊號進行編碼時，用來抵消傳輸訊號所包含之時間關聯性的通訊系統及方法。

傳統的高速乙太網路(Fast Ethernet)中，由於對同一接收端而言，一傳輸訊號Tx與一接收訊號Rx會以二對線方式傳輸，因此不會互相干擾。而在高清晰度多媒體介面1.4(High Definition Multimedia Interface)的規格中，亦應用上述高速乙太網路的規格，以使得傳輸訊號Tx與接收訊號Rx之間不會互相干擾，但是因為在傳輸介質上的限制，在此傳輸訊號Tx與接收訊號Rx是使用同一對線來進行傳輸。

由於高清晰度多媒體介面是以單一傳輸線來進行雙向訊號(亦即傳輸訊號Tx與接收訊號Rx)的傳輸，因此無論是傳輸端或是接收端，都會同時收到對方傳輸過來的訊號並承受反彈回來的迴音(Echo)。當迴音能量較高時，通訊系統的訊號/雜訊比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)也會出現較高的狀況，因此需要額外使用迴音抵消器(Echo Canceller)來抵消迴音的能量。

一般迴音抵消器是以取最小均方(Least Mean Square，LMS)的方式 來更新內部所使用的一組參數，藉由取最小均方時出現有限頻率響應(Finite Frequency Response)的方式使頻率響應收斂，並藉以降低所產生訊號包含的迴音振幅。使用迴音抵消器的一個最重要的前提是，所接收的傳輸訊號Tx在不同時間之間未具有時間關聯性(Timing Dependence)，使得連續時間內出現的不同傳輸訊號之間彼此不會干擾。

然而，當高速乙太網路使用的編碼協定是多階層傳送(Multi-Level Transmit-3，MLT-3)協定時，則上述迴音抵消器在傳輸訊號之間所必須的非時間關聯性無法被滿足。多階層傳送編碼訊號係為一種具有-1、0、+1三個值的訊號，且當多階層傳送編碼訊號在連續的一第一時間點及一第二時間點之二值皆為0時，則出現於第一時間點與第二時間點的兩個傳輸訊號Tx的值為相同。由於多階層傳送編碼訊號之值為0及為1的機率皆為二分之一且機率彼此獨立，因此第一時間點與第二時間點的兩個傳輸訊號會有二分之一的機率出現相同值的狀況，而使兩傳輸訊號之間具有時間關聯性。如此一來，在迴音抵消器中取最小均方時，迴音之頻率響應無法收斂，而影響到取最小均方以降低迴音振幅的效果。

為了解決上述傳輸訊號之時間關聯性導致迴音之頻率響應無法收歛的問題，本發明係揭露一種可抵消傳輸訊號中時間關聯性之通訊系統與方法。

本發明係揭露一種通訊系統。該通訊系統包含一第一時間關聯性抵消模組、一迴音抵消(Echo Cancellation)模組、一資料路徑模組、及一後端模組。該第一時間關聯性抵消模組用來抵消一時間關聯訊號中的時間關聯性，以產生一迴音積分訊號。該迴音抵消模組用來根據該迴音積分訊號產生一迴音模擬訊號。該資料路徑模組用來根據該時間關聯訊號及所接收之一傳輸訊 號產生一資料訊號。該後端模組用來根據該資料訊號及該迴音模擬訊號，以產生一第一通訊訊號。

本發明另揭露一種通訊系統。該通訊系統包含一迴音抵消(Echo Cancellation)模組、一資料路徑模組、及一後端模組。該迴音抵消模組用來根據一時間關聯訊號產生一迴音模擬訊號。該資料路徑模組包含一第一時間關聯性抵消模組。該第一時間關聯性抵消模組用來抵消該時間關聯訊號及所接收之一傳輸訊號中的時間關聯性，以使該資料路徑模組據以產生一資料訊號。該後端模組用來根據該資料訊號及該迴音模擬訊號，產生一第一通訊訊號。

