CN102075463B - 一种基于互相关和lms的干扰迭代消除系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统及其方法，该系统包括模数转换处理单元、第一复混频处理单元、数字下变频处理单元、LMS处理单元、数字上变频处理单元、第二复混频处理单元和数模转换处理单元。在LMS处理单元中是采用了互相关技术来进行回波延时的估计，采用了LMS算法来进行回波增益的估计，从而能够消除工作频带内的干扰信号，有效地解决了直放站由重发天线到施主天线的反馈干扰所引起的一些问题，避免了系统自激以及信号质量恶化现象的发生，降低了无线直放站工程的安装需求。

Description

一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统及其方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于互相关和LMS技术对无线同频直放站的WCDMA信号的干扰信号进行迭代消除的系统及其方法。

背景技术

常规的无线同频直放站，其施主天线在隔离度有限的情况下将不可避免会接收到重发天线发出的信号，这些信号经过多径反射回到施主天线后就会对直放站的工作造成干扰，影响直放站的波形质量，当反馈信号大于天线隔离度的时候就会引起直放站自激，情况严重时将导致直放站系统崩溃，甚至烧坏功放；由于回波信号的频率是直放站自身的工作频率，因此这种干扰是无法通过常规的滤波来进行频域处理的。

为解决这种自激干扰，现有技术通常采用以下二种措施来进行处理：一种是通过增加天线高度或者水平距离来增加隔离度；另一种是采用移频直放站。无论采用那种方法，以上这些措施都会使施工难度加大，且成本大幅增加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统及其方法，是采用互相关技术来进行回波延时的估计，采用LMS算法来进行回波增益的估计，从而能够有效地解决直放站由重发天线到施主天线的反馈干扰所引起的一些问题，避免了系统自激以及信号质量恶化现象的发生，降低了无线直放站工程的安装需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统，包括：

一模数转换处理单元，其用于将模拟中频信号数字化；

一第一复混频处理单元，其用于产生所需频率并进行信道混频；

一数字下变频处理单元，其用于信道抽取与滤波；

一LMS处理单元：其用于自适应回波抵消处理；

一数字上变频处理单元，其用于将低速率基带信号上变频至中频；

一第二复混频处理单元，其用于产生所需频率并进行信道混频；

一数模转换处理单元，其用于将数字中频信号转为模拟输出；

模数转换处理单元的输出接至第一复混频处理单元的输入，第一复混频处理单元的输出接数字下变频处理单元的输入，数字下变频处理单元的输出接LMS处理单元的输入，LMS处理单元的输出接数字上变频处理单元的输入，数字上变频处理单元的输出接第二复混频处理单元的输入，第二复混频处理单元的输出接数模转换处理单元的输入；

其中，该LMS处理单元包括：

一减法器模块，其作用在于将一路设定为叠加有回波信号的有用信号的输入信号减去另一路设定为估计的回波信号的输入信号后输出设定为削除回波后信号的差值信号；

一解相关延时模块，其作用在于对输入信号进行延时处理；

一延迟单元模块，其作用在于产生延时不同个CHIP的期望信号；

一时延估计模块，其作用在于利用互相关技术并根据延迟单元模块所输出的延时不同个CHIP的期望信号以及减法器模块输出的削除回波后信号来产生对应的自适应滤波器系数输出；

一增益估计模块，其作用在于根据延时不同个CHIP的期望信号和对应的自适应滤波器系数并利用LMS算法产生出对应的估计的回波信号；

一累加器模块，其作用在于对多个输入信号进行累加处理并输出累加结果；

减法器模块的一设定为叠加有回波信号的有用信号的输入端接至数字下变频处理单元的输出，减法器模块的另一设定为估计的回波信号的输入端接累加器模块的输出，减法器模块的设定为削除回波后信号的输出分别接至解相关延时模块和时延估计模块；解相关延时模块的一输出接数字上变频处理单元的输入，解相关延时模块的另一输出分别接延迟单元模块和时延估计模块；延迟单元模块内设有有限个小延迟单元模块分别产生延时有限个CHIP的期望信号，延迟单元模块的输出接至时延估计模块的输入；时延估计模块的输出接至增益估计模块的输入，增益估计模块内设有有限个小增益估计模块分别根据延时对应个CHIP的期望信号和对应的自适应滤波器系数并利用LMS算法产生出对应的估计的回波信号；增益估计模块的输出接至累加器模块的输入。

