回波抵消器

回波按照其產生機理可以分為電回波和聲回波兩種類型。下面我們分別介紹其產生機理 ^[1]  。

電回波常見於公共電話網(PSTN)中。公共電話網中，用户和交換機之間的連接是2線制的。而為了便於放大和傳輸信號，交換機之間的連接採用4線制，即用兩根線傳輸接收信號，另外兩根傳輸發送信號。為了實現2線制和4線制之間的轉換，人們設計了2/4線轉換器(Hybrid)的裝置。如圖1所示。

理想情況下，混合變換器會把遠端用户的信號完全傳送到近端用户，但在實際中，由於存在阻抗不匹配等原因，遠端信號通過混合線圈時，總會產生一定的泄漏。這部分“泄漏”的信號，又傳回遠端，這樣遠端用户就聽到了自己的聲音，這就是電回波。如圖2所示。通常，混合變換器的泄漏通路是線性的。圖2中虛線表示回波信號，左邊產生的回波被送回本地用户，稱為本地回波。右邊的回波被送回遠端用户，稱為遠端回波。本文實現了應用於PSTN中能消除遠端回波的電回波抵消器。所以下文中提到的回波都是指因為2/4線轉換器阻抗不匹配而產生的遠端回波。

在電話系統中，特別是在免提狀態下，還存在聲回波。聲回波的產生機理如圖3所示。

遠端信號通過本地揚聲器放出的聲音，經過外部聲學系統後，又傳回到話筒上，和本地用户聲音信號一起，通過混合變換器傳回遠端用户，形成聲回波。這種由於揚聲器與麥克風之間的聲學耦合引起的聲回波，易受到多種環境因素的影響。

回波抵消這個課題從貝爾發明電話起就成為科學家和技術專家們要解決的問題之一。電話發明初，由於通話距離一般很短，故回波危害並不嚴重；但隨着電子革命時代的來臨，電話在人們生活中扮演着越來越重要的角色，通話的距離也越來越長，從國內長途到國際長途，近年來的無線接入網，衞星網等廣泛使用更使信號延遲大大增加，從而回波現象也就更加嚴重。回波消除的好壞已成為世界各大通訊公司產品質量競爭的一個重要指標，這種市場需求反過來大大促進了回波抵消技術的發展。

二十世紀六十年代以前，由於技術及客觀條件的限制，人們只能採用回波抑制器來實現回波抵消。回波抑制器其實就是在從近端到遠端的話路中設置一個開關。當檢測到只有遠端用户在講話時，開關斷開，於是任何信號都無法傳回遠端，自然也就沒有回波了；當只有近端用户講話時，開關合上，於是近端用户的話音可以毫不受損地傳回遠端。但當遠端和近端用户同時講話時，回波抑制器就無能為力了。所以安裝回波抑制器的電話系統只能工作在半雙工狀態，這種限制顯然不能令客户滿意。六十年代後，以自適應理論為先導，DSP技術為基礎的回波抵消器的廣泛應用，使人們有可能以較低廉的成本享受到真正的雙全工，無回波的電話服務。

國外對回波抵消算法的研究已經有四十多年的歷史，已提出多種自適應回波抵消方法，如基於LMS算法，基於RLS算法，基於AffineProjection算法等，而且研究的範圍也較廣，不只限於電學回波，在聲學回波，會議電視，及全雙工數據通訊中的回波等方面也有較深入的研究。而國內回波抵消的研究起步較晚，這是與受我國過去電信技術落後，電信設備主要依賴進口相聯繫的。但近年來，隨着我國通訊技術的發展，這方面的研究工作已顯得日益緊迫，已有清華大學，北京郵電大學，華南理工大學，大連理工大學等學校開展了這方面的研究，並且已有若干成果接近世界先進水平。

一個電回波抵消器的結構框圖如圖4所示，各模塊功能如下 ^[1]  ：

圖4中各個符號的含義如下：

根據圖4，回波抵消的基本原理如下：

遠端來的信號Rin經過混合線圈形成回波G。回波G，近端聲音信號s和近端背景噪聲Ⅳ混合形成Sin，即

Sin=G+S+N

遠端信號Rin作為自適應濾波器的輸入，通過自適應濾波器形成模擬回波信號g，用Sin減去島得到要傳向遠端的信號Sout，即

Sour=Sin-g=G+S+N-g

當自適應濾波器的單位脈衝響應w能很好地模擬回波通道的傳遞函數H，剩餘的回波信號e=G-g很小，從而有

Sout≈S+N

此時回波G被抵消。