基于DSP Builder的回波抵消器設計與實現

摘要：針對通信中的回波問題，基于自適應濾波的LMS算法，設計了自適應回波抵消器。并基于利用FPGA芯片，在DSP Builder平臺上，有效結合MatLab／Simulink和Quanus II設計工具，根據模塊化設計思想實現了LMS算法自適應回波抵消器硬件電路設計。軟件仿真和系統FPGA硬件實測結果表明，該設計方法使回波抵消器的FPGA硬件實現更加簡便快捷。
關鍵詞：DSP Builder；回波抵消器；FPGA

在數字通信、衛星通信等系統中，不同程度的存在回波現象，影響了通信質量。為了消除回波可以采用回波抵消器，它能估計回波路徑的特征參數，以產生一個估計的回波信號，然后從接收信號中減去該信號，以實現回波抵消。而一般采用自適應濾波器模擬回波路徑，可以跟蹤回波路徑的變化。
DSP Builder是Ahera公司推出的面向DSP開發的系統級工具，它作為Matlab的一個Simulink工具箱出現，使得用FPGA設計的DSP系統完全可以通過圖形化界面進行設計和仿真。
文中介紹以DSP Builder為平臺完成自適應回波抵消器的FPGA電路設計，用FPGA驗證設計電路的正確性和可靠性。

1 自適應回波抵消器原理
自適應回波抵消結構框圖，如圖1所示。

圖1中s(n)表示B信號；x’(n)表示A信號產生的回波；v(n)為近端環境噪聲；y’(n)是濾波器模擬的回波信號；e(n)是殘留回波信號或誤差信號。信號d(n)由B信號s(n)和回波x’(n)及噪聲組成，即d(n)=x’(n)+s(n)+v(n)。假定模擬回波信號估計為

式中，ωk(n)為自適應濾波器的時變系數，從信號d(n)中減去模擬回波y’(n)信號后的殘留回波信號或誤差信號為

當自適應濾波器的單位脈沖響應能很好地模擬回波通道的傳遞函數時，可以認為時，從而有e(n)=s(n)+v(n)，這樣傳向遠端的信號中不包括回波信號x’(n)，即回波被抵消。
其中，回波抵消器的主要部分自適應濾波器所用算法選擇LMS算法，其迭代公式為

式中，X(n) =[X(n)，X(n-1)，X(n-2)，…，X(n-M+1)]T表示時刻n時的輸入信號矢量，由最近M個信號采樣值構成，W(n)=[W0(n)，Wl(n)，…，WM-1(n)]T表示n時刻自適應濾波器的系數矢量估值，μ是控制穩定性和收斂速度的步長參量。