基于DSP Builder的回波抵消器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)通信中的回波問(wèn)題，基于自適應(yīng)濾波的LMS算法，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)回波抵消器。并基于利用FPGA芯片，在DSP Builder平臺(tái)上，有效結(jié)合MatLab／Simulink和Quanus II設(shè)計(jì)工具，根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)了LMS算法自適應(yīng)回波抵消器硬件電路設(shè)計(jì)。軟件仿真和系統(tǒng)FPGA硬件實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方法使回波抵消器的FPGA硬件實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)便快捷。
關(guān)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(jì)回波路徑的特征參數(shù)，以產(chǎn)生一個(gè)估計(jì)的回波信號(hào)，然后從接收信號(hào)中減去該信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)回波抵消。而一般采用自適應(yīng)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(kāi)發(fā)的系統(tǒng)級(jí)工具，它作為Matlab的一個(gè)Simulink工具箱出現(xiàn)，使得用FPGA設(shè)計(jì)的DSP系統(tǒng)完全可以通過(guò)圖形化界面進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。
文中介紹以DSP Builder為平臺(tái)完成自適應(yīng)回波抵消器的FPGA電路設(shè)計(jì)，用FPGA驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路的正確性和可靠性。

1 自適應(yīng)回波抵消器原理
自適應(yīng)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(hào)；x’(n)表示A信號(hào)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(hào)；e(n)是殘留回波信號(hào)或誤差信號(hào)。信號(hào)d(n)由B信號(hào)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(hào)估計(jì)為

式中，ωk(n)為自適應(yīng)濾波器的時(shí)變系數(shù)，從信號(hào)d(n)中減去模擬回波y’(n)信號(hào)后的殘留回波信號(hào)或誤差信號(hào)為

當(dāng)自適應(yīng)濾波器的單位脈沖響應(yīng)能很好地模擬回波通道的傳遞函數(shù)時(shí)，可以認(rèn)為時(shí)，從而有e(n)=s(n)+v(n)，這樣傳向遠(yuǎn)端的信號(hào)中不包括回波信號(hào)x’(n)，即回波被抵消。
其中，回波抵消器的主要部分自適應(yīng)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(shí)刻n時(shí)的輸入信號(hào)矢量，由最近M個(gè)信號(hào)采樣值構(gòu)成，W(n)=[W0(n)，Wl(n)，…，WM-1(n)]T表示n時(shí)刻自適應(yīng)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(zhǎng)參量。