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無線通用遙控設(shè)備實現(xiàn)低功耗DAB接收機的循環(huán)上/斷電方案基于安捷倫VNA網(wǎng)絡(luò)分析儀實現(xiàn)長延時器件的測量|WCDMA向后3G演進中基帶傳輸技術(shù)方便無線LAN用戶，Wi-Fi聯(lián)盟簡化Wi-Fi安全設(shè)置跳頻技術(shù)在GPS移動車輛監(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型射頻識別卡及其應(yīng)用基于GPRS的遠(yuǎn)程心電實時監(jiān)護儀軟件系統(tǒng)設(shè)計|混合傳輸降低無線網(wǎng)絡(luò)傳輸成本|正文：    【摘要】

2、現(xiàn)在，自適應(yīng)回波抵消越來越多地被用來改善通信質(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通話檢測，并對自適應(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 在長途通信及移動通信中，回波是四線長距離傳輸網(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)回波的返回時延超過35 ms時，回波會嚴(yán)重影響通話的正常進行。對于長途通信與移動通信,由于回波的返回時延往往在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的影響

3、，以提高通信質(zhì)量。為控制回波，人們曾提出過“通過網(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)中回波帶來的問題,逐漸被淘汰。后來，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，來自遠(yuǎn)端的話音信號X經(jīng)過二四線轉(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，對通信造成影響?；夭ǖ窒夹g(shù)的基本思想是通過一個線性濾波器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又通過一個自適應(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)算法對回波抵消器性能的好壞起著決定性的作用。人們針對回波抵消算法進行了理論上和實踐方面的探討,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，適用于不同場合。自適應(yīng)算法的衡量標(biāo)準(zhǔn)通常有三個：精度、收斂速度和計算量，有時還考慮魯棒性。 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)算法是最簡單、應(yīng)用最廣泛的自適應(yīng)算法之一。LMS算法通過自適應(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.事實上，LMS算法是依據(jù)最陡梯度法來更新濾波器系數(shù)hk的，用算術(shù)矢量形式表示為:由于hE(e2k）很難實際計算出來，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算法易于實現(xiàn)，同時，算法對有限寄存器長度造成的實現(xiàn)誤差不敏感，因此LMS算法對于實際應(yīng)用來說具有

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.在實際應(yīng)用中，輸入信號往往是語音，而語音的特征值分布相對分散,因此LMS的收斂速度較慢,于是又出現(xiàn)了很多改進算法,比如滑動窗LMS算法，時域去相關(guān)LMS算法（DLMS）,NLMS算法，符號誤差算法等等。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，計算量和基本LMS算法相當(dāng)。由于NLMS算法相對簡單，容易實現(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Xk，因此

7、梯度的估計誤差會隨著Xk幅度的增加而增加。為避免這一問題，可以將收斂因子相對于Xk的短時平均能量Xk2進行歸一化，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的特征值無關(guān),同時,當(dāng)輸入信號為語音時，NLMS算法比LMS算法的收斂速率快，而且魯棒性更好.另外，在計算量方面，NLMS算法的計算量與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刻的抽頭參量等作該時刻數(shù)據(jù)塊估計時的平方誤差均方最小的準(zhǔn)則,而未用現(xiàn)時刻的抽頭參量等來對以往各時刻的數(shù)據(jù)

8、塊作重新估計后的累計平方誤差最小的準(zhǔn)則，所以LMS算法對非平穩(wěn)信號的適應(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時刻對所有已輸入信號而言重估的平方誤差的加權(quán)和最小，這使得RLS算法對非平穩(wěn)信號的適應(yīng)性要好。與LMS算法相比，RLS算法采用時間平均，因此,所得出的最優(yōu)濾波器依賴于用于計算平均值的樣本數(shù)，而LMS（NLMS）算法是基于集平均而設(shè)計的,因此穩(wěn)定環(huán)境下LMS(NLMS）算法在不同計算條件下的結(jié)果是一致的.在性能方面，RLS的收斂與E(Xk·XTk)的特征值無關(guān)，同時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。然而，魯棒

9、性或有限精度問題卻給RLS算法的有效性帶來很大的問題: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算法計算量很大,基本是LMS算法的計算量的平方。以上缺點，使RLS算法并不適合語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,但計算量和LMS相當(dāng),詳見文獻(xiàn)1?？焖僮赃m應(yīng)濾波對各種通信，特別是信道辨識、線性預(yù)測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,因此在理論和實用上都對域變換自適應(yīng)算法進行了研究。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)于或等于時域LMS算法，而且對于某些信號，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的增強等方面有良好的應(yīng)用。4雙方同時說話（DT）回波路徑跳變（EPC）檢測與控制方法 文檔為個人收集整理,來源于網(wǎng)絡(luò)本文為互聯(lián)網(wǎng)收集,請勿用作商業(yè)用途在語音通信中，有兩種突變的情形影響到自適應(yīng)回波抵消的正常運行。一種情形是通話的雙方同時說話（DT）.當(dāng)通話的雙方同時說話時，若回波抵消設(shè)備不及時檢測這種情況并適時抑制濾波器的迭代，則自適應(yīng)

