CN101656562A - 一种实现直放站自激干扰消除的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现直放站自激干扰消除的装置，其特征在于该装置包括低噪声放大单元、射频到中频模拟混频单元、模数转换单元、数字下变频单元、自动电平控制单元、自激消除处理单元、数字上变频单元、自动增益补偿单元、数模转换单元、中频到射频模拟混频单元；本发明同时还提出一种实现直放站自激干扰消除的方法。本发明利用软件无线电原理，采用数字信号处理技术，能够大幅度地降低无线直放工程安装对隔离度的要求，从而增大直放站增益，扩大无线直放站覆盖范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现直放站自激干扰消除的装置及方法，具体涉及一种消除直放站重发天线反馈到施主天线的干扰，防止直放站自激的装置。
背景技术
无线直放站作为直放站的基础产品，已经应用多年，价格便宜是其主要优势，但是无线直放站存在工程安装不合理设备容易自激问题，此问题对直放站安装工程要求极高。通常工程应用条件下，要求增益余量GM(隔离-增益)至少为15dB。传统无线直放站通常只能通过采用物理方式增加隔离度，增大天线之间的距离，采用隔离网、减小设备增益等方式解决。
综上所述，采用传统方式的无线直放站，在应用场合和施工方面均有着难以克服的困难，而且通常工程附加成本也比较高。为此需要研究采用数字处理技术提高无线直放站增益的技术。
发明内容
为解决无线直放站隔离度要求的问题，本发明提出一种实现直放站自激干扰消除的装置，该装置包括低噪声放大单元、射频到中频模拟混频单元、模数转换单元、数字下变频单元、自动电平控制单元、自激消除处理单元、数字上变频单元、自动增益补偿单元、数模转换单元、中频到射频模拟混频单元；直放站接收的射频信号经低噪放放大、射频到中频模拟混频单元转变为中频模拟信号后，再经模数转换单元及数字下变频单元为数字基带信号，数字基带信号进入自激消除处理单元，对干扰信号的参考信号以一定长度的复系数进行滤波，得到干扰信号的估计信号，接收的数字基带信号减去干扰信号的估计信号得到输出信号；得到的输出信号经过数字上变频转换为中频数字信号，经数模转换单元、中频到射频模拟混频单元后变成相应射频信号输出。
所述自激消除处理单元还包括自适应算法单元和自激消除数字滤波单元；把输入的数字基带信号和输出的数字基带信号采用分时方式由自激消除数字滤波单元输入到自适应算法单元，经过自适应算法处理后得到数字滤波器系数，自适应算法单元把得到的数字滤波器系数回传给自激消除数字滤波处理单元；自激消除数字滤波单元利用得到的数字滤波器系数对干扰信号的参考信号进行滤波，输出干扰信号的估计信号，从输入信号中减去干扰信号的估计信号，从而得到有用信号的输出。
同时，本发明还提出一种实现直放站自激干扰消除的方法，包括：
步骤1，信号接收，直放站接收的射频信号经前端低噪放放大、混频器混频变为中频模拟信号，中频模拟信号经模数转换单元(ADC)后变为数字宽带信号；
步骤2，自动电平控制，自动电平控制单元负责检测接收信号的功率，当功率高于所设定的门限值，控制低噪放单元的数控衰减器，衰减接收射频链路的增益，使接收信号强度保持在所设定的门限值以下；
步骤3，数字下变频，数字宽带信号经数字混频和采样率抽取滤波器后转换为数字基带信号；
步骤4，自适应数字信号处理，把输入的数字基带信号和输出的数字基带信号采用分时方式由自激消除数字滤波单元输入到自适应算法单元，经过自适应算法处理后得到数字滤波器系数，自适应算法单元把得到的数字滤波器系数回传给自激消除数字滤波处理单元；
