具体实施方式

本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。另外，本申请的实施例采用了“第一”、“第二”等字样对名称或功能或作用类似的对象进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

高速率车载以太标准(如802.3ch)采用全双工技术传输数据，高速全双工传输系统中，使用收发机对数字发射信号Tx_signal进行发送，并能够接收模拟接收信号Rx_signal。如图1所示，提供了一种典型的收发机01的结构示意图。包括：发射链路Tx和接收链路Rx，其中接收链路Tx和发射链路Rx耦接混合(hybrid)电路11。如图1所示，发射链路Tx包括第一数模转换器(DAC)12、与第一数模转换器12耦接的功率放大器(PA)13；接收链路Rx包括低噪声放大器(LNA)14、与低噪声放大器14耦接的模数转换器(ADC)15；功率放大器13与混合电路11耦接，低噪声放大器14与混合电路11耦接；第一数模转换器12用于对数字发射信号Tx_signal进行数模转换生成模拟发射信号，并将该模拟发射信号通过输出端DAC_out发送至功率放大器13；功率放大器13用于将模拟发射信号进行功率放大，并通过混合电路11发送至传输线路16，示例性的传输线路16可以是单对双绞线(twisted pair)；低噪声放大器14用于对混合电路11接收自传输线路的模拟接收信号Rx_signal进行放大并输入至模数转换器15的输入端ADC_in，模数转换器15用于对模拟接收信号Rx_signal进行模数转换生成数字接收信号自输出段ADC_out输出。

其中，对于上述的收发机，回波信号是干扰接收信号的主要因素。回波信号的路径通常有两条：一条是混合(hybrid)电路的泄露(例如：hybrid电路泄露到接收链路上的发射信号)，hybrid电路(或者定向耦合器)能够防止发射信号从发射链路泄漏到接收链路上，但是，实际上当hybrid电路的隔离度不够时泄露到接收链路上的发射信号仍然非常强；另一条是信号收发信道的反射(例如：采用单对双绞线传输接收信号以及发射信号时，单对双绞线反射的发射信号)。

目前，通常采用数字回波抵消器+模拟回波抵消器(digtal echo canceller+analog echo canceller，简称echo canceller)来抵消回波信号，即DEC和AEC结合的方法来实现回波信号的抵消。回波抵消的本质是通过训练一个滤波器来重建数字回波信号或者模拟回波信号，再将回波信号从接收信号中减去以达到回波抵消的目的。DEC通常在回波信号不太强的时候使用；如果回波信号太强，则必须降低总接收信号电平以避免接收链路上的模拟数字转换器(analog digtal converter，ADC)饱和，这通常需要采用AEC来实现模拟域回波信号的回波抵消，其基本原理是通过添加一个额外的数字模拟转换器(digtalanalog converter，DAC)来重建模拟域中的回波信号，这样就可以在接收信号馈入ADC之前消除回波信号。如图2所示，收发器01还包括第一数字滤波器W、第二数字滤波器WD，其中，第一数字滤波器W是用于在模拟域抵消回波信号，第二数字滤波器WD用于在数字域抵消回波信号。具体的，第一数字滤波器W的输出端W_out耦接第二数模转换器(DAC1)17的输入端DAC1_in，第二数模转换器17的输出端DAC1_out耦接设置于低噪声放大器14和模数转换器(ADC)15之间的第一减法器18，第一减法器18的输出端耦接模数转换器(ADC)15的输入端ADC_in；滤波器W用于根据Tx_signal生成数字回波信号，将数字回波信号通过第二数模转换器17转化为模拟回波信号，最终将模拟回波信号通过第二减法器18在将LNA放大后的Rx_signal中消除(其中，模拟回波信号从第二减法器18的反向输入端(-)输入，LNA放大后的Rx_signal从第二减法器18的正向输入端(+)输入)；第二滤波器WD的输出端WD_out耦接第三减法器19的反向输入端(-)，第三减法器19的正向输入端(+)耦接于模数转换器15的输出端ADC_out，第二数字滤波器WD用于根据Tx_signal生成数字回波信号，将数字回波信号通过第三减法器19将模数转换器(ADC)后的数字接收信号中消除。在正常数据通讯模式下，本端的收发机和对端的收发机同时工作，即同时发送信号，本端的收发机的接收链路会接收到来自对端的收发机经过传输线路衰减后的信号(即理想接收信号)以及本端收发机的发射链路发送的模拟发射信号在混合电路泄露的回波信号以及传输线路上返回的回波信号。因此，Rx_signal由三部分组成，即Rx_signal＝expected received signal+hybrid echosignal+return loss signal，其中expected received signal是期望接收的无任何回波的理想接收信号，hybrid echo signal是hybrid电路泄露产生的回波信号，return losssignal是传输线路上返回的回波信号，DEC和AEC的主要目的就是从Rx_signal中将hybridecho signal和return loss signal减掉以实现回波抵消。