所述的数字下变频处理单元由一个CIC滤波器、一个补偿滤波器和一个基带成型滤波器构成，CIC滤波器的输入接第一复混频处理单元的输出，CIC滤波器的输出接补偿滤波器的输入，补偿滤波器的输出接基带成型滤波器的输入，基带成型滤波器的输出接LMS处理单元的输入。

所述的数字上变频处理单元由一个补偿滤波器和一个CIC滤波器构成，补偿滤波器的输入接LMS处理单元的输出，补偿滤波器的输出接CIC滤波器的输入，CIC滤波器的输出接第二复混频处理单元的输入。

一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除方法，包括如下步骤：

a.将模拟中频信号转化为数字中频信号；

b.对该数字中频信号进行信道混频处理，将信号频谱搬移至零中频；

c.进行数字下变频处理；

d.进行回波消除处理，利用LMS算法来估算回波信号的延时和增益，通过互相关计算得出自适应滤波器的系数；

e.进行数字上变频处理，将数据速率恢复到原始数据率；

f.进行信道混频处理，将频谱搬回中频信号中心频点；

g.最后再将数字信号转化为模拟信号。

所述的回波消除处理过程：是将输入信号设定为叠加有回波信号的有用信号，用回波消除处理所产生的反馈输出设定为估计的回波信号，将叠加有回波信号的有用信号减去估计的回波信号而得到削除回波后的信号；将该削除回波后的信号进行解相关延时处理，得到延时0个CHIP至有限个CHIP多个延时不同个CHIP的期望信号；将该多个延时不同个CHIP的期望信号和削除回波后的信号利用互相关算法进行处理，从而得到对应于不同个chip延时的自适应滤波器系数；再将延时不同个CHIP的期望信号和对应的自适应滤波器系数进行LMS算法处理，得到多个对应于不同路径的估计的回波信号；将多个对应于不同路径的估计的回波信号进行累加处理作为回波消除处理所产生的反馈输出去消除设定为叠加有回波信号的有用信号，从而得到削除回波后的信号。

本发明的一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统及其方法，是采用互相关技术来进行回波延时估计。

设定s为来自基站的有用信号；

设定y为估计的回波信号；

设定e为削除回波后的信号；

设定noise为经过选频滤波器延时后的信号，延时越大，互相关性能越好；

设定noise1为路径1的空中的回波信号；

设定noise2：为路径2的空中的回波信号；

……

设定noisek为路径k的空中的回波信号；

设定x为叠加回波信号与有用信号的系统输入信号；

则有：

x＝s+noise1+noise2+...+noiseK

e＝x-y

设定x0为延时0个CHIP的期望信号；

设定x1为延时1个CHIP的期望信号；

设定x2为延时2个CHIP的期望信号；

……

设定xK为延时K个CHIP的期望信号；

则有：

noise＝e(n-τ)

x₁＝e(n-τ-1)

x₁＝e(n-τ-1)

……

x_K＝e(n-τ-K)

采用下列公式求互相关：

$e\_\mathrm{xc}\left(0\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}e\left(n\right)e{\left(n\right)}^{*}$

$n\_\mathrm{xc}\left(0\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}e(n-\mathrm{\τ})e{(n-\mathrm{\τ})}^{*}$

$\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(0\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}e\left(n\right)e{(n-\mathrm{\τ})}^{*}$

$\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(1\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}e\left(n\right)e{(n-\mathrm{\τ}-1)}^{*}$

$\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(L\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}e\left(n\right)e{(n-\mathrm{\τ}-L)}^{*}$

