CN101207852A - 自适应消除自激干扰直放站 - Google Patents

Abstract

本发明自适应消除自激干扰直放站，包括：两个双工器，分别与施主天线和覆盖天线电连接，用于在上、下行链路之间切换；两个放大模块，置于两个双工器之间分别构成上行链路和下行链路，用于分别对上、下行信号进行功率放大或噪声滤除；此外，上行链路和/或下行链路中设置有抗自激模块，用于消除所属链路的射频信号的由即将输出一端的天线产生的自激励成分。本发明的同频无线直放站有效地自适应消除反馈信号所产生的自激干扰，减小对前、后向天线隔离度的需求，提高系统增益，增大直放站的覆盖范围，适用于GSM/CDMA/CDMA2000/WCDMA等体制的直放站，经过适当的改进还可以应用于TD－SCDMA直放站系统和数字电视等系统。

Description

自适应消除自激干扰直放站

【技术领域】

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及同频无线直放站中，一种自适应消除自激干扰直放站。

【背景技术】

同频无线直放站多采用双工器进行上下行链路的切换，利用前向天线接收基站下行信号，经过低噪声放大器将有用的信号放大，再经窄带滤波器多重滤波后进一步用功放将功率放大，由后向天线发射到移动台；同时利用后向天线接收移动台上行信号，经低噪声放大器、窄带滤波器、功放发射到基站。它的优点是：以远低于基站投资的成本扩大覆盖区域，安装条件简单，能快速扩大网络覆盖面；提高基站的设备利用率，改善现有蜂窝网的覆盖质量。

但是在实际应用中，同频无线直放站由于前、后向天线安装地点较近，不可避免地发生耦合，如果系统增益太大，大于直放站前、后向天线之间的隔离度时，直放站就会发生自激振荡，造成基站控制信道阻塞，甚至导致基站瘫痪。

在同频无线直放站系统中，这种反馈信号所形成的干扰源，会导致接收机系统性能的下降，进而使得同频无线直放站的系统增益通常要比发射天线与接收天线间的隔离度低10～15dB左右，这样又会影响直放站系统的覆盖能力。为了提高同频无线直放站的系统增益，就需要提高收发天线之间的隔离度，这样就与前述形成了一对矛盾，在工程应用中通常难以实现。因此，为了提高同频无线直放站的系统增益，扩大其覆盖范围，需要有合适的技术来抑制或者消除反馈信号所产生的自激干扰。

【发明内容】

本发明的目的就是要克服上述不足，提供一种能够自适应地消除反馈信号所产生的自激干扰，减小对前、后天线高隔离度的依赖，提高系统增益，增大覆盖范围的应用在直放站中的自适应消除自激干扰直放站。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本发明种自适应消除自激干扰直放站，包括：

