回波抵消器

回波抵消器（echo canceller）是一种将去程信道与返程信道的信号作比较，产生回波信号的“复制品”，从而达到消除回波效果的回波抑制器。以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

回波抵消器回波产生原因

回波按照其产生机理可以分为电回波和声回波两种类型。下面我们分别介绍其产生机理。

回波抵消器电回波的产生

电回波常见于公共电话网(PSTN)中。公共电话网中，用户和交换机之间的连接是2线制的。而为了便于放大和传输信号，交换机之间的连接采用4线制，即用两根线传输接收信号，另外两根传输发送信号。为了实现2线制和4线制之间的转换，人们设计了2/4线转换器(Hybrid)的装置。如图1所示。

理想情况下，混合变换器会把远端用户的信号完全传送到近端用户，但在实际中，由于存在阻抗不匹配等原因，远端信号通过混合线圈时，总会产生一定的泄漏。这部分“泄漏”的信号，又传回远端，这样远端用户就听到了自己的声音，这就是电回波。如图2所示。通常，混合变换器的泄漏通路是线性的。图2中虚线表示回波信号，左边产生的回波被送回本地用户，称为本地回波。右边的回波被送回远端用户，称为远端回波。本文实现了应用于PSTN中能消除远端回波的电回波抵消器。所以下文中提到的回波都是指因为2/4线转换器阻抗不匹配而产生的远端回波。

回波抵消器声回波的产生

在电话系统中，特别是在免提状态下，还存在声回波。声回波的产生机理如图3所示。

远端信号通过本地扬声器放出的声音，经过外部声学系统后，又传回到话筒上，和本地用户声音信号一起，通过混合变换器传回远端用户，形成声回波。这种由于扬声器与麦克风之间的声学耦合引起的声回波，易受到多种环境因素的影响。

回波抵消器回波抵消研究历史

回波抵消这个课题从贝尔发明电话起就成为科学家和技术专家们要解决的问题之一。电话发明初，由于通话距离一般很短，故回波危害并不严重；但随着电子革命时代的来临，电话在人们生活中扮演着越来越重要的角色，通话的距离也越来越长，从国内长途到国际长途，近年来的无线接入网，卫星网等广泛使用更使信号延迟大大增加，从而回波现象也就更加严重。回波消除的好坏已成为世界各大通讯公司产品质量竞争的一个重要指标，这种市场需求反过来大大促进了回波抵消技术的发展。

二十世纪六十年代以前，由于技术及客观条件的限制，人们只能采用回波抑制器来实现回波抵消。回波抑制器其实就是在从近端到远端的话路中设置一个开关。当检测到只有远端用户在讲话时，开关断开，于是任何信号都无法传回远端，自然也就没有回波了；当只有近端用户讲话时，开关合上，于是近端用户的话音可以毫不受损地传回远端。但当远端和近端用户同时讲话时，回波抑制器就无能为力了。所以安装回波抑制器的电话系统只能工作在半双工状态，这种限制显然不能令客户满意。六十年代后，以自适应理论为先导，DSP技术为基础的回波抵消器的广泛应用，使人们有可能以较低廉的成本享受到真正的双全工，无回波的电话服务。

国外对回波抵消算法的研究已经有四十多年的历史，已提出多种自适应回波抵消方法，如基于LMS算法，基于RLS算法，基于AffineProjection算法等，而且研究的范围也较广，不只限于电学回波，在声学回波，会议电视，及全双工数据通讯中的回波等方面也有较深入的研究。而国内回波抵消的研究起步较晚，这是与受我国过去电信技术落后，电信设备主要依赖进口相联系的。但近年来，随着我国通讯技术的发展，这方面的研究工作已显得日益紧迫，已有清华大学，北京邮电大学，华南理工大学，大连理工大学等学校开展了这方面的研究，并且已有若干成果接近世界先进水平。

回波抵消器回波抵消器的基本原理

一个电回波抵消器的结构框图如图4所示，各模块功能如下：

自适应滤波器(AdaptiveFilter)：用自适应滤波器产生一个与真实回波类似的模拟回波，真实回波与模拟回波相减后，可大幅度地降低传回远端的回波电平。用这种方法抵消回波对近端信号几乎没有损害。
远端信号检测器FD(FarDctector)：当远端信号功率较小时，易导致自适应滤波器发散。因此，回波消除器需要具有远端信号检测的功能，以确保远端信号功率满足自适应算法的要求时，才迸行滤波器权系数调整。
双讲检测器DTD(DoubleTalkDetector)：当两端都有信号时，自适应滤波器单位脉冲响应调整所用的误差信号不再仅仅是抵消后的残留回波，还包括近端用户语音信号，这时应暂停自适应滤波器的调整，否则易引起自适应滤波器误调，甚至导致算法发散。因此，回波抵消器需要具有双讲检测功能，以确保自适应滤波器的正常工作。
非线性处理器NLP(NonlinearProcessor)：回波抵消器由于种种原因不能将回波信号完全抵消，即存在残留回波，为提高回波抵消器性能，在残留回波功率小到一定程度后，对其进行某种非线性处理，可以进一步减小残留回波功率。
舒适噪声产尘器(ComfortNoiseGenerator)：对残留回波进行非线性处理后，常常给远端昕者一种完全寂静的感觉，远端听者会误认为对方已经挂机或者断线了。为避免这种情况发生后，需要给远端听者提供一个与近端背景噪声电平相匹配的噪声，该噪声称为舒适噪声。

图4中各个符号的含义如下：

Rin：从远端束的信号，其离散采样值为x(n)；

Rout：传向近端的信号；

Sin：从近端来的信号，其离散采样值为y(n)；

Sout：传向远端的信号；

H：胁混合线圈的单位脉冲响应；

G：远端信号经过混合线圈后产生的回波，其离散采样值为d(n)；

S：近端用户语音信号，其离散采样值为s(n)；

N：近端背景噪声，其离散采样值为n(n)；

W：自适应滤波器的单位脉冲响应；

g：自适应滤波器产生的模拟回波，其离散采样值为z(n)；

e：抵消后的残留回波，其离散采样值为e(n)。

根据图4，回波抵消的基本原理如下：

远端来的信号Rin经过混合线圈形成回波G。回波G，近端声音信号s和近端背景噪声Ⅳ混合形成Sin，即

Sin=G+S+N

远端信号Rin作为自适应滤波器的输入，通过自适应滤波器形成模拟回波信号g，用Sin减去岛得到要传向远端的信号Sout，即

Sour=Sin-g=G+S+N-g

当自适应滤波器的单位脉冲响应w能很好地模拟回波通道的传递函数H，剩余的回波信号e=G-g很小，从而有

Sout≈S+N

此时回波G被抵消。