其中，*表示共轭运算。

在求得输入信号与期望信号的互相关之后，需要进行归一化，其计算公式如下：

$\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\_\mathrm{nor}\left(0\right)=\frac{\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(0\right)}{\mathrm{sqrt}(e\_\mathrm{xc}\left(0\right)*n\_\mathrm{xc}\left(0\right))}$

$\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\_\mathrm{nor}\left(1\right)=\frac{\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(1\right)}{\mathrm{sqrt}(e\_\mathrm{xc}\left(0\right)*n\_\mathrm{xc}\left(0\right))}$

$\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\_\mathrm{nor}\left(L\right)=\frac{\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(L\right)}{\mathrm{sqrt}(e\_\mathrm{xc}\left(0\right)*n\_\mathrm{xc}\left(0\right))}$

本发明的一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统及其方法，是采用LMS算法来进行回波增益估计。

设定y₁为估计的路径1的回波信号；

设定y₂为估计的路径2的回波信号；

……

设定y_k为估计的路径k的回波信号；

则有：

y＝y₁+y₂+…+y_k

采用如下滤波公式：

y₁＝w₁□x₁

y₂＝w₂□x₂

……

y_k＝w_k□x_k

其中，权系数更新公式如下：

$w_1=w_1+\frac{{\mathrm{\μ}}_1\·e\·x_1}{P_e\·P_{x_1}}$ 初始值为 $w_1^0=\frac{\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(1\right)}{n\_\mathrm{xc}\left(0\right)}$

$w_2=w_2+\frac{{\mathrm{\μ}}_2\·e\·x_2}{P_e\·P_{x_2}}$ 初始值为 $w_2^0=\frac{\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(2\right)}{n\_\mathrm{xc}\left(0\right)}$

……

$w_K=w_K+\frac{{\mathrm{\μ}}_K\·e\·x_K}{P_e\·P_{x_K}}$ 初始值为 $w_K^0=\frac{\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(K\right)}{n\_\mathrm{xc}\left(0\right)}$

其中，功率计算公式如下：

$P_e=\sqrt{\frac{1}{i}\underset{n=0}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}e\left(n\right)e{\left(n\right)}^{*}}$

$P_{x_1}=\sqrt{\frac{1}{i}\underset{n=0}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_1\left(n\right)x_1{\left(n\right)}^{*}}$

$P_{x_2}=\sqrt{\frac{1}{i}\underset{n=0}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_2\left(n\right)x_2{\left(n\right)}^{*}}$

$P_{x_K}=\sqrt{\frac{1}{i}\underset{n=0}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_K\left(n\right)x_K{\left(n\right)}^{*}}$

其中，i≤N

其中，步长更新公式如下：

$0<{\mathrm{\&mu;}}_1<\frac{P_e}{P_{x_1}}$

$0<{\mathrm{\&mu;}}_2<\frac{P_e}{P_{x_2}}$

$0<{\mathrm{\&mu;}}_K<\frac{P_e}{P_{x_K}}$

本发明的一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统及其方法，回波增益估计是采用LMS算法进行自适应跟踪，以对抗信道的衰落现象。回波延时估计是采用互相关技术。

本发明的有益效果是，由于采用了互相关技术来进行回波延时的估计，采用了LMS算法来进行回波增益的估计，从而能够消除工作频带内的干扰信号，有效地解决了直放站由重发天线到施主天线的反馈干扰所引起的一些问题，避免了系统自激以及信号质量恶化现象的发生，降低了无线直放站工程的安装需求。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统及其方法不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的系统的原理框图；