两个双工器，分别与施主天线和覆盖天线电连接，用于在上、下行链路之间切换；

两个放大模块，置于两个双工器之间分别构成上行链路和下行链路，用于分别对上、下行信号进行功率放大或噪声滤除；

此外，在上行链路和/或下行链路中设置有抗自激模块，用于消除所属链路的射频信号的由即将输出一端的天线产生的自激励成分。

具体地，所述抗自激模块包括：

参考信号产生模块，用于在所属链路中耦合一路即将输出的射频信号作为参考信号；

下变频装置，用于将所属链路中的链路信号和所述参考信号从射频信号格式下变频至基带信号格式；

自激消除模块，用于在基带级基于所述参考信号消除所属链路中链路信号的自激励成分，以输出消除了自激干扰信号的多载波基带信号；

上变频装置，用于将所述多载波基带信号上变频成射频信号。

其中，所述自激消除模块包括：

滤波器，用于使用最新系数对所述基带级的参考信号进行数字滤波，以获得空中自激反馈信号的逼近信号；

误差信号产生子模块，用于将基带级的链路信号减去所述逼近信号，获得消除了自激反馈信号的误差信号，以作为多载波基带信号输出；

滤波器系数更新子模块，用于利用误差信号计算滤波器的最新系数，并传输给所述滤波器。

所述滤波器系数更新子模块包括：

能量计算单元，用于对输入的基带级的链路信号进行能量计算；

倒数计算单元，用于计算链路信号能量的倒数；

乘积计算单元，用于计算误差信号与能量倒数之积；

增量计算单元，用于计算滤波器系数的更新增量；

滤波器系数计算单元，用于计算滤波器原系数与所述更新增量之和并输出至所述滤波器。

优选地，所述自激消除模块的滤波器为FIR滤波器。

进一步地，所述下变频装置包括：

模拟下变频器，用于将所属链路中的链路信号和参考信号分别混频至模拟格式的中频信号，输出的中频信号可以是宽带信号，也可以是选频后的多载波信号；

两个自动衰减模块，用于基于衰减控制值分别衰减中频链路信号和中频参考信号；

两个模数转换器，用于分别将衰减后的两种中频信号转换为数字格式；

数字下变频器，用于分别将两个模数转换器输出的数字中频信号下变频至基带信号；

衰减控制模块，用于基于基带级的参考信号计算衰减值并同时输出至两个自动衰减模块。

具体地，所述衰减控制模块包括：

计算能量单元，用于计算从数字下变频器获得的参考信号的能量；

自激判别单元，用于将参考信号的能量与预设的门限相比较，以判别是否处于自激状态；

衰减值产生单元，用于根据判别结果产生衰减值并输出至两个自动衰减模块。

所述上变频装置则包括：

数字上变频器，用于将自激消除模块输出的基带信号上变频成数字中频信号，此信号可以是宽带信号，也可以是多载波信号；

数模转换器，用于将数字上变频器输出的中频信号转换为模拟格式；

模拟上变频器，用于将所述数模转换器输出的信号上变频成射频格式。

上行链路和/或下行链路中，设有两个放大模块，分别置于该链路中抗自激模块的前后。所述放大模块可为低噪声放大器或功率放大器或是两者的组合，也可以根据需要只用两个放大模块中的一个，也可增设多个。上行链路中的抗自激模块的参考信号产生模块与基站端的双工器连接，下行链路中的抗自激模块的参考信号产生模块与覆盖端的双工器连接，以耦合所述参考信号反馈给所述自激消除模块。

所述自激消除模块与所述衰减控制模块共同集成于同一FPGA或DSP芯片中。所述数字下变频器与所述模数转换器可以分别使用专用芯片实现，也可以使用一片有模数转换器及数字下变频功能的专用芯片实现，也可以是数字下变频在FPGA芯片或DSP芯片内实现而模数转换器仍使用专用芯片实现。所述数字上变频器与所述数模转换器可以分别使用专用芯片实现，也可以使用一片同时有数字上变频及数模转换器功能的专用芯片实现，也可以是数字上变频在FPGA芯片或DSP芯片内实现而数模转换器仍使用专用芯片。

与现有技术相比，本发明具备如下优点：本发明能使同频无线直放站系统能够有效地自适应消除反馈信号所产生的自激干扰，减小对前、后向天线隔离度的需求，提高系统增益，增大直放站的覆盖范围。

【附图说明】

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明所采用的抗自激模块的原理框图，其中模拟下变频器部分未示出。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

请结合图1和图2，图1为本发明自适应消除自激干扰直放站的原理框图，图2为本发明抗自激模块的原理框图，但其中的模拟下变频器在图1中示出。

图1中，由DT端双工器11、下行放大模块12，14、下行抗自激模块13、MT端双工器15构成下行链路，由MT端双工器15、上行放大模块22，24、上行抗自激模块23和DT端双工器11共同构成上行链路。

其中，上行和下行放大模块22，24，12，14可为低噪声放大模块12，22或者功率放大模块14，24，较佳地，如图1所示，在上行和下行链路中的抗自激模块13，23之前设置低噪声放大模块12，22，在其后则设置功率放大模块14，24。上行或下行链路中也可仅设一个放大模块，也可增设多个，根据实际需要而定。

