CN102333055A

CN102333055A - 同频中继回波的射频抑制方法及设备

Info

Publication number: CN102333055A
Application number: CN201110321707A
Authority: CN
Inventors: 傅历建; 周兴伦
Original assignee: CHENGDU CHITONG DIGITAL SYSTEM CO LTD
Current assignee: CHENGDU CHITONG DIGITAL SYSTEM CO LTD
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: CN102333055B

Abstract

本发明公开了一种同频中继回波的射频抑制方法及实现该方法的设备，将中继器经过放大的输出信号耦合出一部分，即参考信号，经过幅度和相位的调整和控制，返回到输入端的混合器，形成与回波信号等幅反相的信号，与回波信号在混合器中进行叠加相抵消。为了准确控制回波信号幅度，在进行信号叠加相消前加上电平控制器，从而更稳定地实现回波信号与参考信号的幅度一致或相近，完成回波的抑制。本发明的有益效果是：对DTMB、CMMB等多种调制方式都可以满足使用，适用范围寛；在300~3000MHz的频率范围内的任意8MHz工作带宽内，回波抑制能力可达到35dB，能有效抑制回波；使用方便，成本低。

Description

同频中继回波的射频抑制方法及设备

技术领域

本发明涉及中继回波干扰，具体涉及一种回波干扰的抑制方法及实现该方法的设备。

背景技术

无线数字电视系统建设中，尤其是国标地面数字电视（DTMB）和移动数字电视（CMMB）的单频网（SFN）建设中，同频中继回波干扰是指在中继器工作过程中，转发天线对施主天线形成回波，从而形成自激，影响转发质量的一种现象。针对这一现象，在数字电视广播系统中，一般采用自适应回波消除AECTM（Adaptive Echo Cancellation）数字处理技术，在工作带宽6/7/8MHz时，回波抑制≥30dB。该技术对不同调制方式，如DTMB、CMMB采取不同的处理方法。实现原理如图1所示，施主天线接收到的信号包括从施主天线来的有用信号和转发天线通过空间反馈到施主天线的回波干扰信号，两者混合在一起，经低噪声小信号射频放大器放大；然后再经数字下变频、数字化，将混合基带信号输入自适应回波消除器，滤除回波干扰信号，得到消除回波后的输出基带信号，叠加PN 序列后再经数字上变频、数模转换、功率放大器后送入发送天线。实现上述方法的回波消除器的核心模块包括反馈信道自适应模拟器和回波自适应估计器。反馈信道模拟器主要完成对反馈信道参数的估计，然后将信道参数传给回波自适应估计器，利用输出的基带信号估计回波信号，再在输入的混合基带信号中减去回波信号，得到消除回波后的输出基带信号。

上述技术的基本思想是将射频信号变换到基带信号进行不同调制方式下的处理，实现过程较复杂，成本较高。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种同频中继系统回波的射频抑制方法及实现该方法的设备，克服了现有技术中使用自适应回波消除AECTM（Adaptive Echo Cancellation）数字处理技术时，实现过程复杂且与调制方式有关，适应范围窄，成本较高的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种同频中继回波的射频抑制方法，基本思想是在射频信道上进行回波抑制，包括以下步骤：

步骤1，回波抑制器的信号输入端口1的接收信号包含有用信号和回波信号，并由回波抑制器内部的电平控制器对接收信号电平进行控制；另一方面功率放大器输出端耦合出来的参考信号输入到回波抑制器的参考信号输入端口2，并由回波抑制器内部的幅度控制器和相位控制器对该参考信号进行幅度和相位的调整和控制，使参考信号与回波信号等幅反相；

步骤2，将步骤1中的接收信号与参考信号通过混合器进行混合，抵消掉回波信号，产生一个回波信号弱，有用信号强的接收信号；

步骤3，将步骤2所述的混合信号通过低噪声放大器放大再输出到功率放大器进行功率放大并输出；

步骤4，将步骤3所述的输出信号送入转发天线。

更进一步的技术方案是：

所述的步骤1中，电平控制器可根据系统需要在-60～0dBm之间设置该设备的门限电平值，具有门限电平的自动控制功能，当信号大于门限电平设定值时，电平控制器即进入自动控制的工作状态，使其输出保持恒定，起到自动综合检测控制，保护射频系统通道安全的作用，以防信号过强造成功率放大器等的损害。