图2是本发明的系统的LMS处理单元的原理框图；

图3是本发明的系统的数字下变频处理单元的原理框图；

图4是本发明的系统的LMS处理单元的时延估计模块的原理框图；

图5是未采用本发明进行干扰消除的输出频谱图；

图6是采用本发明进行干扰消除后的输出频谱图。

具体实施方式

实施例，参见1图所示，图1只给出一个载频的情况。

本发明的一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统，包括：

一模数转换处理单元11，其用于将模拟中频信号数字化；

一第一复混频处理单元12，其用于产生所需频率并进行信道混频；

一数字下变频处理单元13，其用于信道抽取与滤波；

一LMS处理单元2：其用于自适应回波抵消处理；

一数字上变频处理单元14，其用于将低速率基带信号上变频至中频；

一第二复混频处理单元15，其用于产生所需频率并进行信道混频；

一数模转换处理单元16，其用于将数字中频信号转为模拟输出；

模数转换处理单元11的输出接至第一复混频处理单元12的输入，第一复混频处理单元12的输出接数字下变频处理单元13的输入，数字下变频处理单元13的输出接LMS处理单元2的输入，LMS处理单元2的输出接数字上变频处理单元14的输入，数字上变频处理单元14的输出接第二复混频处理单元15的输入，第二复混频处理单元15的输出接数模转换处理单元16的输入；

其中，该LMS处理单元2包括：

一减法器模块21，其作用在于将一路设定为叠加有回波信号的有用信号的输入信号减去另一路设定为估计的回波信号的输入信号后输出设定为削除回波后信号的差值信号；

一解相关延时模块22，其作用在于对输入信号进行延时处理；

一延迟单元模块23，其作用在于产生延时不同个CHIP的期望信号；

一时延估计模块3，其作用在于利用互相关技术并根据延迟单元模块所输出的延时不同个CHIP的期望信号以及减法器模块输出的削除回波后信号来产生对应的自适应滤波器系数输出；

一增益估计模块24，其作用在于根据延时不同个CHIP的期望信号和对应的自适应滤波器系数并利用LMS算法产生出对应的估计的回波信号；

一累加器模块25，其作用在于对多个输入信号进行累加处理并输出累加结果；

减法器模块21的一设定为叠加有回波信号的有用信号的输入端接至数字下变频处理单元13的输出，减法器模块21的另一设定为估计的回波信号的输入端接累加器模块25的输出，减法器模块21的设定为削除回波后信号的输出分别接至解相关延时模块22和时延估计模块3；解相关延时模块22的一输出接数字上变频处理单元14的输入，解相关延时模块22的另一输出分别接延迟单元模块23和时延估计模块3；延迟单元模块23内设有有限个小延迟单元模块分别产生延时有限个CHIP的期望信号，延迟单元模块23的输出接至时延估计模块3的输入；时延估计模块3的输出接至增益估计模块24的输入，增益估计模块24内设有有限个小增益估计模块分别根据延时对应个CHIP的期望信号和对应的自适应滤波器系数并利用LMS算法产生出对应的估计的回波信号；增益估计模块24的输出接至累加器模块25的输入。

所述的数字下变频处理单元13由一个CIC滤波器131、一个补偿滤波器132和一个基带成型滤波器133构成，CIC滤波器131的输入接第一复混频处理单元12的输出，CIC滤波器131的输出接补偿滤波器132的输入，补偿滤波器132的输出接基带成型滤波器133的输入，基带成型滤波器133的输出接LMS处理单元2的输入。

所述的数字上变频处理单元由一个补偿滤波器和一个CIC滤波器构成，补偿滤波器的输入接LMS处理单元的输出，补偿滤波器的输出接CIC滤波器的输入，CIC滤波器的输出接第二复混频处理单元的输入。

第一复混频处理单元12是由一个乘法器121和一个数字频率合成器122构成。

第二复混频处理单元15是由一个乘法器151和一个数字频率合成器152构成。

本发明的一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除方法，包括如下步骤：

a.将模拟中频信号转化为数字中频信号；即，模拟中频信号经过ADC模数转换后转化为数字中频信号进入FPGA芯片(即乘法器121)；

b.对该数字中频信号进行信道混频处理，即，与数字频率合成器122进行信道混频，将信号频谱搬移至零中频；

c.进行数字下变频处理；

数字下变频部分由一个CIC滤波器131、一个补偿滤波器132和一个基带成型滤波器133构成。其中CIC滤波器进行8倍抽取，第二级补偿滤波器进行2倍抽取，最后的RRC用于基带成型，无抽取；需要注意的是，信号在经过CIC滤波器8倍抽取之后，对于WCDMA而言，带内边沿会被衰减，此时需要一个补偿滤波器来补偿3.84M的带内衰减，使之平坦。