下行链路中，施主天线(未图示)从空中耦合到基站的射频信号，经DT端双工器11进入低噪声放大模块12，在低噪声放大模块12中滤除信号的噪声后，进入抗自激模块13，消除其中由覆盖天线(未图示)自激励的成分后，再经过功率放大模块14进行放大后，即可经MT端双工器15由覆盖天线将射频信号重发至移动台。

同理，上行链路中，覆盖天线耦合到的上行信号经MT端双工器15进入低噪声放大模块22滤波噪声后，进入抗自激模块23消除自激励成分，再经功率放大模块24进行放大后，即可经DT端双工器11由施主天线将射频信号传输至基站。

所述抗自激模块13，23，用于消除所属链路信号的自激励成分，通过在所属链路中耦合一路即将输出的射频信号作为参考信号，下变频至基带信号，在基带级对其滤波，滤波出自激励部分后，用所属链路中流经的信号减去自激励部分，即成为误差信号，也就是希望获得的消除了自激信号的基带信号，此基带信号可以是宽带信号也可以是多载波信号，再对此基带信号进行上变频至射频信号后，便完成了其抗自激过程。结合图1和图2，具体地说，所述抗自激模块13，23包括参考信号产生模块、下变频装置、自激消除模块34以及上变频装置。

所述参考信号产生模块，其在上行链路中与DT端双工器11连接，从DT端双工器11耦合一路即将输出的上行射频信号作为参考信号，而在下行链路中时，则与MT端双工器15连接，从MT端双工器15耦合一路即将输出的下行射频信号作为参考信号。

下变频装置，用于将所属链路中的链路信号和所述参考信号从射频信号格式下变频至基带信号格式，如图1和图2所示，每个抗自激模块13，23的下变频装置由两个模拟下变频器(见下行链路中的131，133；上行链路中的231，233)和两个自动衰减模块31，37、两个模数转换器32，38以及两个数字下变频器33，39组成：

所述模拟下变频器131，133，231，233，用于将所属链路(上行链路和下行链路)中的射频链路信号和射频参考信号分别混频至模拟格式的中频信号，此中频信号可以是宽带信号，也可以是经过选频的多载波信号。上/下行链路中，上/下行第一模拟下变频器131，231接受上/下行低噪声放大器12，22的射频信号的输入，进行混频，并最终输出模拟的中频信号至用于处理下行信号衰减的第一自动衰减模块31。用于处理上/下行链路中参考信号的第二模拟下变频器133，233则将由DT/MT端双工器11，15耦合而得的信号转换为模拟中频信号，然后输出至用于处理参考信号衰减的第二自动衰减模块37；

所述两个自动衰减模块31，37，用于基于衰减值分别衰减中频链路信号和中频参考信号。第一自动衰减模块31与第一模拟下变频器连接131，接受上行/下行链路的中频信号；第二自动衰减模块37则与第二模拟下变频器133连接接受其中频信号；

两个模数转换器32，38，用于分别将衰减后的两种中频信号转换为数字格式，也即，第一模数转换器32与第一自动衰减模块31连接，将衰减后的上/下行信号进行模数采样，成为数字格式的中频信号；第二模数转换器38与第二自动衰减模块37连接，将衰减后的上/下行参考信号经模数采样转换为数字格式；

两个数字下变频器33，39，用于分别将两个模数转换器32，38输出的数字中频信号下变频至基带信号。其中，第一数字下变频器33与第一模数转换器连接32，将第一模数转换器32传输来的上/下行信号下变频至数字基带信号；第二数字下变频器39与第二模数转换器38连接，将第二模数转换器38传输来的上/下行链路中的参考信号下变频至数字基带信号；

衰减控制模块30，分别与两个自动衰减模块31，37和所述第二数字下变频器39连接，用于基于基带级的参考信号计算衰减值并同时输出至两个自动衰减模块31，37。衰减控制模块30根据从MT端/DT端获得的数字参考基带信号进行能量计算，根据预设定的判决门限判决直放站系统是否处于自激状态，产生合适的衰减值，输出控制信号，从而控制自动衰减模块。该衰减控制模块30包括：