本發明係揭露一種抵消通訊系統之訊號所包含時間關聯性的方法。該方法包含在一通訊系統所包含之一迴音抵消模組中，根據該迴音抵消模組所套用之一迴音抵消參數及一步進參數、一誤差變化變數、及一資料變化變數，更新該迴音抵消參數，以使得該迴音抵消模組根據該迴音抵消參數抵消一時間關聯訊號所包含之時間關聯性。

本發明另揭露一種抵消通訊系統之訊號所包含時間關聯性的方法。該方法包含在一通訊系統所包含之一迴音抵消模組中，根據一第一時間點所接收之一第一資料及一第二時間點所接收之一第二資料的內容是否相同，決定是否更新該迴音抵消模組所套用之一步進參數，並根據已更新之該步進參數更新該迴音抵消模組所套用之一迴音抵消參數。該迴音抵消模組係根據該迴音抵消參數來抵消一時間關聯訊號所包含之時間關聯性，該迴音抵消參數係根據該步進參數、一誤差變數、及該第二資料所更新，且該誤差變數之時間點與該第二資料及該迴音抵消參數相同。

本發明藉由增加一時間關聯性抵消模組、套用誤差變化變數及資 料變化變數以更新迴音抵消參數、或直接修改步進參數來更新迴音抵消參數的方式，達成降低或完全消弭通訊系統中時間關聯性的目的。

200、300、400‧‧‧通訊系統

210‧‧‧時間關聯性抵消模組

Echo‧‧‧迴音抵消模組

110、320‧‧‧資料路徑模組

120‧‧‧後端模組

Diff‧‧‧差分單元

ADD1、ADD2、ADD3‧‧‧加法器

DAC‧‧‧數位轉類比模組

HYB‧‧‧混成模組

PGA‧‧‧增益放大單元

LPF‧‧‧低通濾波器

ADC‧‧‧類比轉數位模組

FFE‧‧‧前饋等化器

Dagc‧‧‧增益控制單元

SCR‧‧‧雙向限幅器

FBE‧‧‧反饋等化器

TR‧‧‧時序回復模組

第1、3-9圖為根據本發明之各實施例所揭露之通訊系統的功能方塊示意圖。

第2圖為第1圖所示之第一時間關聯性抵消模組的功能方塊示意圖。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或者透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

請參閱第1圖，其為根據本發明之一第一實施例所揭露之一通訊系統200的功能方塊示意圖。如第1圖所示，通訊系統200包含一第一時間關聯性抵消模組210、一迴音抵消模組Echo、一資料路徑模組110、及一後端模組120，其中通訊系統200所輸入的傳輸訊號Tx具有時間關聯性。第一時間關聯性抵消模組210用來消除傳輸訊號Tx中的時間關聯性而產生一迴音積分訊號，而迴音抵消模組用來根據該迴音積分訊號產生一迴音模擬訊號Sim。資料路徑模組110用來根據傳輸訊號Tx與遠端傳輸而來之一接收訊號Rx來產生一資料訊號Data。後端模組120，用來根據資料訊號Data及迴音模 擬訊號Sim，以產生一第一通訊訊號COM。

請參閱第2圖，其為第1圖所示之第一時間關聯性抵消模組210的功能方塊示意圖。如第2圖所示，第一時間關聯性抵消模組210包含一差分單元Diff與一加法器ADD3。差分單元Diff對傳輸訊號Tx進行差分運算後會產生一差分訊號D_TX。加法器ADD3實質上為一減法器，且用來將傳輸訊號Tx減去差分訊號D_TX，以產生迴音積分訊號ND_TX；請注意，在考量頻率響應時，第2圖所示之第一時間關聯性抵消模組210實質上是對傳輸訊號Tx所包含之雜訊進行積分，並藉由加法器ADD3的輔助，抵消二連續時間點之傳輸訊號間的時間關聯性，因此所產生之迴音積分訊號中已被去除其時間關聯性。

