回波抵消器

回波抵消器（echo canceller）是一種將去程信道與返程信道的信號作比較，產生回波信號的“複製品”，從而達到消除回波效果的回波抑制器。

中文名稱	回波抵消器
英文名稱	echo canceller
定　　義	將去程信道與返程信道的信號作比較，產生回波信號的“複製品”，從而達到消除回波效果的回波抑制器。
套用學科	通信科技（一級學科），通信原理與基本技術（二級學科）

基本介紹

• 中文名：回波抵消器
• 外文名：echo canceller

回波產生原因

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。

電回波的產生

電回波常見於公共電話網(PSTN)中。公共電話網中，用戶和交換機之間的連線是2線制的。而為了便於放大和傳輸信號，交換機之間的連線採用4線制，即用兩根線傳輸接收信號，另外兩根傳輸傳送信號。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。如圖所示。

2/4線轉換器在PSTN的位置

理想情況下，混合變換器會把遠端用戶的信號完全傳送到近端用戶，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，這樣遠端用戶就聽到了自己的聲音，這就是電回波。如圖所示。通常，混合變換器的泄漏通路是線性的。圖中虛線表示回波信號，左邊產生的回波被送回本地用戶，稱為本地回波。右邊的回波被送回遠端用戶，稱為遠端回波。本文實現了套用於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。

聲回波的產生

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，和本地用戶聲音信號一起，通過混合變換器傳回遠端用戶，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。

回波抵消研究歷史

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；但隨著電子革命時代的來臨，電話在人們生活中扮演著越來越重要的角色，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，衛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。回波消除的好壞目前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定一個開關。當檢測到只有遠端用戶在講話時，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；當只有近端用戶講話時，開關合上，於是近端用戶的話音可以毫不受損地傳回遠端。但當遠端和近端用戶同時講話時，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戶滿意。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套用，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，目前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，隨著我國通訊技術的發展，這方面的研究工作已顯得日益緊迫，目前已有清華大學，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。

回波抵消器的基本原理

一個電回波抵消器的結構框圖如圖所示，各模組功能如下：

1. 自適應濾波器(AdaptiveFilter)：用自適應濾波器產生一個與真實回波類似的模擬回波，真實回波與模擬回波相減後，可大幅度地降低傳回遠端的回波電平。用這種方法抵消回波對近端信號幾乎沒有損害。
2. 遠端信號檢測器FD(FarDctector)：當遠端信號功率較小時，易導致自適應濾波器發散。因此，回波消除器需要具有遠端信號檢測的功能，以確保遠端信號功率滿足自適應算法的要求時，才迸行濾波器權係數調整。
3. 雙講檢測器DTD(DoubleTalkDetector)：當兩端都有信號時，自適應濾波器單位脈衝回響調整所用的誤差信號不再僅僅是抵消後的殘留回波，還包括近端用戶語音信號，這時應暫停自適應濾波器的調整，否則易引起自適應濾波器誤調，甚至導致算法發散。因此，回波抵消器需要具有雙講檢測功能，以確保自適應濾波器的正常工作。
4. 非線性處理器NLP(NonlinearProcessor)：回波抵消器由於種種原因不能將回波信號完全抵消，即存在殘留回波，為提高回波抵消器性能，在殘留回波功率小到一定程度後，對其進行某種非線性處理，可以進一步減小殘留回波功率。
5. 舒適噪聲產塵器(ComfortNoiseGenerator)：對殘留回波進行非線性處理後，常常給遠端昕者一種完全寂靜的感覺，遠端聽者會誤認為對方已經掛機或者斷線了。為避免這種情況發生後，需要給遠端聽者提供一個與近端背景噪聲電平相匹配的噪聲，該噪聲稱為舒適噪聲。

上圖中各個符號的含義如下：

• Rin：從遠端束的信號，其離散採樣值為x(n)；
• Rout：傳向近端的信號；
• Sin：從近端來的信號，其離散採樣值為y(n)；
• Sout：傳向遠端的信號；
• H：脅混合線圈的單位脈衝回響；
• G：遠端信號經過混合線圈後產生的回波，其離散採樣值為d(n)；
• S：近端用戶語音信號，其離散採樣值為s(n)；
• N：近端背景噪聲，其離散採樣值為n(n)；
• W：自適應濾波器的單位脈衝回響；
• g：自適應濾波器產生的模擬回波，其離散採樣值為z(n)；
• e：抵消後的殘留回波，其離散採樣值為e(n)。

根據圖，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回響w能很好地模擬回波通道的傳遞函式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。