CN103117794A - 一种抗自激干扰的射频选带直放站及减少自激干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抗自激干扰的射频选带直放站及减少自激干扰的方法，该射频选带直放站具有FPGA电路；该FPGA电路具有选带滤波器、干扰信号估计器以及增益调节模块，该选带滤波器接收并输出包含有原始信号和自激干扰信号的初始信号；该干扰估计器具有解相关模块以及信号提取模块，该信号提取模块与解相关模块相连并在信号提取模块的输出端生成逼近信号，该增益调节模块的输入端接收由初始信号和逼近信号相减而形成的差值信号，该解相关模块与增益调节模块的输出端相连并解除输出信号的相关性。与现有技术相比，本发明采用无需昂贵的安装费用，另外由于进行了解相关处理，故对于频谱时变的选带GSM，也可以进行抗自激处理，具有适用面广的功效。

Description

一种抗自激干扰的射频选带直放站及减少自激干扰的方法

技术领域

本发明涉及射频直放站领域，更具体的说涉及一种抗自激干扰的射频选带直放站及减少射频选带直放站自激干扰的方法，其可应用在频谱时变的选带GSM上。

背景技术

通过将接收到的无线信号再放大，直放站可以提升基站信号无覆盖或弱覆盖区域的信号质量，最终有效地改善语音通话服务和数据传输服务；其中，射频直放站具有安装难度低和适用性强的特点。一般来说，高增益的射频直放站可以更为有效地改善网络质量，但是由于经射频直放站放大的信号与接收的信号处于相同的频段，如果增益大于天线隔离，将会构成自激干扰，导致射频直放站无法正常工作，并且严重影响信号质量。

为了保证良好的网络通信质量，工程应用要求到达接收天线端的放大信号，即为自激干扰信号y(t)要比原始信号s(t)小15dB，针对上述需求，传统射频直放站通常是通过加大接收天线和发射天线之间的隔离来保证工程应用，由此导致了昂贵的安装费用。为了降低安装费用，并结合日渐成熟的随机信号处理技术，人们开发出了利用无线信号本身的特性来有效分离s(t)和y(t)，然后让射频直放站只放大原始信号s(t)，即可达到消除自激和满足工程应用的要求，但是其仅适用于频谱恒定的选频GSM，无法应对频谱时变的选带GSM。

如图1所示，其为一种典型数字射频直放站系统的结构图，空中信号经接收天线进入射频直放站，被双工器区分为上行信号和下行信号，从双工器出来的信号经低噪放LNA放大后，再经过可调增益放大器VGA和模拟数字转换器AD转换成数字信号，该可调增益放大器VGA用于避免AD饱和；可编程逻辑器件FPGA则用于完成信号滤波和自激干扰消除，经FPGA处理后的信号经数字模拟转换器DA转换成模拟信号后，再经功放PA推动，双工器合并上下行后通过发射天线发射到空中。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种抗自激干扰的射频选带直放站，其可应用在频谱时变的选带GSM上，从而起到减少自激干扰的功效。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种抗自激干扰的射频选带直放站，应用在频谱时变的选带GSM上，该射频选带直放站具有FPGA电路；其中，该FPGA电路具有选带滤波器、干扰信号估计器以及增益调节模块，该选带滤波器接收并输出包含有原始信号和自激干扰信号的初始信号；该干扰估计器具有解相关模块以及信号提取模块，该信号提取模块与解相关模块相连并在信号提取模块的输出端生成逼近信号，该增益调节模块的输入端接收由初始信号和逼近信号相减而形成的差值信号，该解相关模块与增益调节模块的输出端相连并解除输出信号的相关性。

本发明的另一目的在于提供一种减少自激干扰的方法，应用在频谱时变的选带GSM上，该方法包括获得逼近于自激干扰信号的逼近信号的步骤以及将逼近信号负反馈至增益调节模块输入端而生产差值信号的步骤；其中，获得逼近信号的步骤包括：

