專利名稱：：適配的非線性回波補償器的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種非線性回波補償器以及含有一個這樣的非線性回波補償器的一種回波補償器裝置。在經線路的兩個終端設備之間的雙工數據傳輸中采用這樣的回波補償器，以便在一個終端設備的接收機的輸入端上抑制由同一終端設備的發射信號饋入線路上引起的回波。當在兩個方向上以相同頻帶傳輸時，這種回波抑制是必要的。例如從US-A-5132963，US-A-4465545和US-Re.31253中公開了具有回波補償器的傳輸系統。對這樣的回波補償器的要求隨著增加的線路長度和因此隨著增長的線路衰減而上升，因為在此由終端設備接收信號的電平在下降，而主要由此終端設備本身產生的回波的電平近乎保持不變。在很長的線路上回波信號的電平超出接收信號的電平許多倍(30-40dB)，以致于必須對補償精度提出高要求。在補償之后，按所傳輸信號的級和整個系統對噪聲抑制的要求不同，必須實現接收信號距離殘余回波信號的信噪比大于30dB。圖6展示了具有兩個數據傳輸裝置的一種典型雙工傳輸系統的方框電路圖，這些數據傳輸裝置各自包括一個發射機2、一個接收機4和也稱為橋接岔路或轉接設備的一個線路連接6，在此線路連接6的功能在于，將數據從發射機2輸入傳輸線路8中和將經傳輸線路到達的數據傳送到接收機4上。通常借助于安置在線路連接6中的模擬的線路仿真補償回波的一部分。在Trick及其它人著的ntz-Archiv(ntz檔案)卷10，59-68頁(1988)中說明了這樣線路轉接的多個變型。由于可能的可轉接線路的多樣性和由于所采用構件的偏差以此僅能補償出現回波信號的一部分。因此如圖7中所示那樣，借助于數字式系統(數字式回波補償器)補償出現的回波主要部分。此圖示意地展示帶有線路編碼器16的數據傳輸裝置的構造，此線路編碼器將到達的數據轉換成在傳輸線路8上采用的信號格式，并且輸出到一個發射信道12上，經此發射信道將數據既輸送給發射機2也輸送給回波補償器10。發射機2包括用于應傳輸信息信號的時間上的平滑和頻譜限制的一個脈沖形成器18，以及連接在其上的一個放大器(線路驅動器)20。此放大器是非線性失真的主要根源，失真的程度取決于實施的花費和所需的損耗功率。必須如此來調節補償器10的參數，使得回波補償器的輸出信號盡可能準確地與接收信道14上的殘余回波信號一致，回波補償器的輸出端是連接到此接收信道上的。在此應考慮通過卷積在發射信道上運行的，具有發射機脈沖應答h(t)的數據序列而產生的線性回波組分，此外出現發射機輸出信號中的，由數據序列的符號的順序決定的非線性組分，并且這些組分決定于，按這些符號的組合不同兩個不同發射信號符號之間的發射機的瞬態特性可能是不同的。從此在接收機輸入端上產生在多個符號周期T的過程中衰減的和不能用非線性回波補償器抑制的干擾脈沖。在迄今已知的用于非線性回波補償的補償器結構上不按非線性度的產生地點(發射機或接收機)來區分非線性度。從此得出，當回波脈沖應答在M個符號周期過程中(在此M＞N)衰減因此有M*T的持續時間時，在回波補償時必須考慮在此時間期間發射的所有M個符號。存儲器方法和沃特拉級數方法對此是常用的。在存儲器方法上取決于事先發射符號的值來存儲所有在接收機中出現的回波值。雖然以此可以消除無論發射機的，還是接收器的非線性度，對此所需的存儲器位置的數目卻隨著脈沖應答的長度指數地增長，并且在L級的發射信號情況下此數目為S=LM。在沃特拉級數方法上首先將回波信號展開成沃特拉級數，在此沃特拉級數中考慮了直到對回波信號組合的長度M的發射符號所有組合的量值。甚至在這里在一般情況下S=LM個不同組合用的存儲器位置是必要的。雖然按非線性度的程度不同可以提前中斷級數，和因此減少應考慮系數的數目，在增長著的回波脈沖應答長度和多級傳輸的情況下花費都是很大的。從US5，146，494中公開了具有多個系數存儲器的一種非線性回波補償器，給這些系數存儲器各自分配了信息信號的一個符號，并且用此符號編址這些系數存儲器。此外安排了用其將由存儲器讀出的系數重疊在一個接收信號上的重疊裝置。