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杭州电子科技大学硕士学位论文杭州电子科技大学硕士学位论文 同频信号收发隔离技术 及硬件实现 研研 究究 生：生： 张焕斌 指导教师：指导教师： 潘高峰 研究员 2012 年 12 月 dissertation submitted to hangzhou dianzi university for the degree of master research on the same-frequency signal isolation and hardware design candidate: zhang huanbin supervisor: prof.pan gaofeng december，2012 杭州电子科技大学 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文使用授权说明 本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或 使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件， 允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其 它复制手段保存论文。 （保密论文在解密后遵守此规定） 论文作者签名： 日期： 年 月 日 指导教师签名： 日期： 年 月 日 杭州电子科技大学硕士学位论文 i 摘 要 信号收发系统由于受到系统规模、物理距离的限制，收发隔离不易实现。针对这个问题， 同频信号收发隔离技术通过信号处理的方法来予以解决。在信号收发系统刚出现的时候，人 们通常使用增加物理距离来提高隔离度，理论上可以实现，但容易使系统变得很大，随着自 适应算法研究的发展以及可编程逻辑阵列设计技术的成熟，越来越多的研究开始关注收发系 统中的信号处理研究，通过模拟估计发射天线发出的信号被接收天线接收(这种信号通常被称 为回波信号)这一过程中的信道参数来对回波信号做抵消处理。这样便可以使得收发天线的物 理距离缩短从而让收发系统做得非常小，也可以降低天线的成本，这也满足了当前科学技术 发展的目标：体积越小、成本越低、性能更优越。 在性能方面可以通过对自适应算法的改进 来提高。 本论文首先简单介绍了同频信号收发隔离技术的概念、原理、国内外研究现状和发展趋 势以及它所具有的研究意义。在接下来的章节中包含了论文的主要工作和研究成果，具体如 下： (1)提出了一种适用于阵列天线的同频信号收发隔离的系统方案，并详细分析工作流程。 针对阵列天线收发隔离的实现问题，提出了一种并行的自适应滤波器结构并将其与传统自适 应滤波器的实现进行仿真对比分析，体现了新方案在阵列天线应用上的优势。 (2)详细介绍了以最小均方误差滤波器和递推最小二乘滤波器为代表的传统滤波器的原 理并进行了性能对比。 (3)算法方面，详细分析了变步长最小均方误差算法，并对当前主要的几类变步长算法做 了研究和性能对比分析，提出了适合本系统的算法。 (4)采用 fpga 对自适应算法进行设计，介绍了每个模块所具备的功能以及它们之间如何 工作，并对设计结果进行了仿真验证，给出了整个系统的收发隔离效果 关键词：收发隔离，阵列天线，自适应滤波，变步长 lms，fpga 设计 杭州电子科技大学硕士学位论文 ii abstract the isolation between transmitter and receiver is not easy to achieve by the limitation of the system scale physical distance in signal transceiver system.the same-frequency signal isolation technology between transmitter and receiver is used to solve this problem by the signal processing.people usually increase physical distance to improve isolation degree when signal transceiver system appeared, but it makes the system to be very big in spite of it could be achieved in theory. with the development of adaptive algorithms and the maturity of programmable logic array design, more and more situations begin to make research in the circuit of signal transceiver system . they make