步骤5，自激消除数字滤波，自激消除数字滤波单元利用得到的数字滤波器系数对干扰信号的参考信号进行滤波，输出干扰信号的估计信号，从输入信号中减去干扰信号的估计信号，从而得到有用信号的输出；
步骤6，数字上变频，从自激消除处理单元输出的数字基带信号，经数字升采样滤波器插值，数字混频后上变频为所设定频段的数字中频信号；
步骤7，自动增益补偿，检测输出功率，当输出功率小于最大输出功率门限时，判别前端低噪放数控衰减器有无衰减，若有衰减时，补偿衰减值，使信号链路增益不产生压缩；
步骤8，信号发送，数字中频信号由数模转换单元进行数模转换为中频正交模拟信号输出到正交混频器中，混频器输出所定频段的射频信号，经放大后输出模拟射频信号。
在所述步骤2中，自激消除单元计算输入信号的瞬时功率，累积一定计数长度的瞬时功率，得到平均功率；当检测到的平均功率值高于所设定的上门限值时，判断此时功率值与上门限值得误差大小，通过查表换算成dB值，并控制射频前端数控衰减器衰减相应的dB值；当检测得到的平均功率小于下门限值，若射频前端数控衰减器有衰减，则进入衰减回退过程，即控制衰减器以0.5dB的步进减小衰减值，直到平均功率大于下门限值为止；若前端数控衰减器无衰减，则不处理；
在所述步骤4中，自适应算法单元接收自激消除处理输入的数字基带信号和输出的数字基带信号，进行归一化最小均方误差计算，得到滤波器系数；
在所述步骤5中，输入自激消除单元的数字基带信号和输出自激消除单元的数字基带信号分时传给自适应算法单元，输出数字基带信号经时延后，送给数字滤波器；
时延值约为本装置射频输入口到射频发射口的处理时延；经过时延后的信号进入数字滤波器中滤波，滤波器为时变复系数FIR滤波器；滤波器系数由自适应算法单元传过来，系数同步无缝导入滤波器中；
由于可能出现输入的自激干扰信号比有用信号大，造成前端自动增益控制单元衰减了输入的混合信号，自激消除后，造成有用信号的压缩。自动增益补偿单元检测对消后的信号的功率，当前端产生衰减，而后级没有达到最大功率输出后，补偿衰减了的增益值，直到达到最大功率输出门限为止。
本发明利用软件无线电原理，采用数字信号处理技术，能够大幅度地降低无线直放站工程安装对隔离度的要求，从而增大直放站增益，扩大无线直放站覆盖范围。
附图说明
图1为本发明实现直放站自激干扰消除的装置的构架图。
图2为本发明自激消除处理单元内部功能图。
具体实施方式
下面通过附图详细说明本发明的实现过程。
参见图1，本发明实现直放站自激干扰消除的装置的特征在于：直放站接收的射频信号经前端模拟射频装置(低噪放大器及混频单元)变为中频模拟信号，中频模拟信号经模数转换单元(ADC)及数字下变频单元(DDC)转换为数字基带信号，数字基带信号进入自激消除处理单元，对干扰信号的参考信号(输出信号的采样)以一定长度的复系数进行滤波，得到干扰信号的估计信号。接收的数字基带信号减去干扰信号的估计信号得到输出信号，经过数字上变频单元(DUC)转换为中频数字信号，经数模转换单元(DAC)转换后输出中频模拟信号到后端模拟射频装置(混频单元及功率放大器)。
图2为本发明自激消除处理单元内部功能图。本发明实现直放站自激干扰消除的装置的算法由干扰消除处理单元和自适应算法单元完成。在不满足传统无线直放站隔离度要求的情况下，接收的射频信号中包含有直放站重发天线反馈到施主天线的信号。
本发明装置的工作流程如下：
步骤1，信号接收，直放站接收的射频信号经前端低噪放放大、混频器混频变为中频模拟信号，中频模拟信号经模数转换单元(ADC)后变为数字宽带信号；
步骤2，自动电平控制，自动电平控制单元负责检测接收信号的功率，当功率高于所设定的门限值，控制低噪放单元的数控衰减器，衰减接收射频链路的增益，使接收信号强度保持在所设定的门限值以下；