從US5，148，427中公開了由一個線性的和一個非線性的回波補償器形成的一種回波補償器。線性回波補償器具有一個數字式橫向濾波器。本發明的任務在于，說明在其上可觀地減少存儲器花費的一種補償器結構。這種結構是尤其適合于補償在發射機中產生的非線性度的。通過L級信息信號用的非線性回波補償器解決此任務，此回波補償器具有多個系數存儲器組，在此每個組是分配給信息信號的N個相繼符號的至少一個字節組(Tupel)的；具有與一個發射信道連接的一個選擇電路，以便接收輸出的信息信號，并且此選擇電路在此情況下借助于信息信號的一個現行接收的值和N-1個以前的符號選擇分配給由這些符號形成的字節組的組，并且具有一個重疊電路，此重疊電路在此情況下相繼以符號節拍將組的系數與在一個接收信道上進入的信息信號重疊。優選采用數字式橫向濾波器作為子濾波器。在此每組系數可以形成數字式橫向濾波器形式的子濾波器。選擇電路合理地在此情況下借助于信息信號的現行接收的值和N-1個以前的符號激發分配給由這些符號形成的字節組的子濾波器，并且設置了重疊電路，以便將進入的信息信號與子濾波器的應答信號重疊。此措施保證，在每個符號周期中將進入的信息信號與現行激發的子濾波器的第一個系數重疊，必要時與在以前的符號周期中激發的一個子濾波器的第二個系數重疊，一般地與已過去n-1個符號周期的一個符號周期的第n個系數重疊，并且因此獲得在發射機中相繼引起的非線性度的準確仿真。另可選擇地每組系數可以形成以行和列組織的存儲器矩陣的一個列，在此選擇電路在此情況下在一個符號周期中選擇分配給字節組的組的第一個系數和在隨后的符號周期中各自選擇組的隨后的系數，并且重疊電路將進入的信息信號與所選擇的系數的總和重疊，以便因此獲得在發射機中相繼引起的非線性度的準確仿真。每組的系數數目合理地是按由分配的字節組引起的回波信號組分的持續時間來選擇的系數數目在此是可以按最長的回波信號組分的持續時間對于所有的組相同地或單個地與各自的回波信號組分的長度適配的。可以有利地結合線性回波補償器采用按本發明的非線性回波補償器。由于在回波信號中線性部分占優勢，線性補償器可以實施粗略補償，以致于降低了由各組應生成應答的幅值和可以較少地維持應答的系數數目。回波補償器是可有利地采用在一種數據傳輸系統中的，此數據傳輸系統具有接收發射信道上的應發射數據和輸送到傳輸線路上的發射機，發射機中的信息信號的發射脈沖持續時間在此是局限到NT上的，在此T是信息信號的信號周期。發射脈沖持續時間的這種局限隱含著，在任何時刻由發射機輸出的信號是通過最多N個符號確定的，在此這些N個符號也決定發射機輸出中的非線性度。借助于涉及附圖的實施例的下列說明得出本發明的其它特征和優點。所示的圖1為按本發明非線性回波補償器的方框電路圖；圖2為按本發明非線性回波補償器的一種第二結構；圖3為用于在來自圖2的非線性回波補償器中系數調節的電路裝置；圖4A-C為具有一個線性的和一個非線性的回波補償器的，以及必要時具有一個固定的遞歸濾波器的補償器裝置；圖5為一種線性的回波補償器；圖6為一種常規的傳輸系統；圖7為具有回波補償器的傳輸裝置；圖8為一種理想化的發射脈沖；圖9為線路驅動器輸出端上的眼圖；圖10為發射機輸出端上的非線性干擾脈沖；和圖11為接收機輸入端上的非線性干擾脈沖。以下的說明涉及具有L=4級-3-1，1，3(2B1Q-編碼)的信息信號。對于專業人員來說是毫無困難地可以普遍化到其它級的信號上的。圖8展示一個理想化的發射脈沖，正如由像圖7中所示的傳輸裝置的脈沖形成器18可以生成此發射脈沖那樣。發射脈沖的持續時間是局限到最長為2T上的，T在此是傳輸裝置的符號持續時間。圖9展示具有如此在時間上局限的脈沖的，一個四級信息信號的眼圖。人們在眼圖上發現，在任何時刻位于線路驅動器20上的信號電平取決于最多兩個符號。在單個脈沖局限于2*T的情況下線路驅動器的輸出信號可以相應地由線性部分和非線性部分組成。通過卷積具有發射機脈沖應答h(t)的應發射四級數據序列，人們獲得線性部分。非線性部分由時間上推移的失真脈沖組成，這些失真脈沖相當于發射信號的兩個符號之間的過渡。