所述的步骤1中，功率放大器参考信号耦合口的耦合度为-60dB，对数字10～100W的功率放大器，进入幅度控制器的参考信号电平为-25～-15dBm，调整幅度控制器的步进开关改变其衰减量，使得进入混合器的参考信号幅度逼近回波信号幅度作为后面进行细调的初始值。同时，调整相位控制器的步进开关以改变参考信号的相位与回波信号的相位反相。

所述的步骤1中，回波抑制器的低噪声放大器后设计有一个耦合监测口，来实时监测回波信号的抑制情况，当参考信号的幅度和相位调整均达到要求的水平后，即与回波信号的幅度差在1dB,相位反相误差在1.5度内时，回波的抑制即可达到理想的效果。

所述的幅度控制器和相位控制器对参考信号的幅度和相位的调整，需通过低噪声放大器输出端的耦合监测口来监测接收的回波信号的变化。

本发明还包括实现上述方法的设备。

所述的中继设备包括回波抑制器和功率放大器，其中回波抑制器的输出端与功率放大器的输入端相连，功率放大器的输出端连接转发天线，其特征在于：所述的回波抑制器还包括：

耦合器2，该耦合器2与功率放大器的输出端连接，将输出信号耦合出一部分作为参考信号，再输送到回波抑制器的输入端口2；

回波抑制器的信号输入端口1，接受来自施主天线的接收信号；

回波抑制器的输入端口1，接受来自耦合器2的参考信号；

电平控制器，负责对接收信号电平进行控制；

幅度控制器和相位控制器，对参考信号进行幅度和相位的调整和控制，使参考信号与回波信号等幅反相；

混合器，将电平控制器输出的信号和经幅度和相位调整的参考信号混合，再输出到低噪声放大器中进行小信号放大；

而所述的功率放大器，接收低噪声放大器的输出信号，再将信号放大到要求的功率后发送至转发天线。

所述的低噪声放大器之后连接有一耦合器1，作为观察测试回波信号抑制情况的耦合监测口。

所述的回波抑制器还包括有带通滤波器，带通滤波器的输入端与混合器的输出端连接，带通滤波器的输出端与低噪声放大器的输入端连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）在射频信道上实现回波的抑制，方法简单，对DTMB、CMMB等多种调制方式都可以满足使用，适用范围寛；

（2）输入端加电平控制器，限定了中继器的最高输入电平幅度，并对大信号下中继器进行过激保护。

（3）射频输出端耦合出的部分信号，即参考信号，经回波抑制器中的幅度控制器、相位控制器处理后达到与回波信号等幅反相。

（4）回波信号与参考信号通过混合器进行叠加，达到抑制甚至消除回波信号的目的。

附图说明

图1为现有技术中使用的回波抑制技术示意图；

图2为本发明原理图；

图3为本发明信号流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图2所示，一种同频中继回波的射频抑制方法，包括以下步骤：

步骤1，回波抑制器的信号输入端口1的接收信号包含有用信号和回波信号，并由回波抑制器内部的电平控制器对回波信号电平进行控制；；另一方面功率放大器输出端耦合出来的参考信号输入到回波抑制器的参考信号输入端口2，并由回波抑制器内部的幅度控制器和相位控制器对参考信号进行幅度和相位的调整和控制，使参考信号与回波信号等幅反相；

步骤2，将步骤1中的接收信号与参考信号进行混合，抑制甚至消除回波信号，产生一个回波信号弱，有用信号强的接收信号；

步骤3，将步骤2所述的接收信号通过低噪声放大器放大再输出到功率放大器进行放大后输出；

步骤4，将步骤3所述的输出信号送入转发天线。

步骤1中，电平控制器可根据系统需要在-60～0dBm之间设置该设备的门限电平值，具有门限电平的自动控制功能，当信号大于门限电平设定值时，电平控制器即进入自动控制的工作状态，使其输出保持恒定，起到自动综合检测控制，保护系统通道安全的作用。

在本发明中，将中继器经过放大的输出信号耦合出一部分，即参考信号，经过幅度和相位的调整和控制，返回到输入端的混合器，形成与回波信号等幅反相的信号，与回波信号在混合器中进行叠加相抵消。为了准确控制回波信号幅度，在进行信号叠加相消前加上电平控制器，从而更稳定地实现回波信号与参考信号的幅度一致或相近，完成回波的抑制。

本发明还包括实现上述方法的设备，所述的设备包括回波抑制器和功率放大器，其中回波抑制器的输出端与功率放大器的输入端相连，功率放大器的输出端连接转发天线，回波抑制器还包括：

