CN104283826A - 一种数字补偿方法、装置及双工器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字补偿方法，通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号对接收信号进行数字补偿。本发明还同时公开了一种的数字补偿装置及双工器。采用本发明技术方案，提高了功放效率，降低了对双工器的指标要求，提高了频分双工FDD系统的性能；此外，本发明技术方案尤其适用于FDD系统。

Description

一种数字补偿方法、装置及双工器
技术领域
本发明涉及通讯领域中的数字补偿技术，尤其涉及一种数字补偿方法、装置及双工器。
背景技术
在频分双工(FDD，Frequency Division Duplexing)系统基站中，发射通道对于接收通道的影响很大，往往需要高隔离的双工器消除该影响，且该类双工器必须同时满足高功率容量和低插损的要求。而要满足高功率容量和低插损的要求，需增大双工器的体积和重量，使得设计难度增大。在保持性能指标的前提下，减小双工器的体积和重量一直是工程中的难点，传统的双工器很难同时满足上述要求。目前，双工器的创新技术主要有三种：一是有源环行器和双工器技术；二是抵消技术；三是数字补偿技术；其中，所述数字补偿技术，对于发射泄漏信号，在发射泄漏信号产生干扰之后再进行补偿，而不是在产生干扰之前就抵消所述发射泄漏信号，具有高度的灵活性。但是，目前对双工器的数字补偿技术的研究，仅停留在处理零中频的发射泄漏阶段。并且，上述三种技术均未能完全解决发射通道对接收通道的影响的问题。
在FDD系统基站中，收发通道通过双工器共用一根天线。由于双工器的非理想隔离，收发通道总是存在一定的耦合，即干扰。特别的，基站发射通道的功率可能高达100W(50dBm)，而接收通道灵敏度可能达到-100dBm以下，此时，发射通道泄漏到接收通道的干扰是非常严重的，要求双工器的隔离度很高，比如隔离度要大于120dB。图1为FDD系统基站中发射对接收主要干扰示意图，如图1所示，示出了FDD系统的基站中发射信号对接收信号的主要干扰，发射通道的发射信号通过非理想隔离的双工器，会对接收通道的接收信号产生干扰，称为发射泄漏干扰信号，通常用TxL表示；所述TxL和接收信号的频率是不同的。另外，携带外杂散的发射信号或者单纯由于高功率造成的较高的噪声信号，进入接收通道后，会对接收信号造成干扰，称为接收干扰信号，通常用RxI来表示，所述RxI与接收信号是同频的。虽然TxL与接收信号频率不同，但非常接近，接收通道通过滤波器往往无法有效滤除TxL；由于RxI和接收信号同频，也不能采用滤波的方法消除RxI。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种数字补偿方法、装置及双工器，能提高功放效率，降低对双工器的指标要求，提高FDD系统的性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种数字补偿方法，该方法包括：
通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号对接收信号进行数字补偿。
上述方案中，所述通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，包括：
利用定向耦合器采集所述发射信号中的发射泄漏干扰信号及接收干扰信号；
对所述发射泄漏干扰信号及所述接收干扰信号分别进行滤波、下变频和模数转换，而确定出所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号。
上述方案中，通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，包括：
在功率放大器(PA，Power Amplifier)非线性失真低于第一设定阈值时，将发射信号的数字基带信号确定为发射泄漏干扰信号的数字基带信号；
通过定向耦合器采集所述发射信号中的接收干扰信号，对所述接收干扰信号进行滤波、下变频和模数转换，而确定出所述接收干扰信号的数字基带信号。
上述方案中，通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，包括：
来自PA杂散的接收干扰信号所占比例超出第二设定阈值时，
将发射信号的数字基带信号确定为发射泄漏干扰信号的数字基带信号；
根据发射信号的数字基带信号建立PA非线性模型，并根据所述PA非线性模型确定接收干扰信号的数字基带信号。
上述方案中，所述方法还包括：
利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号，通过最小二乘法或自适应算法对接收信号进行数字补偿。
本发明还提供了一种数字补偿装置，所述装置包括确定模块和补偿模块；其中，
所述确定模块，用于通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号；
所述补偿模块，用于利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号对接收信号进行数字补偿。
上述方案中，所述确定模块还用于：
利用定向耦合器采集所述发射信号中的发射泄漏干扰信号及接收干扰信号；
对所述发射泄漏干扰信号及所述接收干扰信号分别进行滤波、下变频和模数转换，而确定出所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号。
上述方案中，所述确定模块还用于：
