專利名稱：用于測量電話線路上回波參數(shù)的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量電話線上回波參數(shù)的問題?；夭ìF(xiàn)象，尤其對說話者的回波，可以發(fā)生在例如當連接兩個用戶的電話線超過一定長度的時候。這種現(xiàn)象導致了通信質量的降低，這種降低隨著回波的返回時間和電平的增加變得越來越難以忍受。由于這個原因，數(shù)年來，回波抑制器的使用，尤其在衛(wèi)星連接方面的使用，逐漸變得普及起來，并且，最后國際標準化組織對它作了規(guī)定。為了正確地工作，這些回波抑制器必須知道待對照的負面現(xiàn)象的特性參數(shù)，并且回波特性的測量越精確和越準確，這種抑制作用就越有效。
為此目的，在現(xiàn)有技術中，測量注入到線路中的測試信號的往返傳播時間和殘余電平是眾所周知的。
如果發(fā)射信道是理想的，即具有無限寬頻帶和沒有噪聲，那么，從被接收回波中辨認要提取的最重要信息-例如回波與發(fā)送到線路上的測試信號(或激勵信號)之間的時間間隔-的問題將容易得到解決。實際上，在這樣的情況下，所有需要做的事情是確定被接收回波相對于發(fā)送到線路上的激勵信號到達其峰值的時刻。無限寬頻帶，或至少非常寬頻帶的可用性也將允許賦予(confer to)測試信號以脈沖(impulsive)信號的特性，具有非常陡的波前，及隨之而來的以高精度測量基本上相同的返回信號的到達時刻的可能性。
在電話信道(即其頻帶大體上限制在從300至3400Hz的信道)上工作的需要使測量變得更加關鍵，并且考慮到線路受噪聲的影響這一事實，致使經(jīng)常發(fā)生回波和高電平背景噪聲同時出現(xiàn)。
經(jīng)常被采用來測量電話線路上的回波參數(shù)的解決方案是使用在一定時間間隔注入列線路中然后停止的正弦波信號作為測試信號，然后，將回波的測量結果與測試信號停止那一時刻與在線路上檢測到的相應返回信號停止那一時刻之間所經(jīng)歷的時間間隔的持續(xù)時間的測量結果相比較。
由于下列幾方面原因，這種解決方案發(fā)現(xiàn)是不能令人滿意的。
首先，前面所述的時間間隔的持續(xù)時間不但由回波現(xiàn)象來確定，而且由信號沿著線路的傳播效應引起的測試信號的畸變(從持續(xù)時間的延長這個意義上來說，是由于處理窄的帶寬的信道)來確定。
在這樣的解決方案中使用的測試信號可以看作是正弦波和其持續(xù)時間與測試信號開始被注入到線路之中的時刻與該信號中斷的時刻之間的時間間隔相等的矩形窗的乘積。
為了限制源自信號波前的諧波成分，該窗的寬度最好必須是正弦波的半周期的倍數(shù)，并且與正弦波保持同相。真實電話信道對這樣的激勵信號的響應包括一串由信道效應引起畸變的、并且以一種偏置(接收信號相對于理想垂直幅值大小的偏移)的形式出現(xiàn)的正弦波。這種可以歸因于電話信道上典型的、頻率低于大約300Hz的低頻截止的現(xiàn)象使得正確地檢測返回信號的躍變(transition)變得甚至更為關鍵。前述的現(xiàn)象可以得到恢復，但是，相關的恢復時間常數(shù)相對于所要求的正常測量時間太長以致難以進行有效的干預。在這一點上，值得提醒的是，對于地面電話連接來說，傳播延遲(事實上，這是識別回波現(xiàn)象的量值)通常不超過30ms，但如果連接包含了衛(wèi)星鏈路，那么為大約260ms(單向延遲，因此，信號的往返傳播延遲為大約520ms)。
