CN101350798B - 回波消除装置和方法、及包含回波消除装置的收发设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回波消除装置，包括：训练序列发生器、切换开关、训练序列检测器、可变延时器、回波信道估计器、滤波器和加法器，首先，切换开关的输入端连接至训练序列发生器，由训练序列检测器根据训练序列发生器发出的训练序列估计回波信道的延时参数，然后回波信道估计器开始工作，根据输入信号、训练序列以及延时参数对回波信道进行估计，调整估计器系数，当估计器系数收敛时，将切换开关的输入端切换至加法器，此后，收发设备停止向外输出训练序列，并向外输出回波消除后的用户信号。本发明还公开了一种包含本发明回波消除装置的收发设备和一种回波消除方法。应用本发明能够消除由收发设备的发射天线耦合至收发设备的接收天线的回波信号。

Description

回波消除装置和方法、及包含回波消除装置的收发设备

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种回波消除装置、一种回波消除方法、以及一种包含回波消除装置的收发设备。

背景技术

在无线通信系统中，由收发设备的发射天线所发出的信号又被同一收发设备的接收天线接收的现象称为回波干扰。回波干扰问题普遍存在于各种通信设备中，尤其是在直放站中，回波干扰问题尤为突出，因此，下面以直放站为例进行说明。

目前，直放站正广泛应用于数字多媒体地面广播系统中。直放站的主要功能是将接收到的微弱的用户信号放大之后，转发出去。由于实际应用的限制，直放站的发射天线与接收天线之间很难实现较大的隔离，因此，由直放站的发射天线耦合至直放站的接收天线的回波信号常常与用户信号强度相当，甚至高于用户信号的强度，从而对用户信号形成强烈的干扰。此外，由于直放站的主要功能是对所接收到的信号进行放大、转发，因此，回波信号将在直放站内部形成强烈的正反馈，导致直放站收发链路处于饱和状态，从而导致直放站不能工作在正常放大工作区间。因此，必须采用有效的回波消除方法，以保证用户信号得以有效的放大和转发。

现有技术中存在一些回波消除技术，但是这些回波消除技术均存在稳定性较差、复杂度较高的缺陷。此外，有的回波消除技术需要持续发送训练序列，这不仅需要占用大量数据资源，而且给用户信号带来了额外的干扰。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种回波消除装置及一种回波消除方法，以消除回波信号。

本发明的另一个目的在于提供一种收发设备，以消除由收发设备的发射天线耦合至收发设备的接收天线的回波信号。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种回波消除装置，包括：训练序列发生器、切换开关、训练序列检测器、可变延时器、回波信道估计器、滤波器和加法器；

切换开关的输入端连接至训练序列发生器，回波消除装置进入信道预估计阶段；切换开关将从训练序列发生器发出的与用户信号不相关的训练序列输出给训练序列检测器和可变延时器，并向外输出，训练序列检测器根据输入所述回波消除装置的输入信号以及所述训练序列估计回波信道的延时参数，将所述延时参数发送给可变延时器，并向回波信道估计器发送开始工作的使能信号；所述输入信号为用户信号与对应于所述向外输出的训练序列的回波信号之和；

回波信道估计器开始工作，回波消除装置进入开环训练阶段；可变延时器将训练列序延迟延时参数对应的时间后得到参考信号分别发送给滤波器和回波信道估计器；滤波器对来自可变延时器的参考信号滤波之后得到期望回波信号发送给加法器；加法器的另一个输入是所述输入信号，加法器从输入信号中减去所述期望回波信号得到经回波消除后的用户信号，将所述经回波消除后的用户信号作为回波估计的误差信号发送给回波信道估计器；回波信道估计器根据参考信号和误差信号进行信道估计，得到估计器系数，根据所述估计器系数调整滤波器系数，在所述估计器系数收敛时，向所述切换开关发送切换信号；

切换开关根据切换信号将其输入端切换至加法器，回波消除装置进入闭环训练阶段；所述回波消除装置开始向外输出回波消除后的用户信号。

所述训练序列检测器，可以用于根据输入信号和训练序列估计回波信道各径的延时参数，并根据所述估计的回波信道各径的延时参数估计回波信道的延时参数；还可以用于将所述回波信道的首径的延时参数作为所述估计的回波信道的延时参数。

所述回波信道估计器，可以用于在执行完一次回波信道估计后，计算一次执行本次回波信道估计得到的所有估计器系数的绝对值的和，当从当前时刻开始往前的预设时间段内计算得到的各绝对值的和的变化幅度在预设幅度之内、或从本次回波信道估计开始往前的预设次数内计算得到的各绝对值的和的变化幅度在预设幅度之内，并且，所述绝对值的和不为零时，判定估计器系数收敛。

