一种回波消除器及回波消除方法
技术领域
本发明属于移动多媒体广播技术领域,尤其涉及一种直放站(On-ChannelRepeater,OCR)的回波消除器(Echo Canceller)及回波消除方法。
背景技术
在移动通信网络和广播网络中,常常有些区域无法被完全覆盖,这些区域一般被称为“盲点”。为了向用户提供最完善的服务,达到无缝覆盖的效果,网络运营商都会积极主动地去消除这些覆盖盲点。
消除网络盲点可以采取多种措施,譬如增大发射机的发射功率,或者缩小网络半径且增加发射点,等等。但一种最常用的消除覆盖盲点的方法是,在覆盖盲点的地方设置直放站。所谓直放站,顾名思义,是将接收到的信号经过功率放大后直接发送出去。传统的直放站信号处理技术,都是在射频或中频上完成的,不会出现基带信号,但传统的直放站的信号处理性能较差。
近年来,随着GSM(Global System for Mobile,全球移动通信***)网络和CDMA(Code Division Multiple Access,码分多址)网络的广泛普及,也带动了直放站技术的快速发展。但应用于移动通信网络的直放站通常都是采用射频或者中频信号处理技术的直放站,对性能要求相对较低,这与移动通信网络的特点直接相关。在移动通信网络中,基站选址相对较为容易,小区半径较小,发射机的发射功率也较低,因此盲点区域较小,直放站的功率和性能要求也较放松。
但广播网络与移动通信网络之间的区别较大,广播发射机的发射功率较大,因此其选址较难,一般只能在较高的广播电视发射塔(通俗地称为大塔)上。并且,由于采用了SFN(Single Frequency Network,单频网)技术,广播网络的覆盖半径一般都很大,大约在30~50公里左右。从而,这些特征很有可能造成的盲点区域面积较大,要求的直放站发射功率也相应较大,对直放站的性能要求也相应较高。这导致了传统的应用于移动通信网络的直放站不适宜直接应用于广播网络中。
CMMB(China Mobile Multimedia Broadcasting,***多媒体广播)是一种新兴的提供移动多媒体业务的广播***。2006年10月,中国国家广播电影电视总局颁布了GY/T 220.1-2006广播影视行业标准,标志着CMMB***的正式诞生。CMMB***采用了OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,正交频分复用)调制技术,其基带采样率为10MSPS(MegaSample Per Second,每秒采样百万次),物理带宽为8MHz,信号带宽为7.512MHz。
如上所述,广播网络对直放站的性能要求较高,从而如何改善直放站性能是技术人员必需考虑的问题。一种改善直放站性能的方法是回波消除,即消除直放站接收端接收到的来自直放站发射端的信号,这些信号也可以称为回波信号。若不对过强的回波信号进行消除,由于回波信号太强,导致接收端接收到的来自大塔上的主发射机的有用信号被掩盖,从而导致直放站发生自激现象,直放站的作用就消失了。
由于CMMB***是一种新兴***,并且CMMB***拥有自身的特点,导致传统的回波消除方法无法直接应用于该***的直放站上,因此业界专门针对CMMB***提出了一种采用CMMB训练序列(Training Sequence)的回波消除方法。
但是,采用CMMB训练序列的回波消除方法的性能受限于添加的CMMB训练序列,这是因为对于接收终端来说,CMMB训练序列也属于干扰信号,直接影响着接收终端的接收质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种回波消除器及回波消除方法,用于消除回波对发射到终端的信号的影响,提高发射到终端的信号质量,最终改善终端的接收质量。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种回波消除器,用于在直放站的接收端进行回波消除,所述回波消除器包括:第一分发器模块、回波信道估计模块、回波信号重构模块、回波删除模块、延时模块及第二分发器模块;
