[科普中國]-回波

概述

回波，是指通過不同于正常路徑的其他途徑而到達(dá)給定點上的信號。在該點上，此信號有足夠的大小和時延，以致可覺察出它與由正常路徑傳送來的信號有區(qū)別。

產(chǎn)生原因在目前幾乎所有的通信網(wǎng)絡(luò)中，信號的傳遞都是采用4線傳輸，也就是在接收和發(fā)送兩個方向上，各使用兩條線傳輸信號，其中一條是參考地，另一條是信號線。而普通PSTN電話用戶使用的話機(jī)都是通過2線傳輸?shù)姆绞浇尤氡镜亟粨Q機(jī)，一條線是參考地，另一條信號線上同時傳輸收發(fā)雙向的信號。于是，就在本地交換機(jī)中采用2/4線轉(zhuǎn)換(hybrid)實現(xiàn)這兩種傳輸方式之間的轉(zhuǎn)換。

由于實際使用的2/4線變換器中混合線圈不可能做到理想狀況，總是存在一定的阻抗不匹配，不能做到將發(fā)送端和接收端完全隔離，所以從4線一側(cè)接收的信號總有一部分沒有完全轉(zhuǎn)換到2線一側(cè)，部分泄露到了4線一側(cè)的發(fā)送端，因此產(chǎn)生回波（紅色示意），如下圖所示。這種類型的回波稱為電學(xué)回波，是回波的主要來源，一般的回波抵消器主要用來消除電學(xué)回波。

感知回波的條件通信網(wǎng)中的回波主要是由于電學(xué)回波導(dǎo)致的，由回聲產(chǎn)生的原理可以知道回聲在電話網(wǎng)中總是存在的，但需要滿足以下條件電話用戶才能感受到回波：

回波通路延時足夠長從發(fā)話者發(fā)出聲音，到回波返回發(fā)話者，所經(jīng)過的時間叫做回波通路延時。如果回波通路延時很小，回波和用戶發(fā)出的聲音重疊在了一起，人是感覺不到回聲的。對于大多數(shù)電話用戶來說，如果回波通路延時時間：

(1)小于30ms，不易察覺；

(2)大于30ms，容易察覺，并影響聽話效果；

(3)大于50ms，非常嚴(yán)重。

注：ITU-TG.111（A.4.4.1Note3）指出：時延達(dá)到24ms，就會有感覺，需要加以控制；ITU-TG.131（RuleM）建議，當(dāng)環(huán)程時延超過25ms時，需要采用回聲消除器。 在通信網(wǎng)絡(luò)中，延時有以下幾個原因：

(1)無線鏈路、衛(wèi)星中繼傳輸?shù)难訒r

(2)A； TM或IP網(wǎng)絡(luò)傳輸時延；

(3)長途電路傳輸時延；

(4)為實現(xiàn)可靠傳輸采用的信道編碼產(chǎn)生的時延；

(5)為了實現(xiàn)話音壓縮編碼而產(chǎn)生的延時。

返回的回波信號足夠強即返回到講話人一方的回音信號幅度足以形成干擾。

回波消除器目前解決回波的辦法就是在話路中插入回波抵消設(shè)備（也稱回聲抑制器，本文不加區(qū)分）?；夭ㄏ鞅O(jiān)測接收路徑上從遠(yuǎn)端(farend)來的話音，計算出回波的估值，然后在發(fā)送路徑上減去這個估值。于是，回波被去除了，只有近端(nearend)的話音被發(fā)送到遠(yuǎn)端。如果一次通話的主被叫用戶都是PSTN用戶，由于兩側(cè)的2/4線轉(zhuǎn)換都會產(chǎn)生回聲，因此一次通話需要兩個回聲抑制器，分別是：

去話EC：去話EC是抑制、抵消主叫產(chǎn)生的回聲，有利于被叫方。一般來說，去話EC應(yīng)盡量靠近主叫，這樣源和回聲間的時差較小，對硬件要求也相應(yīng)較小。

來話EC：來話EC是抑制、抵消被叫產(chǎn)生的回聲，有利于主叫方。一般來說，來話EC應(yīng)盡量靠近被叫這樣源和回聲間的時差較小，對硬件要求也相應(yīng)較小。

回波抵消器的工作原理決定了，回波通路時延越大，設(shè)備成本越高。例如由Tellabs公司提供的CEC128回波抵消芯片，可以同時處理32個回波通路時延小于64ms的話路，如果回波通路時延為128ms，則同樣的芯片就只可以處理16個話路?；夭ǖ窒O(shè)備所能支持的最大回波通路時延（有時也稱最大尾端返回時延）就成了回波抵消設(shè)備最重要的一項指標(biāo)。

因為上述原因，在安裝回波抵消器的時候，要盡可能把回波抵消器安裝在靠近2/4線變換器的位置上。對于用戶來說，回波通路時延沒有改變，可對于回波抵消器來說，時延變小了。如下圖所示：

對于上圖中的回波抵消器1來說，用戶1是它的近端（尾端），用戶2是它的遠(yuǎn)端，它的任務(wù)是消除近端產(chǎn)生的回波，也就是圖中2/4線變換器1所產(chǎn)生的回波，保證用戶2聽不到回聲。這時，用戶2看到的回波通路時延是從用戶2到2/4線變換器1，再返回用戶2所用的時間，這個時延決定了是否安裝回波抵消；而回波抵消器1看到的回波通路時延，只是從2/4線變換器1到回波抵消器1的時延。于是，回波抵消器1所要支持的最大返回時延就可以小很多，成本也就大大降低?？梢钥闯?，在這種典型組網(wǎng)中，回波抵消器只是單向工作的，受益的是遠(yuǎn)端用戶。這樣如果雙方的2/4線轉(zhuǎn)換性能均比較差，則回波抵消器必須安裝兩個，分別用于保護(hù)參與通話的兩個用戶。從優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和降低回聲抑制器成本的角度來說，去話回聲抑制器應(yīng)該盡量靠近主叫，而來話回聲抑制器應(yīng)該盡量靠近被叫，這樣回聲抑制器靠近回聲源，對回聲抑制器的硬件要求較低，抑止效果也最佳。

回波處理回波處理是提高太赫茲時域光譜系統(tǒng)頻譜分辨率的重要方法。為了研究樣品存在非線性吸收情況下的回波濾除方法，在解卷積算法的基礎(chǔ)上考慮介質(zhì)對太赫茲脈沖的吸收情況和群延遲效應(yīng)，將已有算法所需的四個參數(shù)縮減為與樣品種類、厚度無關(guān)的兩個參數(shù)，進(jìn)一步提高了太赫茲光譜恢復(fù)的準(zhǔn)確度。經(jīng)實驗驗證，該方法可有效濾除太赫茲時域光譜系統(tǒng)中的GaAs天線基底以及ZnTe探測晶體產(chǎn)生的回波,將時間窗寬度增加一倍，使系統(tǒng)頻譜分辨率提高到20 GHz。1