Pg电子游戏：小型化480路回声抵消器软件实现
叫,,抵消器足种谢暂处理器什,,¨,,以消除,,路,…,,执不连续正,所产,㈨,,,,声。日,】,已广泛应用于卫星通信网、数字移动通信网、个人通信网、圉际长途,,,,话尉以及,,电话网等等。在本实验室成功丌发的基于,’,,—,,,,,,建议的,,路吲声抵消器的基础上,本文进一步探讨了小型化回声抵消器的几个可行方案,并深入研究了其中的,,,,方案,完成了该方案的软件实现工作。
体文使,,,,的,,,,器件是日前最新的回声抵消,,,,器件,可以彳,,,’,个芯片
【父现,,,个,再蹿的阿声抵消功能,使得回声抵消器的小掣化成为,,,能。,,,所设计的基于,,,,方案的回声抵消设备中,将,,个,,路回声抵消模块集成在。,个机车,,,,内,通过控制电路板剥它们进行,,,,,控与维护,从而实现了,,,路回声抵,,,,,器的小型化方案。
本文的工作侧重点在软件方面。第‘章绪沦介绍了盱∥,抵消器的珠本睬呷、应川及其市场现,阢笫二章回顾了原,,部,项目的成果与缺陷,比较了几个可行,’内州声抵消起小型化方案,第三章概括地介绍了,,,,方案的总体设计,笫四到第六节难,,,,方案的具体软件实现,详细描述了包括回声抵消模块,,,、系统控制模块,,,和监控终端三个部分的软件设计和实现过程。最后两章是软砸什联合洲试,,,,过程以及论文的总结。’■,
在现代的数字电话交换系统中,交换机内部足采用四线制的。而交换机与用户之间的连线则是二线制的。二线和四线之间的转换山混合网络,,,,,,,,完成。,,,,,,,在理想状态下,反向阻抗为无穷大,不存在信号反射。而实际一卜反向信号泄漏是不可避免的,这就是所谓的回声,回波,干扰。如图,,,所示,发话人,的话音到达,端经反射而被,听到则形成了发话人回声。回声干扰的程度与回声的时延和幅度有关,时延越长,回声干扰越明显。当链路往返时问很短时,发话人通常不能区别线路回声和侧音,若链路时延达到几十毫秒以上,则㈦声将对发话人产生严重干扰。,,,,,建议…,如果某电路平均往返传播时问超过,,,,时应采用回声抑制措施,即回声抑制器或回声抵消器。
目前,回声抵消器广泛应用于卫星通信系统、数字移动通信和个人通信系统、,,电话系统等等,例如在,,,数字移动通信中,由于采用了数字语音压缩编码以及交织和纠错编码等,使回声的时延大大加大,必须引入回声抑制设备。
最早处理线路回声的技术是回声抑制。当回声抑制器检测到,是发话人而,是受话人时,就从物理上切断从,到,的链路。显然当双方同日,,讲话时,回声南京邮电学院硕,。研究生毕业论文
扣埔,失效。回声抵消则是一种基于预测滤波器的回声消除技术,它应用数字信号处理技术,通过预测线路回声并将其从受干扰信号巾减去,从而消除回声。
图,,,表示的是回声抵消器的工作原理图。,的话音,,,,在,端混合线圈泄漏后形成回声,,,,。回声抵消器则用来模拟混合线圈的泄漏,它通常是一个自适应横向滤波器,远端话音,,,,是其参考输入,输出的是估计回声,,。。,,,。近端输入信号, ,,,由两部分组成,远端话音的回声, ,,,和近端话音,,,,。近端信号, ,,,减去估计回声,,, 。 ,,,就得到了误差信号, ,,,, , ,,,,, ,,,一,,。 , ,,,。误差信号反馈到回声抵消器用来修正横向滤波器的系数,使得估计回声尽量逼近真实回声以达到回声抵消的目的。
目前, 回声抵消器已广泛用于卫星通信网、 ,,,数字移动通信网、 ,,电话通信网、 国际国内长途电话网等场合。 图,,显示了回声抵消器的在现代通信网络中的广泛应用。