计算能量单元，用于计算从第二数字下变频器39获得的参考信号的能量；

自激判别单元，用于将参考信号的能量与预设的门限相比较，以判别是否处于自激状态；

衰减值产生单元，用于根据判别结果产生衰减值并输出至两个自动衰减模块31，37。

其产生衰减值的步骤如下：

(1)预设置计算器的初始计数值为cnt＝0，衰减值ATTv＝MAX

(2)计算能量单元按如下公式计算输入的MT端/DT端数字参考基带信号的能量pow

$\mathrm{pow}=\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(x_{\mathrm{mI}}^2+x_{\mathrm{mQ}}^2)$

(3)自激判别单元将能量pow与预设置的门限T比较，如果pow≥T则进入步骤(1)；否则进入步骤(4)

(4)衰减值产生单元判断cnt是否大于最大值，如果不是则cnt＝cnt+1，进入步骤(2)，否则cnt＝0，并判断是否ATTv大于最小值，是的话则ATTv＝ATTv-1，然后进入步骤(2)。

所述自激消除模块34，用于在基带级基于所述参考信号消除所属链路中链路信号的自激励成分，以输出消除了自激干扰信号的多载波基带信号，其具体包括滤波器340、误差信号产生子模块342以及滤波器系数更新子模块341：

滤波器340，宜采用FIR(有限长单位冲击响应)数字滤波器，用于使用最新系数对所述基带级的参考信号进行数字滤波，以获得空中自激反馈信号的逼近信号。滤波器340与所述下变频装置中的第二数字下变频器39连接，接受其中基带级的参考信号的输入，对该信号进行数字滤波，通过滤波获得从MT端覆盖天线反馈到DT端施主天线的下行自激反馈信号或从DT端施主天线反馈到MT端覆盖天线的上行自激反馈信号的逼近信号以输出至误差信号产生子模块，滤波器34进行滤波时需要的滤波器最新系数从滤波器系数更新子模块中获得；

误差信号产生子模块342，与所述第一数字变频器33、滤波器340以及滤波器系数更新子模块341分别连接，用于将第一数字变频器33输入的上/下行多载波数字基带信号分别减去由所述滤波器340输入的逼近信号，获得消除了自激反馈信号的数字基带期待传输信号，称之为误差信号，获得的误差信号分别输出到滤波器系数更新子模块341和数字上变频器35；

滤波器系数更新子模块341根据自适应滤波算法的原理，通过对由误差信号产生子模块输入的误差信号及上/下行数字基带参考信号进行相应运算，自适应实时更新与之连接的滤波器340进行滤波时所需的滤波最新系数，使得滤波器340输出的信号逼近空中的自激反馈信号，滤波器系数更新子模块341包括如下单元：

能量计算单元，用于对输入的基带级的链路信号进行能量计算；

倒数计算单元，用于计算链路信号能量的倒数；

乘积计算单元，用于计算误差信号与能量倒数之积；

增量计算单元，用于计算滤波器系数的更新增量；

滤波器系数计算单元，用于计算滤波器原系数与所述更新增量之和并输出至所述滤波器340。

具体地说，进行滤波器系数更新时的相应运算步骤如下：

(1)由能量计算单元按如下公式对输入的下/上行数字基带参考信号进行能量计算

$p_n=\underset{m=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}({\left(x_{\mathrm{mI}}^n\right)}^2+{\left(x_{\mathrm{mQ}}^n\right)}^2)$

(2)由倒数计算单元计算能量的倒数1/p_n

(3)由乘积计算单元计算误差信号产生子模块输入的误差信号与能量倒数的乘积

(1/p_n)·eⁿ

(4)由增量计算单元计算滤波器系数的更新增量

[(1/p_n)·eⁿ]·(x_L-l-m ⁿ)^*

(5)由滤波器系数计算单元对更新增量进行适当的截位后获得当前的更新增量Δwⁿ，与待更新的滤波器最新系数相加后获得更新后的滤波器系数wⁿ；

上变频装置，用于将由所述自激消除模块34处理后输出的基带信号上变频成射频信号。如图1和图2所示，在第一个链路中，所述上变频装置包括数字上变频器35、数模转换器36和模拟上变频器132，232。