①采集增益调节模块的输出信号并对其进行解相关处理；

②从经解相关处理的输出信号中提取出自激干扰信号与上次逼近信号之间的缺值并将该缺值补入至逼近信号中，以形成新的逼近信号。

所述步骤①中的解相关处理步骤采用仿射投影算法来实现。

采用上述结构后，本发明涉及的一种抗自激干扰的射频选带直放站及减少自激干扰的方法，该解相关模块用于解除增益调节模块的输出信号的相关性，再利用信号提取模块来提取并生成逼近信号，如此利用不断的负反馈使得增益调节模块输入端的差值信号能与原始信号逐渐逼近，并达到工业应用要求。

与现有技术相比，本发明采用无需昂贵的安装费用，另外由于进行了解相关处理，故对于频谱时变的选带GSM，也可以进行抗自激处理，具有适用面广的功效。

附图说明

图1为一种典型数字射频选带直放站系统的结构图；

图2为本发明涉及一种抗自激干扰的射频选带直放站中FPGA电路内部原理框图；

图3A为本发明对比例中独立分布信号中e(t)自相关谱的实部的示意图；

图3B为本发明对比例中独立分布信号中e(t)自相关谱的虚部的示意图；

图4A为本发明对比例中GSM信号中e(t)自相关谱的实部的示意图；

图4B为本发明对比例中GSM信号中e(t)自相关谱的虚部的示意图；

图5A为△h(t)的实部示意图；

图5B为△h(t)的虚部示意图；

图6A为本发明GSM信号e(t)仿射投影谱的实部的示意图；

图6B为本发明GSM信号e(t)仿射投影谱的虚部的示意图。

图中：

选带滤波器-1；干扰信号估计器-2；解相关模块-21；

信号提取模块-22；增益调节模块-3。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

本发明涉及的一种抗自激干扰的射频选带直放站，其整体原理图与图1类似，故不进行详细描述，即其亦可以包括有双工器、低噪放LNA、可调增益放大器VGA、模拟数字转换器AD、FPGA电路、数字模拟转换器DA和功放PA等组件。

如图1所示，本发明的特点在于：该FPGA电路具有选带滤波器1、干扰信号估计器2以及增益调节模块3，其中该FPGA即为现场可编程逻辑阵列，该选带滤波器1接收并输出包含有原始信号s(t)和自激干扰信号y(t)的初始信号u(t)；该干扰估计器具有解相关模块21以及信号提取模块22，该信号提取模块22与解相关模块21相连并在信号提取模块22的输出端生成逼近信号g(t)，该增益调节模块3的输入端接收由初始信号u(t)和逼近信号g(t)相减而形成的差值信号e(t)，该解相关模块21与增益调节模块3的输出端相连并解除输出信号m(t)的相关性。

本发明还提供一种减少自激干扰的方法，包括获得逼近于自激干扰信号y(t)的逼近信号g(t)的步骤以及将逼近信号g(t)负反馈至增益调节模块3输入端而生产差值信号e(t)的步骤；其中，获得逼近信号g(t)的步骤包括：

①采集增益调节模块3的输出信号m(t)并对其进行解相关处理；更具体地，该解相关处理步骤采用仿射投影算法来实现；

②从经解相关处理的输出信号m(t)中提取出自激干扰信号y(t)与上次逼近信号g(t)之间的缺值并将该缺值补入至逼近信号g(t)中，以形成新的逼近信号g(t)。

这样，本发明涉及的一种抗自激干扰的射频选带直放站及减少自激干扰的方法，该解相关模块21用于解除增益调节模块3的输出信号m(t)的相关性，再利用信号提取模块22来提取并生成逼近信号g(t)，如此利用不断的负反馈使得增益调节模块3输入端的差值信号e(t)能与原始信号s(t)逐渐逼近，并达到工业应用要求。

下面采用对比例和较佳实施例的方式来详细说明本发明应用在频谱时变的选带GSM时状况，

如图2所示，该初始信号u(t)是射频选带直放站接收到的信号，由原始信号s(t)和自激干扰信号y(t)组合构成，由此可见若逼近信号g(t)可与自激干扰信号近似，那么即可使得差值信号e(t)近似等于原始信号s(t)。