所述回波信道估计器可以包括：最小均方差估计器和递归最小方差估计器。

一种收发设备，包括接收处理模块和发射处理模块，还包括本发明所述回波消除装置；

所述接收处理模块，用于接收信号，对所接收的信号进行基带处理之后发送给所述回波消除装置；

所述发射处理模块，用于接收所述回波消除装置向外输出的信号，对所述信号进行射频处理之后发出；

所述回波消除装置，用于从接收处理模块接收输入信号，并用于向发射处理模块输出信号。

一种回波消除方法，包括：

A、采用与用户信号不相关的训练序列估计回波信道的延时参数；

B、循环执行以下操作：输出所述训练序列，接收输入信号，根据输入信号、训练序列以及延时参数对回波信道进行估计，调整估计器系数，直至判定所述估计器系数收敛时，停止向外输出所述训练序列；

C、根据所述延时参数和估计器系数滤除所述输入信号中的回波信号后向外输出，并调整估计器系数。

较佳地，所述步骤A可以包括：

A1、输出所述训练序列；

A2、接收输入信号；所述输入信号为用户信号与对应于所述向外输出的训练序列的回波信号之和；

A3、根据所述训练序列以及输入信号估计回波信道各径的延时参数；

A4、根据所述估计的回波信道各径的延时参数估计回波信道的延时参数。

所述步骤A4可以为：将所述回波信道的首径的延时参数作为所述估计的回波信道的延时参数。

步骤B中对回波信道进行估计的方法可以包括：

B1、将训练序列延迟所述延时参数对应的时间，得到参考信号；

B2、根据估计器系数对所述参考信号进行滤波得到期望回波信号；

B3、从输入信号中减去所述期望回波信号，得到经回波消除后的用户信号，将所述经回波消除后的用户信号作为回波估计的误差信号；

B4、根据所述参考信号和误差信号调整估计器系数。

步骤B中判定估计器系数收敛的方法可以包括：

每执行一次步骤B所述回波信道估计，计算一次执行本次回波信道估计得到的所有估计器系数的绝对值的和，当从当前时刻开始往前的预设时间段内计算得到的各绝对值的和的变化幅度在预设幅度之内、或从本次回波信道估计开始往前的预设次数内计算得到的各绝对值的和的变化幅度在预设幅度之内，并且，所述绝对值的和不为零时，判定估计器系数收敛。

所述输入信号可以为基带数字信号。

由上述技术方案可见，本发明提供的回波消除装置及回波消除方法中，首先，将切换开关的输入端连接至训练序列发生器，并由训练序列检测器根据训练序列发生器所发出的与用户信号不相关的训练序列估计回波信道的延时参数，然后回波信道估计器开始工作，根据输入信号、训练序列以及延时参数对回波信道进行估计，调整估计器系数，当估计器系数收敛时，将切换开关的输入端切换至加法器，此后，回波消除装置停止向外输出训练序列，开始向外输出经回波消除后的用户信号。

本发明上述回波消除装置和回波消除方法中，在估计器系数收敛之前，切换开关的输入端一直连接在训练序列发生器，因此，从回波消除装置向外输出的始终是未受回波干扰的训练序列信号，从而使得回波消除装置处于稳定的开环状态，不会发生正反馈而导致射频链路饱和，因此，可确保回波信道估计器的估计器系数快速收敛，使回波消除装置尽快进入稳定的工作状态。

并且，在估计器系数收敛之后，切换开关的输入端切换至加法器，此时，回波消除装置不再向外输出训练序列，这一方面节约了数据资源，另一方面避免了因发射训练序列而给用户信号所带来的干扰。

而且，本发明技术方案中使用了可变延时器，其延时参数可以根据回波信道预估计的结果进行设置，这能确保回波消除窗口尽可能大地覆盖回波多径信号的时间范围，从而尽可能多地消除回波信号。

此外，本发明提供的收发设备中，由接收处理模块对接收到的信号进行基带处理之后发送给回波消除装置，保证了参与回波消除处理的参考信号是基带数字信号，使得系统实现简单，成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例具有回波消除功能的收发设备的组成结构示意图；