在四級傳輸系統上和在脈沖持續時間為2*T的情況下，存在著相當于16個可能的數據過渡的總共16個可能的不同失真脈沖應答。借助于實例應更準確地闡述非線性失真脈沖。簡化地引用具有飽和特性的靜態輸出特性曲線作為線路驅動器的非線性的失真。在考慮已有操縱界限的條件下，在正弦形操縱時產生各自針對基波的，為-45dB的三次高波的和為-50dB的五次高波的部分。在線路驅動器的輸出端上已測得圖10中所示的非線性失真脈沖。該圖展示總共五個脈沖，相當于從+3向±1的，從+1向±3的和從+3向-3的過渡，通過符號反向得出其它五個失真脈沖，四個失真脈沖(+3向+3，+1向+1，-1向-1和-3向-3)是不存在的，并且余下的兩個(+1向-1，-1向+1)的是可忽略的。通過人們將這些干擾脈沖重疊于線性輸出信號上的方法，因此獲得實數的發射信號。然后由于回波路徑的分散特性，在接收機的輸入端上產生在多個符號周期之后才衰減的干擾脈沖。圖11展示這些干擾脈沖。線性的回波補償器是沒能力補償這些干擾脈沖的。如果發射脈沖的持續時間一般是局限到N*T上的話，人們因此可發現，在此情況下放大器20的輸入電平是通過N個最后的符號確定的，并且非線性干擾脈沖是不能單獨通過兩個最后傳輸的符號確定的，而是必須取決于總共N個最后的符號。在這樣的情況下應考慮總共LN個不同的干擾脈沖。圖1中示意地展示的非線性回波補償器的設計基于此考慮，可以采用該回波補償器作為來自圖7的傳輸裝置的回波補償器10。此非線性回波補償器包括具有兩個輸入端104、106和L2個輸出端的去復用器形式的一個選擇電路102，從這些輸出端中僅表示了三個110、112、114。回波補償器是為局限于2T的脈沖持續時間的一個信息信號設計的。第一輸入端104是直接連接到一個發射信道上的，第二輸入端106是經各自延遲一個符號周期T地輸出發射信號的延遲登錄器120連接到發射信道上的。因此現行在發射信道上傳輸的符號d(k)和較早一個符號周期傳輸的符號d(k-1)各自位于選擇電路102的輸入端上。給符號的每個組合(d(k)，d(k-1))分配一個輸出端110、112、114。當所分配的組合位于選擇電路上時，讀出一個激發信號，例如邏輯1，到輸出端上。當d(k)=3和d(k-1)=3時，則例如輸出端110因此獲得邏輯1，否則獲得0。一個數字式橫向濾波器130、132、134是連接到輸出端中的每一個110、112、114上的。這些子濾波器中的每一個以本身已知的方式含有一串延遲登錄器136，含有連接到延遲登錄器串的輸入端和輸出端上的以及連接在延遲登錄器之間的，用于與存儲的可調節系數相乘的乘法器138，和含有用于將乘法器輸入信號相加的一個加法器140。輸出加法器150相加輸出信號和因此形成一個補償信號。在每一個符號周期中激發子濾波器130、132、134中的一個，此子濾波器隨即在相當于它的延遲登錄器136數目的一個數目周期期間再生一個特征序列的補償值，此序列仿真由相應的符號對在發射機中引起的非線性干擾。在某個數目的周期之后該干擾衰減落到在其下補償是不再必要的極限值之上。延遲登錄器串的長度是按此周期數目選擇的。存在著引起等同的非線性干擾的符號對，給這樣的符號對是可以共同分配一個子濾波器的。給沒有引起顯著非線性度的符號對是不必分配子濾波器的。通常局限于N*T持續時間的信息信號用的，按圖1中所示設計原理的非線性回波補償器擁有具有N個輸入端和N-1個延遲登錄器120的一個選擇電路102，這些延遲登錄器形成一個串，以便將N個最后的符號施加到選擇電路102的輸入端上。按照應考慮的非線性干擾脈沖的數目，子濾波器的數目為W=LN。下列的表展示2T或3T的發射脈沖長度用的和不同級用的最大所需子濾波器的數目。表Ⅰ<tablesid="table1"num="001"><table>LN=2用的WN=3用的W248392741664864512</table></tables>取決于實際在發射機中出現的非線性度，實際必須的子濾波器的數目可以是小于表Ⅰ中所說明的。從表中可以看出，尤其是在短的發射脈沖(N=2)上和在具有少量級(例如L=4)的線路碼上，上述補償器結構是用于補償非線性回波信號的一種有利的可能性。