offset disposal to echo signal by simulation estimating the channel parameters when the signal of transmitting antenna is received by the receiving antenna(this signal is usually called echo). this way is to shorten the physical distance between receiving antenna and transmitting antenna, make the signal transceiver system to be very small and reduce the cost of antenna. it meets the goal of modern science development: smaller volume, lower cost, better performance. in the performance, it can be based on adaptive algorithm improvement to improve. this paper first introduce the concept, principle, research status include domestic and overseas and development trend of the same-frequency signal isolation technology and its research significance. in the following chapters, the paper introduce the main work and research, specific as follows: (1) proposing a kind of structure diagram about the same-frequency signal transceiver isolation system which is used in array antenna, and explaining its operation process in detail.according to the characteristic of the array antenna,it proposes a new adaptive filter structure by using parallel structure and compares with the traditional way. it fully reflects the advance about the application of new way to array antenna. (2) introducing the principle of traditional adaptive filter represented by least mean square(lms) error filter and recursive least squares(rls) filter and make a comparisons in performance. (3) this paper mainly makes research in detail about the research field of the variable- step least mean square error algorithm, lists several variable-step least mean square error algorithm and make performance comparison between them.proposing an algorithm which is used in this paper. (4)making the fpga design which is based on the structure diagram of new method, and introduce design platform and chip, showing the design map of the fpga design on the ise, introduce the function of every module and how they work . testing the performance of the fpga 杭州电子科技大学硕士学位论文 iii design, it shows the isolation effect of the whole system. keywords:isolation,array antenna,adaptive filter,variable-step lms,fpga design 杭州电子科技大学硕士学位论文 iv 目 录 摘 要 . i abstract . ii 第一章 绪论 . 