d.进行回波消除处理，利用LMS算法来估算回波信号的延时和增益，通过互相关计算得出自适应滤波器的系数；

基带成型之后，低速率基带信号经过LMS算法处理单元，来估算回波信号的延时和增益，通过互相关计算得出自适应滤波器的系数，让系统能快速收敛，并且系数是动态在更新，达到实时跟踪外界环境变化的目的；

传统LMS自适应算法存在一个很大的问题是收敛速度与稳定性，当步长参数取得过大，则会使系统处于亚稳态，即使刚开始能快速收敛，但是由于步长因素，系统在迭代更新若干次数之后会逐渐发散，误差逐渐增大；若步长选取过小，则需要相当长时间才能收敛，在还未收敛之前，系统仍旧处于不正常状态，未能在一定时间内收敛，可能会使系统引入其它的干扰。本发明所采用的互相关算法可以避免常规LMS算法存在的问题，通过互相关运算可以恰到好处估算出系统状态，实质上包含了步长u的正确估计，这就能让系统快速收敛并进入正常状态。经过仿真结果比较，本发明的算法在收敛速度与性能上都优于传统LMS算法。

e.进行数字上变频处理，将数据速率恢复到原始数据率；

经过LMS算法处理单元2之后，有用信号中的回波已经被适当消除，此时需要经过上变频DUC处理，将数据速率恢复到原始数据率；

f.进行信道混频处理，将频谱搬回中频信号中心频点；

g.最后再将数字信号转化为模拟信号。

所述的回波消除处理过程：是将输入信号设定为叠加有回波信号的有用信号，用回波消除处理所产生的反馈输出设定为估计的回波信号，将叠加有回波信号的有用信号减去估计的回波信号而得到削除回波后的信号；将该削除回波后的信号进行解相关延时处理，得到延时0个CHIP至有限个CHIP多个延时不同个CHIP的期望信号；将该多个延时不同个CHIP的期望信号和削除回波后的信号利用互相关算法进行处理，从而得到对应于不同个chip延时的自适应滤波器系数；再将延时不同个CHIP的期望信号和对应的自适应滤波器系数进行LMS算法处理，得到多个对应于不同路径的估计的回波信号；将多个对应于不同路径的估计的回波信号进行累加处理作为回波消除处理所产生的反馈输出去消除设定为叠加有回波信号的有用信号，从而得到削除回波后的信号。

本发明的一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统及其方法，是采用互相关技术来进行回波延时估计。

设定s为来自基站的有用信号；

设定y为估计的回波信号；

设定e为削除回波后的信号；

设定noise为经过选频滤波器延时后的信号，延时越大，互相关性能越好；

设定noise1为路径1的空中的回波信号；

设定noise2：为路径2的空中的回波信号；

……

设定noisek为路径k的空中的回波信号；

设定x为叠加回波信号与有用信号的系统输入信号；

则有：

x＝s+noise1+noise2+...+noiseK

e＝x-y

设定x0为延时0个CHIP的期望信号；

设定x1为延时1个CHIP的期望信号；

设定x2为延时2个CHIP的期望信号；

……

设定xK为延时K个CHIP的期望信号；

则有：

noise＝e(n-τ)

x₁＝e(n-τ-1)

x₁＝e(n-τ-1)

……

x_K＝e(n-τ-K)

在直放站系统中，当隔离度不好的时候，施主天线接收到的信号往往包含重发天线经过多径衰落返回的同频回波信号，如图2中所示的noise1到noiseK，施主天线将接收到含回波的信号一起送入直放站进行处理，s是表示基站信号，x则表示有用信号与回波干扰信号的叠加，图2中y1至yK表示LMS估算出来的回波信号，经过累加之后得到y，这里相当于估算出了总的多径回波信号之和，把原始信号x减去估算信号y，得到差值信号e，把e输出至天线发射端作为直放站输出，同时e也用于LMS的回波延迟估计，经过时延估计模块，就可以得出回波的延迟情况，假如判断到回波路径1，就进行回波1的滤波运算，进而估计增益大小y1，类似的，其他路径也经过相同的运算，这样就可以准确估计出有限个回波路径情况了，并准确进行消除。