因此，考慮到如下的要求，需要提供允許以精確和準確的方式測量出現(xiàn)在電話線路上的回波的解決方案-為了避免上面提及的信號變動現(xiàn)象，測試信號必須具有與電話信道的模板(template)相適應的有限頻帶占用；-為了即使是用測試信號和返回信號之間沒有重疊的減小的持續(xù)時間也能識別回波時間，測試信號必須具有有限的持續(xù)時間；-必須獲得可接收幅度的回波信號，以便能由此測量其電平(指測試信號的電平，它最好應該出現(xiàn)一個最大值電平)，以便清楚地識別噪聲電平之上的回波信號。
本發(fā)明的目的是提供能夠以良好的方式滿足上面提及的要求，尤其滿足上面所述的前面兩點的要求的解決方案，事實上這兩點是相互對照的。
根據(jù)本發(fā)明，由于具有在其后的權利要求書中所述的特征的方法，這樣的目的是能達到的。本發(fā)明還涉及相關的設備。
以下，將結合附圖，通過非限定性實例對本發(fā)明進行描述，其中附圖包括

圖1示意性顯示了根據(jù)用來測量電話線路上回波參數(shù)的本發(fā)明的設備的可能連接布局；
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的可使用測試信號的典型波形圖；圖3和圖4以方塊圖的形式顯示了根據(jù)本發(fā)明的設備的各個組成部分；知圖5顯示了在圖4所示的設備部分中產(chǎn)生的一些信號的典型波形圖，圖5包括兩個分別由5A和5B表示的重疊圖。
在圖1中，參考標號1整體表示用來測量電話線路上回波的設備。根據(jù)本發(fā)明的一個可能實施例，設備1可以與通過所謂的輸出端口B連接在電話線路L上的、并受回波現(xiàn)象影響的電話終端T相聯(lián)系，回波現(xiàn)象的特性，特別地是回波返回時間和強度有待測量。設備1通常還裝有用來顯示測量結果的單元2，以及，例如，用來連接到諸如用于數(shù)據(jù)獲取和/或用于設備控制的處理單元(典型地是一臺個人計算機)的接口模塊3。
根據(jù)本發(fā)明的設備1適合于插在終端T和與其相關的聽筒T1之間。
當然，這樣的一種連接布局只用作實例來解釋。它對應于這種一種條件，其中根據(jù)本發(fā)明的設備1能容易地與任何類型的電話終端相配接(interface)，而不管其與各種交換機的連接類型，所述的配接是通過切斷手機和電話終端之間的連接來完成的。圖1所示的解決方案適合于通常通過利用與正常安裝在終端上的線路相同的第二線路來付諸實施。
盡管以下這一點(這與對本發(fā)明的理解并不實際相關)將不再明確地提及，但設備1能夠以甚至完全不同于上面所述的方式的方式相連接。例如，它可以通過聲音耦合器與手機T1的麥克風(測試信號的注入端)和耳機(回波信號的接收端)相連接，從而允許在其中與手機T1和終端T相連的電纜(電線)不能輕易被去除的傳統(tǒng)電話接收機上進行“現(xiàn)場”干預，和/或根據(jù)ITU-T推薦標準利用麥克風上的聲壓進行測量。在任何情況下，根據(jù)本發(fā)明的解決方案都適合于使用在交換機層次上，或者移動無線電系統(tǒng)的基站層次上，在這種情況下允許與通常位于其中的回波抑制器直接合并。還應該說明的是，根據(jù)本發(fā)明的解決方案適合于無差別地應用在傳統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(PSTN，或公共電話交換網(wǎng))上或在數(shù)字網(wǎng)絡(ISDN，或稱綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng))上。
