通信中的自適應(yīng)回波抵消及其相關(guān)技術(shù).doc

1、通信中的自適應(yīng)回波抵消及其相關(guān)技術(shù)作者：dianzi9 來(lái)源：電子技術(shù)交流網(wǎng) 字體:大 中 小 在百度搜索相關(guān)內(nèi)容編輯導(dǎo)讀:基于ST20P18的433MHz無(wú)線通用遙控設(shè)備實(shí)現(xiàn)低功耗DAB接收機(jī)的循環(huán)上/斷電方案基于安捷倫VNA網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)延時(shí)器件的測(cè)量|WCDMA向后3G演進(jìn)中基帶傳輸技術(shù)方便無(wú)線LAN用戶，Wi-Fi聯(lián)盟簡(jiǎn)化Wi-Fi安全設(shè)置跳頻技術(shù)在GPS移動(dòng)車輛監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用|磐儀科技車載GPS系統(tǒng)解決方案AT88RF020型射頻識(shí)別卡及其應(yīng)用基于GPRS的遠(yuǎn)程心電實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)儀軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)|混合傳輸降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸成本|正文：    【摘要】

2、現(xiàn)在，自適應(yīng)回波抵消越來(lái)越多地被用來(lái)改善通信質(zhì)量.本文介紹、比較了自適應(yīng)回波抵消的關(guān)鍵技術(shù)-回波抵消算法和雙方同時(shí)通話檢測(cè)，并對(duì)自適應(yīng)回波抵消芯片中采用的其它相關(guān)技術(shù)作了介紹。  關(guān)鍵詞:回波抵消自適應(yīng)濾波雙方同時(shí)通話回波路徑跳變二四線轉(zhuǎn)換回波抵消芯片 1引言 在長(zhǎng)途通信及移動(dòng)通信中，回波是四線長(zhǎng)距離傳輸網(wǎng)絡(luò)與二線本地用戶線之間完成轉(zhuǎn)換功能的設(shè)備-二四線轉(zhuǎn)換設(shè)備的直接產(chǎn)物.在電話網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)回波的返回時(shí)延超過(guò)35 ms時(shí)，回波會(huì)嚴(yán)重影響通話的正常進(jìn)行。對(duì)于長(zhǎng)途通信與移動(dòng)通信,由于回波的返回時(shí)延往往在35 ms以上，甚至可能達(dá)到幾百毫秒,因此應(yīng)該采取相應(yīng)的措施有效控制回波給通信帶來(lái)的影響

3、，以提高通信質(zhì)量。為控制回波，人們?cè)岢鲞^(guò)“通過(guò)網(wǎng)絡(luò)衰減”及“回波抑制”等技術(shù)，但這些技術(shù)都不能有效地解決通信網(wǎng)絡(luò)中回波帶來(lái)的問(wèn)題,逐漸被淘汰。后來(lái)，回波抵消技術(shù)的基本思想提出后,得到許多學(xué)者與工程技術(shù)人員的重視，人們就其中的若干關(guān)鍵技術(shù)提出了各種不同的算法，并得到了實(shí)用化.2回波抵消技術(shù)的基本原理 如圖1所示，理想情況下，來(lái)自遠(yuǎn)端的話音信號(hào)X經(jīng)過(guò)二四線轉(zhuǎn)換器g完全匹配后完全被近端接收器所接收;但是由于二四線轉(zhuǎn)換器g很難做到完全匹配（即理想情況），總有一部分信號(hào)被遺漏，形成回波Yk，它與近端話音nk一起被發(fā)送到遠(yuǎn)端，對(duì)通信造成影響?；夭ǖ窒夹g(shù)的基本思想是通過(guò)一個(gè)線性濾波器hk自適應(yīng)地逼近二四