在功率放大器PA非线性失真低于第一设定阈值时，
将发射信号的数字基带信号确定为发射泄漏干扰信号的数字基带信号；
通过定向耦合器采集所述发射信号中的接收干扰信号，对所述接收干扰信号进行滤波、下变频和模数转换，而确定出所述接收干扰信号的数字基带信号。
上述方案中，所述确定模块还用于：
来自PA杂散的接收干扰信号所占比例超出第二设定阈值时，
将发射信号的数字基带信号确定为发射泄漏干扰信号的数字基带信号；
根据发射信号的数字基带信号建立PA非线性模型，并根据所述PA非线性模型确定接收干扰信号的数字基带信号。
上述方案中，所述补偿模块，还用于利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号，通过最小二乘法或自适应算法对接收信号进行数字补偿。
本发明还提供了一种双工器，所述双工器包括上文所述的数字补偿装置。
本发明所提供的数字补偿方法、装置及双工器，通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号对接收信号进行数字补偿。如此，本发明改进了现有数字补偿技术中仅对低功率FDD系统中的TxL做数字补偿的做法，在数字基带中对TxL和RxI均予以数字补偿，提高了功放效率，降低了对双工器的指标要求，提高了FDD系统的性能。
具体地，本发明适用于频分双工模式，根据实际情况来构建TxL的数字基带信号和RxI的数字基带信号；首先，假定高功率发射信号和发射通道噪声未知情况下，全面恢复发射信号对应的TxL及RxI，构建TxL的数字基带信号和RxI的数字基带信号；其次，在PA非线性失真低于设定的阈值时，将发射信号的数字基带信号作为TxL的数字基带信号，仅需构建RxI的数字基带信号；再次，在RxI主要来自发射信号的PA杂散时，由发射信号的数字基带信号获得RxI的数字基带信号。可见，本发明实现了一般化、实用化和特殊化三种情况下的数字补偿设计，具有灵活的适应性，可应用于多信道变化系统中；并且，在零中频和变频系统中也可应用本发明技术方案。此外，本发明技术方案尤其适用于高功率基站环境。
附图说明
图1为FDD系统基站中发射对接收主要干扰示意图；
图2为本发明一种数字补偿方法的实现流程示意图；
图3为本发明一种数字补偿装置的组成结构示意图；
图4为本发明实施例应用所述数字补偿装置的双工器；
图5为本发明实施例另一种应用所述数字补偿装置的双工器；
图6为本发明实施例第三种应用所述数字补偿装置的双工器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
图2为本发明一种数字补偿方法的实现流程示意图，如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤201：通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号；
具体地，所述通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，包括：
利用定向耦合器采集所述发射信号中的发射泄漏干扰信号及接收干扰信号；
对所述发射泄漏干扰信号及所述接收干扰信号分别进行滤波、下变频和模数转换，而确定出所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号。
具体地，通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，还包括：
在PA非线性失真低于第一设定阈值时，
将发射信号的数字基带信号确定为发射泄漏干扰信号的数字基带信号；
通过定向耦合器采集所述发射信号中的接收干扰信号，对所述接收干扰信号进行滤波、下变频和模数转换，而确定出所述接收干扰信号的数字基带信号。
这里，所述第一设定阈值可根据实际情况进行设定。
具体地，通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，还包括：
来自PA杂散的接收干扰信号所占比例超出第二设定阈值时，
将发射信号的数字基带信号确定为发射泄漏干扰信号的数字基带信号；
根据发射信号的数字基带信号建立PA非线性模型，并根据所述PA非线性模型确定接收干扰信号的数字基带信号。
这里，所述第二设定阈值可根据实际情况进行设定，比如，所述第二设定阈值为90％。
步骤202：利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号对接收信号进行数字补偿。
具体地，利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号对接收信号进行数字补偿，包括：
利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号，通过最小二乘法或自适应算法对接收信号进行数字补偿。
这里，还可采用其他算法进行数字补偿，比如：自适应加权最小二乘法。
这里，本发明根据实际情况来构建TxL的数字基带信号和RxI的数字基带信号；首先，假定高功率发射信号和发射通道噪声未知情况下，全面恢复发射信号对应的TxL及RxI，构建TxL的数字基带信号和RxI的数字基带信号；其次，在功率放大器(PA，Power Amplifier)非线性失真低于设定的阈值时，将发射信号的数字基带信号作为TxL的数字基带信号，仅需构建RxI的数字基带信号；再次，在RxI主要来自发射信号的PA杂散时，由发射信号的数字基带信号获得RxI的数字基带信号。
图3为本发明一种数字补偿装置的组成结构示意图，如图3所示，该装置包括确定模块31和补偿模块32；其中，