耦合器2，该耦合器2与功率放大器的输出端连接，将输出信号耦合出一部分作为参考信号，再输送到回波抑制器的输入端2；

回波抑制器的输入端口1，接受来自施主天线的接收信号；

回波抑制器的输入端口2，接受来自耦合器2的参考信号；

电平控制器，负责对接收信号电平进行控制；

混合器，将电平控制器输出的接收信号和经幅度和相位调整的参考信号混合，再输出到低噪声放大器中进行放大；

而所述的功率放大器，接收低噪声放大器的输出信号，再将信号放大到要求的功率后发送至转发天线。作为最佳实施例，在上述的低噪声放大器之后连接耦合器1，作为接收信号的监测口。回波抑制器还包括有带通滤波器，带通滤波器的输入端与混合器的输出端连接，带通滤波器的输出端与低噪声放大器的输入端连接。

在本发明的设备中，核心模块为：电平控制器，幅度控制器，相位控制器，下面分别对这三个核心模块进行说明：

（1）电平控制器：

在数字电视同频转发系统中，如回波信号较前向正常接收的有用信号过大，容易引起转发系统自激并造成信道上放大管的损坏，不同系统回波信号的电平可变范围很大，很难准确预测，信号大小与转发站输出功率、转发天线和施主天线型式、转发天线与施主天线的位置关系、系统环境等都有关系，需采用一种方便灵活的设备来控制进入系统的回波信号电平，首先保证回波信号的产生不会造成系统的损坏，我们才能进行并完成回波的抑制处理过程。

我们在系统中设计并采用了动态范围为-60～0dBm的电平控制器来控制进入低噪声放大器的信号电平。

同时，为保证回波信号进入混合器与参考信号进行等幅反相的叠加，电平控制器可根据系统需要在-60～0dBm之间设置该设备的门限电平值，具有门限电平的自动控制功能，当信号大于门限电平设定值时，电平控制器即进入自动控制的工作状态，使其输出保持恒定，起到自动综合检测控制，保护系统通道安全的作用。

（2）幅度控制器：

幅度控制器的目的：当上述电平控制器完成信号输出电平的设置后，幅度控制器即参考此电平值对耦合的参考信号进行幅度控制，使得进入混合器的参考信号的幅度得到控制并逐渐逼近回波信号的幅度，

在设计中我们采用常用的电调衰减器来控制信号幅度，其衰减量范围为32dB，步进衰减量为1dB，即按2ⁿ，n=5 的5位步进衰减器对信号的幅度进行精确控制。

（3）相位控制器：

相位控制器，也称移相器，基本工作原理是射频信号经过不同的传输路径，其相位会随所通过路径的长短发生变化。利用控制偏压来切换射频开关以使射频信号通过不同的传输路径，信号经过不同的路径产生的相移来改变射频信号的传输相位。因此根据不同的频率、带宽、功率以及电参数指标的要求来选择相应的开关，以达到系统的要求。

相位控制器采取TTL电平对其进行控制，以-1.4°为步进，最大调整量为-358.6°。

本发明的原理分析如下：

设有用信号为：A₁cos(wt+φ₁)，回波信号为：A₂cos(wt+φ₂)，

接收信号为：A₁cos(wt+φ₁)+ A₂cos(wt+φ₂)；

参考信号为：A₃cos(wt+φ₃)；

其中，A₁，φ₁分别为有用信号的幅度和相位，A₂，φ₂分别为回波信号的幅度和相位；A₃，φ₃分别为参考信号的幅度和相位。

信号流程如图3所示：

幅度控制器调节参考信号幅度使得与电平控制器输出的回波信号的幅度一致，即A₃=A₂，相位控制器调节参考信号相位使得与电平控制器输出的回波信号的相位反相，即φ₃=φ₂±180°，理论分析结果表明回波信号正好与参考信号完全抵消，从而完全实现回波信号的消除。

即实现在混合器后的信号为回波信号很小的接收信号。

但实际情况一般不会完全满足理想条件，幅度和相位控制有偏差，会导致回波不能完全消除，通过数学分析和实际测试表明，如幅度差控制在1dB内，相位控制在1.5°内，实现回波抑制达35dB。

下面再来详细叙述本发明的调整方法、步骤及测试：

在一个实验室环境中或实际系统应用中，一般按照如下方法和步骤即能完成回波信号的逐渐抑制，取得理想的抑制效果。

我们利用一个同频率的信号源直接输入功率放大器进行放大，送到转发天线发射和施主天线接收后，通过中继系统的回波抑制器的调整，在低噪声放大器输出端的耦合监测口来监测回波抑制的效果。

