基于DSP Builder的回波抵消器設計與實現(xiàn)

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(jié)合MatLab／Simulink和Quanus II設計工具，根據(jù)模塊化設計思想實現(xiàn)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(tǒng)FPGA硬件實測結(jié)果表明，該設計方法使回波抵消器的FPGA硬件實現(xiàn)更加簡便快捷。
關鍵詞：DSP Builder；回波抵消器；FPGA

在數(shù)字通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)中，不同程度的存在回波現(xiàn)象，影響了通信質(zhì)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(shù)，以產(chǎn)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(xiàn)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(fā)的系統(tǒng)級工具，它作為Matlab的一個Simulink工具箱出現(xiàn)，使得用FPGA設計的DSP系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生的回波；v(n)為近端環(huán)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(shù)，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(shù)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(gòu)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(shù)矢量估值，μ是控制穩(wěn)定性和收斂速度的步長參量。