而目前25Gbps车载以太可采用PAM4和PAM8两种调制方式，以PAM4调制方案为例，要达到25Gbps的净速率需要信道带宽7.03GHz，发射链路上的DAC/接收链路上的ADC所支持带宽也必须大于7.03GHz，采样率也至少要大于14.06GHz，而如此高的采样率的DAC/ADC的有效位数(enob)只有6.0左右，这将导致DAC/ADC器件会有较大的量化噪声，量化噪声太高会大致系统的SNR下降，性能下降。而传统的DEC+AEC解决方案要求用于模拟域回波信号的回波抵消的DAC的enob必须大于发送链路上的DAC的enob才能使得模拟抵消有增益，系统中大带宽(有效带宽>7GHz)，更高分辨率(Enob>6.0)的DAC实现具有挑战性，且成本昂贵。传统的AEC方案的性能受限于用于回波抵消的DAC的enob(或者说分辨率)。由于用于回波抵消的DAC的enob较低，AEC尽管使得接收链路上的ADC避免了饱和，但是用于回波抵消的DAC引入的较大的量化噪声不能被抵消，仍会大大降低系统的信噪比(signal to noise ratio，SNR)，降低系统的性能。

为解决上述问题，本申请的实施例提供一种收发机01，如图3所示，该收发机包含回波抵消装置02、发射链路TX、接收链路RX以及混合电路11，其中，发射链路TX以及接收链路RX通过混合电路11耦接传输线路16；接收链路Rx包括低噪声放大器14、与低噪声放大器14耦接的模数转换器15；功率放大器13与混合电路11耦接，低噪声放大器14与混合电路11耦接；第一数模转换器12用于对数字发射信号Tx_signal进行数模转换生成模拟发射信号；功率放大器13用于将模拟发射信号进行功率放大，并通过混合电路11发送至传输线路16；低噪声放大器14用于对混合电路11接收自传输线路16的模拟接收信号进行放大，模数转换器15用于对模拟接收信号进行模数转换生成数字接收信号。

回波抵消装置02，包括：第一信号变换器W，限制器(slicer)20，第一减法器21，第二数模转换器17，第二减法器18以及第三减法器19。

回波抵消装置20中各个部件的功能及连接关系说明如下：

第一信号变换器W，用于根据发射链路Tx上的数字发射信号Tx_signal生成回波参考信号。其中，具体的第一信号变换器W用于根据数字发射信号Tx_signal模拟回波信道的回波信号，生成该回波参考信号，回波信道包括：发射链路Tx、混合电路11以及接收链路Rx，其中发射链路Tx包括第一数模转换器(DAC)12、与第一数模转换器12耦接的功率放大器13。当然，上述第一信号变换器W根据发射链路Tx上的数字发射信号Tx_signal生成回波参考信号的过程包括但不限于对数字发射信号Tx_signal进行滤波、采样等数字域的处理。

限制器(slicer)20，用于从回波参考信号中获取幅值大于第一阈值threshold的第一抵消参考信号。

第一减法器21，用于在回波参考信号中减除第一抵消参考信号，得到第二抵消参考信号。示例性的，限制器20耦接第一减法器的反向输入端(-)，第一数字滤波器W的输出端W_out耦接第一减法器的正向输入端(+)。

第二数模转换器17，用于将第一抵消参考信号进行数模转换生成第一回波抵消信号。其中第二数模转换器的输入端DAC1_in耦接限制器20以及第一减法器的反向输入端(-)。

第二减法器18，用于在接收链路接收的模拟接收信号中减除第一回波抵消信号。第二数模转换器的输出端DAC1_out耦接第二减法器18的反向输入端(-)，第二减法器18的的正向输入端(+)耦接LNA，LNA放大后的Rx_signal从第二减法器18的正向输入端(+)输入。

第三减法器19，用于在接收链路上的数字接收信号中减除第二抵消参考信号。其中第一减法器21、第二减法器18以及第三减法器19可以为滤波器，在一些方案中也可以称作减法滤波器。

