CN101420397B - 一种数字直放站及其自激对消方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于通信领域，提供了一种数字直放站及其自激对消方法和装置，该装置包括：数字基带信号采集单元，用于采集并合并第一数字基带信号和第二数字基带信号，得到训练参考数字基带信号；估计器，用于根据训练参考数字基带信号进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到非线性滤波器的各个参数；非线性滤波器，用于根据得到的非线性滤波器的各个参数，对输入的第一数字基带信号进行自适应实时运算，得到反映收发器反馈信道的非线性信道特性的基带抵消信号；自激抵消单元，用于根据第一基带信号和基带抵消信号进行信号对消处理。本发明对收发器反馈信道中的非线性特性进行了估计，从而有效的降低了干扰信号的影响，达到更好的自激对消效果。

Description

一种数字直放站及其自激对消方法和装置

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及一种数字直放站及其自激对消方法和装置。

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。其有点是：以远低于基站的投资成本扩大覆盖区域，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，不可避免的在前、后向天线之间发生耦合，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现象，不但影响直放站设备本身的正常工作，还将会严重影响相关基站，致使整个通信系统无法正常运行，轻则使信号失真，重则导致整个通信网络瘫痪。

现有技术提供了一种数字直放站(Interface Cancellation System Repeater，ICS直放站)，其利用数字处理技术，从无线接收信号中检测出干扰信号并抵消，从而避免了直放站自激现象的产生。但由于直放站前、后向天线之间的无线耦合信道一般是线性的，因此，现有的ICS直放站一般采用线性滤波器作为数字滤波器，来滤除无线接收信号中的干扰信号的。采用线性滤波器作为数字滤波器ICS直放站无法抵消同频无线直放站的前、后向天线之间产生的功放失真等非线性因素对无线接收信号的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自激对消方法，旨在解决现有数字直放站难以抵消同频无线直放站的收发器之间产生的功放失真等非线性因素对无线接收信号的影响的问题。

本发明是这样实现的，一种自激对消方法，所述方法包括下述步骤：

采集并合并第一数字基带信号和第二数字基带信号，得到训练参考数字基带信号，所述第一数字基带信号为自激对消前的数字基带信号，所述第二数字基带信号为对消后的数字基带信号；

根据所述训练参考数字基带信号进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到非线性滤波器的各个参数；

根据所述非线性滤波器的各个参数，对输入的第一数字基带信号进行自适应实时运算，得到反映收发器反馈信道的非线性信道特性的基带抵消信号，其具体为：

其中x(t)为第一数字基带信号，y(t)为基带抵消信号，t为时间，N为线性滤波器长度，P为非线性因子大小，A(n)、B(p)为所述非线性滤波器的参数；

根据所述第一基带信号和基带抵消信号进行信号对消处理，得到第二数字基带信号。

本发明的另一目的在于提供一种自激对消装置，所述装置包括：

数字基带信号采集单元，用于采集并合并第一数字基带信号和第二数字基带信号，得到训练参考数字基带信号，所述第一数字基带信号为自激对消前的数字基带信号，所述第二数字基带信号为对消后的数字基带信号；

估计器，用于根据所述数字基带信号采集单元得到的训练参考数字基带信号进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到非线性滤波器的各个参数；

非线性滤波器，用于根据所述估计器得到的非线性滤波器的各个参数，对输入的第一数字基带信号进行自适应实时运算，得到反映收发器反馈信道的非线性信道特性的基带抵消信号，其具体为：

其中x(t)为第一数字基带信号，y(t)为基带抵消信号，t为时间，N为线性滤波器长度，P为非线性因子大小，A(n)、B(p)为所述非线性滤波器的参数；

自激抵消单元，用于根据所述第一基带信号和基带抵消信号进行信号对消处理，得到第二数字基带信号。

本发明的另一目的在于提供一种数字直放站，包括射频信号接收单元，数字下变频单元，数字上变频单元和射频信号发射单元，所述数字直放站还包括所述自激对消装置，所述自激对消装置分别与所述数字下变频单元、数字上变频单元连接。

在本发明实施例中，通过采用非线性滤波器根据估计器得到的非线性滤波器的各个参数，对输入的第一数字基带信号进行自适应实时运算，得到反映收发器反馈信道的非线性信道特性的基带抵消信号，再通过自激抵消单元，根据在第一基带信号中减去基带抵消信号以进行信号对消处理。本发明可精确的逼近收发器反馈信道中的非线性器件的特性，有效的降低了干扰信号的影响，达到更好的自激对消效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的数字直放站的结构框图；