LMS处理单元的时延估计模块3如图4所示。

乘累加器采用FPGA芯片中的硬件乘累加器，可以达到很高的运算频率，时延估计模块的工作流程如下：将差值信号e求自相关后，再乘以8倍，得到的值与e和x的互相关值进行比较，如果前者小于后者，则表示此路径没检测到回波自激，否则表示此路径有回波并产生自激影响，对应的延时大小就可以知道，若在x2中检测到，则可以从x2处于寄存器第几级中计算得出延迟值。

值得注意的是，时延估计模块的结构图中有一个乘以8倍的模块，这是由于直放站系统中，当隔离度在15db左右的时候，B和A的比值大概在0.125左右，也就是自激门限值，为了方便FPGA的实现，故采用分母乘以8倍，再进行比较，若B＞A，则表示检测到自激路径k，此时需要更新自适应滤波器系数Wk，而Wk就是B与A的比值；若B＜A，说明系统还未检测到自激。

时延估计模块涉及到互相关算法，其相关计算原理和公式如下：

即，采用下列公式求互相关：

$e\_\mathrm{xc}\left(0\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e\left(n\right)e{\left(n\right)}^{*}$

$n\_\mathrm{xc}\left(0\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e(n-\mathrm{\&tau;})e{(n-\mathrm{\&tau;})}^{*}$

$\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(0\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e\left(n\right)e{(n-\mathrm{\&tau;})}^{*}$

$\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(1\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e\left(n\right)e{(n-\mathrm{\&tau;}-1)}^{*}$

$\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(L\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e\left(n\right)e{(n-\mathrm{\&tau;}-L)}^{*}$

其中，*表示共轭运算。

在求得输入信号与期望信号的互相关之后，需要进行归一化，其计算公式如下：

$\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\_\mathrm{nor}\left(0\right)=\frac{\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(0\right)}{\mathrm{sqrt}(e\_\mathrm{xc}\left(0\right)*n\_\mathrm{xc}\left(0\right))}$

$\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\_\mathrm{nor}\left(1\right)=\frac{\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(1\right)}{\mathrm{sqrt}(e\_\mathrm{xc}\left(0\right)*n\_\mathrm{xc}\left(0\right))}$

$\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\_\mathrm{nor}\left(L\right)=\frac{\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(L\right)}{\mathrm{sqrt}(e\_\mathrm{xc}\left(0\right)*n\_\mathrm{xc}\left(0\right))}$

如果en_xc_nor(i)大于一定的自激门限，则将相应的归一化系数值作为滤波系数设定到LMS滤波器中。

当时延估计模块检测到自激和延时之后，接下去进一步做回波增益的估计。每当检测到一个延时，LMS滤波器就增加一阶。如果权系数小于1/8，则认为其相对应的回波已经不存在，LMS滤波器就减少一阶。一般的令总的滤波器阶数2K＝L，即可满足设计需求。如WCDMA系统，L＝34，K＝17。

本发明的一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统及其方法，是采用LMS算法来进行回波增益估计。

设定y₁为估计的路径1的回波信号；

设定y₂为估计的路径2的回波信号；

……

设定y_k为估计的路径k的回波信号；

则有：

y＝y₁+y₂+…+y_k

采用如下滤波公式：

y₁＝w₁□x₁

y₂＝w₂□x₂

……

y_k＝w_k□x_k

误差计算公式为：

e＝x-y

权系数更新公式如下：

$w_1=w_1+\frac{{\mathrm{\&mu;}}_1\&CenterDot;e\&CenterDot;x_1}{P_e\&CenterDot;P_{x_1}}$ 初始值为 $w_1^0=\frac{\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(1\right)}{n\_\mathrm{xc}\left(0\right)}$