在上述方案中，限制器能够根据第一阈值在第一信号变换器生成的回波参考信号获取幅值高于第一阈值的样本即第一回波抵消信号，然后通过第一减法器将回波参考信号中减除第一抵消参考信号生成第二抵消参考信号，从而将回波参考信号分成两部分；其中第二数模转换器能够将第一抵消参考信号进行数模转换生成第一回波抵消信号，并通过第二减法器在接收链路接收的模拟接收信号中消除该第一回波抵消信号，实现了一部分回波参考信号在模拟域的抵消，由于模拟接收信号中消除了幅值较高的样本，因此避免了接收链路中的模数转换器饱和，降低了对模数转换器的硬件要求；对于剩余的第二抵消参考信号，通过第三减法器在数字接收信号中减除该第二抵消参考信号，实现了另一部分回波参考信号在数字域的抵消；由于限制器以及第一减法器将回波参考信号分成了两部分，因此第二数模转换器并不需要处理回波参考信号所有带宽的信号，因此降低了对第二数模转换器的enob的要求。

在一种示例中，如图4所示，回波抵消装置02还包括第二信号变换器WD，第二信号变换器WD，用于根据第二数模转换器将第一抵消参考信号进行数模转换生成第一回波抵消信号引入的噪声和/或接收链路将模拟接收信号转换为数字接收信号引入的噪声，处理第二抵消参考信号。

由于，第二数模转换器将所述第一抵消参考信号进行数模转换生成第一回波抵消信号时会引入噪声，且接收链路将减除第一回波抵消信号后的模拟接收信号进行模数转换生成数字接收信号时会引入噪声，该设计能够在接收链路将减除第一回波抵消信号后的模拟接收信号进行模数转换生成数字接收信号后，将第二抵消参考信号与数字接收信号中残存的数字域的回波信号对齐，从而消除第二数模转换器以及接收链路的模数转换器引入的噪声，因此保证了回波抵消的性能。由于第二信号变换器仅需要参与对一部分回波参考信号在数字域的抵消，如上所述第二信号变换器仅需要对幅值小于或等于第一阈值(即幅值较低)的第二抵消参考信号进行处理，因此能够降低第二信号变换器的复杂度，例如：第二信号变换器采用数字滤波器时相对于现有技术需要更少的抽头的数量。

进一步的，为了降低第二数模转换器17引入过高的噪声，第二数模转换器17可以使用1比特数模转换器，其中第二数模转换器17相当于高精度基准电源，其输出是正的基准电压或负的基准电压，其中正的基准电压或负的基准电压的绝对值为阈值电压幅度threshold1。这样第二数模转换器17引入的噪声只是电压噪声，可以忽略。具体的，第二数模转换器17使用1比特数模转换器时，DAC1_in、以及ADC_in的信号的更新准则如下：

其中，abs()为取绝对值，sign()为取符号，reference取值为第二数模转换器17的阈值电压幅度threshold1。

在另一个示例中，第一信号变换器包括第一数字滤波器，第二信号变换器包括第二数字滤波器；在执行上述方案之前，需要首先训练第一数字滤波器W以及第二数字滤波器WD的系数，其中数字滤波器的系数通常指代表数字滤波器传递函数的逆傅里叶变换的数值。该系数定义滤波器的特性，构成数字滤波器实现的基础。数字滤波器的抽头数等于滤波器针对每个输出点处理的输入采样值数量。抽头数还等于数字滤波器的系数的数量，并且可以用来衡量数字滤波器的延迟时间。在训练第一数字滤波器W以及第二数字滤波器WD的系数时，本端的收发机工作，对端的收发机保持静默，即本端的发射链路正常发射Tx_signal，对端的收发机保持静默，不向本端的收发机发射信号。则在第一数字滤波器W的系数的训练过程中，本端的收发机会在接收链路接收本端的发射链路发射的Tx_signal经hybrid电路以及传输线路产生的回波信号，即模数转换器15的输出端ADC_out输出的数字接收信号包括模拟发射信号在混合电路泄露至接收链路的泄露信号、以及模拟发射信号在传输线路反射至接收链路的反射信号。此时，如图5所示，回波抵消装置02还包括训练单元22，用于通过数字接收信号训练第一预定数字滤波器模型，获取第一数字滤波器的系数。示例性的，训练单元22，具体用于通过数字接收信号采用最小均方(least mean square，LMS)算法训练第一预定数字滤波器模型。在第二数字滤波器WD的系数的训练过程中，限制器20用于在数字发射信号中获取幅值大于第一阈值的第一训练数字信号；第二数模转换器17，还用于将限制器20获取的第一训练数字信号转换为训练模拟信号；模数转换器15，还用于将第二数模转换器转换的训练模拟信号转换为第二训练数字信号；还包括训练单元22，训练单元22用于通过模数转换器转换的第二训练数字信号训练第二预定数字滤波器模型，获取第二数字滤波器的系数。第二数字滤波器WD的系数的训练过程主要是根据发射链路发射的Tx_signal经过第一数字滤波器W、限制器20、第二数模转换器17、以及第二减法器18和模数转换器15输出的信号训练第二数字滤波器WD的系数；在训练过程中第一数字滤波器W的系数为全零系数，因此Tx_signal直接传输至限制器20，而限制器20以及第二减法器18通常为滤波器并不引入噪声，因此第二数字滤波器WD的系数的训练过程主要是训练第二数模转换器17以及模数转换器15构成的链路的响应，即第二数模转换器17以及模数转换器15引入的噪声。其中上述的第一预定数字滤波器模型以及第二预定数字滤波器模型可以为预先设定抽头数，并且初始化为全零系数的数字滤波器。其中在上述训练第二数字滤波器WD的系数的过程中，第二数模转换器17也可以采用如上述1比特数模转换器。