1 1.1 引言. 1 1.2 同频信号收发隔离技术的国内外研究现状和发展趋势. 2 1.3 自适应滤波的简单介绍及在同频信号收发隔离技术中的应用. 3 1.4 同频信号收发隔离技术简单介绍. 3 1.5 自适应算法的发展过程及自适应信号处理技术的前景. 4 1.6 本文主要的研究内容和创新点. 5 1.7 本章小结. 6 第二章 阵列天线收发隔系统结构 . 7 2.1 收发隔离技术在阵列天线上的研究必要性. 7 2.2 阵列天线收发隔离系统结构原理和运行流程. 7 2.2.1 系统整体框架 . 7 2.2.2 回波消除工作原理 . 8 2.2.3 回波消除模块的工作过程 . 9 2.2.4 自适应滤波器内部结构 . 11 2.3 本章小结. 14 第三章 传统自适应滤波器 . 15 3.1 引言. 15 3.2 最小均方误差滤波器. 16 3.2.1 最小均方误差滤波器原理推导以及结构设计 . 16 3.2.2 最小均方误差滤波器性能分析 . 18 3.3 递推最小二乘(rls)滤波器. 20 3.3.1 递推最小二乘滤波器原理推导 . 20 3.3.2 递推最小二乘算法与最小均方误差算法的比较 . 22 3.4 其他传统自适应滤波器. 22 3.5 本章小结. 24 第四章 变步长 lms 算法研究 . 25 4.1 引言. 25 4.2 基于某些最优准则的变步长 lms 算法分析 . 26 杭州电子科技大学硕士学位论文 v 4.3 基于自适应滤波过程中的子带功率的变步长 lms 算法分析 . 27 4.4 基于误差信号的变步长 lms 算法分析 . 29 4.5 其他变步长 lms 算法 . 31 4.6 本章小结. 33 第五章 硬件实现方案 . 34 5.1 硬件设计平台介绍. 34 5.1.1 xilinx 以及 ise 软件简单介绍 . 34 5.2 延时估计模块设计 . 37 5.3 幅度估计模块设计 . 38 5.4 modelsim仿真结果 . 39 5.5 本章小结 . 41 第六章 性能测试 . 42 6.1 延时估计性能测试 . 42 6.2 幅度估计性能测试 . 43 6.3 本章小结 . 47 第七章 总结与展望 . 48 致 谢 . 50 参考文献 . 51 附 录 . 54 杭州电子科技大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 引言 通信的两大操作分别是传输与信号处理，信号处理的目的是为发送信号做准备或者对接 收端接收到的信号做恢复以及提取信号特征。 大多数的信道特征是随着时间和环境而变化的， 为了克服这个问题，通常采用自适应技术来使得通信系统能够适应它所收到的信道和信号， 从而使得传输性能和通信质量得到提高。自适应技术在通信中的应用广泛，典型的如自适应 均衡、自适应回波抵消、线性预测编码、自适应语音预测编码、自适应阵等等1。本文所研 究的同频信号收发隔离技术就是属于其中的自适应回波抵消这个应用范畴。 在移动通信大范围普及的今天，虽然在大部分地区已经覆盖了无线通信，但是覆盖区域 的弱信号区和盲区总是不可避免的，甚至在大城市中也存在这种现象，而在一些人烟稀少的 地区，如果建设一个数字基站，那样必将造成成本过高的尴尬局面，因此信号增强转发设备 如直放站应运而生。它可以提供一个高性价比的同频放大设备。 一些信号增强转发设备由于其自身设计的特点也存在一些问题，比如因为收发天线的物 理距离比较近，而且收发都是同频信号，不可避免的会在工作过程中产生自激，类似于直放 站的一个收发隔离问题。 利用传统方式来提高收发隔离的主要方法是增加收发天线间的距离、 降低它们之间的各种耦合或者将收发工作分开的方式，但是后者明显不能满足当前对连续工 作的这一要求，而通过增加收发天线间的距离或者降低它们之间耦合的各种措施又受到很多 因素的限制，无法达到一个很高的隔离度。 既然从传统方法上无法实质性提高隔离度，那么我们就应该寻找新的方法。本课题提出 了一种在阵列天线上采用自适应算法的回波消除技术的结构设计以及硬件设计。自适应同频 信号收发隔离技术是指从接收信号中检测和提取出被回波信号干扰的有用信号，将系统本身 的回波信号作为信号处理对象，尽可能地将其抑制住或者做到最大限度的衰减从而提高信号 在发射和接收过程中的信噪比，这是当前流行的一种运用数字信号处理技术来解决通信问题 的方法。自适应算法根据不同的准则可分为最小均方误差算法、最小二乘格形算法、最小二 乘算法、递推最小二乘算法等，本课题在硬件实现上将采用最小均方算法(即 lms 算法)。因 为 lms 算法具有计算量小，容易实现，稳定性好等特点被广泛应用于自适应控制、雷达、系 统识别以及信号处理等领域。自适应同频信号收发隔离技术实际上是自适应滤波器的其中一 种应用，在自适应滤波器中有两个输入：期望信号)(nd和输入信号 x(n)；以及一个输出信号 )(ny，如图 1.1 所示。