圖2所示的示意圖顯示了在適合于用作根據(jù)本發(fā)明的解決方案中的測試信號的信號在時間上的典型波形圖。
一般來說，這樣的一種信號可以被確定為具有雙凸狀(lenticular)(或眼狀)包絡線的特征，這種雙凸狀包絡線一般可以根據(jù)如下類型的關系式來表達；
x(t)＝sin(ωpt)·(ωmt)·u(t)·u(t-a) (1)因此，在所顯示的實施例中，這樣的一種信號是具有第一頻率(fp＝ωp/π)的正弦波信號，這個正弦波信號由具有低于第一頻率的第二頻率(fm＝ωm/2π)的正弦波來調制，并具有其半周期時間等于用作窗的矩形信號u(t)·u(t-a)(這里u(t)表示具有單位幅值的階躍函數(shù))的持續(xù)時間，以賦予信號x(t)具有持續(xù)時間為a的脈沖信號的特征。
這個信號呈現(xiàn)出對稱的雙凸狀包絡線，但是，僅由本實例顯示在這里的這樣的波形圖并不能解釋為將本發(fā)明限制在此范圍之內。本發(fā)明還可以通過使用具有非對稱雙凸狀包絡線，例如，向上和向下躍變是不對稱的包絡線，的信號，或其中調幅的正弦波具有可變的頻率(例如，漸減的頻率或漸增的頻率，即帶有通常稱之為“啾聲(chirp)”這種類型的波形)的信號來實施。
作為參考，列目前為止由本申請人完成的測試已經(jīng)證明，值ωp和ωm的選擇分別對應于大約2kHz(高頻，調幅正弦波角頻率)和125Hz(調制正弦波，具有較低頻率)的頻率，以及相應選擇矩形信號或高的時間持續(xù)長度等于大約4ms是尤為有利的。
在任何情況下，前面所述的數(shù)值都可以根據(jù)具體的應用要求改變，甚至變化很大。
當在頻域內觀測激勵信號時，圖2所示的激勵信號呈現(xiàn)出其頻率占用大致等于帶有整個矩形包絡線的信號的頻率占用的一半的主瓣。
導致前述雙凸狀波形的幅度調制也許使得能夠在激勵信號和返回信號中識別出包絡線的局部極大值，這允許精確地測量兩個信號之間的時間距離，甚至在兩個信號出現(xiàn)部分重疊的情況下也是如此。
同時，值得注意的是，象上面所述的激勵信號的使用使得能夠獲得帶有可接受的峰值幅度的短回波，因而能清楚地與背景噪聲區(qū)分開，而不導致不希望有的信道飽和現(xiàn)象。
圖3中的方塊圖顯示了用于生成和在線路L上注入的如圖2所示的信號那樣的激勵信號的設備1的部分的可能結構圖。
在此圖中，參考標號10表示用來生成被調制正弦波(具有較高頻率ωp＝2πfp，即第一頻率的正弦波)并且配備有輸入端口10′的發(fā)生器(振蕩器)，調制正弦波(具有較低頻率ωm＝2πfm，即第二頻率的正弦波)通過另一個振蕩器電路11施加到輸入端口10′中。
標號10所指的方塊能夠通過任何商用類型的、可以是調幅的集成電路函數(shù)發(fā)生器容易地獲得。這種可能的選擇提供了額外的優(yōu)點，即在這種電路中，包含在調制正弦波的半周期之中的被調制正弦波的周期數(shù)(即包含在每個激勵脈沖之中的被調制正弦波的周期數(shù))簡單地通過改變來自電路11的調制信號的幅度來獲得，因此使得計數(shù)器的使用變得實際上是多余的，盡管這樣的計數(shù)器可以配備在其它可能的實施例之中。
信號輸出振蕩器10連接到乘法節(jié)點12上，乘法節(jié)點12在另一輸入端口上接收矩形窗信號，這個矩形窗信號確定激勵信號的持續(xù)時間。在所示的實施例中，這個信號作為JK觸發(fā)器電路13的輸出產(chǎn)生，JK觸發(fā)器電路13的兩個輸入分別是-由振蕩器11產(chǎn)生的被調制正弦波信號，它在分頻器14中頻率被除以2和使之通過一可編程除法器15，其用來簡單地允許有選擇地改變相關信號的占空比(duty cycle)。因而有選擇地改變激勵信號的重復率，例如100ms(在地面電話連接中對回波特性足夠的持續(xù)時間)甚至更大(例如，當在連接之中涉及衛(wèi)星鏈路時)，和-從振蕩器10引出的并使之通過限幅(clipping)電路16的相同信號。