4、線轉(zhuǎn)換器g所產(chǎn)生的回波yk,然后回波參考值dk被回波的估計(jì)值相減，從而達(dá)到抵消回波yk的目的。輸出的殘余回波ek又通過(guò)一個(gè)自適應(yīng)算法（一般采用迭代的方式）反饋控制hk的變化，使hk朝著使ek減小的方向改變。自適應(yīng)算法對(duì)回波抵消器性能的好壞起著決定性的作用。人們針對(duì)回波抵消算法進(jìn)行了理論上和實(shí)踐方面的探討,提出了LMS算法、RLS算法、均方Kalman算法等多種算法，這些算法在性能上各有優(yōu)劣，適用于不同場(chǎng)合。自適應(yīng)算法的衡量標(biāo)準(zhǔn)通常有三個(gè)：精度、收斂速度和計(jì)算量，有時(shí)還考慮魯棒性。 3幾種自適應(yīng)算法及其比較 依據(jù)采用的標(biāo)準(zhǔn)，可以將自適應(yīng)算法歸為兩類：誤差和最小的算法。  &#

5、160; （1)LMS算法最小均方誤差(LMS)算法是最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣泛的自適應(yīng)算法之一。LMS算法通過(guò)自適應(yīng)調(diào)節(jié)hk,使得殘余回波或平方誤差的期望值達(dá)到最小.事實(shí)上，LMS算法是依據(jù)最陡梯度法來(lái)更新濾波器系數(shù)hk的，用算術(shù)矢量形式表示為:由于hE(e2k）很難實(shí)際計(jì)算出來(lái)，因此在LMS算法中。平方誤差的期望值被瞬間值所取代，即:將式（1)與式（2）結(jié)合在一起,于是LMS算法可表達(dá)如下：  為確保收斂，收斂因子應(yīng)滿足02max（max是E(Xk·XTk）的最大特征值）.由于LMS算法易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，算法對(duì)有限寄存器長(zhǎng)度造成的實(shí)現(xiàn)誤差不敏感，因此LMS算法對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)具有

6、相當(dāng)?shù)奈?。然而LMS算法的收斂速率依賴于E（Xk·XTk）特征值的發(fā)散程度.在實(shí)際應(yīng)用中，輸入信號(hào)往往是語(yǔ)音，而語(yǔ)音的特征值分布相對(duì)分散,因此LMS的收斂速度較慢,于是又出現(xiàn)了很多改進(jìn)算法,比如滑動(dòng)窗LMS算法，時(shí)域去相關(guān)LMS算法（DLMS）,NLMS算法，符號(hào)誤差算法等等。這些算法比基本的LMS算法在精度和收斂速度上有明顯的改進(jìn)，計(jì)算量和基本LMS算法相當(dāng)。由于NLMS算法相對(duì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，因此應(yīng)用更廣泛。   (2）NLMS算法NLMS算法中,hk的變化由·ek·Xk確定。由于·ek·Xk正比于輸入信號(hào)Xk，因此

7、梯度的估計(jì)誤差會(huì)隨著Xk幅度的增加而增加。為避免這一問(wèn)題，可以將收斂因子相對(duì)于Xk的短時(shí)平均能量Xk2進(jìn)行歸一化，由此便得到歸一化的最小均方誤差(NLMS）算法： 式中，為確保收斂，應(yīng)滿足02.與LMS不同，NLMS的收斂條件與輸入信號(hào)的特征值無(wú)關(guān),同時(shí),當(dāng)輸入信號(hào)為語(yǔ)音時(shí)，NLMS算法比LMS算法的收斂速率快，而且魯棒性更好.另外，在計(jì)算量方面，NLMS算法的計(jì)算量與LMS相當(dāng).因此，NLMS算法比LMS算法應(yīng)用更廣泛。   （3）RLS算法由于LMS算法只是用以前各時(shí)刻的抽頭參量等作該時(shí)刻數(shù)據(jù)塊估計(jì)時(shí)的平方誤差均方最小的準(zhǔn)則,而未用現(xiàn)時(shí)刻的抽頭參量等來(lái)對(duì)以往各時(shí)刻的數(shù)據(jù)

