CN101895488A - 无线通信中回波消除系统中误差信号的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开无线通信中回波消除系统中误差信号的计算方法，所述计算方法包括以下步骤：1)系统启动时，接收和保存原始信号和接收信号；2)向外发送训练序列，同时做回波信道特性的估计和估计出回波信道的延时；3)滤波器将训练序列转化为回波估计信号，再用误差信号模块进行误差计算得到误差信号；4)判断误差信号是否收敛到最小值，当收敛到最小值，将系统切换到正常模式；5)系统切换至正常模式后，停止更新滤波器系数，将接收信号和回波信号调整成相同的相位，再将调整后的接收信号减去调整后的回波信号得到有用信号，系统向外发送有用信号。采用本发明的计算方法，可得到更单纯的有用信号；同时，由于不需对接收信号进行功率的检测，可减小硬件成本和提高系统的稳定性。

Description

无线通信中回波消除系统中误差信号的计算方法

技术领域 本发明涉及无线通信领域，尤其是涉及无线通信中回波消除系统中误差信号的计算方法。

背景技术 在同频直放站中，施主天线从空中接收的信号时，将不可避免的同时接收一些同频的干扰信号。这些干扰信号主要来自于重发天线的覆盖信号，在天线隔离度不够的情况下，这些覆盖信号反馈到施主天线端而造成干扰乃至形成自激。发生自激后，信号波形质量变差，严重影响通话质量，并产生掉话现象。此外，受到远近建筑物或树木车辆等的反射作用，对信号形成多径干扰。这些与基站信号同频率的干扰是无法通过常规的无源射频滤波器在频域上进行解决。如果仅通过物理隔离来防止自激，会增加工程难度和成本。而回波干扰消除系统ICS(Interference Cancellation System)技术可以很好的解决这一问题。

现有回波干扰消除系统方案中，通过比较接收信号和有用信号的功率来判断回波是否去除干净，当回波信号与有用信号相差较大时，产生的误差比较大，从而影响通话质量。

发明内容 为了克服上述技术背景的不足，本发明开发一种无线通信中回波消除系统中误差信号的计算方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

无线通信中回波消除系统中误差信号的计算方法，其包括以下部件：接收信号模块，原始信号模块，训练序列模块、延时估计模块、控制模块、误差信号模块、自适应滤波器系数更新模块、回波估计模块、同波删除模块、延时模块、滤波器，

接收信号模块：处理跨时钟域，由于本系统时钟与外部时钟不同，因此需要进行跨时钟域处理，同时对接收到的信号数据进行缓冲、保存、发送；

原始信号模块：在无回波干扰信号状态下，提取接收到原始信号，作为计算误差信号的数据；

训练序列模块：产生一组伪随机序列即训练序列，训练序列与有用信号在频点、带宽等特性上是相同的；

延时估计模块：根据训练序列和接收信号估计回波链路的延时，利用训练序列的非零自相关特性可估算出回波信道的延时；

控制模块：主要通过判断误差信号的大小来进行训练模式和正常工作两种工作模式的切换；

误差信号模块：误差信号为接收信号同时减去滤波器输出信号和原始信号，用该模块来判断滤波器的收敛状况，误差信号趋于零时，滤波器输出信号与回波干扰信号特性基本一致；

自适应滤波器系数更新模块：根据误差信号的大小进行更新滤波器系数；

回波估计模块：根据滤波器系数估计出回波，在自适应滤波器系数更新模块得到滤波器系数后，将待发送信号输入滤波器，即可估计出回波信号；

回波删除模块：从接收信号中去除干扰信号，从而得到有用信号；

延时模块：调整自适应滤波器系数更新时的训练序列和接收信号的相位，从而准确的估计出回波信道特性。

所述计算方法包括以下步骤：

1)系统启动时，用原始信号模块接收和保存原始信号在FPGA(Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)内部的RAM(随机存取存储器)中，作为计算误差信号的数据；接收信号模块接收和保存接收信号，同时向外发送接收信号。

2)训练序列模块向外发送训练序列，同时自适应滤波器系数更新模块利用接收信号的非零自相关特性做回波信道特性的估计，得到并更新滤波器系数，同时延时估计模块利用接收信号估计出回波信道的延时。

所述利用接收信号非零自相关特性测得做回波信道特性的估计的操作为：设置随机序列x(t)，以及延时一段时间τ，其相关函数如下：

$R_x\left(\mathrm{\τ}\right)={\∫}_{-\∞}^{\∞}x\left(t\right)x(t-\mathrm{\τ})\mathrm{dt}=(x,x_{\mathrm{\τ}}),$

