CN201608908U - 宽带码分多址干扰自适应直放站设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种宽带码分多址干扰自适应直放站设备，包括：与施主天线连接的第一双工器，下行低噪声放大器与第一双工器连接，第一数字下变频器、第一模数转换器、第一干扰抵消模块、第一数模转换器、第一数字上变频器和下行功率放大器顺序连接，下行功率放大器与第二双工器连接，该第二双工器分别与重发天线和上行低噪声放大器连接，上行低噪声放大器、第二数字下变频器、第二模数转换器、第二干扰抵消模块、第二数模转换器、第二数字上变频器、上行功率放大器顺序连接，该上行功率放大器与第一双工器连接，在保持高增益的情况下降低对天线隔离度的要求，从而消除自激和干扰。

Description

宽带码分多址干扰自适应直放站设备

技术领域

本实用新型涉及一种直放站设备，尤其涉及一种WCDMA(宽带码分多址)干扰自适应直放站设备。

背景技术

随着移动通信的快速发展，需要建设大量的基站。为了降低覆盖系统的成本，最好的方法是建设直放站系统。严格来讲，直放站系统造价要比基站低得多，因此选用直放站是移动通信建设中比较好的解决方案。

直放站主要分为射频直放站、光纤直放站、移频直放站等。如果直放站安装不当，收发天线隔离度不够，整机增益偏大，输出信号经延时反馈到输入端，就会致使直放站输出信号发生严重失真而产生自激，严重影响通话质量，并产生掉话现象，这种现象成为直放站建设中必需解决的问题。

传统的WCDMA直放站其难度在于，只有施主天线和用户天线需要提供高的前后比才能满足放大器在较高增益条件下对隔离度的要求。如果不满足隔离度要求，放大器则会产生自激，就会造成严重干扰。另外，如果直放站安装不当，收发天线隔离度不够，整机增益偏大，输出信号经延时反馈到输入端，就会致使直放站输出信号发生严重失真而产生自激。严重影响通话质量，并产生掉话现象，这种现象成为WCDMA直放站建设中应主要解决的问题。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种宽带码分多址干扰自适应直放站设备，在保持高增益的情况下降低对天线隔离度的要求，从而消除自激和干扰。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种宽带码分多址干扰自适应直放站设备，包括：与施主天线连接的第一双工器11，该第一双工器11的输出端与下行低噪声放大器12的输入端连接，该下行低噪声放大器12的输出端与第一数字下变频器13的输入端连接，该第一数字下变频器13的输出端接第一模数转换器14的输入端，第一模数转换器14的输出端接第一干扰抵消模块15的输入端，第一干扰抵消模块15的输出端接第一数模转换器16的输入端，第一数模转换器16的输出端接第一数字上变频器17的输入端，且第一数字下变频器13与第一数字上变频器17通过下行链路连接，该第一数字上变频器17的输出端接下行功率放大器18的输入端，下行功率放大器18的输出端接第二双工器19的输入端，该第二双工器19与重发天线连接；

第二双工器19的输出端接上行低噪声放大器26的输入端接，该上行低噪声放大器26的输出端接第二数字下变频器25的输入端，该第二数字下变频25的输出端接第二模数转换器24的输入端，该第二模数转换器24的输出端接第二干扰抵消模块23的输入端，该第二干扰抵消模块23的输出端接第二数模转换器22的输入端，该第二数模转换器22的输出端接第二数字上变频器21的输入端，且该第二数字上变频器21通过上行链路与该第二数字下变频器25连接，该第二数字上变频21的输出端接上行功率放大器20的输入端，该上行功率放大器20的输出端接第一双工器11的输入端。

本实用新型的WCDMA干扰自适应直放站采用数字处理技术抵消无线同频直放站重发天线和施主天线之间的反馈干扰，从无线接收信号中检测出空间反馈干扰信号，利用自适应滤波器对反馈路径进行实时跟踪，得到干扰估计值，并从混有反馈干扰的接收信号中减去干扰估计值，从而分离出有用信号。

WCDMA干扰自适应直放站可以有效地解决直放站自激问题，在保持高增益的情况下降低对天线隔离度的要求，从而消除自激和干扰。

同时，在本实用新型中通过采用FPGA(现场可编程门阵列)反馈信道估计和干扰对消方法，使得多通道并行处理能力强、跟踪速度快、稳定性好，能快速适应变化的外部环境，静态反馈允许增益比天线隔离度高25dB以上，动态反馈允许增益比天线隔离度高15dB以上，上行链路噪声抑制功能可有效降低直放站引入的基站噪声。

