[发明专利]回波消除器电路和方法

说明书

本申请是分案申请，原案的申请号为200410101121.1，申请日为 2004年12月13日，发明名称为“回波消除器电路和方法”。

技术领域

本发明一般涉及通信系统，更具体涉及回波消除器和回波消除方 法。

背景技术

通信系统可使用回波消除器来补偿回波效应。这些系统还可使用 噪声抑制器来在通信环境中补偿噪声效应。

通信系统中的回波的特征通常为发送信号的一部分在延迟一段时 间后从端用户返回到发送信号的发送者。由于多种原因，诸如四/二线 混合(four/two wire hybrid)中的阻抗不匹配，或者在远端的电话、无 线设备或免提扬声器电话中的声学耦合的反馈，可能会发生发射信号 的反射。对应于延迟的发射上行链路信号的回波信号被感觉为是对近 端用户的干扰，某些情况下可导致被称为“啸叫(howling)”的不稳 定状况。

回波消除器可用于无线设备，包括免提扬声器电话，诸如蜂窝电 话、车载电话、双向无线电装置、用于蜂窝电话的车载工具以及能够 在整个地理区域中移动的其他合适的设备。此外，回波消除器可用在 有线设备中，诸如免提扬声器电话、视频和音频会议电话以及在电信 工业中通常被称为简单老式电话系统(plain old telephone system， POTS)设备的电话。免提扬声器电话通常包括产生上行链路信号的麦 克风，从声学上产生下行链路信号 的扬声器，补偿回波信号的回波消除器以及电话电路。

免提扬声器电话可集成在交通工具内音频系统中。交通工具可以 是汽车、船、飞机或任何合适的交通工具。交通工具内音频系统可包 括放大器、扬声器和音源，诸如调谐器模块、CD/DVD播放器、磁带 播放器、卫星无线电装置等等。交通工具内音频系统可集成在通信装 置中，诸如电信息通信模块(telematics communication module)。例如， 电信息通信模块可以是通用汽车的Onstar系统(General Motor’s Onstar system)。电信息通信模块通常收集和传播数据，诸如位置信息和音频， 诸如语音。

已知回波消除器通过生成对应于在声耦合信道中传播的放大的下 行链路音频信号的一部分的回波估计数据，试图在远端发射时补偿在 近端产生的回波信号。回波消除器通过使用回波消除器自适应滤波器 产生回波估计数据。回波消除器自适应滤波器通常使用有限冲激响应 (FIR)滤波器，其具有一组加权系数，用于在扬声器和麦克风之间对 声耦合信道进行建模。在下行链路通话模式期间，回波消除器自适应 滤波器试图通过动态地对有限冲激响应滤波器的加权系数进行自适应 而对声耦合信道建模。此外，上行链路路径中和下行链路路径中的衰 减器可用于减轻回波信号的效应，以响应声耦合信道中的变化。

当近端用户不讲话时，因为不存在下行链路信号，回波消除器自 适应滤波器系统更新步骤通常会空闲，但是滤波操作仍可以是活动的。 当近端和远端都在讲话时(即双通话模式)，预回波消除器上行链路 麦克风信号包括干扰信号和回波信号。此外，由于噪声端信号源的干 扰，回波消除器自适应滤波器系数更新步骤通常会空闲或明显变慢。 干扰信号包括近端语音、各种噪声成分和失真。各种噪声成分可包括 音频系统的非线性、扬声器失真、背景噪声。在双通话期间，系数更 新步骤可能空闲或者改变，但是滤波操作将是活动的，以去除回波成 分。但是，有一个问题：真实世界的效应包括算法回波建模收敛速率 和稳态性能中的限制、回波路径中的可变性、所使用的特殊设备的数 学精确度限制以及非线性音频系统成分，所有这些都会影响自适应回 波消除器从发射信号中去除或降低回波成分的能力。因而，开发了先 进的建模技术，诸如多级自适应滤波器，来进一步改善回波消除器系 统最小化建模误差和相应的残留回波的能力。

噪声抑制器可用在近端和远端来降低发射的语音信号的噪声成 分。在无线设备是操作在含有背景噪声的环境中的移动手机或免提电 话时，诸如在交通工具中操作时，噪声抑制特别有用。在交通工具环 境中，背景噪声可能是，在高速或颠簸路段上驾驶、操作送风机导致 麦克风上的空气涡流、降低或升高车窗导致风的辘辘声、操作风挡刮 水器、操作转弯信号或进行其他活动导致交通工具中的其他噪声源， 而产生的结果。尽管噪声抑制技术可以静态地降低背景噪声或者缓慢 改变噪声环境，噪声抑制和回波消除性能都会由于组合产生的噪声和 回波信号而显著地受到影响。