$w_2=w_2+\frac{{\mathrm{\&mu;}}_2\&CenterDot;e\&CenterDot;x_2}{P_e\&CenterDot;P_{x_2}}$ 初始值为 $w_2^0=\frac{\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(2\right)}{n\_\mathrm{xc}\left(0\right)}$

……

$w_K=w_K+\frac{{\mathrm{\&mu;}}_K\&CenterDot;e\&CenterDot;x_K}{P_e\&CenterDot;P_{x_K}}$ 初始值为 $w_K^0=\frac{\mathrm{en}\_\mathrm{xc}\left(K\right)}{n\_\mathrm{xc}\left(0\right)}$

其中，用于统计一段时间内信号的平均功率，以作归一化处理，避免权系数的更新出现大范围的波动，其功率计算公式如下：

$P_e=\sqrt{\frac{1}{i}\underset{n=0}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e\left(n\right)e{\left(n\right)}^{*}}$

$P_{x_1}=\sqrt{\frac{1}{i}\underset{n=0}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_1\left(n\right)x_1{\left(n\right)}^{*}}$

$P_{x_2}=\sqrt{\frac{1}{i}\underset{n=0}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_2\left(n\right)x_2{\left(n\right)}^{*}}$

$P_{x_K}=\sqrt{\frac{1}{i}\underset{n=0}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_K\left(n\right)x_K{\left(n\right)}^{*}}$

其中，i≤N

事实上可以令

同样有较好的结果。

如果资源较小，则P_e，

可以分别用

P_e＝abs(e(i))

$P_{x_1}=\mathrm{abs}\left(x_1\left(i\right)\right)$

$P_{x_k}=\mathrm{abs}\left(x_k\left(i\right)\right)$

但是，相应的LMS的收敛性能会变差。

其中，步长更新公式如下：

$0<{\mathrm{\&mu;}}_1<\frac{P_e}{P_{x_1}}$

$0<{\mathrm{\&mu;}}_2<\frac{P_e}{P_{x_2}}$

$0<{\mathrm{\&mu;}}_K<\frac{P_e}{P_{x_K}}$

又有

我们令随着回波被消除，将逐渐变小，甚至小于1，因此，步长变化必须与

相关联。同时，在大时，采用更大的步长以加速收敛。在

小时，采用更小的步长以改善性能。

一个实例，系统的测试环境如下：ADC、FPGA和DAC工作在81.92MHz，对其中一载频进行测试，中频信号为68MHz，调节测试平台的反馈信号大小，使回波信号比有用输入信号大8db，毫无疑问，系统肯定处于自激状态，测试结果如下所示，图5是未使用本发明系统的输出频谱图，可以看出，此时带内波动十分大，系统无法正常工作；图6是使用本发明系统的频谱，此时带内波动恢复正常，说明了系统的回波估算核心起作用，将回波抵消了。

本发明的一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统及其方法，回波增益估计是采用LMS算法进行自适应跟踪，以对抗信道的衰落现象。回波延时估计是采用互相关技术。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统及其方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统，其特征在于：包括：

一模数转换处理单元，其用于将模拟中频信号数字化；

一第一复混频处理单元，其用于产生所需频率并进行信道混频；

一数字下变频处理单元，其用于信道抽取与滤波；

一LMS处理单元：其用于自适应回波抵消处理；

一数字上变频处理单元，其用于将低速率基带信号上变频至中频；

一第二复混频处理单元，其用于产生所需频率并进行信道混频；

一数模转换处理单元，其用于将数字中频信号转为模拟输出；

模数转换处理单元的输出接至第一复混频处理单元的输入，第一复混频处理单元的输出接数字下变频处理单元的输入，数字下变频处理单元的输出接LMS处理单元的输入，LMS处理单元的输出接数字上变频处理单元的输入，数字上变频处理单元的输出接第二复混频处理单元的输入，第二复混频处理单元的输出接数模转换处理单元的输入；