（1）根据实际转发站功率和系统设备特性，测试或评估回波信号的幅度，调节电平控制器输出合适的电平值，如-30dBm，高于这个电平时，电平控制器自动起作用，将回波信号电平锁定在要求的电平值上，如果回波电平小于这个值，则直接输出到混合器，保证系统设备的安全。

（2）功率放大器参考信号耦合口的耦合度为-60dB，对数字功率10～100W的同频中继站来讲，功放耦合输出的参考信号电平为-20～-10dBm，考虑到电缆等的损耗，进入幅度控制器的参考信号电平为-25～-15dBm，调整幅度控制器的步进衰减，使得进入混合器的参考信号幅度逼近回波信号幅度（最大-30dBm）作为后面进行细调的初始值。

(3) 调整相位控制器的相位调整步进开关，使得进入混合器的参考信号的相位与回波信号的相位反相，具体细致的相位调整需通过低噪声放大器输出端的耦合监测口来监测接收的回波信号的变化。

(4)由于实际工作中，相位测试不方便，我们在回波抑制器的低噪声放大器后设计了一个耦合监测口，来实时监测回波信号的抑制情况，当相位和幅度调整均达到要求的水平后，即与回波信号的幅度差在1dB,相位反相误差在1.5度内时，回波的抑制即可达到理想的效果，因此，需配合调整幅度和相位，不能单独调一个参数来进行回波抑制。

Claims

1.一种同频中继回波的射频抑制方法，所述的方法包括以下步骤：

步骤1，回波抑制器的信号输入端口1的接收信号包含有用信号和回波信号，由回波抑制器内部的电平控制器对接收信号电平进行控制；另一方面功率放大器输出端耦合出来的参考信号输入到回波抑制器的参考信号输入端口2，并由回波抑制器内部的幅度控制器和相位控制器对该参考信号进行幅度和相位的调整和控制，使参考信号与回波信号等幅反相；

步骤3，将步骤2所述的接收信号通过低噪声放大器放大再输出到功率放大器进行功率放大后输出；

步骤4，将步骤3所述的输出信号送入转发天线。

2.根据权利要求1所述的同频中继回波的射频抑制方法，其特征在于：所述的步骤1中，电平控制器可根据系统需要在-60～0dBm之间设置该设备的门限电平值，具有门限电平的自动控制功能，当信号大于门限电平设定值时，电平控制器即进入自动控制的工作状态，使其输出保持恒定，起到自动综合检测控制，保护射频系统通道安全的作用，以防信号过强造成功率放大器的损害。

3.根据权利要求1所述的同频中继回波的射频抑制方法，其特征在于：所述的步骤1中，功率放大器参考信号耦合口的耦合度为-60dB，进入幅度控制器的参考信号电平为-25～-15dBm，调整幅度控制器的步进衰减，使得进入混合器的参考信号幅度逼近回波信号幅度作为后面进行细调的初始值；同时，调整相位控制器的步进开关以改变参考信号的相位与回波信号的相位反相。

4.根据权利要求1所述的同频中继回波的射频抑制方法，其特征在于：所述的步骤1中，回波抑制器的低噪声放大器后设计有一个耦合监测口，来实时监测回波信号的抑制情况，当参考信号的幅度和相位调整均达到要求的水平后，即与回波信号的幅度差在1dB,相位反相误差在1.5度内时，回波的抑制即可达到理想的效果。

5.根据权利要求4所述的同频中继回波的射频抑制方法，其特征在于：所述的幅度和相位控制器对参考信号的幅度相位调整需通过低噪声放大器输出端的耦合监测口来监测接收信号的变化。

6.实现如权利要求1或2所述的方法的设备，其特征在于：所述的设备包括回波抑制器和功率放大器，其中回波抑制器的输出端与功率放大器的输入端相连，功率放大器的输出端连接转发天线，其特征在于：所述的回波抑制器还包括：

耦合器2，该耦合器2与功率放大器的输出端连接，将输出信号耦合出一部分作为参考信号，再输送到回波抑制器的输入端口2，

回波抑制器的输入端口1，接受来自施主天线的接收信号；

回波抑制器的输入端口2，接受来自耦合器2的参考信号；

电平控制器，负责对接收信号电平进行控制；

混合器，将电平控制器输出的的信号和经幅度和相位调整的参考信号混合，再输出到低噪声放大器中进行小信号放大；

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：所述的低噪声放大器之后连接耦合器1，作为观察测试回波信号抑制情况的耦合监测口。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：所述的回波抑制器还包括有带通滤波器，所述的带通滤波器的输入端与混合器的输出端连接，带通滤波器的输出端与低噪声放大器的输入端连接。