所述数字上变频器35，与所述自激消除模块34的误差信号延迟子模块342连接，用于将自激消除模块34输出的基带信号上变频成数字中频信号；

数模转换器36，与所述数字上变频器35连接，用于将数字上变频器35输出的中频信号转换为模拟格式；

模拟上变频器132，232，与数模转换器36连接，用于将所述数模转换器36输出的信号上变频成射频格式。

由此，同频无线直放站系统中，上/下行信号经覆盖天线/施主天线进入，经过MT端/DT端双工器15，11后，在上行/下行低噪声放大器22，12中滤除其噪声部分，然后经过所述上/下行抗自激模块23，13处理。抗自激模块23，13中，一方面由第二模拟下变频器233，133将从DT端/MT端双工器11，15耦合到的链路信号转换为模拟中频信号，经第二自动衰减模块37依据衰减控制模块30产生的误差值进行衰减、经第二模数转换器38转换为数字格式，再由第二数字下变频器39将数字格式的中频信号下变频成参考基带信号，在衰减控制模块39中产生控制自动衰减模块31，37的衰减值，同时在自激消除模块34的FIR滤波器340中依赖滤波器系数更新子模块341产生的滤波系数进行滤波，滤波后的结果输出至自激消除模块34的误差信号产生子模块342中；同理，另一方面，由第一模拟下变频器231，131将从上/下行链路中获得的射频信号下变频至模拟中频信号，经第一自动衰减模块31、第一模数转换器32、第一数字下变频器33后，直接直入自激消除模块34中的误差信号产生子模块342中。误差信号产生子模块342将由第一数字下变频器33输入的信号减去由滤波器340输入的逼近信号后，输出误差信号，即为消除了自激干扰的基带信号，该基带信号可以是宽带信号，也可以使多载波选频信号，将该基带信号经数字上变频器35上变频至中频信号，在数模转换器36中转换成数字格式，再经模拟上变频器232，132将中频信号转换为射频信号，送入上/下行功率放大器24，14中将该射频信号进行放大后，经DT端/MT端双工器11，15传输至施主天线/覆盖天线发射出去。

在所述抗自激模块13，23中，所述自激消除模块34与所述衰减控制模块30同时集成在一块FPGA或DSP芯片中；所述模数转换器32，38和所述数字下变频器33，39可以分别采用专用芯片实现，也可以使用一片有模数采样及数字下变频功能的专用芯片实现，也可以是数字下变频器33，39在FPGA芯片或DSP芯片内实现而模数转换器32，38仍采用专用芯片实现。

同理，所述数字上变频器35和数模转换器36可以分别使用专用芯片实现，也可分开实现，数字上变频器35还可由一片FPGA或DSP芯片实现。

众所周知地，直放站还包括监控子系统4和电源子系统5，监控子系统4负责对直放站的各种状态进行监控，可以远程传送系统的状态给监控中心，并可以接受对系统的各种参数设置，包括设置所述衰减值、滤波器最新系数等；而电源子系统5负责对直放站供电。

本发明克服了直放站中由于自激励信号产生的缺陷，间接提高了直放站的覆盖范围，适用于GSM/CDMA/CDMA2000/WCDMA等体制的直放站系统，经过适当的改进还可以应用于TD-SCDMA直放站系统和数字电视等系统。

本发明始终以叙述性的方式进行描述，其中所使用的术语意在描述而非限制。根据以上的描述，可以对本发明做许多进一步的修改，也可以根据实际需要做许多变化。因此，在附加的权利要求范围内，本发明可以对所具体描述的实施例采用各种不同的实现方式。

Claims (14)