圖2展示按本發明非線性回波補償器的一個第二發展。該回波補償器包括具有各含有M個系數的W個列202、204、206、208的，矩陣狀以列和行組織的一個存儲區，包括用于讀取和寫入系數的地址邏輯電路形式的一個選擇電路，包括用于存儲回波補償器的最后M個狀態的一個狀態存儲器212、一個暫存器214、一個加法器216和一個存儲器218。回波補償器的狀態是作為N個最后發射的符號的組合定義的。當d(k)表示現行在發射信道上傳輸的符號時，最近存儲在狀態存儲器212的單元1中的狀態則包括符號d(k)、d(k-1)、…、d(k-N)，存儲在單元2中的狀態包括符號d(k-1)、d(k-2)、…、d(k-N-1)，等等。在每個符號周期中通過現行的狀態代替當時最老的存儲的狀態。每個狀態表征在相應的符號周期中激發的子濾波器。在每個符號周期的開始將存儲器218內容置于0上，然后遞差地由地址邏輯電路210讀取M個存儲的狀態，在此采用第j個狀態(j=1，…，M)用于編址存儲區200的分配給此狀態的列的第j個單元。具有在其中存儲的系數的這個列形成分配給此狀態的子濾波器。將編址的系數傳輸入暫存器214中，并且由加法器216添加于已含有在存儲器218中的值。在讀取和相加了屬于所有M個狀態的系數之后，存儲器218含有對于有關符號周期所需的補償值。圖3中所示的用于系數調節的電路裝置含有在很大程度上像來自圖2非線性回波補償器那樣的同一的元件。這些元件是用相同的相關號占用的，并且不重新說明。調節邏輯電路300接收說明在接收信道上的，在補償信號和實際回波之間差值的差錯信號。由加法器216將此差值信號相加或減除于借助地址邏輯電路210讀取的；裝載入暫存器214中的系數，并且返回寫入系數的存儲單元中。合理地附加于上述非線性的回波補償器，整個回波補償器10(圖7)也包含一個線性回波補償器402，此線性回波補償器如圖4A中所示那樣平行于非線性回波補償器400接收發射信道12的數據，和抑制數據的線性回波組分。雖然用非線性回波補償器單獨補償線性回波組分也是可能的，但是由于線性回波組分的幅值和持續時間通常是大于非線性回波組分的幅值和持續時間的，既考慮到在非線性回波補償器中應處理系數的寬度(位數目)，也考慮系數的數目，有利的是安排線性補償器402。圖5中展示了線性補償器的構造。它是與來自圖1的子濾波器130、132、134的構造等同的，并且因此不需重新細述。基于線性干擾較高的幅值和持續時間，線性補償器的位寬度和長度(系數數目)可能是大于子濾波器的位寬度和長度的。附加地通過采用固定的數字式濾波器，例如采用具有如圖4B和C中所示的傳遞函數H(z)=1/[1-(1-2-n)*Z-1]的第一階遞歸式濾波器404，進一步減少回波補償器的必要長度，即系數的數目。此濾波器404是可以單獨與線性補償器402串聯的(圖4B)，或者可以如圖4C中所示那樣是連接在加法器406后面的，使得濾波器對線性的和甚至非線性的補償器的補償信號起作用。尤其在銅雙線線路用的傳輸系統上，后者的裝置是允許減少線性的以及甚至非線性的補償器的系數數目。在這樣的用途上具有傳遞函數H(z)=1/[1-0.875*Z-1]的濾波器已證實是良好地適合的。相關號清單2發射機4接收機6線路轉接8傳輸線路10回波補償器12發射信道14接收信道16線路編碼器18脈沖形成器20線路驅動器102選擇電路104、106輸入端110、112、114輸出端120延遲登錄器130、132、134子濾波器136延遲登錄器138乘法器140加法器150加法器200存儲區202、204、206、208列210地址邏輯電路212狀態存儲器214暫存器216加法器218存儲器300調節邏輯電路400非線性回波補償器402線性回波補償器404濾波器406加法器權利要求1．L級信息信號用的回波補償器裝置，具有一個非線性的回波補償器，該回波補償器具有多個系數存儲器組(130，132，134；202，204，206，208)，在此每個組是分配給信息信號的N個相繼符號的至少一個字節組的，與一個發射信道(12)連接的一個選擇電路(102，210)，以便接收輸出的信息信號，并且該電路在該情況下，借助于信息信號的一個現行接收的符號和N-1個以前的符號選擇分配給通過這些符號形成的字節組的組，和一個重疊電路(140，150；216；406)，此重疊電路在該情況下將組的系數相繼以符號節拍與在一個接收信道上進入的信息信號重疊。