專利名稱：回波抑制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如用于全雙工非手持無線電通信機(jī)中的回波抑制器。這種回波抑制器尤其適合于裝有麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器的車輛中，以抑制從無線揚(yáng)聲器到達(dá)無線麥克風(fēng)的回波。
該回波抑制器在具有100毫秒量級的大傳輸時(shí)延的任何系統(tǒng)中非常有用，尤其適用于GSM蜂窩式用戶系統(tǒng)。
GSM蜂窩式無線系統(tǒng)提出了先前系統(tǒng)沒有達(dá)到過的回波抑制標(biāo)準(zhǔn)。尤其是GSM系統(tǒng)的上行線路/下行線路傳輸時(shí)延可達(dá)到100毫秒量級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)。隨著傳輸延時(shí)的增大，回波越變得使人生厭，所以，GSM系統(tǒng)要求改善這種情況。
1988年出版的IEEE公報(bào)D6。6的1572頁，發(fā)布了由Andre Gilloire和Martin Vetterli的題為一種在分波自適應(yīng)濾波的方法的文章。該文的結(jié)論是自適應(yīng)濾波的計(jì)算復(fù)雜性的改善幾乎與分波段的數(shù)目成正比，并且改善了變換速度，使所述方案可用于類似的音響回波抑制。上述文章列在這里以供參考。
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的回波抑制器，尤其是可用于全雙工操作的具有良好回波抑制的回波抑制器。
本發(fā)明提供了這樣一種回波抑制器，它具有一輸出所需信號的輸出路徑(比如通過一揚(yáng)聲器)和一接收期望的信號(比如通過麥克風(fēng))以及從輸出路徑來的不希望的回波的輸入路徑。該輸出路徑至少有一個(gè)與它連接通道以接收從它送出的信號，該通道具有一自適應(yīng)濾波器，而輸入路徑至少有一個(gè)通道和裝置，它可以根據(jù)從該濾波器來的已濾波信號來補(bǔ)償該信道中的信號以抑制回波，特征是該裝置可依據(jù)該至少一個(gè)路徑上的信號來啟動(dòng)并暫停濾波器系數(shù)的調(diào)節(jié)。
濾波器系統(tǒng)的調(diào)節(jié)可能取決于許多因素。在第一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)輸出路徑上的信號(揚(yáng)聲器信號)電平低于某予定門限時(shí)，就暫時(shí)禁止這種調(diào)節(jié)。在第二實(shí)施例中，當(dāng)輸入路徑(通過麥克風(fēng))的信號電平高于某予定門限時(shí)，就禁止調(diào)節(jié)。
在第三實(shí)施例中，當(dāng)輸入路徑上有所需的信號而輸出路徑?jīng)]有所需信號(即只近端發(fā)話者說話)時(shí)，就暫時(shí)停止調(diào)節(jié)。
在第四實(shí)施例中，當(dāng)輸出路徑上有所需信號并且輸入路徑上有所需信號而不是回波，即近端發(fā)話者和遠(yuǎn)端發(fā)話者同時(shí)講話時(shí)，就暫停調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將結(jié)合附圖來說明，這些附圖是

圖1給出了體現(xiàn)本發(fā)明的回波抑制器，而圖2給出了控制圖1中的自適應(yīng)濾波器的控制算法的方框圖。