图2为本发明实施例回波消除方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明的主要思想是：在回波消除装置中设置训练序列发生器、切换开关、训练序列检测器、可变延时器、回波信道估计器、滤波器和加法器，首先，将切换开关的输入端连接至训练序列发生器，并由训练序列检测器根据训练序列发生器所发出的与用户信号不相关的训练序列估计回波信道的延时参数，然后回波信道估计器开始工作，根据输入信号、训练序列以及延时参数对回波信道进行估计，调整估计器系数，直至判定估计器系数收敛，在估计器系数收敛时，将切换开关的输入端切换至加法器，此后，回波消除装置停止向外输出训练序列，开始向外输出经回波消除后的用户信号。

本发明所提供的回波消除装置可以应用于收发设备中用以消除回波干扰。

图1为本发明实施例具有回波消除功能的收发设备的组成结构示意图。参见图1，该收发设备不仅包括现有普通收发设备中的接收处理模块108和发射处理模块109，还包括回波消除装置110。其中，回波消除装置110包括：训练序列发生器101、切换开关102、训练序列检测器103、可变延时器104、回波信道估计器105、滤波器106和加法器107，另外，回波消除装置110中还可以包括：自动增益控制器(AGC)111。下面对本发明图1所示收发设备的工作原理进行详细说明。

图1所示收发设备中：

接收处理模块108，用于接收信号，对所接收的信号进行基带处理之后发送给回波消除装置110；

发射处理模块109，用于接收回波消除装置110向外输出的信号，对所述信号进行射频处理之后发出；

回波消除装置110，用于从接收处理模块108接收输入信号，并将其输出信号向发射处理模块109输出。

在图1所示收发设备的回波消除装置内部：

首先，切换开关102的输入端连接至训练序列发生器101，此时，回波消除装置110进入信道预估计阶段；切换开关102将从训练序列发生器101发出的与用户信号不相关的训练序列分为三路：一路向外输出，一路输出至训练序列检测器103，一路输出至可变延时器104；训练序列检测器103根据输入回波消除装置110的输入信号以及来自切换开关102的训练序列估计回波信道的延时参数，将所述延时参数发送给可变延时器104，并向回波信道估计器105发送开始工作的使能信号；所述输入信号为用户信号与对应于所述向外输出的训练序列的回波信号之和；

然后，回波信道估计器105在使能信号的触发下开始工作，回波消除装置110进入开环训练阶段；可变延时器104将训练序列延迟延时参数对应的时间后得到参考信号分别发送给滤波器106和回波信道估计器105；滤波器106对来自可变延时器104的参考信号滤波之后得到期望回波信号发送给加法器107；加法器107的另一路输入是所述输入信号，加法器107从输入信号中减去所述期望回波信号得到经回波消除后的用户信号，由于该信号主要由用户信号构成，同时也包含微弱的残余回波信号，因此，加法器107将所述经回波消除后的用户信号作为回波估计的误差信号发送给回波信道估计器105；回波信道估计器105根据参考信号和误差信号进行信道估计，得到估计器系数，根据所述估计器系数调整滤波器系数，在所述估计器系数收敛时，向所述切换开关102发送切换信号；

切换开关102根据切换信号将其输入端切换至加法器107，回波消除装置110进入闭环训练阶段；所述回波消除装置开始向外输出由加法器107输出的经回波消除的用户信号。此后，加法器107将替代上述第二阶段中的训练序列发生器101，由切换开关102将从加法器107输出的信号送给相应模块用于回波消除处理。

较佳地，图1所示收发设备中的训练序列检测器103，用于根据输入信号和训练序列估计回波信道各径的延时参数，并根据所述估计的回波信道各径的延时参数估计回波信道的延时参数。

在根据估计的回波信道各径的延时参数估计回波信道的延时参数时，可以采用多种方式。例如：可以将第一个功率不低于某一预设功率阈值的信号的延时参数作为回波信道的延时参数；也可以将首径的延时参数作为回波信道的延时参数。

图1所示回波信道估计器105具备判定估计器系数是否收敛，并在收敛时向切换开关发送切换信号的功能。在实际应用中，所述功能也可以设置一个单独的模块完成，或者将该功能设置在某一控制模块中。判定估计器系数是否收敛的方法有很多，例如，可以按照如下方法进行：

每执行完一次回波信道估计，计算一次执行本次回波信道估计得到的所有估计器系数的绝对值的和，当从当前时刻开始往前的预设时间段内计算得到的各绝对值的和的变化幅度在预设幅度之内、或从本次回波信道估计开始往前的预设次数内计算得到的各绝对值的和的变化幅度在预设幅度之内，并且，所述绝对值的和不为零时，判定估计器系数收敛。