当τ不为0时，R趋于0；而当τ为0或x(t)的整周期时，R值为最大，从而估算出回波信道路的特性。

3)同波估计模块将接收到的训练序列输入滤波器，根据步骤2得到的滤波器参数，滤波器将训练序列转化为回波估计信号，并将回波估计信号发送给误差信号模块，误差信号模块同时还接收从接收信号模块发出的接收信号，将接收信号同时减去回波估计信号和原始信号得到误差信号。

4)在控制模块中设置一个门限最小值为0x000F，误差信号模块将输出的误差信号和门限进行比较，若未收敛到最小值，训练序列模块继续发送训练序列；当收敛到最小值，则停止发送训练序列，然后控制模块将系统切换到正常模式。

5)系统切换至正常模式后，自适应滤波器系数更新模块停止更新滤波器系数，利用步骤2得到的回波信道的延时，延时模块分别调整接收信号和回波估计信号的相位，使接收信号和回波估计信号相位同步，回波删除模块将经调整后的接收信号减去调整后的回波估计信号得到有用信号，系统通过天线向外发送有用信号。

本发明对自适应滤波器算法中误差信号的计算方法进行了改进。在本发明的自适应滤波器算法中，误差信号为接收信号同时减去回波估计信号和原始信号，理想状态下误差信号为0。在实际应用中，误差信号越趋近于0，估算出来的回波信道的特性越准确。由于现有技术中，通过比较接收信号和有用信号的功率来判断回波是否去除干净，因此，本发明通过对误差信号算法的改进，在回波信号远远小于有用信号情况下，通过功率比较带来的估算误差远大于本发明所用的计算方法，可准确的估计出回波信道的特性，进而准确的估计出回波估计信号，从而得到更单纯的有用信号。同时，由于本技术不需要对接收信号进行功率的检测，可以减少FPGA(现场可编程门阵列)内部逻辑资源的使用，从而在一定程度上减小硬件成本，并且能够提高系统的稳定性。

总之，采用本发明回波消除系统中误差信号的计算方法，在回波信号远远小于有用信号时可准确的估计出回波估计信号，从而得到更单纯的有用信号；同时，由于不需对接收信号进行功率的检测，可减少FPGA内部逻辑资源的使用，从而在可减小硬件成本和提高系统的稳定性。

具体实施方式 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述。

本发明提供无线通信中回波消除系统中误差信号的计算方法，其包括以下部件：接收信号模块，原始信号模块，训练序列模块、延时估计模块、控制模块、误差信号模块、自适应滤波器系数更新模块、回波估计模块、回波删除模块、延时模块、滤波器，

接收信号模块：处理跨时钟域，由于本系统时钟与外部时钟不同，因此需要进行跨时钟域处理，同时对接收到的信号数据进行缓冲、保存、发送；

原始信号模块：在无回波干扰信号状态下，提取接收到原始信号，作为计算误差信号的数据；

训练序列模块：产生一组伪随机序列即训练序列，训练序列与有用信号在频点、带宽等特性上是相同的；

延时估计模块：根据训练序列和接收信号估计回波链路的延时，利用训练序列的非零自相关特性可估算出回波信道的延时；

控制模块：主要通过判断误差信号的大小来进行训练模式和正常工作两种工作模式的切换；

误差信号模块：误差信号为接收信号同时减去滤波器输出信号和原始信号，用该模块来判断滤波器的收敛状况，误差信号趋于零时，滤波器输出信号与回波干扰信号特性基本一致；

自适应滤波器系数更新模块：根据误差信号的大小进行更新滤波器系数；

回波估计模块：根据滤波器系数估计出回波，在自适应滤波器系数更新模块得到滤波器系数后，将待发送信号输入滤波器，即可估计出回波信号；

回波删除模块：从接收信号中去除干扰信号，从而得到有用信号；

延时模块：调整自适应滤波器系数更新时的训练序列和接收信号的相位，从而准确的估计出回波信道特性。

所述计算方法包括以下步骤：

1)系统启动时，用原始信号模块接收和保存原始信号在FPGA内部的RAM中，作为计算误差信号的数据；接收信号模块接收和保存接收信号，同时向外发送接收信号。

2)训练序列模块向外发送训练序列，同时自适应滤波器系数更新模块利用接收信号的非零自相关特性做回波信道特性的估计，得到并更新滤波器系数，同时延时估计模块利用接收信号估计出回波信道的延时。

所述利用接收信号非零自相关特性测得做回波信道特性的估计的操作为：设置随机序列x(t)，以及延时一段时间τ，其相关函数如下：

$R_x\left(\mathrm{\τ}\right)={\∫}_{-\∞}^{\∞}x\left(t\right)x(t-\mathrm{\τ})\mathrm{dt}=(x,x_{\mathrm{\τ}}),$

当τ不为0时，R趋于0；而当τ为0或x(t)的整周期时，R值为最大，从而估算出回波信道路的特性。

3)回波估计模块将接收到的训练序列输入滤波器，根据步骤2得到的滤波器参数，滤波器将训练序列转化为回波估计信号，并将回波估计信号发送给误差信号模块，误差信号模块同时还接收从接收信号模块发出的接收信号，将接收信号同时减去回波估计信号和原始信号得到误差信号。