11、濾波器會把近端的話音當(dāng)作回波進行抵消,最終可能導(dǎo)致回波抵消設(shè)備的橫向濾波器的系數(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方或多方以電話會議的形式插入，或正在進行電話會議的一方或多方退出電話會議時，都會導(dǎo)致回波路徑g的突變。當(dāng)這種情形發(fā)生時，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造成的突發(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?；诒容^電平的方法中最典型的檢測方法是Geigel算法。Geigel算法通過比較Xk與dk電平的大小，來判斷是否出現(xiàn)DT。當(dāng)dk的幅度比Xk的幅度大6dB時，Geigel算法認(rèn)為出現(xiàn)了DT。Geigel算法最大的優(yōu)點是簡單高效,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出現(xiàn)DT的誤檢測現(xiàn)象:首先，當(dāng)近端存在噪音，同時回波路徑損耗較小時，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，dk的電平可能不滿足比Xk大6dB的條件,此時會出現(xiàn)DT的漏警現(xiàn)象?；谙嚓P(guān)性的方法的特點是通過計算與比較回波參考dk與遠(yuǎn)端話

13、音信號Xk或回波參考dk與yk的相關(guān)性，來判斷或區(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缺點：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，而實驗表明，dk與Xk或dk與yk在某些時刻會出現(xiàn)很強的相關(guān)性,因此這些方法常?？赡軐?dǎo)致誤檢測現(xiàn)象；其次，在實際計算互相關(guān)性時，往往需要用時間平均來估計相關(guān)值，這使人們難以找到一個合適的門限值檢測與區(qū)分DT或EPC；最后，一些基于相關(guān)性的檢測方法并沒有考慮近端噪聲的影響，因此這些方法在出現(xiàn)近端噪聲時根本無法有效地區(qū)分DT或EPC來。因此,基于相關(guān)性的DT或EPC檢測與控

14、制方法要得到實用還要進行適當(dāng)?shù)母倪M。目前，人們?nèi)栽诓粩嗟胤e極探索更為有效的DT及EPC檢測與控制的方法.5其它相關(guān)技術(shù) 文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)個人收集整理,勿做商業(yè)用途隨著長途通信和移動通信的迅猛發(fā)展，回波抵消技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。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為例簡單介紹與回波抵消相關(guān)的技術(shù)。MT9123是MITEL公司開發(fā)的用于話音頻帶進行回波抵消的符合

15、ITUTG165標(biāo)準(zhǔn)的回波抵消芯片,功能很強大，主要特征有：（1）線路回波抵消;（2)聽覺回波抵消；（3）噪聲的補償；（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。人們在使用無線電話或免提電話時，從聽筒或揚聲器傳出的話音會有一部分經(jīng)反射(或耦合）后重新經(jīng)過話筒或麥克風(fēng)返回到話路中，這部分回波，稱為聽覺回波，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,噪聲補償功能將根據(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)境下也能進行正常的通信。同時，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)端傳來的噪聲。在線路回波抵消后,總會有少量的殘余回波，MT9123采用一個非線性處理器來消除殘余回波，但是這也同時降低了背景噪聲；有時線路的短暫中斷，也會使背景噪聲明顯降45低.這些都可能被人耳感覺到。為了使通話者不會感覺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，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,保證了信號的連續(xù)性。MT9123芯片包含兩個獨立的回波抵消器(A和B），每個抵消器中采用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，兩個回波抵消器可同時提供64 ms的回波抵消；在BacktoBack下，兩個回波抵消器在同一信道中分別抵消來自不同方向的回波；在Extended Delay下，兩個回波抵消器級聯(lián)成一個128 ms的回波抵消器。它還具有DTEPC檢測功能.內(nèi)置的PCM編碼器使得它可以處理模擬信號。同時帶有與Motorola,National和Intel微控制器相適應(yīng)的串行控制接口。6結(jié)束語 文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途隨著人們對通信服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高，回波抵消日益受到重視。尋找收斂速度快、精度高、計算量小、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)、聽覺回波控制技術(shù)、噪聲補償與噪聲抑制技術(shù)等等。如何進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