步骤3，数字下变频，数字宽带信号经数字混频和采样率抽取滤波器后转换为数字基带信号；
步骤4，自适应数字信号处理，把输入的数字基带信号和输出的数字基带信号采用分时方式由自激消除数字滤波单元输入到自适应算法单元，经过自适应算法处理后得到数字滤波器系数，自适应算法单元把得到的数字滤波器系数回传给自激消除数字滤波处理单元；
步骤5，自激消除数字滤波，自激消除数字滤波单元利用得到的数字滤波器系数对干扰信号的参考信号进行滤波，输出干扰信号的估计信号，从输入信号中减去干扰信号的估计信号，从而得到有用信号的输出；
步骤6，数字上变频，从自激消除处理单元输出的数字基带信号，经数字升采样滤波器插值，数字混频后上变频为所设定频段的数字中频信号；
步骤7，自动增益补偿，检测输出功率，当输出功率小于最大输出功率门限时，判别前端低噪放数控衰减器有无衰减，若有衰减时，补偿衰减值，使信号链路增益不产生压缩；
步骤8，信号发送，数字中频信号由数模转换单元进行数模转换为中频正交模拟信号输出到正交混频器中，混频器输出所定频段的射频信号，经放大后输出模拟射频信号。
在步骤2中，自激消除单元计算输入信号的瞬时功率，累积一定计数长度的瞬时功率，得到平均功率，当检测到的平均功率值高于所设定的上门限值时，判断此时功率值与上门限值得误差大小，通过查表换算成dB值，并控制射频前端数控衰减器衰减相应的dB值。当检测得到的平均功率小于下门限值，若射频前端数控衰减器有衰减，则进入衰减回退过程，即控制衰减器以0.5dB的步进减小衰减值，直到平均功率大于下门限值为止；若前端数控衰减器无衰减，则不处理。
在步骤4中，自适应算法单元接收自激消除处理输入的数字基带信号和输出的数字基带信号，进行归一化最小均方误差计算，得到滤波器系数。
在步骤5中，输入自激消除单元的数字基带信号和输出自激消除单元的数字基带信号分时传给自适应算法单元，输出数字基带信号经时延后，送给数字滤波器。时延值约为本装置射频输入口到射频发射口的处理时延。经过时延后的信号进入数字滤波器中滤波，滤波器为时变复系数FIR滤波器。滤波器系数由自适应算法单元传过来，系数同步无缝导入滤波器中。
在步骤7中，由于可能出现输入的自激干扰信号比有用信号大，造成前端自动增益控制单元衰减了输入的混合信号，自激消除后，造成有用信号的压缩。自动增益补偿单元检测对消后的信号的功率，当前端产生衰减，而后级没有达到最大功率输出后，补偿衰减了的增益值，直到达到最大功率输出门限为止。
步骤2、3、4、5、6、7可以在同一片DSP或FPGA或ASIC内实现，也可以利用多片DSP或FPGA或ASIC分工实现。
对于频分双工方式制式的直放站，上下行信号同时处理。数据和系数也是采取上述时分复用方式。
以上所述，仅是本发明的较佳实例，本发明所主张的权利范围并不局限于此。本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种实现直放站自激干扰消除的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，信号接收，直放站接收的射频信号经前端低噪放放大、混频器混频变为中频模拟信号，中频模拟信号经模数转换单元(ADC)后变为数字宽带信号；
步骤2，自动电平控制，自动电平控制单元负责检测接收信号的功率，当功率高于所设定的门限值，控制低噪放单元的数控衰减器，衰减接收射频链路的增益，使接收信号强度保持在所设定的门限值以下；
步骤3，数字下变频，数字宽带信号经数字混频和采样率抽取滤波器后转换为数字基带信号；
步骤4，自适应数字信号处理，把输入的数字基带信号和输出的数字基带信号采用分时方式由自激消除数字滤波单元输入到自适应算法单元，经过自适应算法处理后得到数字滤波器系数，自适应算法单元把得到的数字滤波器系数回传给自激消除数字滤波处理单元；