正如后面將要更詳細說明的，在用于返回信號提取的設備部分中方塊13和15的輸出信號也被輸送到方塊26中(圖4)。
在通過阻抗適配器17注入到線路L上之前，為了讓發(fā)送到線路上的信號回到選擇性確定的電平(例如-12.8dBm)上，還要使在乘法節(jié)點12中產(chǎn)生的信號通過放大器18或等效的增益調整電路。
而圖4中的方塊圖顯示了來自線路L的返回信號通過其中的電路單元的級聯(lián)。
檢測給定返回信號的到達時刻的最常用技術之一(在與這里所考慮的領域截然不同的領域中也被采用的技術，例如雷達或聲納技術)包括使用由其到達時刻待確定的信號來啟動的閾值檢測器。
當使用正弦波信號時，這種類型的檢測可能因由下列事實產(chǎn)生不精確性運個事實是指，在被接收信號中的相鄰峰之間幅值的差異，即使非常小，也能引起所確定到達時刻的時間偏移。這是因為閾值比較器可能在錯誤的周期內被觸發(fā)。這種不確定性很明顯與激勵信號的周期相關聯(lián)，因此，不確定性越小，就能確定越靠近的相鄰峰。在任何情況下，噪聲狀況，尤其當信噪比為大約或低于10dB時，都能在實際上使測量變得非常關鍵(critical)。
適合于消除這個缺點的，也屬本發(fā)明的范圍之內的解決方案是對返回信號作數(shù)字處理技術(也稱作DSP(數(shù)字信號處理))處理，例如，在被接收信號和各種取樣信號之間進行自相關計算。然而，就所要求的時間和硬件而論，這些解決方案可能是麻煩的工作。
由于這個原因，此時優(yōu)選的本發(fā)明的實施例似乎應該采納圖4中所示意的解決方案，它呈現(xiàn)了結構極為簡單的優(yōu)點，并且從電路這方面來看亦是如此。
在這個解決方案中，從線路L中提取的返回信號(通常從不包括在電路之中的耳機電路中提取)通常在電路20中得到調整(例如，通過使用與允許使經(jīng)放大的輸入信號失衡的發(fā)生器的線圈相類似的線圈的方法)，隨后經(jīng)由帶通濾波器21濾波。這個帶通濾波器21可以是，例如，調諧在大約2kHz(其值大約對應于傳統(tǒng)電話信道的中心頻率)的第一級濾波器，其主要用于降低信號的噪聲成分的濾波作用可通過進一步的濾波來改善，該進一步濾波在帶有附加可調諧濾波器的22中進行，該可調諧濾波器也調諧在或大約在第一濾波器21的中心頻率上。
經(jīng)如此處理的信號饋入到最好是全波整流器的整流器23中，它允許恢復被接收信號的大部分能量，并還可能將隨后的低通濾波器24的時間常數(shù)值減半。后者提取隨后一定被發(fā)送到限幅電路25中的返回信號的包絡線。
需指出，全波整流器固有地執(zhí)行倍頻(frequency duplication)功能，其結果使返回信號的上升沿變得更陡，因而作為限幅作用的結果在時間上能夠被更清晰地甄別出來。
在各種解決方案中，根據(jù)本發(fā)明的解決方案呈現(xiàn)出如下有益的特征它使回波信號的返回時間的測量回到返回信號的上升沿(尤其是包絡線的上升沿)的時間位置的測量，并由此消除在測試信號在信道上傳播的過程中可能經(jīng)受的時間拉長效應。