資料路徑模組110包含一數位轉類比模組DAC、一混成(Hybrid)模組HYB、一增益(Gain)放大單元PGA、一低通濾波器(Low-pass filter)LPF、一類比轉數位模組ADC、一前饋(Feed-forward)等化器FFE、及一增益控制單元Dagc。數位轉類比模組DAC用來將傳輸訊號Tx轉為一類比訊號。混成模組HYB用來混成類比訊號及接收訊號Rx，以產生一混成訊號。增益放大單元PGA用來提高混成訊號之增益以產生一第一增益訊號。低通濾波器LPF用來根據該第一增益訊號產生一第一頻帶訊號。類比轉數位模組ADC用來根據一時序回復訊號將該第一頻帶訊號轉為一數位訊號。前饋等化器FFE用來將該數位訊號轉為一第一等化訊號。增益控制單元Dagc用來控制該第一等化訊號之增益以產生資料訊號Data。

後端模組120包含加法器ADD1及ADD2、一雙向限幅器(Slicer)SCR、一反饋(Feedback)等化器FBE、及一時序回復模組TR。加法器ADD1用來混合資料訊號ADD及迴音模擬訊號Sim，以產生一第二通訊訊號。 加法器ADD2用來與雙向限幅器SCR共同調整該第二通訊訊號之振幅，以產生第一通訊訊號COM。反饋等化器FBE，用來將第一通訊訊號COM回授至加法器ADD1。時序回復模組TR用來根據第一通訊訊號COM產生該時序回復訊號，並將該時序回復訊號輸出至類比轉數位模組ADC。

此外，當傳輸訊號Tx係以多階層傳送編碼協定來進行編碼時，第1圖所示之第一通訊訊號COM需再另行取其絕對值，以得到通訊系統200所需之通訊訊號，其中雙向限幅器SCR之後端可再另行耦接一絕對值模組，以對第一通訊訊號COM取絕對值，並再傳輸取了絕對值的第一通訊訊號COM，以當做通訊系統200的輸出訊號。

藉由第一時間關聯性抵消模組210的輔助，迴音模擬訊號Sim中已不存在有時間關聯性，除了可藉此維持迴音抵消模組Echo的效能以外，亦可以藉此使包含時間關聯性的傳輸訊號Tx可有效運用於高清晰度多媒體介面1.4的規格，而不致使迴音影響通訊系統200之運作。

除了將第一時間關聯性抵消模組210置於迴音抵消模組Echo之前以先行抵消傳輸訊號Tx的時間關聯性以外，在本發明之其他實施例中，亦可將第一時間關聯性抵消模組210設置於資料路徑模組110中，以抵消資料訊號Data所帶有之時間關聯性，並在透過加法器ADD1與迴音積分訊號Echo混合後，可同樣的使該第二通訊訊號不具時間關聯性，而達成與第1圖所示通訊系統200相同的效果。請參閱第3-8圖，其為將第1圖所示第一時間關聯性抵消模組210設置於資料路徑模組110中所示不同位置所產生之通訊系統300之各實施例的功能方塊圖。請注意，為使元件編號不致混淆，除了第1圖所述之通訊系統200與資料路徑模組110之編號替換為通訊系統300與資料路徑模組320外，其餘元件編號皆保持與第1圖相同。在第3圖中，第 1圖所示之第一時間關聯性抵消模組210改為設置於類比轉數位模組ADC之輸出端，並使第一時間關聯性抵消模組210抵消該數位訊號中的時間關聯性而產生一非時間關聯數位訊號。在第4圖中，第1圖所示之第一時間關聯性抵消模組210改為設置於混成模組HYB之輸出端，並使第一時間關聯性抵消模組210抵消該混成訓號中的時間關聯性而產生一非時間關聯混成訊號。在第5圖中，第1圖所示之第一時間關聯性抵消模組210改為設置於增益控制模組PGA之輸出端，並使第一時間關聯性抵消模組210抵消該增益訊號中的時間關聯性而產生一非時間關聯增益訊號。第6圖中，第1圖所示之第一時間關聯性抵消模組210改為設置於類比轉數位模組ADC之輸出端，並使第一時間關聯性抵消模組210抵消該數位訊號中的時間關聯性而產生一非時間關聯數位訊號。第7圖中，第1圖所示之第一時間關聯性抵消模組210改為設置於前饋等化器FFE之輸出端，並使第一時間關聯性抵消模組210抵消該等化訊號中的時間關聯性而產生一非時間關聯等化訊號。第8圖中，第1圖所示之第一時間關聯性抵消模組210改為設置於增益控制單元Dagc之輸出端，並使第一時間關聯性抵消模組210抵消增益控制單元Dagc所產生之一前置資料訊號中的時間關聯性而產生資料訊號Data。