将传递自激干扰信号的空中信道表征为h(t)，其相应的频域表示为H(W)，则有y(t)=k*e(t)*h(t)，其中k为增益调节模块3所提供的增益值。同时，我们将干扰信号估计器2所估计的信道表征为f(t)，其相应的频域表示为F(W)，则有g(t)=k*e(t)*f(t)。由于工程应用要求，△H(W)=H(W)-F(W)的幅度小于-15dB。其中，△H(W)存在唯一的傅里叶变换△h(t)。若f(t)越接近于h(t)，即使得△h(t)足够小则可以实现消除自激。

请参阅图2所示，差值信号e(t)中包含了△h(t)的信号，如果e(t)是满足不相关的信号，则其自相关谱去除零点的值即为△h(t)。然而GSM信号所对应的e(t)具有较高的相关性，因而无法直接从自相关谱中提取△h(t)。请参阅图3A至图5B所示，其中图3A、图3B、图4A和图4B所使用的数据均采集自同一个△h(t)的自相关谱。对比图5所示的△h(t)，可以发现△h(t)可以在图3中提取，却无法从图4中获得。图3A至图5B所显示的问题，其根源在于GSM信号本身具有强自相关性。

由此，本发明的核心在于对差值信号e(t)进行处理，即达到保留△h(t)的同时而使得差值信号e(t)不具有相关性的目的。

令e＝(e₀,e₁,...,e_K-1)为e(t)的矢量表示，则有e(t)的自相关矩阵为：

其中，K是自相关矩阵的维数。由此可得，基于仿射投影的解相关矢量：

c＝(c₀,c₁,...,c_K-1)^T＝R-¹·e^T    (2)

令e(t)的输入矩阵为：

其中，L为回波观察窗的长度。

进而，可得基于仿射投影算法的△h(t)估计模型：

Δh(t)＝M·c    (4)

根据公式(4)重新分析GSM信号，获取的△h(t)如图6A和图6B所示。

由于△h(t)由两部分构成，其一是回波点的位置，其二是回波的大小。由图6A和图6B可知，回波点的位置得到准确估计，然而回波的大小估计有误。进一步的分析发现，基于公式(4)，只要回波能量大于-20dB，就可以有效地检测回波的位置。因而，利用迭代方法逐步地逼近，可以得到满足应用需求的△h(t)。

综上所述，与现有技术相比，本发明采用无需昂贵的安装费用，另外由于进行了解相关处理，故对于频谱时变的选带GSM，也可以进行抗自激处理，具有适用面广的功效。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (3)

1.一种抗自激干扰的射频选带直放站，应用在频谱时变的选带GSM上，该射频选带直放站具有FPGA电路；其特征在于，该FPGA电路具有选带滤波器、干扰信号估计器以及增益调节模块，该选带滤波器接收并输出包含有原始信号和自激干扰信号的初始信号；该干扰估计器具有解相关模块以及信号提取模块，该信号提取模块与解相关模块相连并在信号提取模块的输出端生成逼近信号，该增益调节模块的输入端接收由初始信号和逼近信号相减而形成的差值信号，该解相关模块与增益调节模块的输出端相连并解除输出信号的相关性。

2.一种减少自激干扰的方法，应用在频谱时变的选带GSM上，该方法包括获得逼近于自激干扰信号的逼近信号的步骤以及将逼近信号负反馈至增益调节模块输入端而生产差值信号的步骤；其特征在于，获得逼近信号的步骤包括：

①采集增益调节模块的输出信号并对其进行解相关处理；

②从经解相关处理的输出信号中提取出自激干扰信号与上次逼近信号之间的缺值并将该缺值补入至逼近信号中，以形成新的逼近信号。

3.如权利要求2所述的一种减少自激干扰的方法，其特征在于，所述步骤①中的解相关处理步骤采用仿射投影算法来实现。

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