随着移动通信的迅速发展和用户对话音质量要求的,,益增加, 回声抵消器的市场正在迅速扩大。标志着第,, ,代移动通信系统的,,,,技术中, 回声抵消设备作为不可或缺的部分存在于,,,,网关节点内,实现与公众网的互联。未来数字电话交换系统中,作为网络核心的程控交换设备将会逐渐被,,交换设备所代替,数字话音经过压缩编码、解压缩、数据打包和解包等一系列处理,将引入南京邮电学院硕士研究生毕业论文
而日前国内广阔的回声抵消器市场却基本上为国外设备所垄断。在国内,,,移动通信系统中, 回声抵消设备往往只是作为移动交换机的一个附属部分, 由各个移动交换机生产厂商提供,可监控和维护的手段很少,在实际通话巾效果也欠佳。卫星通信上使用的美国,,, ,,,,公司生产的,,路回声抵消器体积较大,其原因是实现抵消算法的是八十年代中期,,,,,,,,,处理器,性能较弱,每一片只能抵消一路,,,,, ,的话音信号。九十年代初美国,,,,,,,,公司推出的回声抵消器,其采用的,,,,处理器和高速总线结构使回声抵消器的体积更为缩小。 国内东方通信生产的独立于交换机的,,,,型回波抵消器也是从,,,,,,,,公司引进的技术。
因此,为了使国产回声抵消器更具实用化, 响应信息产业部通信设备国产化的号召,研制具有自主知识产权的小型化、商品化的回波抵消器将具有极其重要的意义。
在本课题开始之际,本实验室已经完成了原邮电部,,路回波抵消器的研制工作,并于,,,,年通过了专家鉴定。该设祭符合,,,, ,的,, ,,,、 ,, ,,,、 ,, ,,,和,, ,,,等相关建议,具有非线性处理器,单音闭塞和监控功能。但是它存在两个缺点导致其并不实用,一是体积较大,二是功耗大。于是本实验室在原有基础上进一步探讨了回声抵消器的几个小型化商品化的方案,其中包括了超高速,,,方案和专用集成电路,,,,,,方案【…。
本课题主要目的就是用软硬件实现整个专用集成电路,,,,,,的回声抵消方案。本人的侧重点在软件方面,主要工作包括,
③设计并实现了板间通信的通信规程,包括,,,问通信方式、配合流程以及纠错方案等等,按协议栈分层设计是这部分软件的特色,
④参与设计并实现了用于监控利维护的人机接口,并在其基础,,设汁实现了监控与维护软件,
本实验室研究的原邮电部,,部,项目一一,,路回声抵消器足摧于,,,,,数字基群接口的,型,,】数字回声抵消器,于,,,,年成功通过了专家鉴定。其结构原理图如图,, ,所示,该回声抵消器分为面板控制,抵消模块和,,,接口及系统监控三个部分。
该回声抵消器有四个,,,,,接口,分别是来自远端的接收输入端,,。 ,、发送输出端,,。 ,和发自近端的接收输出端,,。 。 ,和发送输入端,,, 。 ,。接口模块除了与,,,,,接口外还负责将,,路话音从基群的不同时隙中提取出来送到回声抵消模块,并把回声抵消模块的抵消结果重新组合成,,,,,帧格式。面板控制部分与系统监控部分一起对,,路回声抵消器系统的运行状况进行监控,若有模块不正常,则发出相应的告警信号。另外面板控制部分还响应面板操作,并通过系统监控部分完成回声抵消器的各项控制功能。
回声抵消模块是整个开发过程的关键,但山于受到当时,,,,,年胁后,国内, ,, , ,,片和软件手段的限制,抵消模块的处理芯片只能选用功能并不是太强的,,,,,,,,,,,,芯片。每片,,,在一个,,,数据帧的,,,,,内只能执行,,,,条单周期指令,在合理安排下也只能完成一路话音的抵消任务。这样一来,抵消一个,,,,,的语音回声就需要,,个回声抵消模块,体积之庞大可想而知。
与此同时,这个,,路的回声抵消器还存在着功耗较大的缺点。因为每一个南京,,,,,,,学院 坝, ,, , ,,,究生毕业,仑文
单路回声抵消模块事实上是一个,,,的最小应用系统,在模块内含有了必要的片外,,,、片外,,,以及译码锁存逻,王,,器件等等,使侮通道『 , ,,功耗将近