图1中，AGC 111设置于加法器107与切换开关102之间，用于实现对加法器107输出信号的增益控制。

本发明所述与用户信号不相关的训练序列可以是：PN序列、CAZAC序列等。本发明所述回波信道估计器可以是：最小均方差(LMS，Least MeanSquare)估计器和递归最小方差(RLS，Recursive Least Square)估计器。

对应于本发明图1所示回波消除装置，本发明还提供了一种回波消除方法，下面结合附图进行说明。

图2为本发明回波消除方法的流程示意图。参见图2，该方法包括：

步骤201：采用与用户信号不相关的训练序列估计回波信道的延时参数；

步骤202：循环执行以下操作：输出所述训练序列，接收输入信号，根据输入信号、训练序列以及延时参数对回波信道进行估计，调整估计器系数，直至判定所述估计器系数收敛；

步骤203：根据所述延时参数和估计器系数滤除所述输入信号中的回波信号后向外输出，并调整估计器系数。

具体而言，可以按照如下方式执行上述步骤201：

首先，输出训练序列，并接收输入信号，所述输入信号为用户信号与对应于所述向外输出的训练序列的回波信号之和；然后，根据所述训练序列以及输入信号估计回波信道各径的延时参数；最后，根据所述估计的回波信道各径的延时参数估计回波信道的延时参数。

如前所述，可以采用多种方式进行回波信道延时参数的估计，例如：可以直接将回波信道的首径的延时参数作为回波信道的延时参数。

上述步骤202中涉及对回波信道进行估计，本发明提供了一种较佳的用于进行回波信道估计的方法，该方法具体包括以下步骤：

第1步：将训练序列延迟所述延时参数对应的时间，得到参考信号；

第2步：根据估计器系数对所述参考信号进行滤波得到期望回波信号；

第3步：从输入信号中减去所述期望回波信号，得到经回波消除后的用户信号，将所述经回波消除后的用户信号作为回波估计的误差信号；

第4步：根据所述参考信号和误差信号调整估计器系数。

上述步骤202中判断估计器系数是否收敛的方法具体可以是：每执行一次步骤202所述回波信道估计，计算一次执行本次回波信道估计得到的所有估计器系数的绝对值的和，当从当前时刻开始往前的预设时间段内计算得到的各绝对值的和的变化幅度在预设幅度之内、或从本次回波信道估计开始往前的预设次数内计算得到的各绝对值的和的变化幅度在预设幅度之内，并且，所述绝对值的和不为零时，判定估计器系数收敛。

为简化回波消除的处理复杂度，可以将待发射的基带数字信号作为参考信号参与本发明所述回波消除处理。

由上述实施例可见，本发明提供的回波消除装置及回波消除方法中，首先，将切换开关的输入端连接至训练序列发生器，并由训练序列检测器根据训练序列发生器所发出的与用户信号不相关的训练序列估计回波信道的延时参数，然后回波信道估计器开始工作，根据输入信号、训练序列以及延时参数对回波信道进行估计，调整估计器系数，当估计器系数收敛时，将切换开关的输入端切换至加法器，此后，回波消除装置停止向外输出训练序列，开始向外输出经回波消除后的用户信号。

本发明上述回波消除装置和回波消除方法中，在估计器系数收敛之前，切换开关的输入端一直连接在训练序列发生器，因此，从回波消除装置向外输出的始终是未受回波干扰的训练序列信号，从而使得回波消除装置处于稳定的开环状态，不会发生正反馈而导致射频链路饱和，因此，可确保回波信道估计器的估计器系数快速收敛，使回波消除装置尽快进入稳定的工作状态。

并且，在估计器系数收敛之后，切换开关的输入端切换至加法器，此时，回波消除装置不再向外输出训练序列，这一方面节约了数据资源，另一方面避免了因发射训练序列而给用户信号所带来的干扰。

而且，本发明技术方案中使用了可变延时器，其延时参数可以根据回波信道预估计的结果进行设置，这能确保回波消除窗口尽可能大地覆盖回波多径信号的时间范围，从而尽可能多地消除回波信号。

此外，本发明提供的收发设备中，由接收处理模块对接收到的信号进行基带处理之后发送给回波消除装置，保证了参与回波消除处理的参考信号是基带数字信号，从而使得系统实现简单，成本较低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种回波消除装置，其特征在于，包括：训练序列发生器、切换开关、训练序列检测器、可变延时器、回波信道估计器、滤波器和加法器；