所述第一分发器模块,输出端与所述回波信道估计模块及所述回波删除模块相连,用于对发射端发射的信号进行接收作为回波消除的输入信号,并用于将所述输入信号相同地分发给所述回波信道估计模块及所述回波删除模块;
所述回波信道估计模块,输入端分别与所述第一分发器模块及第二分发器模块相连,用于接收所述回波消除的输入信号及第二分发器模块的输出信号,根据所述输出信号估计信道信息;
所述回波信号重构模块,输入端与所述信道估计模块及所述第二分发器模块相连,用于接收所述信道信息和来自第二分发器模块的辅助删除信号,根据所述信道信息从所述辅助删除信号中获得新辅助信号,根据所述新辅助信号重构出回波信号;
所述回波删除模块,输入端分别与所述第一分发器模块及所述回波信号重构模块相连,用于接收输入信号及重构出的回波信号,并在所述输入信号中删除所述回波信号;
所述延时模块,输入端与所述回波删除模块相连,输出端与所述第二分发器模块相连,用于使回波删除模块的输出信号和第二分发器模块的输出信号之间产生错位,消除上述两种信号之间的相关性;
所述第二分发器模块,输入端与所述延时模块相连,输出端与所述回波信道估计模块及所述回波信号重构模块相连,用于将删除回波信号后的输出信号进行输出,并同时将所述输出信号相同地分发给所述回波信道估计模块及所述回波信号重构模块。
进一步来说,所述回波信道估计模块进一步用于根据每隔一定时间段取出的一段输出信号进行回波信道估计。
进一步来说,所述回波信号重构模块进一步用于根据回波信道传输时延截取辅助删除信号,获得新辅助信号。
进一步来说,所述延时模块为先入先出模块。
为了解决上述技术问题,本发明还提供了一种回波消除方法,所述方法包括:
(1)接收到发射端发射的信号作为回波消除的输入信号后,先利用回波消除后的输出信号对所述输入信号进行回波信道估计,获得信道信息;
(2)接收回波消除后的输出信号,作为辅助删除信号,根据所述信道信息从所述辅助删除信号中获得新辅助信号,根据所述新辅助信号重构出回波信号;
(3)从所述输入信号中删除所述回波信号;
(4)将删除回波信号后的信号延时输出。
进一步来说,步骤(1)中进一步利用回波消除后的输出信号每隔一定时间段T取出的一段信号进行回波信道估计,所述每隔一定时间段T取出的一段信号记为X(i),i=0,1,2,…,L-1,其中,L为取出的信号段的长度。
进一步来说,步骤(1)中所述利用回波消除后的输出信号对输入信号进行回波信道估计的步骤,包括:
a、执行滑动互相关操作,获得互相关序列R(n): 其中conj(·)表示取共轭函数,r(n)表示接收到的信号序列;
b、对R(n)序列取绝对值,获得R(n)序列的幅度序列|R(n)|;
c、设置幅度门限TA为 其中Pav为R(n)序列的平均功率;
d、寻找大于TA的|R(n)|的索引n的集合,记为{n1,n2,…},n1<n2<…,则索引n1即为回波信道的传输时延;
e、寻找索引集合{n1,n2,…}对应的互相关值集合{R(n1)、R(n2)、…},并且将互相关值集合中的互相关值都除以一个因子,获得多径回波信道中的每条径对应的信道衰落估计值和相位偏移估计值,记为多径复数集合{C1,C2,C3,…};
所述因子等于X(i),i=0,1,2,…,L-1序列的每个样本点的功率之和;
f、将多径索引集合{n1,n2,…}变形为新多径索引集合{0,n2-n1,n3-n1,…};将对应的新多径索引和多径复数值组合起来,即为估计出的多径回波信道集合,形式为{0:C1,n2-n1:C2,n3-n1:C3,…}。
进一步来说,在步骤a中每隔一段时间计算部分时间点的互相关序列。
进一步来说,步骤c中所述幅度门限的具体取值随着时间的变化而改变,或者保持不变。
进一步来说,步骤(1)中所述信道信息包括回波信道传输时延,相应的,步骤(2)中所述获得新辅助信号的具体步骤为:将新辅助信号的起始信号点定位于辅助删除信号中的当前时间的信号点倒退一段信号后对应的信号点,所述倒退的一段信号的时间长度等于所述回波信道传输时延。
进一步来说,步骤(1)中所述信道信息还包括多径回波信道集合及每条径对应的复数衰减因子Ci,相应的,步骤(2)中所述根据新辅助信号得到回波信号的步骤,包括:
对估计出的每条径执行如下同样的操作:将新辅助信号乘以每条径对应的复数衰减因子Ci,并且延迟ni-n1个信号点;