由于,,部,项目的,,路回声抵消器存在的种种缺陷,使得它不可能投入商用。为了更实用化、小型化、商品化,本实验室进一步提出了几种切实可行的小型化方案。
在陈磊的论文㈣里讨论了几种小型化回声抵消器的方案,分别是专用标准器件,,,,,,,方案、可编程逻辑器件,,,,,,方案、超高速,,,方案和专用集成电路,,,,,,方案。其中前两种方案在处理时延和耗费资源方面存在着较大缺陷,被认为不太适用于回声抵消器。在这里我们只讨论后两种方案。
,,部,的项目中, ,,路数字回声抵消器是用片,,,,,,,,,分别对每一路话音进行处理来完成其主要功能的。 ,,,最高可在,,,, ,,操作下达到,,,,,,
,百万条指令每秒,,在实时处理,,,,尾时延,对应需要,,,阶自适应,,,滤波器,时已经接近其性能界限。因此在探讨回声抵消器的小型化方案时,我们很自然的想到,若有一种性能超过,,,,,,,的强大的,,,处理器,就有可能将,,路回声抵消的任务集成在一片芯片中完成。 ,,公司于,,,,年,月推出的具有,,,,,,,,速度的新一代,, ,,,,定点,,,处理器,,,,,,,,,,就可以完全满足上述要求。
,,,,,,,,,,,,,具有超长的处理能力、易于使刚弄¨价格低廉等优点。它采用,,,,,,,,先进超长指令字,,,,,,结构, ,,,,可以支持在单周期指令期间,多个执行单元以平行工作方式完成乘、加及其他各种逻辑操作。在,,,,,,时钟操作下,,,,的指令周期只有,,,,每周期最多可以并行执行,个,,,,,,指令。在其片内还有,,, ,,,,, ,,,,,,的外部存储器接口可与,,,,,、 ,,,,,,、,,,,和,,,,,连接。该,,,还有,, ,,,,的主机接口、 ,个,,,通道、两个,,,,,,定时器和两个多通道缓冲串口 ,,,,,,,。
,,,,,支持全双工通信,可以和,,,,,成帧器直接连接,这一功能简化了,,路回声抵消器外围电路。 由于采用了超薄,,,脚,,,封装,其体积只有,,, ,,×,,, ,,×,, ,,,,,, 因此用该处理器进行,,路回声抵消器小型化的研究有巨大的实用价值。
图,, ,所示是,,,,, ,,,的内部功能方框图。 ’ ,,,,】是’ ,,,,系列中的第一种器件,它足采用,,,,,,,,,,,,结构的定点,,,。该处理器包括三个主要
部分, ,,,、外设,,,,,,,,,,,,,和存储器,,,,,,,, ,。八个功能单元分成相同的两组并行工作,两组问通过介于,、 ,寄存器组之间的交叉蹄径进行通信。 ,、 ,寄存器组各含有,,个,, ,,,,寄存器。 ,,, ,,,,位宽的程序存储器在每个时钟周期可以提供,个,,,,,,指令。
利用,,,,, ,,,强大的运算功能, 同时结合了,,婚同声抵消器, ,特殊要求,可以设计出系统结构框图如图,, ,所示。
其一,,微控制器主要用来对回声抵汴器进行系统,湓控,它负责初始,, ,系统,井存,初始比完成后用来监控系统中备个模块,还实现人机掺口。使用。片,,,,,南京邮电学院顺士,,,,究生毕业论义
实现,,路语音的回声抵消功能, 同时还包括了,,,一,’建议,,,的非线性处理、单音闭塞,双方通话检测等功能。 ,,,,,与微控制器之问通过主端口 ,,,,,进行通信,与,,成帧器之问使用多通道缓冲串行口 ,,,,,,,直接以,,数据格式连接。
通过对比可以发现,使用,,,叭,,,的回声抵消器的系统结构与原,,部,项目,,路回声抵消器的总体结构类似,整个系统还是山控制、抵消和接口三大模块组成。但是通过使用单片超高速,,,,替代了原有的,,个抵消模块,大大减小了体积、降低了成本, 同时还减小了功耗并增加了系统的稳定性。