本实用新型不但可以满足传统射频直放站的功能和指标，并且能够降低对天线隔离度的要求，由于收发天线使用同一根抱杆，使得天馈安装简单，有效地解决直放站自激的问题。由上述可知，本实用新型具有以下三个优点：

1、在相同的天线隔离条件下，提高系统增益；

2、具有工作在同一频段，节约频率资源的优点；

3、工程安装更简便，降低系统成本。

附图说明

图1为本实用新型中的WCDMA干扰自适应直放站设备的结构框图；

图2为数字下变频原理框图；

图3为数字上变频原理框图。

具体实施方式

本实用新型WCDMA直放站是一种特殊的射频直放站，它采用数字信号处理技术抵消直放站重发天线和施主天线之间的反馈干扰，从而有效地解决直放站自激问题。

对于下行链路来说，施主天线接收的信号中不但包括基站发来的有用信号，而且还包括通过重发天线反馈回来的干扰信号。射频信号经过双工器、低噪声放大器、数字下变频器和模数转换器后变为数字中频信号；干扰抵消模块对数字中频信号进行处理，采用自适应滤波器对重发天线和施主天线之间的反馈路径进行实时跟踪，得到干扰估计值，并从混有反馈干扰的接收信号中减去干扰估计值，从而分离出基站发来的有用信号；最后经过数模转换器、数字上变频器、下行功率放大器和双工器送往重发天线，完成下行覆盖。

由于干扰抵消模块能够有效地滤除重发天线和施主天线之间的反馈干扰信号，因此即使在隔离度比增益低20dB的情况下，WCDMA干扰自适应直放站仍然能够正常工作。

传统的无线同频直放站只有在隔离度比增益高15dB的情况下才能正常工作，两者对比可发现，WCDMA干扰自适应直放站能够提供额外的35dB的隔离度，这可极大地提高整机增益，对于大范围覆盖应用是非常有意义的。

参见图1，为本实用新型中的WCDMA干扰自适应直放站设备的结构框图，包括：与施主天线连接的第一双工器11，第一双工器11的输出端与下行低噪声放大器(LNA)12的输入端连接，该下行低噪声放大器12的输出端与第一数字下变频器13的输入端连接，该第一数字下变频器13的输出端接第一模数转换器(A/D)14的输入端，第一模数转换器14的输出端接第一干扰抵消模块15的输入端，第一干扰抵消模块15的输出端接第一数模转换器(D/A)16的输入端，第一数模转换器16的输出端接第一数字上变频器17的输入端，且第一数字下变频器13与第一数字上变频器17通过下行链路连接，第一数字上变频器17的输出端接下行功率放大器18的输入端，下行功率放大器18的输出端接第二双工器19的输入端，该第二双工器19与重发天线连接。

上行低噪声放大器26的输入端接第二双工器19的输出端，该上行低噪声放大器26的输出端接第二数字下变频器25的输入端，该第二数字下变频25的输出端接第二模数转换器24的输入端，该第二模数转换器24的输出端接第二干扰抵消模块23的输入端，该第二干扰抵消模块23的输出端接第二数模转换器22的输入端，该第二数模转换器22的输出端接第二数字上变频器21的输入端，且该第二数字上变频器21通过上行链路与该第二数字下变频器25连接，该第二数字上变频21的输出端接上行功率放大器20的输入端，该上行功率放大器20的输出端接第一双工器11的输入端。其中

1)下行功率放大器18和上行功率放大器20，对输入的移频信号进行大功率放大；

2)下行低噪声放大器12和上行低噪声放大器26，对从环行器输入的微弱SCDMA信号进行低噪声放大器，提高设备的信噪比。

3)第一数模转换器16和第二数模转换器22，将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量为基准的模拟量的转换电路。

4)第一模数转换器14和第二模数转换器24，把连续的模拟信号转变为离散的数字信号的电路。

5)第一数字下变频器13和第二数字下变频器25；

数字下变频(DDC)原理框图如图2所示。ADC以96Mpps(百万脉波/秒)的速率对70MHz的中频信号进行采样，得到的数字信号中心频率为-26MHz。首先采用正交变频方式将信号中心频率搬移到零频处，然后进行10倍抽取得到9.6Mpps的信号。

6)第一数字上变频器17和第二数字上变频器21；

数字上变频(DUC)实现了从“复”基带(Baseband)信号到“实”带通(Passband)信号的转换。输入的复基带信号采样率相对较低，基带信号经过滤波，然后被转换成一个更高的采样率，从而调制到中频载波频率。