然后将每条径操作的结果相加,即获得重构出的回波信号;
其中,ni表示第i条径的传输时延,n1表示第1条径的传输时延。
进一步来说,步骤(3)中从所述输入信号中删除所述回波信号,包括:逐样本地从所述输入信号中减掉重构出的回波信号。
本发明提出了一种不采用训练序列的回波消除器及回波消除方法,可以消除回波对发射到终端的信号的影响,提高发射到终端的信号质量,改善终端的接收质量,并具有实现简单、适用范围广的特点。本发明不仅可以应用于CMMB***的直放站,也可以应用于其它***的直放站。
附图说明
图1为本发明的回波消除器结构示意图。
图2为本发明的回波消除方法流程图。
具体实施方式
本发明的主要思想是:首先对输入信号进行信道估计,获得信道估计信息,然后利用回波消除后的输出信号作为辅助删除信号,根据所述信道估计信息从所述辅助删除信号中获得新辅助信号,根据新辅助信号重构出回波信号,然后再在输入信号中将所述回波信号删除。
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
参照图1所示,为本发明一实施例的回波消除器结构示意图。本发明的回波消除器用于对输入信号进行回波消除,所述输入信号为混合信号,包含了来自大塔主发射机发射的有用信号和来自直放站发射端的回波信号。在本实施例中,回波消除器包括:第一分发器模块10、回波信道估计模块11、回波信号重构模块12、回波删除模块13、延时模块14、第二分发器模块15。
所述第一分发器模块10,输出端与所述回波信道估计模块11及所述回波删除模块13相连,用于将所述输入信号相同地分发给所述回波信道估计模块11及所述回波删除模块13;
进一步来说,可以称图1所示的上面一条信号处理支路为回波信号处理支路,下面一条信号处理支路为混合信号支路。第一分发器模块10将输入信号相同地分发给两个信号处理支路,即第一分发器模块10的两个输出信号都等于所述输入信号。
所述回波信道估计模块11,输入端分别与所述第一分发器模块10及第二分发器模块15相连,输出端与所述回波信号重构模块12相连,用于接收所述输入信号及来自第二分发器模块15的输出信号中的一段信号,利用所述一段信号估计信道信息,包括估计回波信道的传输时延(即从直放站的发射端到接收端的传输时延)、估计回波信道(一般为多径信道)的每条径对应的时延、信道衰落和相位偏移。
所述回波信号重构模块12,输入端与所述信道估计模块11及所述第二分发器模块15相连,用于接收所述信道估计模块11输出的信道信息和来自所述第二分发器模块15的辅助删除信号,所述辅助删除信号即为回波消除器的输出信号,所述回波信号重构模块12用于根据信道估计模块11输出的信道信息从所述辅助删除信号中得到新辅助信号,并根据所述新辅助信号及信道估计模块11输出的信道信息得到直放站接收端接收到的回波信号。
进一步来说,所述信道信息包括回波信道传输时延,所述回波信号重构模块12进一步根据所述回波信道传输时延截取辅助删除信号,获得新辅助信号。
所述辅助删除信号一般存储在RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)中。
所述回波删除模块13,输入端与第一分发器模块10及所述回波信号重构模块12相连,用于从输入信号中删除所述回波信号,获得估计出的接收到的来自大塔主发射机的干净信号。
在具体实现中,输入信号和重构出的回波信号一般都需要在RAM中进行缓存。具体删除的方法是,逐样本地从输入信号中减掉重构出的回波信号。
所述延时模块14,用于使回波删除模块13的输出信号和第二分发器15的输出信号之间有错位,消除上述两种信号之间的相关性,从而进行更好的信道估计。
在本实施例中所述延时模块14为一FIFO(First In First Out,先入先出)延时单元,用于对输入的信号序列存储以后,延迟发出,即对所有输入的样本点都延迟相同的时间,达到先入先出的效果。FIFO的初始值都置为全0值。FIFO的深度可以自由选择,如可以为4微秒对应的数据长度。