8、塊作重新估計(jì)后的累計(jì)平方誤差最小的準(zhǔn)則，所以LMS算法對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)的適應(yīng)性差。遞歸式最小均方（RLS）算法的基本思想是力圖使在每個(gè)時(shí)刻對(duì)所有已輸入信號(hào)而言重估的平方誤差的加權(quán)和最小，這使得RLS算法對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)的適應(yīng)性要好。與LMS算法相比，RLS算法采用時(shí)間平均，因此,所得出的最優(yōu)濾波器依賴于用于計(jì)算平均值的樣本數(shù)，而LMS（NLMS）算法是基于集平均而設(shè)計(jì)的,因此穩(wěn)定環(huán)境下LMS(NLMS）算法在不同計(jì)算條件下的結(jié)果是一致的.在性能方面，RLS的收斂與E(Xk·XTk)的特征值無(wú)關(guān)，同時(shí)RLS的收斂速率比LMS（NLMS）要快得多，因此，RLS在收斂速率方面有很大優(yōu)勢(shì)。然而，魯棒

9、性或有限精度問(wèn)題卻給RLS算法的有效性帶來(lái)很大的問(wèn)題:一方面，橫向RLS算法往往不穩(wěn)定,魯棒性很差，另一方面，格狀RLS算法計(jì)算量很大,基本是LMS算法的計(jì)算量的平方。以上缺點(diǎn)，使RLS算法并不適合語(yǔ)音通信中的回波抵消。還有一種快速橫向自適應(yīng)濾波（FTF）算法，和RLS基于同樣的準(zhǔn)則,但計(jì)算量和LMS相當(dāng),詳見(jiàn)文獻(xiàn)1?？焖僮赃m應(yīng)濾波對(duì)各種通信，特別是信道辨識(shí)、線性預(yù)測(cè)以及信道均衡日趨重要，因此將域變換用到自適應(yīng)濾波能夠加速收斂,因此在理論和實(shí)用上都對(duì)域變換自適應(yīng)算法進(jìn)行了研究。常用的域變換法主要有離散傅里葉變換（DFT或FFT），離散余弦正弦變換(DCTDST），Walsh變換（WT）,近來(lái)正

10、在研究小波變換在自適應(yīng)濾波中應(yīng)用。從得到的實(shí)際效果看，所有正交變換自適應(yīng)算法的收斂速度都優(yōu)于或等于時(shí)域LMS算法，而且對(duì)于某些信號(hào)，如果它在某變換域中的“譜"集中，那么用此種域變換的自適應(yīng)算法收斂效果就越好.因此域變換自適應(yīng)算法在抑制窄帶干擾和寬帶信號(hào)的增強(qiáng)等方面有良好的應(yīng)用。4雙方同時(shí)說(shuō)話（DT）回波路徑跳變（EPC）檢測(cè)與控制方法 文檔為個(gè)人收集整理,來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)本文為互聯(lián)網(wǎng)收集,請(qǐng)勿用作商業(yè)用途在語(yǔ)音通信中，有兩種突變的情形影響到自適應(yīng)回波抵消的正常運(yùn)行。一種情形是通話的雙方同時(shí)說(shuō)話（DT）.當(dāng)通話的雙方同時(shí)說(shuō)話時(shí)，若回波抵消設(shè)備不及時(shí)檢測(cè)這種情況并適時(shí)抑制濾波器的迭代，則自適應(yīng)

11、濾波器會(huì)把近端的話音當(dāng)作回波進(jìn)行抵消,最終可能導(dǎo)致回波抵消設(shè)備的橫向?yàn)V波器的系數(shù)發(fā)散，導(dǎo)致回波抵消失敗。另一種突變情形是回波路徑跳變（EPC，即濾波器g突變）。當(dāng)話路被一次新的通話所占用，或雙方在一條話路上通話，第3方或多方以電話會(huì)議的形式插入，或正在進(jìn)行電話會(huì)議的一方或多方退出電話會(huì)議時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致回波路徑g的突變。當(dāng)這種情形發(fā)生時(shí)，回波抵消設(shè)備應(yīng)迅速提高收斂速率，以便回波抵消設(shè)備盡快抵消由這種路徑突變?cè)斐傻耐话l(fā)回波，并重新收斂到新的穩(wěn)定狀態(tài)上.因此，當(dāng)確定好自適應(yīng)回波抵消算法后，DT和EPC的檢測(cè)與控制便是關(guān)系到回波抵消器性能好壞的關(guān)鍵。目前，DTEPC檢測(cè)與控制的方法主要可分為兩類.一類是