4)在控制模块中设置一个门限最小值为0x000F，误差信号模块将输出的误差信号和门限进行比较，若未收敛到最小值，训练序列模块继续发送训练序列；当收敛到最小值，则停止发送训练序列，然后控制模块将系统切换到正常模式。

5)系统切换至正常模式后，自适应滤波器系数更新模块停止更新滤波器系数，利用步骤2得到的回波信道的延时，延时模块分别调整接收信号和回波估计信号的相位，使接收信号和回波估计信号相位同步，回波删除模块将经调整后的接收信号减去调整后的回波估计信号得到有用信号，系统通过天线向外发送有用信号。

Claims (3)

1.无线通信中回波消除系统中误差信号的计算方法，其包括以下部件：接收信号模块，原始信号模块，训练序列模块、延时估计模块、控制模块、误差信号模块、自适应滤波器系数更新模块、回波估计模块、回波删除模块、延时模块、滤波器，

接收信号模块：处理跨时钟域，由于本系统时钟与外部时钟不同，因此需要进行跨时钟域处理，同时对接收到的信号数据进行缓冲、保存、发送；

原始信号模块：在无回波干扰信号状态下，提取接收到原始信号，作为计算误差信号的数据；

训练序列模块：产生一组训练序列，训练序列与有用信号在频点、带宽等特性上是相同的；

延时估计模块：根据训练序列和接收信号估计回波链路的延时，利用训练序列的非零自相关特性可估算出回波信道的延时；

控制模块：主要通过判断误差信号的大小来进行训练模式和正常工作两种工作模式的切换；

误差信号模块：误差信号为接收信号同时减去滤波器输出信号和原始信号，用该模块来判断滤波器的收敛状况，误差信号趋于零时，滤波器输出信号与回波干扰信号特性基本一致；

自适应滤波器系数更新模块：根据误差信号的大小进行更新滤波器系数；

回波估计模块：根据滤波器系数估计出回波，在自适应滤波器系数更新模块得到滤波器系数后，将待发送信号输入滤波器，即可估计出回波信号；

回波删除模块：从接收信号中去除干扰信号，从而得到有用信号；

延时模块：调整自适应滤波器系数更新时的训练序列和接收信号的相位，从而准确的估计出回波信道特性；

其特征在于所述计算方法包括以下步骤：

1)系统启动时，用原始信号模块接收和保存原始信号在FPGA内部的RAM中，作为计算误差信号的数据；接收信号模块接收和保存接收信号，同时向外发送接收信号；

2)训练序列模块向外发送训练序列，同时自适应滤波器系数更新模块对接收信号做回波信道特性的估计，得到并更新滤波器系数，同时延时估计模块估计出回波信道的延时；

3)回波估计模块将接收到的训练序列输入滤波器，根据步骤2)得到的滤波器参数，滤波器将训练序列转化为回波估计信号，并将回波估计信号发送给误差信号模块，误差信号模块同时还接收从接收信号模块发出的接收信号，将接收信号同时减去回波估计信号和原始信号得到误差信号；

4)在控制模块中设置一个门限最小值为0x000F，误差信号模块将输出的误差信号和门限进行比较，若未收敛到最小值，训练序列模块继续发送训练序列；当收敛到最小值，则停止发送训练序列，然后控制模块将系统切换到正常模式；

5)系统切换至正常模式后，自适应滤波器系数更新模块停止更新滤波器系数，利用步骤2)得到的回波信道的延时，延时模块分别调整接收信号和回波估计信号的相位，使接收信号和回波估计信号相位同步，回波删除模块将经调整后的接收信号减去调整后的回波估计信号得到有用信号，系统通过天线向外发送有用信号。

2.根据权利要求1所述的无线通信中回波消除系统中误差信号的计算方法，其特征在于：所述步骤2)中自适应滤波器系数更新模块利用接收信号的非零自相关特性测得回波信道特性的估计，得到滤波器系数，同时用延时估计模块利用接收信号估计回波链路的延时。

3.根据权利要求2所述的无线通信中回波消除系统中误差信号的计算方法，其特征在于：所述利用接收信号非零自相关特性测得做回波信道特性的估计的操作为：设置随机序列x(t)，以及延时一段时间τ，其相关函数如下：

$R_x\left(\mathrm{\τ}\right)={\∫}_{-\∞}^{\∞}x\left(t\right)x(t-\mathrm{\τ})\mathrm{dt}=(x,x_{\mathrm{\τ}}),$

当τ不为0时，R趋于0；而当τ为0或x(t)的整周期时，R值为最大，从而估算出回波信道路的特性。