所述确定模块31，用于通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号；
所述补偿模块32，用于利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号对接收信号进行数字补偿。
具体地，所述确定模块31还用于：
利用定向耦合器采集所述发射信号中的发射泄漏干扰信号及接收干扰信号；
对所述发射泄漏干扰信号及所述接收干扰信号分别进行滤波、下变频和模数转换，而确定出所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号。
具体地，所述确定模块31还用于：
在功率放大器PA非线性失真低于第一设定阈值时，
将发射信号的数字基带信号确定为发射泄漏干扰信号的数字基带信号；
通过定向耦合器采集所述发射信号中的接收干扰信号，对所述接收干扰信号进行滤波、下变频和模数转换，而确定出所述接收干扰信号的数字基带信号。
具体地，所述确定模块31还用于：
来自PA杂散的接收干扰信号所占比例超出第二设定阈值时，
将发射信号的数字基带信号确定为发射泄漏干扰信号的数字基带信号；
根据发射信号的数字基带信号建立PA非线性模型，并根据所述PA非线性模型确定接收干扰信号的数字基带信号。
具体地，所述补偿模块32，还用于利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号，通过最小二乘法或自适应算法对接收信号进行数字补偿。
本领域技术人员应当理解，图3所示的数字补偿装置中各处理模块的功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体地逻辑电路而实现。
本发明还记载了一种双工器，所述双工器包括上文所述的数字补偿装置。
具体地，所述双工器为应用于FDD系统基站的双工器。
为了更好地说明本发明所述数字补偿装置，现结合其具体应用进一步阐明。图4为本发明实施例应用所述数字补偿装置的双工器，如图4所示，该双工器包括位于发射通道的数模转换器(D/A)、PA以及位于接收通道的低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)、频道滤波器、自动增益控制(AGC，AutomaticGain Control)器、模数转换器(A/D)；上述器件均为现有技术中双工器的常用器件。图4中，sUL[k]表示发射信号的数字基带信号，sDL[k]表示经过数字补偿后的接收信号的数字基带信号；LOUL表示对发射信号进行调制的调制信号，LODL表示对接收信号进行调制的调制信号；在信号传输过程中，首先，发射信号的数字基带信号经模数转换器转换成模拟信号，并通过调制信号调制到一定的信号，经PA对所述发射信号进行功率放大后发送至接收通道；在接收通道中，首先通过LNA来提高所接收到的信号的信噪比，并对所述接收到的信号进行调制后输出至频道滤波器，从所述频道滤波器输出的信号通过自动增益控制器进行自动增益，并经模数转换器转换为含有干扰的接收信号的数字基带信号。上述对信号的处理过程与现有技术相同，在此不再赘述。
特别的，该双工器还包括数字补偿装置，所述数字补偿装置中包括确定模块和补偿模块；具体地，所述确定模块包括定向耦合器、第一滤波器、第二滤波器、第一变频模块、第二变频模块、第一模数转换器和第二模数转换器，所述补偿模块包括数字补偿模块；其中，
所述定向耦合器，用于在发射通道输出端，耦合出发射泄漏干扰信号、接收干扰信号，并将所述发射泄漏干扰信号、所述接收干扰信号分别输出至第一滤波器和第二滤波器；
所述第一滤波器，用于对接收干扰信号进行滤波；
所述第二滤波器，用于对发射泄漏干扰信号进行滤波；
所述第一变频模块，用于对接收干扰信号进行变频；
所述第二变频模块，用于对发射泄漏干扰信号进行变频；
所述第一模数转换器，用于对变频后的接收干扰信号进行模数转换；
所述第二模数转换器，用于对变频后的发射泄漏干扰信号进行模数转换；
所述数字补偿模块，用于根据所述发射泄漏干扰信号对应的数字基带信号、以及所述接收干扰信号对应的数字基带信号，对接收信号进行数字补偿。
本实施例中，在高功率发射信号和发射通道噪声未知情况下，全面恢复干扰信号对应的TxL和RxI，并构建TxL的数字基带信号和RxI的数字基带信号，根据所述发射泄漏干扰信号对应的数字基带信号、以及所述接收干扰信号对应的数字基带信号，采用最小二乘法或自适应算法对接收信号进行数字补偿，进而获取干扰较小的接收信号sDL[k]。本实施例适用于FDD系统基站双工器的任何场景。
图5为本发明实施例另一种应用所述数字补偿装置的双工器，如图5所示，该双工器与图4相比，包括的数字补偿装置不同，本实施例所示的双工器的数字补偿装置中包括确定模块和补偿模块；具体地，所述确定模块包括定向耦合器、滤波器、变频模块和模数转换器，所述补偿模块包括数字补偿模块；其中，
所述定向耦合器，用于在发射通道输出端，耦合出接收干扰信号，并输出至滤波器；
所述滤波器，用于对接收干扰信号进行滤波；
所述变频模块，用于对接收干扰信号进行变频；
所述模数转换器，用于对变频后的接收干扰信号进行模数转换；
所述数字补偿模块，用于对接收信号进行数字补偿。
这里，所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号直接从发射信号的基带信号中获取，所述数字补偿模块根据所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号、以及所述接收干扰信号的数字基带信号，采用最小二乘法或自适应算法对接收信号进行数字补偿。