12、比較電平的方法，另一類是基于相關(guān)性的方法。基于比較電平的方法中最典型的檢測(cè)方法是Geigel算法。Geigel算法通過(guò)比較Xk與dk電平的大小，來(lái)判斷是否出現(xiàn)DT。當(dāng)dk的幅度比Xk的幅度大6dB時(shí)，Geigel算法認(rèn)為出現(xiàn)了DT。Geigel算法最大的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單高效,因而得到了廣泛的應(yīng)用。然而Geigel算法在以下兩種情況下會(huì)出現(xiàn)DT的誤檢測(cè)現(xiàn)象:首先，當(dāng)近端存在噪音，同時(shí)回波路徑損耗較小時(shí)，有可能出現(xiàn)DT的虛警現(xiàn)象；其次,當(dāng)近端話音的電平較低，且回波路徑損耗較大時(shí)，dk的電平可能不滿足比Xk大6dB的條件,此時(shí)會(huì)出現(xiàn)DT的漏警現(xiàn)象。基于相關(guān)性的方法的特點(diǎn)是通過(guò)計(jì)算與比較回波參考dk與遠(yuǎn)端話

13、音信號(hào)Xk或回波參考dk與yk的相關(guān)性，來(lái)判斷或區(qū)分是否出現(xiàn)DT或EPC。與比較電平的方法相比，基于相關(guān)性的方法對(duì)回波路徑損耗并不敏感，基于相關(guān)性的方法存在以下三個(gè)缺點(diǎn)：首先，這類方法往往假設(shè)dk與Xk或dk與yk不存在相關(guān)性，而實(shí)驗(yàn)表明，dk與Xk或dk與yk在某些時(shí)刻會(huì)出現(xiàn)很強(qiáng)的相關(guān)性,因此這些方法常?？赡軐?dǎo)致誤檢測(cè)現(xiàn)象；其次，在實(shí)際計(jì)算互相關(guān)性時(shí)，往往需要用時(shí)間平均來(lái)估計(jì)相關(guān)值，這使人們難以找到一個(gè)合適的門限值檢測(cè)與區(qū)分DT或EPC；最后，一些基于相關(guān)性的檢測(cè)方法并沒(méi)有考慮近端噪聲的影響，因此這些方法在出現(xiàn)近端噪聲時(shí)根本無(wú)法有效地區(qū)分DT或EPC來(lái)。因此,基于相關(guān)性的DT或EPC檢測(cè)與控

14、制方法要得到實(shí)用還要進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。目前，人們?nèi)栽诓粩嗟胤e極探索更為有效的DT及EPC檢測(cè)與控制的方法.5其它相關(guān)技術(shù) 文檔為個(gè)人收集整理，來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)個(gè)人收集整理,勿做商業(yè)用途隨著長(zhǎng)途通信和移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展，回波抵消技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。很多廠家推出了專用于回波抵消的芯片，而且新一代的數(shù)字回波抵消芯片不僅提高了回波抵消效果，而且還采用了一些技術(shù)，增加了很多附加功能。MITEL公司研制的MT9122和MT9123就是兩款性能很好的回波抵消芯片，MT9122和MT9123差不多，下面就以MT9123為例簡(jiǎn)單介紹與回波抵消相關(guān)的技術(shù)。MT9123是MITEL公司開(kāi)發(fā)的用于話音頻帶進(jìn)行回波抵消的符合