圖5A中的示意圖顯示了與激勵信號的發(fā)射相對應的信號S(實際上信號S可以被看作圖3中的觸發(fā)器13的輸出信號)和另一個基本上與限幅電路25的輸出信號相對應的，用R標示的信號二者之間的典型的可能的相對時間位置，從而獲得作為在被接收返回信號的包絡線上進行限幅操作的結果的信號。前述的兩個信號被輸送到其操作由圖5B中的示意圖示意地顯示出來的計數(shù)和測量電路26的輸入端。
電路26通常由計數(shù)開始于信號S的上升沿和終止于信號R的上升沿的計數(shù)器構成。
計數(shù)持續(xù)時間(事實上指被計數(shù)的值，由圖5B中的信號示意地表示出來)對應于待確定的回波的返回時間。從數(shù)據(jù)獲取的觀點來看，被測量值可以通過使用在本發(fā)明的詳細說明書的開始部分所描述的單元2和3被外在地表示出來和/或被收集起來。然后，計數(shù)器26由復位信號K復位，開始新的計數(shù)，其中復位信號K是通過用來控制激勵脈沖的重復周期并由此控制測量循環(huán)的重復周期的可編程除法器15來獲得的。
回波信號的其它參數(shù)，例如，回波信號的電平的測量是根據(jù)已知的規(guī)范和利用已知的電路部件來處理的，在此省略對其的詳細說明。
當然，除了讓本發(fā)明的原理保持不變之外，可以參照這里所說明的和所顯示的對本發(fā)明的結構細節(jié)和實施例作廣泛的改變，而并不偏離本發(fā)明的范圍。例如，如果設備與能夠接收關于線路特性的信息的控制處理單元相連接，則根據(jù)所述的特征，通過作用在例如圖3中所示的生成鏈(例如，10到16)的各種單元上，可以使激勵信號變得合乎需要。
權利要求
1.一種測量電話線路上回波參數(shù)的方法，包括將測試信號注入到線路(L)上并檢測因回波效應由線路(L)本身產(chǎn)生的相應返回信號的操作，其特征在于，使用帶有雙凸狀包絡線的信號作為測試信號。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述測試信號是從具有第一給定頻率(ωp)的第一正弦波開始產(chǎn)生的，該第一正弦波的幅度由具有低于所述第一給定頻率(ωp)的第二給定頻率(ωm)的第二正弦波進行調制。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述測試信號是一個其持續(xù)時間(a)與所述第二正弦波的周期相關聯(lián)的脈沖信號。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述持續(xù)時間(a)等于所述第二正弦波的周期的一半。
5.如權利要求2至4的任何之一所述的方法，其特征在于，所述測試信號x(t)可以用以下形式表達出來x(t)＝sin(ωpt)·(ωmt)·u(t)·u(t-a)這里ωp是所述第一給定頻率，ωm是所述第二給定頻率和u(t)是單位階躍函數(shù)。
6.如前面權利要求的任何之一所述的方法，其特征在于，該方法包括通過檢測所述返回信號的包絡線的上升沿來確定所述返回信號的返回時刻的操作。
7.如權利要求1或權利要求6所述的方法，其特征在于，該方法包括全波整流所述返回信號的操作。
8.如權利要求1至7的任何之一所述的方法，其特征在于，該方法包括以自適應方式選擇性地改變所述測試信號的操作。
9.一種用于測量電話線路上回波參數(shù)的設備，包括用來將測試信號注入到線路(L)上的裝置(17、18)以及用來檢測因回波效應由線路(L)本身產(chǎn)生的相應返回信號的裝置(20至26)，其特征在于，該設備包括被配置成產(chǎn)生作為測試信號的、具有雙凸狀包絡線的信號的信號產(chǎn)生裝置(10至16)。