步骤5，自激消除数字滤波，自激消除数字滤波单元利用得到的数字滤波器系数对干扰信号的参考信号进行滤波，输出干扰信号的估计信号，从输入信号中减去干扰信号的估计信号，从而得到有用信号的输出；
步骤6，数字上变频，从自激消除处理单元输出的数字基带信号，经数字升采样滤波器插值，数字混频后上变频为所设定频段的数字中频信号；
步骤7，自动增益补偿，检测输出功率，当输出功率小于最大输出功率门限时，判别前端低噪放数控衰减器有无衰减，若有衰减时，补偿衰减值，使信号链路增益不产生压缩；
步骤8，信号发送，数字中频信号由数模转换单元进行数模转换为中频正交模拟信号输出到正交混频器中，混频器输出所定频段的射频信号，经放大后输出模拟射频信号。
2.根据权利要求1所述的方法，在所述步骤2中，自激消除单元计算输入信号的
瞬时功率，累积一定计数长度的瞬时功率，得到平均功率；
当检测到的平均功率值高于所设定的上门限值时，判断此时功率值与上门限值得误差大小，通过查表换算成dB值，并控制射频前端数控衰减器衰减相应的dB值；
当检测得到的平均功率小于下门限值，若射频前端数控衰减器有衰减，则进入衰减回退过程，即控制衰减器以0.5dB的步进减小衰减值，直到平均功率大于下门限值为止；若前端数控衰减器无衰减，则不处理。
3.根据权利要求1所述的方法，在所述步骤4中，自适应算法单元接收自激消除处理输入的数字基带信号和输出的数字基带信号，进行归一化最小均方误差计算，得到滤波器系数。
4.根据权利要求1所述的方法，在所述步骤5中，输入自激消除单元的数字基带信号和输出自激消除单元的数字基带信号分时传给自适应算法单元，输出数字基带信号经时延后，送给数字滤波器。
5.根据权利要求1所述的方法，在所述步骤7中，由于可能出现输入的自激干扰信号比有用信号大，造成前端自动增益控制单元衰减了输入的混合信号，自激消除后，造成有用信号的压缩。自动增益补偿单元检测对消后的信号的功率，当前端产生衰减，而后级没有达到最大功率输出后，补偿衰减了的增益值，直到达到最大功率输出门限为止。
6.根据权利要求1-6任一项所述的方法，步骤2、3、4、5、6、7在同一片DSP、FPGA或ASIC内实现，或者，利用多片DSP、FPGA或ASIC分工实现。
7.一种实现直放站自激干扰消除的装置，其特征在于该装置包括低噪声放大单元、射频到中频模拟混频单元、模数转换单元、数字下变频单元、自动电平控制单元、自激消除处理单元、数字上变频单元、自动增益补偿单元、数模转换单元、中频到射频模拟混频单元；
直放站接收的射频信号经低噪放放大、射频到中频模拟混频单元转变为中频模拟信号后，再经模数转换单元及数字下变频单元为数字基带信号，数字基带信号进入自激消除处理单元，对干扰信号的参考信号以一定长度的复系数进行滤波，得到干扰信号的估计信号，接收的数字基带信号减去干扰信号的估计信号得到输出信号；得到的输出信号经过数字上变频转换为中频数字信号，经数模转换单元、中频到射频模拟混频单元后变成相应射频信号输出。
8.根据权利要求7所述的装置，所述自激消除处理单元还包括自适应算法单元和自激消除数字滤波单元；把输入的数字基带信号和输出的数字基带信号采用分时方式由自激消除数字滤波单元输入到自适应算法单元，经过自适应算法处理后得到数字滤波器系数，自适应算法单元把得到的数字滤波器系数回传给自激消除数字滤波处理单元；自激消除数字滤波单元利用得到的数字滤波器系数对干扰信号的参考信号进行滤波，输出干扰信号的估计信号，从输入信号中减去干扰信号的估计信号，从而得到有用信号的输出。
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