经过以上的讨论,可以知道超高速,,,方案是一个切实可行回声抵消方案。通过使用超高速,,,芯片,可以使整个系统的体积缩小到可以商用的程度。与此同时, ,,,方案是一个以软件为主的方案,核心是网声抵消算法的实现,存在很大的灵活性。通过软件升级,可以把回声抵消算法的一些最新研究成果应用到系统中去,从而方便地实现产品升级,延长了产品寿命,这也保证了产品的自主知识产权。
但从另一个方面看, ,,,方案的软件部分是一个庞大而复杂的工程,而,,,,,的主频又比较高,这些都增加了软硬件开发的难度,延长开发周期。
面向特定应用的集成电路,,,,,,技术是目前流行的微电予系统设计技术,是,,。 ,,的主要应用领域之一。 ,,,,方案就是使用号门设计的集成『也蹄实现,,】路回声抵消及其相关控制功能的方案。
,,,,是专为特定应用而设计的集成电路, ,,于它的设计目标集 ,, , 因而能南京,,,,,也学院顺十虹盯究生毕业论文
提口,特别优异的比能。 ,,,,方案与超高速,,,方案的最火区别存, ,使用,,,,芯片可以使,,路回声抵消模块的实现从,,,,最小应用系统级别卜升到芯』 , ‘级别,不仅在价格上更具优势,而且体积更小,可靠性更商。 ,,,,力‘案,, ,,硬件于段代替了软件手段,虽然牺牲了一定的灵活性,但也避, ,, 了繁重的软仆设计任务,节省了软件开发时间。与此同时, ,,,,器件还具有功耗低、处理速度高等优点,单就主频丽言,就比,,,,, ,,,要低一个数量级,大大降低了硬件设计,,,难度。
,,,,方案的系统结构框图如图,, ,所示。可以发现, ,,,,方案的系统框图与,卯方案相比,只是用,,,,器件替代了原有的,,,, ,,发系统,其余部分的功用基本相似。其中微控制器仍然用于对,,,,器件进行系统监控,负责初始化系统,并在初始化完成后监控系统中各个模块, 当考虑一个交换中心机房有更多的,,,基群需要抵消时,多个微控制器有必要与上一级监控系统进行通信。我们将在后面的章节中给出更为完整的系统结构图。
显而易见, ,,,,器件的设计制作乃是整个,,,,方案的关键。 ,,,,设计包括电路级设计和版图设计两个阶段。 电路级设计是指利用电子设计自动化,,,,,工具或者是硬件描述语言,,,,,,等手段设绘出电路原理图,然后就进入了版图设计阶段,将电路设计的结果转换成制作集成电路的掩膜版图。最后的实现则交山半导体厂一商来完成。
然而,开发一个,,,,器件需要设计者具有千,当深入的微电予技术和生产, ,,艺方面的知识,而且一个成熟的开发过程本身还要包括各种各样的电路分析、模拟验证、逻辑仿真等等,初期开发成本很高,丌发周,,】也较长。 冈此在陈磊的论文” ’聃认为这并不适合在现有的实验室软硬什条件下进行硼,究。
在小型化方案确立的最后阶段,事情出现了戏剧性的变化。我们在网卜找到了某著名半导体器件公司推出的一种最新型的回声抵消,,,, ,出” ,随后又在该公司正式网站中找到了这个,,,,,卷片通过了,,,—,,, ,,,协议的测试报告。经过严格的研究论证,考虑到开发周期、成本、可靠性等因素之后,我们觉得以该芯片为基础的回声抵消,,,,方案具有一定的研究价值与市场价值,并最终选定采用,,,,方案。
而方案选取的过程本身也给我们以后开展研究工作积累了宝贵的经验。南京邮电学院硕士研究生毕业论文
在上一章我们已经介绍了,,,,方案的系统结构框图,根据该图可以在一块电路板上设计出满足,,部,项目所要求的,,路回声抵消器。然而本课题的目的已经不再是单纯地追求系统功能的实现,我们要设计出小型化的可以商用的回声抵消设备,还必须考虑到在更大规模下的整体结构、集中监控等问题。图,, ,只是抵消一个,,,基群回声的原理性框图, 当一个交换中心机房里存在多个,,,基群的回声需要抵消时,就必须使用多个这样的单元模块进行切、 同工作,我们把这些单元模块称作回声抵消单元或者回声抵消模块,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,, ,,,的系统结构如图,, ,所示。