除了上述各實施例外，亦可同時使用二個上述之時間關聯性抵消模組於通訊系統200或300中，以確實的抵消訊號中帶有的時間關聯性。請參閱第9圖，其為根據第1圖及第3圖中所示之通訊系統200及300所產生之一通訊系統400的實施例。如第9圖所示，除了迴音抵消模組210之輸入端所設置之第一時間關聯性抵消模組210之外，資料路徑模組330內亦同時設置有一第二時間關聯性抵消模組250，其中第二時間關聯性抵消模組250之內部元件構成與第一時間關聯性抵消模組210相同。除此以外，將第9圖所示之第二時間關聯性抵消模組250，參考第3-8圖來設置於資料路徑模組330內的其他位置所產生之對應實施例，仍應視為本發明之範疇。

在本發明中，除了應用第2圖所示之時間關聯性抵消模組來抵消傳輸訊號中的時間關聯性以外，另揭露有直接在迴音抵消模組Echo中所使用抵消訊號所包含時間關聯性的方法。之前已提及一般迴音抵消模組係以取最小均方的方式來降低迴音的能量，而該方式可表示如下：COE_NEW=COE_OLD+u *ERROR *DATA (1)

其中COE_NEW代表迴音抵消模組Echo中用來抵消迴音且已更新之一迴音抵消參數，COE_OLD代表尚未更新之該迴音抵消參數，ERROR代表一誤差變數，u代表一步進參數，且DATA係代表傳輸訊號Tx的資料內容。為了抵消傳輸訊號Tx中所帶有的時間關聯性，本發明以下式彌補了公式(1)無法抵消時間關聯性的缺點： COE_NEW=COE_OLD+u *(ERROR _NOW -ERROR _OLD ) *(DATA _NOW -DATA _OLD ) (2)

其中，ERROR_OLD代表一第一時間點所出現之一第一誤差，ERROR_NOW代表一第二時間點所出現之一第二誤差，該第一時間點早於該第二時間點，DATA_OLD代表該第一時間點出現之傳輸訊號Tx所帶有的一第一資料，DATA_NEW代表該第二時間點出現之傳輸訊號Tx所帶有的一第二資料，已更新之迴音抵消參數COE_NEW出現於第二時間點，未更新之迴音抵消參數COE_OLD出現於第一時間點。藉由取兩時間點間(ERROR_NOW-ERROR_OLD)所代表之一誤差變化變數與(DATA_NEW-DATA_OLD)所代表之一資料變化變數，可以達成與第2圖中相同的時間關聯性抵消效果。

除了以公式(2)來消除傳輸訊號Tx中的時間關聯性以外，在本發明之另一實施例中，亦可直接調整公式(1)中的步進參數u來達成相同的效果。如之前以描述時間關聯性時所提及，以多階層傳送編碼協定來進行編碼時，會在一定機率下出現連續時間點之傳輸訊號內容相同的情況，因此會出現時 間關聯性。為了應對這種狀況，本發明在面對連續二時間點之傳輸訊號內容相同的情況時，會直接調低步進參數u，以縮小第一時間點傳輸訊號Tx之訊號內容對第二時間點傳輸訊號Tx之訊號內容帶來的影響，亦即縮小迴音抵消參數COE_NEW的更新規模來抑制訊號間的時間關聯性。甚者，本發明亦可直接將步進參數u調整至零，而等同不對迴音抵消參數COE_OLD進行任何更新，以完全隔絕第一時間點傳輸訊號Tx之訊號內容對第二時間點傳輸訊號Tx之訊號內容帶來的影響。