10.如權利要求9所述的設備，其特征在于，用來產(chǎn)生測試信號的所述裝置包括-用來以第一給定頻率(ωp)產(chǎn)生第一正弦波的第一發(fā)生器(10)，-用來以低于所述第一頻率的第二給定頻率(ωm)產(chǎn)生第二正弦波的第二發(fā)生器(11)，和-用來用所述第二正弦波調幅所述第一正弦波的調制裝置(10)。
11.如權利要求10所述的設備，其特征在于，用來產(chǎn)生測試信號的所述裝置包括用來產(chǎn)生窗信號的裝置(13至16)，以及用來將所述窗信號施加到所述測試信號上以給測試信號本身賦予與所述第二正弦波的周期相關的持續(xù)時間(a)的脈沖信號的特性的裝置(12)。
12.如權利要求11所述的設備，其特征在于，用來產(chǎn)生窗信號的所述裝置包括賦予所述窗信號與所述第二正弦波的半周期相等的持續(xù)時間(a)的除法器單元(14)。
13.如權利要求11或權利要求12所述的設備，其特征在于，用來產(chǎn)生窗信號的所述裝置包括控制所述測試信號的重復率的控制電路(15)。
14.如權利要求9至13的任何之一所述的設備，其特征在于，該設備包括響應于所述返回信號并被配置成檢測返回信號本身的包絡線的上升沿的接收裝置(20至26)。
15.如權利要求14所述的設備，其特征在于，所述接收裝置(20至26)包括作用在所述返回信號上的整流器電路(23)，最好是全波整流器。
16.如權利要求14或權利要求15所述的設備，其特征在于，所述接收裝置(20至26)包括降低所述返回信號的噪聲成分的濾波器裝置(21，22)。
17.如權利要求16所述的設備，其特征在于，所述濾波器裝置(21，22)包括以級聯(lián)方式排列的第一濾波器(21)和第二可調諧濾波器(22)。
18.如權利要求15和權利要求16和17的任何之一所述的設備，其特征在于，所述濾波器裝置(21，22)位于所述整流器電路的上游。
19.如權利要求9至18的任何之一所述的設備，其特征在于，該設備包括將所述返回信號轉換成方波信號的限幅電路(25)。
20.如權利要求15或權利要求19所述的設備，其特征在于，該設備包括設在所述整流器電路(23)和所述限幅電路(25)之間的低通濾波器(24)。
21.如權利要求9至20的任何之一所述的設備，其特征在于，該設備包括從發(fā)射所述測試信號開始計數(shù)到檢測到所述返回信號時停止計數(shù)的計數(shù)器單元(26)，在停止計數(shù)時刻該計數(shù)器單元(26)的計數(shù)值表示待測回波的返回時間。
22.如權利要求21所述的設備，其特征在于，所述計數(shù)器單元(26)相應于所述測試信號的包絡線的上升沿開始計數(shù)。
23.如權利要求21或權利要求22所述的設備，其特征在于，所述計數(shù)器單元(26)相應于所述返回信號的包絡線的上升沿停止計數(shù)。
24.如權利要求9至23的任何之一所述的設備，其特征在于，所述信號產(chǎn)生裝置(10至16)選擇性地適應于使所述測試信號選擇性可變。
全文摘要
測試信號注入到線路(L)上,并檢測因回波效應由線路本身產(chǎn)生的相應返回信號。使用具有雙凸狀包絡的信號作為測試信號,并且該信號最好開始于用第二正弦波調幅的具有第一給定頻率的第一正弦波,該第二正弦波具有低于所述第一給定頻率的第二給定頻率。
文檔編號H04B3/46GK1263652SQ98807131
公開日2000年8月16日 申請日期1998年7月7日 優(yōu)先權日1997年7月11日
發(fā)明者安德烈亞·阿拉西亞, 吉多·曼佐尼 申請人:意大利電信公司