所述第二分发器模块15,输入端与所述延时模块14相连,用于接收所述延时模块14的输出信号,将所述输出信号直接输出的同时,将所述输出信号相同地分发给两个支路,这两个信号相同,一个是作为辅助删除信号输入至回波信号重构模块12,同时,输出信号中的一段信号序列也作为X(i)序列输入到所述回波信道估计模块11。
参照图2所示,为本发明的回波消除方法流程图。所述方法包括以下步骤:
步骤201:接收到发射端发射的信号,作为回波消除的输入信号后,先利用回波消除后的输出信号对所述输入信号进行回波信道估计,得到信道信息;
步骤202:接收回波消除后的输出信号,作为辅助删除信号,根据所述信道信息从所述辅助删除信号中获得新辅助信号,根据所述新辅助信号重构出回波信号;
步骤203:从所述输入信号中删除所述回波信号。
步骤204:将删除回波信号后的信号延时输出。
进一步来说,所述信道信息包括回波信道传输时延,所述新辅助信号根据所述回波信道传输时延,从删除回波信号后的输出信号,即所述辅助删除信号中获得。
具体来说,在本实施例中提出的一种回波信道估计的步骤如下:
在本实施例中,回波信道估计模块11接收来自第二分发器模块15的输出信号中的一段信号进行信道估计,是每隔一定时间段T(如25ms)取出的一段信号(长度可以记为L),更新时间周期为T,所述信号可以记为X(i),i=0,1,2,…,L-1。
第一步:执行滑动互相关操作,获得互相关序列R(n),其中conj(·)表示取共轭函数,r(n)表示接收到的信号序列。需要说明的是,由于多径回波信道的延时扩展一般都不大,以及回波信道的传输时延也较小(直放站发射天线到接收天线之间的距离较短),因此,不必要计算所有时间点的互相关序列,再加上回波信道的Doppler(多普勒)频偏较小,即信道随时间的变化较小,因此,可以每隔一段时间计算部分时间点的互相关序列,如每隔25ms计算300个时间点的互相关序列。
第二步:对R(n)序列取绝对值,获得R(n)序列的幅度序列|R(n)|。
第三步:设置幅度门限TA。幅度门限TA与R(n)序列的平均功率有关。记R(n)序列的平均功率为Pav,幅度门限的一种具体取值为 幅度门限的具体取值随着时间的变化可以改变,也可以保持不变。
第四步:寻找大于TA的|R(n)|的索引n的集合,记为{n1,n2,…},n1<n2<…,则索引n1即为回波信道的传输时延。
第五步:寻找索引集合{n1,n2,…}对应的互相关值集合{R(n1)、R(n2)、…},并且将互相关值集合中的互相关值都除以一个因子,获得多径回波信道中的每条径对应的信道衰落估计值和相位偏移估计值(以复数形式表示,包含了幅度估计值和相位估计值),记为多径复数集合{C1,C2,C3,…}。其中提到的因子等于X(i),i=0,1,2,…,L-1序列的每个样本点的功率之和。
第六步:将多径索引集合{n1,n2,…}变形为新多径索引集合{0,n2-n1,n3-n1,…}。将对应的新多径索引和多径复数值组合起来,即为估计出的多径回波信道集合,形式为{0:C1,n2-n1:C2,n3-n1:C3,…}。
在本实施例中的具体的回波信号重构的实现步骤描述如下:
首先,根据信道估计模块估计出的回波信道传输时延截取辅助删除信号,获得新辅助信号序列,具体方法为将新辅助信号的起始信号点定位于辅助删除信号中的当前时间的信号点倒退一段信号后对应的信号点,该段信号的时间长度等于估计出的回波信道传输时延。在具体操作中,新辅助信号为一信号序列。
其次,根据信道估计模块估计出的多径回波信道集合,对估计出的每条径执行如下同样的操作,每条径的具体操作为,将新辅助信号乘以每条径对应的复数衰减因子Ci(信道估计出来的),并且延迟ni-n1个信号点。其中ni表示第i条径的传输时延,n1表示第1条径的传输时延。这样,对于每条径来说,可以认为是以第1条径为参照,将每条径的传输时延都减去n1,获得每条径延迟的信号点数,而第1条径延迟0个信号点。
将每条径操作的结果相加,即获得重构出的回波信号。
从附图及上述叙述可以明显地得知,该回波消除器及回波消除方法并没有采用任何训练序列。经过一系列的信号处理,就可以实现由输入信号获得回波消除的输出信号。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的修改或者等同替换,均涵盖在本发明的权利要求范围当中。