參看圖1，它給出了作為雙工GSM移動(dòng)無線電臺的一部分的回波抑制器。該回波抑制器如點(diǎn)劃線10所示，并且它是用諸如莫托洛拉公司的DSP56001數(shù)字信號處理器來實(shí)現(xiàn)的，必要時(shí)可用二個(gè)這種處理器。該回波抑制器通過模擬到數(shù)字變換器11和數(shù)字到模擬變換器12與圖右邊的發(fā)送接收裝置(未畫出)相接，并通過數(shù)字到模擬變換器14和功率放大器15與揚(yáng)申器13相連，還通過模擬到數(shù)字變換器17與麥克風(fēng)16相接。變換器11和14、放大器15和揚(yáng)聲器13構(gòu)成“輸出路徑”。麥克風(fēng)16、變換器17、回波抑制器10和變換器12構(gòu)成“輸入路徑”。揚(yáng)聲器13和麥克風(fēng)16之間有一聲學(xué)回波路徑，它對麥克風(fēng)16產(chǎn)生不需要的回波?；夭ㄒ种破鞯哪康木褪且种茝膿P(yáng)聲器到麥克風(fēng)的回波。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，若把250Hz到3750Hz的帶寬分成七個(gè)分波段，每段500Hz，就可以改善回波抑制器的性能。每一分波段與一完整的回波抑制系統(tǒng)和一合成濾波器相聯(lián)系。圖中，這些分波段標(biāo)成1到M?；夭ㄒ种破?0包括由7個(gè)分采樣帶(SSB)變換器21，每變換器有一4∶1的decimator所組成的分析濾波器組20。由7個(gè)SSB變換器和4∶1decimator組成的類似分析濾波器組22用以接收輸出路徑上從A/D變換器11來的信號。從分析濾波器組22來的信號X1到XM傳送給7個(gè)分波段濾波器24到30。這些濾波器使信號X1到XM延時(shí)達(dá)30毫秒。從濾波器24到30來的信號與從分析濾波器組20來的信號在混合器31到37相減。分析濾波器組20設(shè)計(jì)成與分析濾波器組22一樣。倘若濾波器24-30的響應(yīng)與揚(yáng)申器、回波路徑、麥克風(fēng)和濾波器組的組合響應(yīng)相匹配，這些信號的相減可以實(shí)現(xiàn)回波抑制。合成濾波器組40就從這些所得信號合成一最終信號。該濾波器組包括7個(gè)SSB變換器41，每個(gè)提供1∶4的內(nèi)插。從7個(gè)分波段來的信號在混合器42相加，并由D/A變換器12變成模擬形式送給GSM移動(dòng)發(fā)射機(jī)(未畫出)。
每一分波段FIR濾波器24-30是自適應(yīng)型的，即這些濾波器的系數(shù)是根據(jù)前述Gilloire和Vetterli的文章動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，對每一分波段內(nèi)從混合器31-37的輸出到分波段FIR濾波器24到30都提供了反饋。每一分波段的反饋都使該分波段內(nèi)的自適應(yīng)FIR濾波器根據(jù)該分波段內(nèi)輸入路徑上回波抑制后的信號來更新其系數(shù)。這種更新算法是基于信號的最小均方值，即Annds of Mathematical statistics(數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)年會(huì))Vol22，pp400-407，1959，由M。Robbins及S。Monroe所寫的“一種隨機(jī)逼近算法”所述的方法。還提供了暫時(shí)禁止對每一FIR濾波器的系數(shù)更新的控制算法。(其另一種方法是暫時(shí)凍結(jié)FIR濾波器的狀態(tài)。)這由圖1的開關(guān)S1到SM表示，然而應(yīng)明白這些“開關(guān)”，以及點(diǎn)線內(nèi)回波抑制器10的全部其它元件都是用軟件實(shí)現(xiàn)的。
圖2以框圖的形式給出了延緩系數(shù)更新的控制算法50。該算法具有三個(gè)輸入信號從分析濾波器組20來的信號(信號Y1到Y(jié)M)，從分波自適應(yīng)FIR濾波器24到30來的信號(信號X1到XM)和從分析濾波器組22來的信號(信號X1到XM)。
該控制算法是按照不同分波段信號的信號能量的計(jì)算來進(jìn)行的。這種計(jì)算是基于用一截止頻率FC＝50Hz的二階11R濾波器，對樣值的絕對值濾波器所得到的分波段信號的平均值。
滿足下述條件時(shí)，F(xiàn)IR濾波器的系數(shù)不更新1.揚(yáng)聲器信號的電平低于某固定值;
2.麥克風(fēng)信號的電平高于某固定值;