,,,实质上是一个特殊的单片机应用系统,其中微控制器,,,,,就是一个单片控制器。 ,,,内部共有三种总线, 内部数据总线,,,,,,,,,, 内部地址总线,,,,,,,, ,,,,和,,, ,,,【 “。,,,通过数据总线和地址总线剥,,,,器件以及两个,,接口芯片进行初始化参数设胃,并通过实时扫描, ,,,测它们的南京邮电学院硕,。研究生毕业论文
工作状态,实现告警、修改参数等功能。 ,,。 ,,,则是,,,,,串行数据流的定时同步信号总线,对于使用,,格式交换数据的芯片来说,这是必需的定时平【 ,同步信号。回声抵消,,,,的,,—,,,定时信号是,而和己丽这两个引胸,输入的,它们由,,接口芯片从输入的,,,,,数据流,,,提取,可以与远端或者是近端,,同步,时序关系如图,,,所示,
当,,,完成对,,,,器件和,,接口芯片的初始化设置之后,两片接口芯片和,,,,器件就构成了可以独立工作的抵消子系统,在正常工作状态下,,,不需要用户去干预。,,,可以通过定期访问抵消子系统里面的寄存器获知其工作状况。一旦抵消予系统出错, ,,,可以及时获得出错信息,然后根据错误的, ,重程度,,,可以选择直接在面板,,,,,,,显示出错信息或者向上级报告出错信息。 向上级告警的通信渠道由背板总线,,,,,,,,,,,,,提供,每块,,,板有一个背板插槽,可以直接插在背板上。每,,块,,,板通过背板与一块系统控制板,,,,,,,,,,,,,, ,,,,进行通信互联,再由系统控制板向监控终端提供人机接口。至此可以得到回声抵消设备的系统结构总图如图,, ,所示。
以下在机箱配置,芯片选取,器件介绍,通信接口应用等方面详细全面,门介绍该回声抵消设备方案。
我们注意到在回声抵消设备的系统结构总图里,每块系统控制板可以控制,,块,,,板。值得一提的是,每块系统控制板可控制的,,,板的数量实际上是由机箱的尺寸决定的。尽管当回声抵消设备进入机房之后也许更多地会安装在标准机架上,但在研发开始阶段,我们先简单的把它安装在一个标准机箱里。而这个机箱及其配置就称为回声抵消设备系统或设备系统,下同,。
一个设备系统由背板、系统控制板、 电源板和,,,板组成,这些电路板均使用标准尺寸。整个系统必须包括电源板、背板和系统控制板,而,,,板的数量则是按需配置的。其中电源板和系统控制板都是,,,备份的,考虑到目前暂时使用的,,,×,,,×,,,,,,机箱里最多可以插,,块电路板,除去两块,乜源板和两块系统控制板,还可以安装,,块,,,板, 因此一个设备系统最多可以完成,,×,,,,,,路语音的回声抵消任务,这就是本论文题目中“,,,路回声抵
背板位于机框的背而,它有三个功能, ,,负责把电源板的,,分配给系统控制板和,,,板, ,,背板上有背板总线,系统控制板通过背板总线控制,,块,,,板, 以及取得这些,,,板的工作状态数据。 ,, 由于所有的予板设计的尺寸都较小,而每一块,,,板都有两对,,,接口,在硬件上就相应有,个接头。 山于安装密度较高, 回声抵消板的面板上没有安装这些接头的空问,所以只能通过背板连接这些,,,接头。
系统控制板是整个设备系统的控制核心,它可以通过背板总线控制每一个信道板, 同时通过标准异步串行接口与监控终端通信。 ,,,路回声抵消只有一块控制板,可见极大地提高了控制板的利用率和性价比。这种控制方式有利于联网管理,控制板,的串口作为向监控终端提供的控制接口具有通用性,可以使用多种联网手段远程连接。只要是硬件上以串行接口作为物理接口都可以,所以更方便维护管理。