而在自适应收发隔离过程中期望信号被设定为系统的回波信号，既然 这个自适应滤波器的主要作用是为了消除回波信号而不是环境中的其他噪声信号那么输入信 号就可以从整个系统的发射端通过一条信号线接入滤波器，虽然这样所得到的期望信号跟实 杭州电子科技大学硕士学位论文 2 际要消除的噪声信号在时延上会有误差，但可以通过一些技术手段解决这个问题，具体的将 会在后面的正文中提到；输出信号)(ny依然当作估计信号来使用2。具体的滤波器原理将在 第三章中进行阐述分析。 图 1.1 自适应滤波器的模型图 本课题在提高同频信号收发隔离度上的研究将为同频信号收发隔离技术的实现和应用研 究提供支持，不仅提供一个理论研究，而且在硬件实现上做了设计工作，希望能够为更多的 个人和单位提供具备实际工程应用上的作用。 1.2 同频信号收发隔离技术的国内外研究现状和发展趋势 人们对自适应回波抵消技术的研究已经长达几十年，直到后来，由于微电子技术的进 步才使得这一技术进入实用阶段。随着移动通信的发展，3g 网络的大范围普及以及各国对信 息对抗的重视，同频信号收发隔离技术的应用前景也更加宽广。因此有很多的国内外专家学 者对同频信号收发隔离技术的优化做了不少的研究，例如在算法方面，虽然最小均方误差算 法已经发展了几十年，但仅仅从最近的十几年来看还是有很多的突破和进展： (1)2000 年，mader 提出了一种理论上最优的变步长 lms 算法。而后的 2004 年 shin 对 该算法进行了改进使得其能够应用于实际过程中； (2)narayan 和 peterson 提出了变换域 lms 算法的概念，利用子带功率对算法的步长进行 优化； (3)kwong 在 1992 年首次提出了利用误差信号对 lms 算法的步长因子进行优化， 并且在 其之后很多学者根据它的思想，提出了自己的基于误差信号的变步长算法； (4)国内方面， 张晶晶提出了基于双曲正切函数和lorentzian函数的变步长lms滤波算法， 它可以针对微弱信号在高噪声强度下进行信号处理工作。 然而他们中的大部分都只是专研于纯粹的理论或者算法的研究，并没有考虑到硬件实现 上的可行性，无法检验自己的算法能否很好的把这些研究成果应用到实际应用中，在硬件开 发上也很少，再加上硬件平台的种类繁多，有些硬件平台对该技术的设计缺乏重视。理论的 研究最终是要应用到实际的应用上的，所以本课题不仅仅对理论和算法进行研究比较，而且 基于这些研究成果，将其应用到硬件开发上，对其进行硬件设计与仿真以达到实际应用标准。 移动通信发展到今天，3g 网络在大部分一线城市已经得到普及，而且 4g 网络的架设也 杭州电子科技大学硕士学位论文 3 在紧锣密鼓的展开着，而这些网络的实现依靠的就是基站、直放站等这些基础设备，所以对 这些设备的研究和开发将会达到一个新的高度。另外在这个信息化的社会，通信变得至关重 要，虽然现在是和平年代，但各个国家对本国的国防建设从来不会放松，而信息对抗将是信 息战的核心内容之一。其中干扰机就是信息对抗中的典型设备，它可以用来发射干扰信号， 它的工作原理主要是扫描对方信号，然后发射一个高功率的干扰信号以达到屏蔽对方发射信 号的作用，使得对方的接收端无法接收到信号甚至无法建立连接。然而发射高功率的信号对 干扰机本身也会产生一个回波干扰，这时可以将同频信号收发隔离技术应用于干扰机之中， 使自己不受影响。纵观这些应用，不管在民用还是军用，同频信号收发隔离技术都是具有很 大意义的，因此它已受到国内外专家学者的广泛重视，在未来的发展中这一领域的研究势必 成为一个学科热点。 1.3 自适应滤波的简单介绍及在同频信号收发隔离技术中的应用 在自适应滤波技术的的整个发展过程中，很多著名的科学家、数学家作出了不朽的贡献。 最早的牛顿和莱布尼茨提出了微分学，这为函数的求极值问题打下了基础。到后来伯努利、 欧拉格朗日等人建立了求极值函数的变分法。其中拉格朗日采用提出加入未知常数的方法来 解决了带有约束条件的函数求极值问题；对于无约束条件的求极小值问题，柯西首次提出了 利用最陡下降法，这在后来的最小均方误差算法中也有应用。高斯提出的最小二乘法对优化 和自适应算法的发展奠定了基础。自适应滤波技术在通信领域的应用主要是在二十世纪二十 年代由奈奎斯特和哈特利在频带及信噪比问题上的研究开始，而对通信与电子技术系统优化 起到奠基性研究工作的则要数香农在四十年代提出的关于信息的度量方法。最佳滤波器的基 础是由维纳建立，后来在此基础上卡尔曼导出了特别适用于动态系统估计问题的递推算法， 为最佳滤波器的发展起到重大作用，这些工作对后来的雷达发展、通信以及其他诸多领域都 产生了较为深远的影响。 到了五十年代首次由van atta等人提出了“自适应天线”的概念。 而“自 适应滤波器”的概念则是由 jakowatz 等人在六十年代出用来描述一个从噪音中提取出现时刻 随即的信号的系统时提出来的3。 从六十年代开始，人们对自适应滤波技术的研究发展到了更多的领域。由于大规模集成 电路技术和计算机技术的快速发展，自适应滤波技术从此之后得到了极大的发展和广泛的应 用，成为最活跃的研究领域之一。 