在長途通信及數(shù)字同頻直放站中，由于發(fā)射天線和接收天線之間的物理位置關(guān)系加上地面折射和反射,接收端會收到很強的多徑回波，嚴重影響信號通信質(zhì)量。這些回波是輸出信號經(jīng)過多路衰減信道衰減后返回到輸入端而得到的同頻干擾信號。傳統(tǒng)的雙工器或者濾波器可以濾除工作頻帶外的干擾信號，對工作頻帶中的同頻干擾信號難以濾除，為此需要設(shè)計專門的回波抵消系統(tǒng)來消除回波對系統(tǒng)的影響。

    實現(xiàn)回波抵消的基本思路是系統(tǒng)通過偽信道將輸出信號和誤差信號引回到濾波器，先估計出實際衰減信道，調(diào)整濾波器的參數(shù)，在濾波器內(nèi)部產(chǎn)生一個與回波相近的信號來抵消回波?；夭ǖ窒某潭蕊@然要受到信道估計精度的影響，信道估計需要采用估計序列，要求這個序列與其他信號的互相關(guān)性和不同時刻的自相關(guān)性越小越好[1]。一般系統(tǒng)中往往利用輸入信號自身作為估計序列進行信道估計[2]，由于輸入信號的相關(guān)性并不理想，致使信道估計精度差一些，因此很多研究人員提出利用相關(guān)性較好的PN序列估計信道 [3-5]?，F(xiàn)有文獻研究了采用PN序列估計信道方法的可行性，以及與各種自適應(yīng)算法相結(jié)合的效果，沒有具體分析估計序列對信道估計精度影響的問題。本文把PN序列與自適應(yīng)算法相結(jié)合，詳細分析了PN序列的作用機理及影響信道估計精度的原因，并應(yīng)用到回波抵消系統(tǒng)中，通過輸入OFDM信號進行仿真和實際運行，驗證了采用PN序列估計信道能有效提高信道估計的精度，改善了回波抵消的效果，使通信質(zhì)量得到提高。
1 回波抵消原理
    在數(shù)字直放站進行信道估計與回波抵消的原理如圖1所示。其中，回波衰減序列為hH(n)，輸入信號為s(n)，濾波器輸出的回波估計信號的值為y(n)。

    由圖可知，輸入信號s(n)與回波干擾echo疊加在一起與濾波器產(chǎn)生的估計值相減，由于y(n)是對echo的估計值，它們很接近，因此相減后的值e(n)就是一個很接近輸入信號s(n)的值。估計序列發(fā)生器產(chǎn)生的估計序列，一路進入權(quán)系數(shù)更新模塊，與e(n)作用來不斷更新濾波器每階的權(quán)系數(shù)；另一路與e(n)疊加后作為輸出信號u(n) 發(fā)射出去，同時u(n)引入到自適應(yīng)算法模塊進行回波估算，估算值y(n)與下一時刻的d(n)相減產(chǎn)生e(n)，如此循環(huán)下去，不斷抵消回波干擾。濾波器的一階權(quán)系數(shù)可以模擬一個衰減信道來抵消回波，權(quán)系數(shù)階數(shù)設(shè)計的越多對回波的抵消效果越好。由于硬件資源有限，并考慮到48個衰減信道以后的回波干擾比較微弱，因此系統(tǒng)設(shè)計時把權(quán)系數(shù)的階數(shù)定為48階。
    自適應(yīng)濾波器的算法可采用最小均方算法LMS[5-6]， LMS算法的公式表示為：

    如果用x(n)作為估計序列，x(n)不具備隨機性，則輸入信號與其他信號或自身不同時刻信號相乘時相關(guān)性不夠小，對式(13)作類比分析可知，權(quán)系數(shù)波動會很大，會降低衰減信道估計精度，影響回波抵消效果。
3 仿真分析
    OFDM是多載波調(diào)制技術(shù),廣泛用于各種數(shù)字傳輸和通信中[7]。采用MATLAB進行仿真，輸入的OFDM信號采用“歸一化”的方法，這樣使得各項的值都在正負1以內(nèi)。根據(jù)上述原理和式(5)～式(8)編寫M文件,建立仿真模型,用PN序列估計信道的仿真結(jié)果如圖2～圖6所示。

    圖2為OFDM調(diào)制信號功率譜圖?？梢钥闯鼋?jīng)OFDM調(diào)制后的信號帶內(nèi)平坦度好，帶寬比較寬，信號平穩(wěn)，帶外毛刺很小。信號經(jīng)過傳輸后，OFDM調(diào)制信號會受到干擾。在仿真時可以取兩個絕對值小于1的數(shù)作為衰減系數(shù)，本設(shè)計選用的是0.5和0.51，輸出信號經(jīng)延時再乘以這兩個衰減系數(shù)后相加來模擬回波，得到的回波干擾功率譜如圖3所示。圖4為受到圖3所示回波干擾而未加處理的OFDM調(diào)制信號。由圖4可以看出，OFDM調(diào)制信號嚴重失真，這樣會影響通信質(zhì)量，因此，必須對回波干擾信號進行處理。
    消除回波干擾需要采用回波抵消的方式，采用PN序列作為估計序列，它產(chǎn)生的估計回波如圖5所示?？梢钥闯鏊c圖3很接近，抵消處理后的信號與要接收的信號s(n)的趨近效果見圖6。由圖6(a)可以看出，處理后的信號e(n)逐漸趨近s(n)，由它的后端放大圖（圖6(b)）可以看出趨近效果非常好。
    為了進一步觀察用PN估計信道的效果，可以與用輸入信號作估計序列的估計結(jié)果進行比較。用輸入自身作估計序列時，回波抵消后的信號e(n)與要接收的信號s(n)的趨近效果見圖7，與圖6相比，可以看出采用PN序列估計信道的效果更好。

4 回波抵消的實現(xiàn)與調(diào)試
    回波抵消電路可以用FPGA實現(xiàn)，編寫程序下載到FPGA中，在FPGA內(nèi)部生成一個自適應(yīng)濾波器，產(chǎn)生與回波相似的信號來抵消回波。PN序列可以采用MATLAB生成的MIF文件，存入FPGA內(nèi)部生成的ROM核中，再讀出來加到信號源上。
    圖8是用輸入信號自身作為估計序列時的輸出信號調(diào)試結(jié)果圖，圖9是用PN序列作為估計序列時的輸出信號調(diào)試結(jié)果圖。由圖8和圖9可以看出，用PN序列估計信道獲得的信號回波干擾更小一些。表1是用輸入信號自身作為估計序列和用PN作為估計序列的技術(shù)指標對比。

    從表1中可以看出，用PN作為估計序列后，系統(tǒng)的隔離度增加了，這是由于對回波的抵消效果增強，回波干擾小了，使得輸出對輸入的影響減小，輸出功率可以增大，隔離度提高。由于采用PN序列估計信道后提高了估計精度，增強了濾波器的濾波效果，因此帶波動和帶外雜散減小了，這同前面仿真提到的用PN估計信道后毛刺大大減小，信號變的平穩(wěn)一致，說明系統(tǒng)的性能達到了預(yù)期的效果。
    回波抵消效果要受到信道估計精度的影響，信道估計精度要受到估計序列相關(guān)性的影響。PN序列具有良好的自相關(guān)性和互相關(guān)性，基于PN序列信道估計的回波抵消方法，可以提高信道估計精度，有效地改善回波的抵消效果。該方法用于長途通信或數(shù)字同頻直放站中的回波抵消，可獲得高質(zhì)量的通信信號。
參考文獻
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