本發明係揭露一種抵消傳輸訊號中時間關聯性的通訊系統與方法。藉由該通訊系統與該方法，可使通訊系統應用於帶有時間關聯性的傳輸訊號，特別是以多階層傳送編碼協定(MLT-3)所編碼之傳輸訊號，而不會使得迴音振幅無法被收歛而影響到通訊系統本身的效能。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

200‧‧‧通訊系統

210‧‧‧時間關聯性抵消模組

Echo‧‧‧迴音抵消模組

110‧‧‧資料路徑模組

120‧‧‧後端模組

ADD1、ADD2‧‧‧加法器

DAC‧‧‧數位轉類比模組

HYB‧‧‧混成模組

PGA‧‧‧增益放大單元

LPF‧‧‧低通濾波器

ADC‧‧‧類比轉數位模組

FFE‧‧‧前饋等化器

Dagc‧‧‧增益控制單元

SCR‧‧‧雙向限幅器

FBE‧‧‧反饋等化器

TR‧‧‧時序回復模組

Claims (6)

1. 一種抵消通訊系統之訊號所包含時間關聯性的方法，包含：在一通訊系統所包含之一迴音抵消模組中，根據該迴音抵消模組所套用之一迴音抵消參數及一步進(Step-size)參數、一誤差變化變數、及一資料變化變數，更新該迴音抵消參數，以使得該迴音抵消模組根據該迴音抵消參數抵消一時間關聯訊號所包含之時間關聯性。
2. 如請求項1所述之方法，其中更新該迴音抵消參數係為：根據COE_NEW=COE_OLD+u *(ERROR_NOW -ERROR_OLD )*(DATA_NOW -DATA_OLD )更新該迴音抵消參數，其中COE_NEW代表已更新之迴音抵消參數，COE_OLD代表尚未更新之該迴音抵消參數，u代表該步進參數，ERROR_OLD代表一第一誤差，ERROR_NOW代表一第二誤差，該第一誤差之時間點係早於該第二誤差，DATA_OLD係代表一第一資料，DATA_NEW係代表一第二資料，該第一資料之時間點與該第一誤差及未更新之該迴音抵消參數相同，該第二資料之時間點與該第二誤差及已更新之迴音抵消參數相同，(ERROR_NOW-ERROR_OLD)係代表該誤差變化變數，且(DATA_NEW-DATA_OLD)係代表該資料變化變數。
3. 一種抵消通訊系統之訊號所包含時間關聯性的方法，包含：在一通訊系統所包含之一迴音抵消模組中，根據一第一時間點所接收之一第一資料及一第二時間點所接收之一第二資料的內容是否相同，決定是否更新該迴音抵消模組所套用之一步進參數，並根據已更新之該步進參數更新該迴音抵消模組所套用之一迴音抵消參數；其中該迴音抵消模組係根據該迴音抵消參數來抵消一時間關聯訊號所包含之時間關聯性，該迴音抵消參數係根據該步進參數、一誤差變數、 及該第二資料所更新，且該誤差變數之時間點與該第二資料及該迴音抵消參數相同。
4. 如請求項3所述之方法，其中決定是否更新迴音抵消模組所套用之該步進參數，並更新該迴音抵消參數包含：當該第一資料與該第二資料之內容相同時，調低該步進參數；及根據已調低之步進參數更新該迴音抵消參數。
5. 如請求項4所述之方法，其中該迴音抵消參數係表示如下：COE_NEW=COE_OLD+u *ERROR *DATA 其中COE_NEW代表已更新之迴音抵消參數，COE_OLD代表尚未更新之該迴音抵消參數，u代表已調低之步進參數，ERROR代表該誤差變數，且DATA係代表該第二資料。
6. 如請求項5所述之方法，其中調低該步進參數包含：當該第一資料與該第二資料之內容相同時，將該步進參數調整為0。