图2是本发明实施例提供的自激对消装置的结构框图；

图3是本发明实施例提供的自激对消方法的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，采集第一数字基带信号和第二数字基带信号，该第一数字基带信号为自激对消之前的数字基带信号，第二数字基带信号为自激对消之后的数字基带信号，根据采集的第一数字基带信号和第二数字基带信号进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到估计参数，根据得到的估计参数，对输入的第一数字基带信号进行自适应实时运算，得到反映收发器反馈信道的非线性信道特性的基带抵消信号，根据第一基带信号和基带抵消信号进行信号对消，从而避免了数字直放站自激现象的产生。

图1示出了本发明实施例提供的数字直放站的结构，为了便于说，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

现有数字直放站包括有射频信号接收单元11、数字下变频单元12、数字上变频单元14和射频信号发射单元15等几个软件或者硬件单元模块。通过射频信号接收单元11从空中接收射频信号，并对接收的射频信号进行解调处理，得到数字中频信号。通过数字下变频单元12对射频信号接收单元得到的数字中频信号进行下变频处理，得到数字基带信号。通过数字上变频单元14对数字基带信号进行上变频处理，得到数字中频信号。通过射频信号发射单元15将数字中频信号调制成射频信号并进行发射。

本发明实施例在数字直放站上述现有的单元模块的基础上增加了自激对消装置13。自激对消装置13采集数字下变频单元12得到的第一数字基带信号和经其自身处理后的第二数字基带信号，根据第一数字基带信号和第二数字基带信号进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到估计参数，根据得到的估计参数，对输入的第一数字基带信号进行自适应实时运算，得到反映收发器反馈信道的非线性信道特性的基带抵消信号，在第一基带信号中减去基带抵消信号以进行信号对消，从而避免了数字直放站产生自激现象。其中第一数字基带信号为自激对消之前的数字基带信号，第二数字基带信号为自激对消之后的数字基带信号。

图2示出了本发明实施例提供的自激对消装置13的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该自激对消装置13包括数字基带信号采集单元131、估计器132、非线性滤波器133和自激抵消单元134。

其中数字下变频单元和数字上变频单元为图1所示的数字直放站中的数字下变频单元12和数字上变频单元14。数字下变频单元将数字中频信号转化为第一数字基带信号。数字上变频单元将自激对消处理后的数字基带信号上变频为数字中频信号。

基带信号采集单元131采集第一数字基带信号和第二数字基带信号，并将采集第一数字基带信号和第二数字基带信号进行合并，得到训练参考数字基带信号。该训练参考数字基带信号输出至估计器132。其中第一数字基带信号是进行自激抵消处理之前的数字基带信号，第二数字基带信号是进行自激抵消处理之后的数字基带信号。基带信号采集单元131通过将第一数字基带信号与第二数字基带信号进行复接，从而将第一数字基带信号与第二数字基带信号进合并，得到训练参考数字基带信号。

举例说明如下：第一数字基带信号为16位宽，第二数字基带信号为16位宽，则将第一数字基带信号与第二数字基带信号复接后，得到的训练参考数字基带信号为32位宽。

其中第一数字基带信号和第二数字基带信号中包含了收发器反馈信道特性的信息，通过基带信号采集单元131采集第一数字基带信号和第二数字基带信号，可以获取自激对消前收发器反馈信道特性的信息和自激对消后收发器反馈信道特性的信息。

估计器132根据基带信号采集单元131得到的训练参考数字基带信号，进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到非线性滤波器的各个参数。该非线性滤波器的各个参数被传输至非线性滤波器133。其中非线性滤波器的各个参数包括但不限于非线性滤波器中的各个线性参数，即A(n)，和非线性滤波器中的各个非线性参数，即B(p)。A(n)的主要作用是修正收发器耦合信道中的线性失真量，B(p)的主要作用是修正收发器耦合信道中的非线性失真量。在本发明实施例中，由于增加了B(p)参数以修正收发器耦合信道中的非线性失真量，从而达到了更好的自激对消效果。

其中估计器132根据训练参考数字基带信号，一般采用梯度法进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到非线性滤波器的各个参数。