15、ITUTG165標(biāo)準(zhǔn)的回波抵消芯片,功能很強(qiáng)大，主要特征有：（1）線路回波抵消;（2)聽(tīng)覺(jué)回波抵消；（3）噪聲的補(bǔ)償；（4）噪聲的抑制；（5）舒適噪聲的產(chǎn)生。其中（1)是它的基本功能,線路回波就是二四線轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的回波；（2）（5）是為提高通話質(zhì)量而增加的功能。人們?cè)谑褂脽o(wú)線電話或免提電話時(shí)，從聽(tīng)筒或揚(yáng)聲器傳出的話音會(huì)有一部分經(jīng)反射(或耦合）后重新經(jīng)過(guò)話筒或麥克風(fēng)返回到話路中，這部分回波，稱為聽(tīng)覺(jué)回波，它和線路回波一樣需要抵消掉；(3)、(4）主要是為了提高信噪比。當(dāng)遠(yuǎn)端的用戶在背景噪聲下通話時(shí),噪聲補(bǔ)償功能將根據(jù)背景噪聲的大小，自適應(yīng)地提高或降低所收到的近端話音音量，從而保證了遠(yuǎn)端用戶即使

16、在嘈雜的噪聲環(huán)境下也能進(jìn)行正常的通信。同時(shí)，為使近端的用戶免受噪聲的干擾，噪聲抑制功能可以有效抑制從遠(yuǎn)端傳來(lái)的噪聲。在線路回波抵消后,總會(huì)有少量的殘余回波，MT9123采用一個(gè)非線性處理器來(lái)消除殘余回波，但是這也同時(shí)降低了背景噪聲；有時(shí)線路的短暫中斷，也會(huì)使背景噪聲明顯降45低.這些都可能被人耳感覺(jué)到。為了使通話者不會(huì)感覺(jué)到背景噪聲的明顯降低，需要插入一種類似于背景噪聲的信號(hào)，即舒適噪聲.這種功能能夠在背景噪聲明顯降低的情況下繼續(xù)傳輸較低電平的背景聲音,保證了信號(hào)的連續(xù)性。MT9123芯片包含兩個(gè)獨(dú)立的回波抵消器(A和B），每個(gè)抵消器中采用1 024階的FIR濾波器。它們有三種不同的配置方式:

17、Normal、BacktoBack和Extended Delay.在Normal下，兩個(gè)回波抵消器可同時(shí)提供64 ms的回波抵消；在BacktoBack下，兩個(gè)回波抵消器在同一信道中分別抵消來(lái)自不同方向的回波；在Extended Delay下，兩個(gè)回波抵消器級(jí)聯(lián)成一個(gè)128 ms的回波抵消器。它還具有DTEPC檢測(cè)功能.內(nèi)置的PCM編碼器使得它可以處理模擬信號(hào)。同時(shí)帶有與Motorola,National和Intel微控制器相適應(yīng)的串行控制接口。6結(jié)束語(yǔ) 文檔為個(gè)人收集整理，來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請(qǐng)勿用作商業(yè)用途隨著人們對(duì)通信服務(wù)質(zhì)量的要求越來(lái)越高，回波抵消日益受到重視。尋找收斂速度快、精度高、計(jì)算量小、魯棒性好的回波抵消算法仍將是回波抵消研究的方向之一。除基本的自適應(yīng)濾波技術(shù)和DTEPC外，回波抵消中普遍采用的技術(shù)還包括非線性處理技術(shù)、噪聲匹配技術(shù)、聽(tīng)覺(jué)回波控制技術(shù)、噪聲補(bǔ)償與噪聲抑制技術(shù)等等。如何進(jìn)一步革新與完善上述技術(shù)，并適應(yīng)現(xiàn)代通信由窄帶向?qū)拵Х较虬l(fā)展的需要，這也是回波抵消技術(shù)追求的目標(biāo)。參考文獻(xiàn) 1陳尚勤,李曉峰快速自適應(yīng)信息處理M北京：人民郵電出版社，19932Simon HaykinADAPTIVEF