切换开关的输入端连接至训练序列发生器，回波消除装置进入信道预估计阶段；切换开关将从训练序列发生器发出的与用户信号不相关的训练序列输出给训练序列检测器和可变延时器，并向外输出，训练序列检测器根据输入所述回波消除装置的输入信号以及所述训练序列估计回波信道的延时参数，将所述延时参数发送给可变延时器，并向回波信道估计器发送开始工作的使能信号；所述输入信号为用户信号与对应于所述向外输出的训练序列的回波信号之和；

回波信道估计器开始工作，回波消除装置进入开环训练阶段；可变延时器将训练序列延迟延时参数对应的时间后得到参考信号分别发送给滤波器和回波信道估计器；滤波器对来自可变延时器的参考信号滤波之后得到期望回波信号发送给加法器；加法器的另一个输入是所述输入信号，加法器从输入信号中减去所述期望回波信号得到经回波消除后的用户信号，将所述经回波消除后的用户信号作为回波估计的误差信号发送给回波信道估计器；回波信道估计器根据参考信号和误差信号进行信道估计，得到估计器系数，根据所述估计器系数调整滤波器系数，在所述估计器系数收敛时，向所述切换开关发送切换信号；

切换开关根据切换信号将其输入端切换至加法器，回波消除装置进入闭环训练阶段；所述回波消除装置开始向外输出回波消除后的用户信号。

2.根据权利要求1所述的回波消除装置，其特征在于：

所述训练序列检测器，用于根据输入信号和训练序列估计回波信道各径的延时参数，并根据所述估计的回波信道各径的延时参数估计回波信道的延时参数。

3.根据权利要求2所述的回波消除装置，其特征在于：

所述训练序列检测器，用于将所述回波信道的首径的延时参数作为所述估计的回波信道的延时参数。

4.根据权利要求1所述的回波消除装置，其特征在于：

所述回波信道估计器，用于在执行完一次回波信道估计后，计算一次执行本次回波信道估计得到的所有估计器系数的绝对值的和，当从当前时刻开始往前的预设时间段内计算得到的各绝对值的和的变化幅度在预设幅度之内、或从本次回波信道估计开始往前的预设次数内计算得到的各绝对值的和的变化幅度在预设幅度之内，并且，所述绝对值的和不为零时，判定估计器系数收敛。

5.根据权利要求1至4任一项所述的回波消除装置，其特征在于，所述回波信道估计器包括：最小均方差估计器和递归最小方差估计器。

6.一种收发设备，包括接收处理模块和发射处理模块，其特征在于，还包括如权利要求1所述的回波消除装置；

所述接收处理模块，用于接收信号，对所接收的信号进行基带处理之后发送给所述回波消除装置；

所述发射处理模块，用于接收所述回波消除装置向外输出的信号，对所述信号进行射频处理之后发出；

所述回波消除装置，用于从接收处理模块接收输入信号，并用于向发射处理模块输出信号。

7.一种回波消除方法，其特征在于，包括：

A、采用与用户信号不相关的训练序列估计回波信道的延时参数；

B、循环执行以下操作：输出所述训练序列，接收输入信号，根据输入信号、训练序列以及延时参数对回波信道进行估计，调整估计器系数，直至判定所述估计器系数收敛时，停止向外输出所述训练序列；

C、根据所述延时参数和估计器系数滤除所述输入信号中的回波信号后向外输出，并调整估计器系数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：

A1、输出所述训练序列；

A2、接收输入信号；所述输入信号为用户信号与对应于所述向外输出的训练序列的回波信号之和；

A3、根据所述训练序列以及输入信号估计回波信道各径的延时参数；

A4、根据所述估计的回波信道各径的延时参数估计回波信道的延时参数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤A4为：将所述回波信道的首径的延时参数作为所述估计的回波信道的延时参数。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤B中对回波信道进行估计的方法包括：

B1、将训练序列延迟所述延时参数对应的时间，得到参考信号；

B2、根据估计器系数对所述参考信号进行滤波得到期望回波信号；

B3、从输入信号中减去所述期望回波信号，得到经回波消除后的用户信号，将所述经回波消除后的用户信号作为回波估计的误差信号；

B4、根据所述参考信号和误差信号调整估计器系数。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤B中判定估计器系数收敛的方法包括：

每执行一次步骤B所述回波信道估计，计算一次执行本次回波信道估计得到的所有估计器系数的绝对值的和，当从当前时刻开始往前的预设时间段内计算得到的各绝对值的和的变化幅度在预设幅度之内、或从本次回波信道估计开始往前的预设次数内计算得到的各绝对值的和的变化幅度在预设幅度之内，并且，所述绝对值的和不为零时，判定估计器系数收敛。

12.根据权利要求7至11任一项所述的方法，其特征在于，所述输入信号为基带数字信号。

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