1.一种自适应消除自激干扰直放站，包括：

两个双工器，分别与施主天线和覆盖天线电连接，用于在上、下行链路之间切换；

两个放大模块，置于两个双工器之间分别构成上行链路和下行链路，用于分别对上、下行信号进行功率放大或噪声滤除；

其特征在于：

上行链路和/或下行链路中设置有抗自激模块，用于消除所属链路的射频信号的由即将输出一端的天线产生的自激励成分。

2.根据权利要求1所述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于所述抗自激模块包括：

参考信号产生模块，用于在所属链路中耦合一路即将输出的射频信号作为参考信号；

下变频装置，用于将所属链路中的链路信号和所述参考信号从射频信号格式下变频至基带信号格式；

自激消除模块，用于在基带级基于所述参考信号消除所属链路中链路信号的自激励成分，以输出消除了自激干扰信号的多载波基带信号；

上变频装置，用于将所述多载波基带信号上变频成射频信号。

3.根据权利要求2述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于所述自激消除模块包括：

滤波器，用于使用最新系数对所述基带级的参考信号进行数字滤波，以获得空中自激反馈信号的逼近信号；

误差信号产生子模块，用于将基带级的链路信号减去所述逼近信号，获得消除了自激反馈信号的误差信号，以作为多载波基带信号输出；

滤波器系数更新子模块，用于利用误差信号计算滤波器的最新系数，并传输给所述滤波器。

4.根据权利要求3所述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于所述滤波器系数更新子模块包括：

能量计算单元，用于对输入的基带级的链路信号进行能量计算；

倒数计算单元，用于计算链路信号能量的倒数；

乘积计算单元，用于计算误差信号与能量倒数之积；

增量计算单元，用于计算滤波器系数的更新增量；

滤波器系数计算单元，用于计算滤波器原系数与所述更新增量之和并输出至所述滤波器。

5.根据权利要求4所述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于：所述自激消除模块的滤波器为FIR滤波器。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于所述下变频装置包括：

模拟下变频器，用于将所属链路中的链路信号和参考信号分别混频至模拟格式的中频信号，输出的中频信号可以是宽带信号，也可以是选频后的多载波信号；

两个自动衰减模块，用于基于衰减控制值分别衰减中频链路信号和中频参考信号；

两个模数转换器，用于分别将衰减后的两种中频信号转换为数字格式；

数字下变频器，用于分别将两个模数转换器输出的数字中频信号下变频至基带信号；

衰减控制模块，用于基于基带级的参考信号计算衰减值并同时输出至两个自动衰减模块。

7.根据权利要求6所述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于所述衰减控制模块包括：

计算能量单元，用于计算从数字下变频器获得的参考信号的能量；

自激判别单元，用于将参考信号的能量与预设的门限相比较，以判别是否处于自激状态；

衰减值产生单元，用于根据判别结果产生衰减值并输出至两个自动衰减模块。

8.根据权利要求7所述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于所述上变频装置包括：

数字上变频器，用于将自激消除模块输出的基带信号上变频成数字中频信号，此信号可以是宽带信号，也可以是多载波信号；

数模转换器，用于将数字上变频器输出的中频信号转换为模拟格式；

模拟上变频器，用于将所述数模转换器输出的信号上变频成射频格式。

9.根据权利要求1或8所述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于：上行链路和/或下行链路中，设有两个放大模块，分别置于该链路中抗自激模块的前后。

10.根据权利要求9所述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于：所述放大模块为低噪声放大器或功率放大器或是两者的组合。

11.根据权利要求9所述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于：上行链路中的抗自激模块的参考信号产生模块与基站端的双工器连接，下行链路中的抗自激模块的参考信号产生模块与覆盖端的双工器连接，以耦合所述参考信号反馈给所述自激消除模块。

12.根据权利要求6所述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于：所述自激消除模块与所述衰减控制模块共同集成于同一FPGA或DSP芯片中。

13.根据权利要求8所述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于：所述数字下变频器与所述模数转换器可以分别使用专用芯片实现，也可以使用一片有模数转换器及数字下变频功能的专用芯片实现，也可以是数字下变频在FPGA芯片或DSP芯片内实现而模数转换器仍使用专用芯片实现。

14.根据权利要求8所述的自适应消除自激干扰直放站，其特征在于：所述数字上变频器与所述数模转换器可以分别使用专用芯片实现，也可以使用一片同时有数字上变频及数模转换器功能的专用芯片实现，也可以是数字上变频在FPGA芯片或DSP芯片内实现而数模转换器仍使用专用芯片。

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