3.只近端發(fā)話者講話;或者4.近端及遠(yuǎn)端發(fā)話者都講話為雙通話(active-double)。
為了滿足條件1和2，分波段能量就與這些固定門限比較。其中加入了時(shí)延，以防止突發(fā)尖峰及低電平樣值停止更新處理。
上述條件3或4所述的雙通話的檢測，是通過計(jì)算麥克風(fēng)分波級信號Yi和由回波抑制器所求得的分波段信號Xi間的互相關(guān)進(jìn)行的。該互相關(guān)性由下式計(jì)算
為使絕對信號電平的相關(guān)性獨(dú)立并把相關(guān)性限制在〔0;1〕的區(qū)間內(nèi)而進(jìn)行了舊一化。而E〔·〕是上述能量計(jì)算的符號表示。
為了判斷現(xiàn)分波段內(nèi)是否含有雙通話，就把該互相關(guān)系數(shù)與一固定門限比較。該門限值根據(jù)現(xiàn)行分波段來選擇。一旦互相關(guān)性大于該門限時(shí)就進(jìn)行更新。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可單獨(dú)控制每一分波段，這就有可能只在這些頻段實(shí)際存在雙通話時(shí)停止系數(shù)的更新。并且也可能在全部波段回波抑制器已停止更新時(shí)實(shí)現(xiàn)回波抑制。所以，本發(fā)明提供了改善的回波抑制器。
當(dāng)然，可以理解上面給出的僅是一個(gè)舉例，并且可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)做些細(xì)節(jié)的修改。
本發(fā)明主要范圍是一種回波抑制器，它包括輸出所需信號的輸出路徑(11，14，15，13)，該輸出路徑具有與其相連的多個(gè)分波段通道(X1-Xm)，以從輸出路徑接收信號，接收所需信號以及從輸出路徑來的不希望的回波的輸入路徑，該輸入路徑具有與輸出路徑的通道相對應(yīng)的多個(gè)分波段通道(Y1-Y);以及抑制輸入路徑上的不希望有的回波的裝置(31，36，37)，它根據(jù)從每一通道的濾波器來的信號對輸入路徑上的每一相應(yīng)通道的信號進(jìn)行補(bǔ)償，其特征是裝置(S1，Si，SM)可以根據(jù)通道(X1-XM/或Y1-YM)上的信號對每一通道濾波器的系數(shù)啟動(dòng)調(diào)節(jié)和暫停調(diào)節(jié)。
其提供有可測量輸出路徑的信道(X1-XM)上的信號電平并當(dāng)該電平低于某予定門限推遲對其系數(shù)調(diào)節(jié)的裝置。
其提供有這樣的裝置它測量輸入路徑上的某通道的信號電平，并在該路徑上的信號高于某第二予定門限對推遲對濾波器系數(shù)的調(diào)節(jié)。
其提供有如下裝置它可測量輸入路徑的輸出路徑上某一通道的信號，并且當(dāng)輸入路徑通道(Y1-YM)上有所需信號而輸出路徑通道(X1-XM)上沒有所需信號時(shí)，推遲對濾波系數(shù)的調(diào)節(jié)。
它提供有這種裝置它測量輸入和輸出路徑通道上的信號，并且當(dāng)輸出路徑通道上有所需信號且輸入路徑通道上有所需信號而不是回波時(shí)，推遲對上述系數(shù)的調(diào)節(jié)。
其特征是其輸出路徑上接有4到12個(gè)通道，而輸入路徑上有同等數(shù)目的通道。
它有6到8個(gè)所述通道。
其通道占據(jù)的頻率范圍從約250Hz到約3750Hz，每通道占據(jù)大約相等帶寬的分波段。
所述的回波抑制器與雙工發(fā)送接收機(jī)相結(jié)合，其中，其輸出路徑包括一揚(yáng)申器(13)以輸出接收的音頻信號，其輸入路徑包括一麥克風(fēng)(16)以接收發(fā)送的音頻輸入信號，該回波抑制器的設(shè)計(jì)能抵消從揚(yáng)聲器到麥克風(fēng)的回聲，并且啟動(dòng)并推遲其濾波系數(shù)調(diào)節(jié)的該裝置的設(shè)計(jì)能在全雙工操作期間暫停所述調(diào)節(jié)。
所述的回波抑制器和發(fā)送接收器，它可以安裝在車輛上。
