在长途通信及数字同频直放站中，由于发射天线和接收天线之间的物理位置关系加上地面折射和反射,接收端会收到很强的多径回波，严重影响信号通信质量。这些回波是输出信号经过多路衰减信道衰减后返回到输入端而得到的同频干扰信号。传统的双工器或者滤波器可以滤除工作频带外的干扰信号，对工作频带中的同频干扰信号难以滤除，为此需要设计专门的回波抵消系统来消除回波对系统的影响。

    实现回波抵消的基本思路是系统通过伪信道将输出信号和误差信号引回到滤波器，先估计出实际衰减信道，调整滤波器的参数，在滤波器内部产生一个与回波相近的信号来抵消回波。回波抵消的程度显然要受到信道估计精度的影响，信道估计需要采用估计序列，要求这个序列与其他信号的互相关性和不同时刻的自相关性越小越好[1]。一般系统中往往利用输入信号自身作为估计序列进行信道估计[2]，由于输入信号的相关性并不理想，致使信道估计精度差一些，因此很多研究人员提出利用相关性较好的PN序列估计信道 [3-5]。现有文献研究了采用PN序列估计信道方法的可行性，以及与各种自适应算法相结合的效果，没有具体分析估计序列对信道估计精度影响的问题。本文把PN序列与自适应算法相结合，详细分析了PN序列的作用机理及影响信道估计精度的原因，并应用到回波抵消系统中，通过输入OFDM信号进行仿真和实际运行，验证了采用PN序列估计信道能有效提高信道估计的精度，改善了回波抵消的效果，使通信质量得到提高。
1 回波抵消原理
    在数字直放站进行信道估计与回波抵消的原理如图1所示。其中，回波衰减序列为hH(n)，输入信号为s(n)，滤波器输出的回波估计信号的值为y(n)。

    由图可知，输入信号s(n)与回波干扰echo叠加在一起与滤波器产生的估计值相减，由于y(n)是对echo的估计值，它们很接近，因此相减后的值e(n)就是一个很接近输入信号s(n)的值。估计序列发生器产生的估计序列，一路进入权系数更新模块，与e(n)作用来不断更新滤波器每阶的权系数；另一路与e(n)叠加后作为输出信号u(n) 发射出去，同时u(n)引入到自适应算法模块进行回波估算，估算值y(n)与下一时刻的d(n)相减产生e(n)，如此循环下去，不断抵消回波干扰。滤波器的一阶权系数可以模拟一个衰减信道来抵消回波，权系数阶数设计的越多对回波的抵消效果越好。由于硬件资源有限，并考虑到48个衰减信道以后的回波干扰比较微弱，因此系统设计时把权系数的阶数定为48阶。
    自适应滤波器的算法可采用最小均方算法LMS[5-6]， LMS算法的公式表示为：

    如果用x(n)作为估计序列，x(n)不具备随机性，则输入信号与其他信号或自身不同时刻信号相乘时相关性不够小，对式(13)作类比分析可知，权系数波动会很大，会降低衰减信道估计精度，影响回波抵消效果。
3 仿真分析
    OFDM是多载波调制技术,广泛用于各种数字传输和通信中[7]。采用MATLAB进行仿真，输入的OFDM信号采用“归一化”的方法，这样使得各项的值都在正负1以内。根据上述原理和式(5)～式(8)编写M文件,建立仿真模型,用PN序列估计信道的仿真结果如图2～图6所示。

    图2为OFDM调制信号功率谱图。可以看出经OFDM调制后的信号带内平坦度好，带宽比较宽，信号平稳，带外毛刺很小。信号经过传输后，OFDM调制信号会受到干扰。在仿真时可以取两个绝对值小于1的数作为衰减系数，本设计选用的是0.5和0.51，输出信号经延时再乘以这两个衰减系数后相加来模拟回波，得到的回波干扰功率谱如图3所示。图4为受到图3所示回波干扰而未加处理的OFDM调制信号。由图4可以看出，OFDM调制信号严重失真，这样会影响通信质量，因此，必须对回波干扰信号进行处理。
    消除回波干扰需要采用回波抵消的方式，采用PN序列作为估计序列，它产生的估计回波如图5所示。可以看出它与图3很接近，抵消处理后的信号与要接收的信号s(n)的趋近效果见图6。由图6(a)可以看出，处理后的信号e(n)逐渐趋近s(n)，由它的后端放大图（图6(b)）可以看出趋近效果非常好。
    为了进一步观察用PN估计信道的效果，可以与用输入信号作估计序列的估计结果进行比较。用输入自身作估计序列时，回波抵消后的信号e(n)与要接收的信号s(n)的趋近效果见图7，与图6相比，可以看出采用PN序列估计信道的效果更好。

4 回波抵消的实现与调试
    回波抵消电路可以用FPGA实现，编写程序下载到FPGA中，在FPGA内部生成一个自适应滤波器，产生与回波相似的信号来抵消回波。PN序列可以采用MATLAB生成的MIF文件，存入FPGA内部生成的ROM核中，再读出来加到信号源上。
    图8是用输入信号自身作为估计序列时的输出信号调试结果图，图9是用PN序列作为估计序列时的输出信号调试结果图。由图8和图9可以看出，用PN序列估计信道获得的信号回波干扰更小一些。表1是用输入信号自身作为估计序列和用PN作为估计序列的技术指标对比。

    从表1中可以看出，用PN作为估计序列后，系统的隔离度增加了，这是由于对回波的抵消效果增强，回波干扰小了，使得输出对输入的影响减小，输出功率可以增大，隔离度提高。由于采用PN序列估计信道后提高了估计精度，增强了滤波器的滤波效果，因此带波动和带外杂散减小了，这同前面仿真提到的用PN估计信道后毛刺大大减小，信号变的平稳一致，说明系统的性能达到了预期的效果。
    回波抵消效果要受到信道估计精度的影响，信道估计精度要受到估计序列相关性的影响。PN序列具有良好的自相关性和互相关性，基于PN序列信道估计的回波抵消方法，可以提高信道估计精度，有效地改善回波的抵消效果。该方法用于长途通信或数字同频直放站中的回波抵消，可获得高质量的通信信号。
参考文献
[1] Zhou Yongqin, Ji Shuzhi, Wang Xudong, et al. Echo cancellation Technology based on PN Sequences,2010:25-26.
[2] Hong Jinkyu, SUH Y W, CHOI JY,et al. Echo canceller for On-Channel Repeaters in T-DMB System[J].Feb.17-20, 2008 ICACT 2008:1735-1738.
[3] Song Bowei, Gui Lin, Guan Yunfeng,et al. On channel estimation and equalization in TDS-OFDM based Terrestrial  HDTV Broadcasting System[J]. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 2005,51(3):790-797.
[4] 白皓东.基于PN序列的OFDM无线信道估计方法研究[D].华北电力大学硕士学位论文,2008.
[5] 王立辉,孙枫,季强,等. LMS自适应滤波算法在FOG数据处理中的应用[J].系统工程与电子技术,2010,32(05):
1047-1050.
[6] 李元杰,杨绿溪,何振亚.基于隐训练序列的信道估计与跟踪[J].通信学报，2004,25(12):1-7.
[7] Wang Xiaodong. OFDM and its application to 4 G[J].International Conference on Wireless and Optical Communication, 2005(4):69-74.