在这些领域之中就包括了回波抵消，同频信号收发隔离技术在理论算法上跟回波抵消技 术是基本相同的，最早从事关于长途电话系统自适应回波对消器的研究工作的是 kelly 和 sondhi 等人。 在同一时期， widrow 等人进行了自适应对消心电图记录器的市电干扰的研究工 作，并于 1975 年发表了著名的自适应噪音对消的学术论文。在该文及其他文章中，windrow 等人详细叙述了 lms 算法自适应噪音对消器的原理。 而且现在自适应噪音对消仍然是一个活 跃的研究领域4。 1.4 同频信号收发隔离技术简单介绍 杭州电子科技大学硕士学位论文 4 在自适应噪声消除中，有一种情况是系统接收端接收到的噪声信号包含了系统输出端输 出的信号，这种噪声的主要特点是： 1)噪声与有用信号频率相同：由于系统输出信号往往是之前的有用信号通过功率放大器 放大以后发射出去的，所以噪声与有用信号的频率是相同的； 2)噪声功率较大：在噪声的组成成分上分为环境噪声和系统产生的回波噪声，前者相对 于后者来说是非常小的，在本课题的研究中，设计的回波信号与有用信号之比为 40db，信噪 比为-20db，所以在抵消过程中重点在于如何去除系统回波产生的噪声。 同频信号收发隔离的原理如图 1.2 所示，图中的回波信号跟噪声合成一个噪声源来表示。 信号源发出的信号在被接收端接收的过程中由于受到噪声的干扰，进入系统后的信号是 (n)ns(n) 1 ，噪声源产生的另一组信号(n)n0也被自适应滤波器作为期望信号来使用，虽然 两个信号都是由同一个噪声源发出，但由于它们之间存在这距离上的差别，所以会有一定的 延时，分别将它们命名为(n)n0和(n)n1以示区别，自适应滤波器的另外一个输入信号是接收 端接收到的信号与滤波器本身的输出)(ny通过抵消以后的误差信号)(ne，这个误差信号是反 应一个滤波器算法和结构的性能的一个重要指标，通常在测试过程中会对这个信号进行检测 5。在理想情况下，最终的系统输出将会是一个完整的有用s(n)。 图 1.2 同频信号收发隔离原理 1.5 自适应算法的发展过程及自适应信号处理技术的前景 在自适应算法的研究中不得不提的是维纳滤波理论，最小均方误差算法(lms)刚开始是 由他在四十年代提出来的，该算法对自适应滤波技术的发展影响深远，至今仍然被很多专家 学者拿来研究和优化。 lms 算法的主要优点在于算法简单， 易于实现， 但缺点是对于非平稳、 相关输入时的收敛性能不佳。因此，后人对于在不同的环境下对 lms 算法进行改良。其中具 有代表性的是在七十年代由 godard 提出的应用卡尔曼滤波的快速算法以及 morf 等人提出的 最小二乘格型自适应算法。 现在对 lms 算法的改良主要在于提高收敛速度以及降低计算量方 面。本文在利用阵列天线的特点提出了一种新的自适应滤波系统结构，主要致力于降低计算 量，减少硬件消耗。 自适应滤波理论是由 widrow 等人在上世纪六十年代末提出的，它的优势在于：这种滤 杭州电子科技大学硕士学位论文 5 波器在设计的过程中，为了让系统参数能够自动调整到最佳状态，可对任何跟信号与噪声有 关的先验统计数据的依赖性很小。而且滤波器本身的实现上可以与维纳滤波器一样得简易， 性能上可以媲美卡尔曼滤波器。对包括平稳的和非平稳的随机信号的检测问题的都可以依靠 自适应滤波处理技术来解决。自适应数字滤波系统具有很多优点： (1)很强的自学习性能； (2)很强的自跟踪能力； (3)算法简单，容易实现性。 而且它的应用非常广泛： (1)可以对噪化信号的进行检测增强； (2)对噪声干扰的做抵消处理； (3)对波形编码的进行线性预测； (4)应用于雷达声纳系统中的阵列处理和波束形成； (5)应用于通信系统中的自适应均衡； (6)在图像处理方面可以做到自适应压缩编码、 自适应增强复原、 图像识别的自适应分割； (7)对未知系统的进行自适应参数辨识。 除此之外，自适应技术在智能信息处理方面也有应用，例如在军队作战中，潜艇通常会 利用强干扰噪声来为自己的行踪做掩护，这时就可以利用装备了自适应谱线增强技术的智能 侦查系统来对潜艇进行检测，从而辨别出声纳的目标。反过来，为了让自己不被敌方发现， 可以利用自适应谱线增强技术对我方的舰艇发出的噪声信号进行检测和处理。然后分析舰艇 发动机发出的噪声参数，根据这些参数来设计低噪声的舰艇发动机6。 自适应噪声滤波是指对被淹没在噪声环境中的信号进行检测和提取出有用信号，虽然只 是自适应技术众多应用中的一种，但它有着重要的作用，例如在日常的通话过程中，由于接 收端对话音有反射，会反向传输回说话端，这样造成的回音干扰会严重影响通话体验。 1.6 本文主要的研究内容和创新点 (1)设计阵列天线收发隔离系统的结构 在阵列天线中，接收端将会有多路信号同时进入设备，有一种最简单的方法就是在每一 路信号中加入一个回波抵消模块，然而这样对硬件资源的消耗是不言而喻的，本文提出一种 新的方法：在 16 路信号输入的阵列天线系统中只加入一个自适应滤波模块来达到对全部 16 路信号的收发隔离解决问题。 (2)研究对比当下的变步长 lms 算法，寻找符合要求的自适应算法 成熟的自适应研究领域中不乏有很多优秀的变步长 lms 算法，但是在实际操作中， 出于 对硬件资源的保护，一些虽然性能优越但复杂度高的算法在当前环境下还是不可实现的，也 有些算法是针对某些特定环境下才能体现出本身的优势，所以要对当今流行的一些自适应算 法进行性能仿真分析并进行对比，从而得出一个能够适合本文设计环境的，满足计算量小， 杭州电子科技大学硕士学位论文 6 易实现，最终抵消效果良好的自适应算法。 (3)系统硬件设计 运用设计好的收发隔离系统结构图以及得出的自适应算法，在 ise 软件平台上设计 verilog 代码，采用 moelesim 对代码进行仿真，同时也对得到的权矢量和延时参数应用到实 际运行结构中， 采用 matlab 进行模拟仿真， 最终以图片的形式展现出来， 用来验证系统性能。 1.7 本章小结 本章对同频信号收发隔离技术的原理，研究现状，发展过程和前景做了全面的介绍，并 列出了本文的主要研究内容和创新点，方便阅读本文的学者可以更清晰的了解同频信号收发 隔离技术和查阅本文。 杭州电子科技大学硕士学位论文 7 第二章 阵列天线收发隔系统结构 2.1 收发隔离技术在阵列天线上的研究必要性 天线被广泛的应用在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中，起到了传播无线 电波的作用，是有效地接收和发射无线电波不可缺少的装置7。阵列天线是由一类由不少于 两个天线单位、按某种规则或者随机排列并通过适当地激励来获取空间中预定辐射特性的特 殊天线。就目前天线通信知识和技术的迅速发展，以及国际上对天线的诸多研究方向的提出， 都促使了新型天线的诞生。阵列天线就是其中的一种研究方向，所谓阵列天线不是简单的将 天线排成我们所熟悉的阵列的样子，而是它的构成是阵列形式的。单单拿发射天线来说，简 单的发射源比如点源、对称振子源就是常见的构成阵列天线的发射源。它们按照直线或者更 复杂的形式，根据天线馈电电流、间距、电长度等不同参数来构成阵列，以获取最好的辐射 方向性。这就是阵列天线的魅力所在，它可以根据需要来调节辐射的方向性能。由此产生出 了诸如现代移动通信中使用的智能天线：一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可 编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，将无线电的信号导向具体的方向，产生空间 定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向 doa(direction of arrinal)，旁瓣或零陷对准 干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的8。而抑 制干扰信号就是本文所要研究的主要内容。在不久的将来，这些高技术含量的天线将会带给 我们同样高质量的通信环境。 如前面所说，阵列天线在通信领域应用非常广泛，一组天线都会有多路信号输入，然而 信号自激现象是客观存在的，常规的收发隔离技术只是针对一路信号进行回波信号的抑制， 假如套用常规方案对阵列天线的每一路输入进行一次自适应抵消将会大量消耗硬件资源，在 实际操作中是不可行的，对这个课题的研究主要的重点在于如何降低对硬件资源的消耗。本 文提出一种并行延时方案对 16 路输入的阵列天线进行回波信号抑制工作。 2.2 阵列天线收发隔离系统结构原理和运行流程 2.2.1 系统整体框架 同频信号收发隔离系统模型如图 2.1 所示(注：图中的两个 pn 码实际上是同一个信号源 发出，为了使框图更加简洁将它分为两个地方表示)。模型中通过两个开关来切换系统的两种 工作模式：训练过程模式和实际使用过程模式。系统的主要工作流程为：从远处传来的有用 信号通过接收天线进入到模拟下变频，然后通过模数转换之后进入回波消除模块，回波处理 结束以后再经过 pn 码叠加，数模转换，模拟上变频，功率放大器，最后由发射天线发射出 去。从图中可以看出信号由于经过了功率放大器的作用，使得发射信号的强度远大于远处传 来的有用信号，而且发射信号与有用信号是同频率的，所以同样会被接收天线所接收，将会 杭州电子科技大学硕士学位论文 8 产生回波干扰。如果不经过回波抵消处理的话，有用信号将淹没在回波当中。因此，必须在 系统中加入回波抵消模块来消除回波对有用信号的影响。 回波消除模块的主要任务就是对反馈信道进行参数估计，计算出信号从回波消除模块输 出端口到达回波消除模块的输入端这样一个过程中的幅度，时延参数，然后进行抵消处理。 图 2.1 同频信号收发隔离系统参考模型框图 2.2.2 回波消除工作原理 如前文所说，在理论技术上乃至工作原理上，同频信号收发隔离技术跟回波抵消技术是 基本相同的，只不过同频信号收发隔离技术在应用过程中针对的是同频信号的处理，信号和 噪声的混合波形通过一个滤波器来抑制噪声信号从而让有用信号相对不变的过程属于波形估 计的范围，但这种滤波器的设计往往需要信号和噪声的先验知识。如果将自适应滤波技术用 于回波消除，则