其中，该LMS处理单元包括：

一减法器模块，其作用在于将一路设定为叠加有回波信号的有用信号的输入信号减去另一路设定为估计的回波信号的输入信号后输出设定为削除回波后信号的差值信号；

一解相关延时模块，其作用在于对输入信号进行延时处理；

一延迟单元模块，其作用在于产生延时不同个CHIP的期望信号；

一时延估计模块，其作用在于利用互相关技术并根据延迟单元模块所输出的延时不同个CHIP的期望信号以及减法器模块输出的削除回波后信号来产生对应的自适应滤波器系数输出；

一增益估计模块，其作用在于根据延时不同个CHIP的期望信号和对应的自适应滤波器系数并利用LMS算法产生出对应的估计的回波信号；

一累加器模块，其作用在于对多个输入信号进行累加处理并输出累加结果；

减法器模块的一设定为叠加有回波信号的有用信号的输入端接至数字下变频处理单元的输出，减法器模块的另一设定为估计的回波信号的输入端接累加器模块的输出，减法器模块的设定为削除回波后信号的输出分别接至解相关延时模块和时延估计模块；解相关延时模块的一输出接数字上变频处理单元的输入，解相关延时模块的另一输出分别接延迟单元模块和时延估计模块；延迟单元模块内设有有限个小延迟单元模块分别产生延时有限个CHIP的期望信号，延迟单元模块的输出接至时延估计模块的输入；时延估计模块的输出接至增益估计模块的输入，增益估计模块内设有有限个小增益估计模块分别根据延时有限个CHIP的期望信号和对应的自适应滤波器系数并利用LMS算法产生出对应的估计的回波信号；增益估计模块的输出接至累加器模块的输入。

2.根据权利要求1所述的基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统，其特征在于：所述的数字下变频处理单元由一个CIC滤波器、一个补偿滤波器和一个基带成型滤波器构成，CIC滤波器的输入接第一复混频处理单元的输出，CIC滤波器的输出接补偿滤波器的输入，补偿滤波器的输出接基带成型滤波器的输入，基带成型滤波器的输出接LMS处理单元的输入。

3.根据权利要求1所述的基于互相关和LMS的干扰迭代消除系统，其特征在于：所述的数字上变频处理单元由一个补偿滤波器和一个CIC滤波器构成，补偿滤波器的输入接LMS处理单元的输出，补偿滤波器的输出接CIC滤波器的输入，CIC滤波器的输出接第二复混频处理单元的输入。

4.一种基于互相关和LMS的干扰迭代消除方法，其特征在于：包括如下步骤：

a．将模拟中频信号转化为数字中频信号；

b．对该数字中频信号进行信道混频处理，将信号频谱搬移至零中频；

c．进行数字下变频处理；

d．进行回波消除处理，利用LMS算法来估算回波信号的延时和增益，通过互相关计算得出自适应滤波器的系数；

e．进行数字上变频处理，将数据速率恢复到原始数据率；

f．进行信道混频处理，将频谱搬回中频信号中心频点；

g．最后再将数字信号转化为模拟信号；

所述的回波消除处理过程：是将输入信号设定为叠加有回波信号的有用信号，用回波消除处理所产生的反馈输出设定为估计的回波信号，将叠加有回波信号的有用信号减去估计的回波信号而得到削除回波后的信号；将该削除回波后的信号进行解相关延时处理，得到延时0个CHIP至有限个CHIP多个延时不同个CHIP的期望信号；将该多个延时不同个CHIP的期望信号和削除回波后的信号利用互相关算法进行处理，从而得到对应于不同个chip延时的自适应滤波器系数；再将延时不同个CHIP的期望信号和对应的自适应滤波器系数进行LMS算法处理，得到多个对应于不同路径的估计的回波信号；将多个对应于不同路径的估计的回波信号进行累加处理作为回波消除处理所产生的反馈输出去消除设定为叠加有回波信号的有用信号，从而得到削除回波后的信号。

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