本实施例适用于PA非线性失真不严重的场景，在PA非线性失真低于设定阈值时，将发射信号的数字基带信号作为TxL的数字基带信号，仅需构建RxI的数字基带信号，根据所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号、以及所述接收干扰信号的数字基带信号，采用最小二乘法或自适应算法对接收信号进行数字补偿；该实施例是一般基站双工器的适用方案。
图6为本发明实施例第三种应用所述数字补偿装置的双工器，如图6所示，该双工器与图4相比，包括的数字补偿装置不同，本实施例所示的双工器的数字补偿装置中包括确定模块和补偿模块；具体地，所述确定模块包括PA非线性模型构建模块，所述补偿模块包括数字补偿模块；其中，
所述PA非线性模型构建模块，用于根据发射信号的数字基带信号建立PA非线性模型，并根据所述PA非线性模型确定接收干扰信号的数字基带信号，并输出至数字补偿模块；
所述数字补偿模块，用于对接收信号进行数字补偿。
这里，所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号直接从发射信号的基带信号中获取；根据发射信号的基带信号，根据发射信号的数字基带信号建立PA非线性模型，并根据所述PA非线性模型确定接收干扰信号的数字基带信号。
具体地，所述数字补偿模块根据所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号、以及所述接收干扰信号的数字基带信号，采用最小二乘法或自适应算法对接收信号进行数字补偿。
本实施例适用于RxI主要来自发射信号的PA杂散的场景，由发射信号的数字基带信号获得RxI的数字基带信号，并根据发射信号的数字基带信号估计接收干扰信号，进而获取接收干扰信号的数字基带信号；可见，本实施例是一种纯数字方案，具有特殊性，仅适用于来自PA杂散的接收干扰信号所占比例较大的场景。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种数字补偿方法，其特征在于，该方法包括：
通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号对接收信号进行数字补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，包括：
利用定向耦合器采集所述发射信号中的发射泄漏干扰信号及接收干扰信号；
对所述发射泄漏干扰信号及所述接收干扰信号分别进行滤波、下变频和模数转换，而确定出所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，包括：
在功率放大器PA非线性失真低于第一设定阈值时，
将发射信号的数字基带信号确定为发射泄漏干扰信号的数字基带信号；
通过定向耦合器采集所述发射信号中的接收干扰信号，对所述接收干扰信号进行滤波、下变频和模数转换，而确定出所述接收干扰信号的数字基带信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号，包括：
来自PA杂散的接收干扰信号所占比例超出第二设定阈值时，
将发射信号的数字基带信号确定为发射泄漏干扰信号的数字基带信号；
根据发射信号的数字基带信号建立PA非线性模型，并根据所述PA非线性模型确定接收干扰信号的数字基带信号。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号，通过最小二乘法或自适应算法对接收信号进行数字补偿。
6.一种数字补偿装置，其特征在于，所述装置包括确定模块和补偿模块；其中，
所述确定模块，用于通过发射信号确定发射泄漏干扰信号的数字基带信号及接收干扰信号的数字基带信号；
所述补偿模块，用于利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号对接收信号进行数字补偿。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块还用于：
利用定向耦合器采集所述发射信号中的发射泄漏干扰信号及接收干扰信号；
对所述发射泄漏干扰信号及所述接收干扰信号分别进行滤波、下变频和模数转换，而确定出所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块还用于：
在功率放大器PA非线性失真低于第一设定阈值时，
将发射信号的数字基带信号确定为发射泄漏干扰信号的数字基带信号；
通过定向耦合器采集所述发射信号中的接收干扰信号，对所述接收干扰信号进行滤波、下变频和模数转换，而确定出所述接收干扰信号的数字基带信号。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块还用于：
来自PA杂散的接收干扰信号所占比例超出第二设定阈值时，
将发射信号的数字基带信号确定为发射泄漏干扰信号的数字基带信号；
根据发射信号的数字基带信号建立PA非线性模型，并根据所述PA非线性模型确定接收干扰信号的数字基带信号。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述补偿模块，还用于利用所述发射泄漏干扰信号的数字基带信号及所述接收干扰信号的数字基带信号，通过最小二乘法或自适应算法对接收信号进行数字补偿。
11.一种双工器，其特征在于，所述双工器包括权利要求6至10任一项所述的数字补偿装置。
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