權(quán)利要求
1.一種回波抑制器，它包括輸出所需信號的輸出路徑(11，14，15，13)，該輸出路徑具有與相相連的多個(gè)分波段通道(X1-XM)，以從輸出路徑接收信號，接收所需信號以及從輸出路徑來的不希望的回波的輸入路徑，該輸入路徑具有與輸出路徑的通道相對應(yīng)的多個(gè)分波段通道(Y1-YM)；以及抑制輸入路徑上的不希望有的回波的裝置(31，36，37)，它根據(jù)從每一通道的濾波器來的信號對輸入路徑上前每一相應(yīng)通道信號進(jìn)行補(bǔ)償，其特征是裝置(S1，Si，SM)可以根據(jù)通道(X1-XM/或Y1-YM)上的信號對每一通道濾波器的系數(shù)啟動(dòng)調(diào)節(jié)和暫停調(diào)節(jié)。
2.權(quán)利要求1的回波抑制器，其提供有可測量輸出路徑的信道(X1-XM)上的信號電平并當(dāng)該電平低于某予定門限時(shí)推遲對其系數(shù)調(diào)節(jié)的裝置。
3.權(quán)利要求1或2的回波抑制器，其提供有這樣的裝置它測量輸入路徑上的某通道的信號電平，并在該路徑上的信號高于某第二予定門限對推遲對濾波器系數(shù)的調(diào)節(jié)。
4.權(quán)利要求1的回波抑制器，其提供有如下裝置它可測量輸入路徑和輸出路徑上某一通道的信號，并且當(dāng)輸入路徑通道(Y1-YM)上有所需信號而輸出路徑通道(X1-XM)上沒有所需信號時(shí)，推遲對濾波系數(shù)的調(diào)節(jié)。
5.權(quán)利要求1的回波抑制器，它提供有這種裝置它測量輸出和輸出路徑通道上的信號，并且當(dāng)輸出路徑通道上有所需信號且輸入路徑通道上有所需信號而不是回波時(shí)，推遲對上述系數(shù)的調(diào)節(jié)。
6.前述權(quán)利要求中任一個(gè)的回波抑制器，其特征是其輸出路徑上接有4到12個(gè)通道，而輸入路徑上有同等數(shù)目的通道。
7.權(quán)利要求6的回波抑制器，它有6到8個(gè)所述通道。
8.權(quán)利要求6或7的回波抑制器，其通道占據(jù)的頻率范圍從約250Hz到約3750Hz，每通道占據(jù)大約相等帶寬的分波段。
9.前述權(quán)利要求中任一個(gè)與雙工發(fā)送接收機(jī)相結(jié)合的回波抑制器，其中，其輸出路徑包括一揚(yáng)聲器(13)以輸出接收的音頻信號，其輸入路徑包括一麥克風(fēng)(16)以接收發(fā)送的音頻輸入信號，該回波抑制器的設(shè)計(jì)能抵消從揚(yáng)聲器到麥克風(fēng)的回聲，并且啟動(dòng)并推遲其濾波系數(shù)調(diào)節(jié)的該裝置的設(shè)計(jì)能在全雙工操作期間暫停所述調(diào)節(jié)。
10.權(quán)利要求9所述的回波抑制器和發(fā)送接收器，它可以安裝在車輛上。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于比如全雙工非手持式無線電中的回波抑制器。該回波抑制器尤其適用于車輛上裝有麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器的場合，以抑制從揚(yáng)聲器到麥克風(fēng)的回聲。信號路徑被分成分波段頻道。每一通道具有一自適應(yīng)濾波器，其時(shí)延系數(shù)可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。它具有一個(gè)根據(jù)從每一濾波器輸出的信號提供一補(bǔ)償信號的裝置，以及根據(jù)這些頻道的信號來啟動(dòng)并推遲每通道濾波器的系數(shù)的調(diào)節(jié)的裝置。
文檔編號H04M9/08GK1053337SQ91100080
公開日1991年7月24日 申請日期1991年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月10日
發(fā)明者斯芮恩·莫頓, 皮特森·克姆·泰爾加德 申請人:莫托羅拉公司