2．按權利要求1的回波補償器裝置，其中，每組系數形成數字式橫向濾波器形式的一個子濾波器(130，132，134)。3．按照權利要求2的回波補償器裝置，其中，選擇電路(102)在此情況下借助于信息信號的現行接收的符號和N-1個以前的符號激發分配給通過這些符號形成的字節組的子濾波器(130，132，134)，并且在此設置了重疊電路(140，150)，以便將進入的信息信號與子濾波器(130，132，134)的應答信號重疊。4．按權利要求1的回波補償器裝置，其中，每組系數形成以行和列組織的存儲器矩陣(200)的一個列(202，204，206，208)，選擇電路(210)在此情況下在一個符號周期中選擇分配給字節組的組的第一個系數；并且在隨后的符號周期中各自選擇組的相繼的系數，以及重疊電路將進入的信息信號與選擇的系數總和進行重疊。5．按權利要求4的回波補償器裝置，其中，選擇電路(210)包括相當于矩陣行數目的一定數目的用于存儲字節組的存儲單元(212)，并且設置了選擇電路，以便在每個符號周期中通過現行的字節組代替存儲在存儲單元中的字節組中的最老的字節組。6．按以上權利要求之一的回波補償器裝置，其中，N等于2或3。7．按以上權利要求之一的回波補償器裝置，其中，L等于2，3，4或8。8．按以上權利要求之一的回波補償器裝置，其中，組的系數數目是相應于由分配的字節組引起的回波信號組分的持續時間選擇的。9．按以上權利要求之一的回波補償器裝置，其中，僅給引起超出規定最低值的一個回波信號組分的那些字節組分配了組。10．按以上權利要求之一的回波補償器裝置，其中，回波補償器裝置上的系數是可調節的。11．按以上權利要求之一的回波補償器裝置，具有一個線性回波補償器(402)，其中，線性的回波補償器是一種數字式橫向濾波器，并且具有用于將在接收信道上進入的信息信號與線性回波補償器的輸出信號重疊的一個第二裝置(406)。12．按權利要求11的回波補償器裝置，其中，用于重疊的兩個裝置是通過一個加法器形成的。13．按權利要求11至12之一的回波補償器裝置，其中，固定的遞歸式濾波器(404)是與線性補償器(402)串聯的。14．按權利要求13的回波補償器裝置，具有用于非線性回波補償器(400)的和線性回波補償器(402)的輸出信號相加的加法電路(406)，其中，遞歸式濾波器(404)的輸入端是連接到加法電路(406)的輸出端上的。15．按權利要求13或14之一的回波補償器裝置，其中，遞歸式濾波器(404)的傳遞函數擁有形式f=1/(1-(1-2n)z-1)。16．按以上權利要求之一的應用在數據傳輸系統中的回波補償器裝置，該數據傳輸系統具有在發射信道(12)上接收應發射數據的和輸送到傳輸線路(8)上的一個發射機(2)，其中，在發射機(2)中信息信號的發射脈沖持續時間是局限到NT上的，在此T是信息信號的符號周期。全文摘要L級信息信號用的非線性回波補償器包括系數存儲器的多個組(130,132,134,202,204,206,208),在此每個組是分配給信息信號的N個相繼符號的至少一個字節組的,包括與發射信道(12)連接的一個選擇電路(102;210),以便接收輸出的信息信號,并且選擇電路在此情況下借助于信息信號的一個現行接收值和N－1個以前的符號,選擇分配給通過這些符號形成的字節組的組,以及包括一個重疊電路(140,150;216;406),此重疊電路在此情況下將組的系數相繼以符號節拍與在接收信道上進入的一個信息信號重疊。回波補償器是尤其適合用于數據傳輸系數中的,在此數據傳愉系統中信息信號的發射脈沖持續時間是局限到NT上的,在此T是信息信號的符號周期。文檔編號H04B3/23GK1283337SQ98812525公開日2001年2月7日申請日期1998年12月15日優先權日1997年12月22日發明者H·申克申請人:因芬尼昂技術股份公司