基于上述的收发机，本申请的实施例提供一种回波抵消方法，包括如下步骤：

201、回波抵消装置根据发射链路上的数字发射信号生成回波参考信号。

202、从回波参考信号中获取幅值大于第一阈值的第一抵消参考信号。

203、在回波参考信号中减除第一抵消参考信号，得到第二抵消参考信号。

204、将第一抵消参考信号进行数模转换生成第一回波抵消信号。

205、在接收链路接收的模拟接收信号中减除第一回波抵消信号。

206、在接收链路上的数字接收信号中减除第二抵消参考信号。

此外，为了将第二抵消参考信号与接收链路的数字接收信号中的回波信号对齐，在步骤206之前还包括：根据将第一抵消参考信号进行数模转换生成第一回波抵消信号引入的噪声和/或接收链路将模拟接收信号转换为数字接收信号引入的噪声，处理第二抵消参考信号。

以上步骤201-206提供了正常通讯模式下的回波抵消方法，其中在步骤201-步骤206之前，还需要训练第一数字滤波器的系数以及第二数字滤波器的系数。

在训练第一数字滤波器W以及第二数字滤波器WD的系数时，本端的收发机工作，对端的收发机保持静默，即本端的发射链路正常发射Tx_signal，对端的收发机保持静默，不向本端的收发机发射信号。本端的收发机会在接收链路接收本端的发射链路发射的Tx_signal经hybrid电路以及传输线路产生的回波信号，即模数转换器15的输出端ADC_out输出的数字接收信号包括模拟发射信号在混合电路泄露至接收链路的泄露信号、以及模拟发射信号在传输线路反射至接收链路的反射信号。则第一数字滤波器W的系数的训练过程：通过数字接收信号训练第一预定数字滤波器模型，获取第一数字滤波器的系数；数字接收信号包括模拟发射信号在混合电路泄露至接收链路的泄露信号、以及模拟发射信号在传输线路反射至接收链路的反射信号。其中，可以通过数字接收信号采用最小均方LMS算法训练第一预定数字滤波器模型。第二数字滤波器W的系数的训练过程：在数字发射信号中获取幅值大于第一阈值的第一训练数字信号；将第一训练数字信号转换为训练模拟信号；将训练模拟信号转换为第二训练数字信号；通过第二训练数字信号训练第二预定数字滤波器模型，获取所述第二数字滤波器的系数。其中，可以通过第二训练数字信号采用LMS算法训练第二预定数字滤波器模型。

其中，该方法所能解决的技术问题以及实现的技术效果如以上实施例所示，不在赘述。

基于本申请的图4对应的实施例提供的收发机，以25Gbps的PAM4调制方式为例，在不同hybrid电路的隔离度下，收发机所能达到的SNR如图6所示，其中如图6所示，实线表示本申请方案hybrid电路的在不同隔离度下系统所能达到的SNR；虚线实线表示传统DEC+AEC方案hybrid电路在不同隔离度下系统所能达到的SNR。显然，本申请方案的SNR曲线位于传统DEC+AEC方案的SNR曲线的上方，即hybrid电路在相同隔离度的情况下，本申请方案的所能达到的SNR高于传统DEC+AEC方案的SNR。本申请方案的性能优于传统的DEC+AEC方案，且hybrid电路隔离度越低，性能提升越明显。此外，本申请的实施例并不限制threshold和threshold1的取值，通常取值范围为(0，1)，具体threshold和threshold1可以通过实验取回波抵消效果较好的经验值。如图7所示，提供了不同调制方式下的threshold和threshold1的取值比较，其中实线为PAM4调制方式下threshold和threshold1的取值，虚线为PAM8调制方式下threshold和threshold1的取值。从图7中可以看出不同的调制方式下，threshold和threshold1的取值不同，因此可根据不同的调制方式预置threshold和threshold1的值，以达到较好的回波抵消效果。

最后应说明的是：以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。