在本发明另一实施例中，估计器132还可以采用样本估计法进行收发器耦合信道的非线性模型估计，获取反馈信道传递函数，其具体过程如下所述：

a、对于N个传递函数参数随机确定N+1个参数样本，每个参数样本都包括N个传递函数参数；

b、在N+1个参数样本中获取最优样本，所述最优样本为使直放站输出信号经过该参数样本后得到的信号，与直放站输入信号之间的误差最小的参数样本；

c、在N+1个参数样本中获取次优样本，所述次优样本为使直放站输出信号经过该参数样本后得到的信号，与直放站输入信号之间的误差仅次于最小误差的参数样本；

d、在N+1个参数样本中获取最差样本，所述最差样本为使直放站输出信号经过该参数样本后得到的信号，与直放站输入信号之间的误差最大的参数样本；

e、计算最优样本和次优样本的中点，做最差样本对于该中点的反射样本；

f、测量反射样本所对应的目标函数值，如果大于最优样本对应的目标函数值，则将反射样本在原来的反射方向上回退预设值；如果小于最优样本对应的目标函数值，则将反射样本在原来的反射方向上前进预设值；

g、重复步骤b至f，直到最优样本和最差样本对应的目标函数的相对误差小于一个预先设定的极小值；

h、最优样本即为所求的外界传递函数参数，也就是需估计的非线性滤波器参数。

估计器132得到非线性滤波器的各个参数A(n)、B(p)后，将这些参数传给非线性滤波器133，非线性滤波器133进行下式的运算处理，得到基带抵消信号：

$y\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}A\left(n\right)x(t-n)+\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}B\left(p\right)x^p\left(t\right)$

其中x(t)为第一数字基带信号，y(t)为基带抵消信号，t为时间，N为线性滤波器长度，P为非线性因子大小，A(n)、B(p)估计器132得到的非线性滤波器的参数。

与现有的线性滤波器相比，上式非线性滤波器133除了包括现有的线性滤波器项

外，还增包括非线性滤波器项

从而可以更精确的逼近收发器反馈信道中的非线性器件(如功放等)的特性，有效的降低了干扰信号的影响，达到更好的自激对消效果。

自激对消单元134根据非线性滤波器133得到的基带抵消信号y(t)进行反馈信号对消处理。反馈信号对消处理的过程具体为：在第一数字基带信号x(t)中减去基带抵消信号y(t)，得到第二数字基带信号。

在本发明实施例中，在具体的数字直放站应用中，需要预先将非线性滤波器133的初始值设置为0，即在初始化时，非线性滤波器133没有输出，此时，自激对消单元134对第一数字射频信号直通，第一数字射频信号与第二数字射频信号在数值上完全相同。

在将上述自激对消装置应用于图1所述的数字直放站时，数字下变频单元12的出端分别与数字基带信号采集单元131、非线性滤波器133以及自激对消单元134的入端连接，数字上变频单元14的入端与自激抵消单元134的出端连接。

图3示出了本发明实施例提供的自激对消方法的实现流程，详述如下：

在步骤S301中，采集并合并第一数字基带信号和第二数字基带信号，得到训练参考数字基带信号。

其中第一数字基带信号为自激对消之前的数字基带信号，第二数字基带信号为自激对消之后的数字基带信号。第一数字基带信号和第二数字基带信号中均包括收发器反馈信道的信息，通过采集第一数字基带信号和第二数字基带信号，可以获取自激对消前收发器反馈信道的信息和自激对消后收发器反馈信道的信息。

在本发明实施例中，采用复接的方式将第一数字基带信号与第二数字基带信号进行合并。

在步骤S302中，根据训练参考数字基带信号进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到非线性滤波器的各个参数。

其中非线性滤波器的各个参数包括但不限于非线性滤波器中的各个线性参数，即A(n)，和非线性滤波器中的各个非线性参数，即B(p)。

在本发明实施例中，可以采用梯度法进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到非线性滤波器的各个参数。也可以采用样本估计法进行收发器耦合信道的非线性模型估计，获取反馈信道传递函数。其中样本估计法的具体步骤如上所述，在此不再赘述。

在步骤S303中，根据得到的非线性滤波器的各个参数进行自适应实时运算，得到反映收发器反馈信道的非线性信道特性的非线性滤波器各个参数A(n)、B(p)，将这些参数传给非线性滤波器133。

在本发明实施例中，非线性滤波器133对第一数字基带信号x(t)进行下式的运算处理，得到基带抵消信号y(t)：

$y\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}A\left(n\right)x(t-n)+\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}B\left(p\right)x^p\left(t\right)$

其中x(t)为第一数字基带信号，y(t)为基带抵消信号，t为时间，N为线性滤波器长度，P为非线性因子大小，A(n)、B(p)估计器132得到的非线性滤波器的参数。

在步骤S304中，根据第一数字基带信号和非线性滤波器133得到的基带抵消信号y(t)，进行信号对消处理，得到第二数字基带信号。其中信号对消处理的过程具体为：在第一数字基带信号x(t)中减去基带抵消信号y(t)，得到第二数字基带信号。

在本发明实施例中，通过根据自激对消前的数字基带信号和自激对消后的数字基带信号，进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到非线性滤波器的各个参数，非线性滤波器根据得到的各个参数进行非线性滤波处理，得到基带抵消信号y(t)，通过根据该信号进行自激抵消处理，从而可以更精确的逼近收发器反馈信道中的非线性器件(如功放等)的特性，有效的降低了干扰信号的影响，达到更好的自激对消效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自激对消方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

采集并合并第一数字基带信号和第二数字基带信号，得到训练参考数字基带信号，所述第一数字基带信号为自激对消前的数字基带信号，所述第二数字基带信号为对消后的数字基带信号；

根据所述训练参考数字基带信号进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到非线性滤波器的各个参数；

根据所述非线性滤波器的各个参数进行自适应实时运算，得到反映收发器反馈信道的非线性信道特性的基带抵消信号，其具体为：

其中x(t)为第一数字基带信号，y(t)为基带抵消信号，t为时间，N为线性滤波器长度，P为非线性因子大小，A(n)、B(p)为所述非线性滤波器的参数；

根据所述第一基带信号和基带抵消信号进行信号对消处理，得到第二数字基带信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一数字基带信号和所述第二数字基带信号包含收发器反馈信道特性的信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非线性滤波器的各个参数包括修正收发器耦合信道中的线性失真量的线性参数和修正收发器耦合信道中的非线性失真量的非线性参数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述合并第一数字基带信号和第二数字基带信号时，采用复接的方式合并所述第一数字基带信号与第二数字基带信号。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用梯度法或者样本估计法进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到非线性滤波器的各个参数。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，采用样本估计法进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到非线性滤波器的各个参数的步骤具体为：

a、对于N个传递函数参数随机确定N+1个参数样本，每个参数样本都包括N个传递函数参数；

b、在N+1个参数样本中获取最优样本，所述最优样本为使直放站输出信号经过该参数样本后得到的信号，与直放站输入信号之间的误差最小的参数样本；

c、在N+1个参数样本中获取次优样本，所述次优样本为使直放站输出信号经过该参数样本后得到的信号，与直放站输入信号之间的误差仅次于最小误差的参数样本；

d、在N+1个参数样本中获取最差样本，所述最差样本为使直放站输出信号经过该参数样本后得到的信号，与直放站输入信号之间的误差最大的参数样本；

e、计算最优样本和次优样本的中点，做最差样本对于该中点的反射样本；

f、测量反射样本所对应的目标函数值，如果大于最优样本对应的目标函数值，则将反射样本在原来的反射方向上回退预设值；如果小于最优样本对应的目标函数值，则将反射样本在原来的反射方向上前进预设值；

g、重复步骤b至f，直到最优样本和最差样本对应的目标函数的相对误差小于一个预先设定的极小值；

h、最优样本即为所求的外界传递函数的数据。

7.一种自激对消装置，其特征在于，所述装置包括：

数字基带信号采集单元，用于采集并合并第一数字基带信号和第二数字基带信号，得到训练参考数字基带信号，所述第一数字基带信号为自激对消前的数字基带信号，所述第二数字基带信号为对消后的数字基带信号；

估计器，用于根据所述数字基带信号采集单元得到的训练参考数字基带信号进行收发器耦合信道的非线性模型估计，得到非线性滤波器的各个参数；

非线性滤波器，用于根据所述估计器得到的非线性滤波器的各个参数，对输入的第一数字基带信号进行自适应实时运算，得到反映收发器反馈信道的非线性信道特性的基带抵消信号，其具体为：

其中x(t)为第一数字基带信号，y(t)为基带抵消信号，t为时间，N为线性滤波器长度，P为非线性因子大小，A(n)、B(p)为所述非线性滤波器的参数；

自激抵消单元，用于根据所述非线性滤波器得到基带抵消信号和所述第一数字基带信号进行信号对消处理，得到第二数字基带信号。

8.一种数字直放站，包括射频信号接收单元，数字下变频单元，数字上变频单元和射频信号发射单元，其特征在于，所述数字直放站还包括权利要求7所述的自激对消装置，所述自激对消装置分别与所述数字下变频单元、数字上变频单元连接。

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