数字上变频原理框图如图3所示。模块的输入信号是速率为9.6Mpps的零中频I、Q信号，首先对它们分别进行10倍内插得到采样速率为96Mpps的信号，然后采用正交上变频方式将信号中心频率搬移到19MHz并将其送入DAC。

7)第一干扰抵消模块15和第二干扰抵消模块23；

在下行链路中，直放站施主天线的接收信号r(n)可以分为两部分，一部分是基站发来的有用信号b(n)，另一部分是通过多径信道反馈回来的信号f(n)。用s(n)表示重发天线的发射信号，h表示重发天线和施主天线之间的多径反馈信道，则有f(n)＝h*s(n)。自适应干扰抵消的原理就是将s(n)作为自适应滤波器的输入信号，按照最小均方准则使自适应滤波器的权系数w逐渐逼近h，这样滤波器的输出信号c(n)也就逼近反馈信号f(n)，从接收信号r(n)中减去c(n)即可得到基站发来的有用信号b(n)。

自适应滤波器采用变步长归一化分块延迟最小均方算法(VSNBDLMS)，具体算法公式如下：

n＝kN+i

c(n)＝w^T(k-1)s(n)

e(n)＝r(n)-c(n)

$w\left(k\right)=w(k-1)+\mathrm{\μ}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{e(\mathrm{kN}+i-D)}{\mathrm{\ϵ}+s^H(n-D)s(n-D)}s*(\mathrm{kN}+i-D)$

其中，w^T表示转置，S^*表示共轭，s^H表示共轭转置；N表示滤波器分组大小，其物理意义是：每输入N个采样点对滤波器的权系数做1次调整；w(k)为滤波器的权系数，是一个L维矢量；s(n)＝[s(n)，s(n-1)，…，s(n-L+1)]^T表示输入信号矢量；μ为自适应滤波器的步长。此处用施主天线的接收信号r(n)作为滤波器的期望信号，但是由于基站信号b(n)和反馈信号f(n)之间仍然存在一定的相关性，因此b(n)会造成滤波器估计偏差。当滤波器的权系数和多径反馈信道完全相同时，有e(n)＝b(n)。考虑到GSM信号具有时隙保护间隔的特性(每0.533ms中有0.03ms的保护间隔，在此期间基站不发送信号，即e(n)＝b(n)＝0)，我们可以在时隙保护间隔处对滤波器的权系数进行细调。根据接收信号r(n)的功率设定两个门限值E_u和E_l(E_u＞E_l)，滤波器步长μ的调整策略如下：

1.当|e(n)|²≥E_u或者|e(n)|²≤E_l时，μ＝μ₀

2.当E_l≤|e(n)|²≤E_u时，μ＝0

由于自适应滤波器需要迭代一定次数后才能使权系数w逐渐逼近多径反馈信道h，在此期间并不能有效地抵消反馈干扰信号，因此需要在自适应干扰抵消模块的输出端添加自动增益控制模块，从而避免在自适应滤波器收敛之前出现自激现象。

自适应干扰抵消模块的数据速率为9.6Mpps，6us时延对应的滤波器阶数为ceil(6×9.6-1)＝57，留一定的余量后将滤波器阶数设定为59阶。

8)第一双工器11和第二双工器19，其作用是将发射和接收讯号相隔离，保证接收和发射都能同时正常工作.它是由两组不同频率的阻带滤波器组成，避免本机发射信号传输到接收机。

WCDMA ICS系统在设计开发过程中，采用了一系列的关键技术以满足其系统的应用特性：

1)干扰自适应技术

采用FPGA反馈信道估计和干扰对消方法，多通道并行处理能力强，跟踪速度快，稳定性好，能快速适应变化的外部环境，静态反馈允许增益比天线隔离度高25dB以上，动态反馈允许增益比天线隔离度高15dB以上，上行底噪抑制有效降低直放站引入的基站噪声。

2)自适应波束形成技术(ABF)

自适应波束形成技术(ABF)能够根据周围环境噪声场的变化，不断地自动调节本WCDMA设备的参数以适应周围环境，抑制干扰并检出有用信号。

3)数字预矫正技术(DPD)

WCDMA系统高速移动数据传输采用QPSK调制技术和扩频调制HPSK调制技术。这对系统功放的线性度有严格的要求。为了解决此问题，本实用新型基于FPGA技术实现的DPD线性化技术，包括查找表和多项式方式，DSP块中的乘法器可以在很高的时钟速率下运行，可以有效地分时实现复数乘法。FPGA可为特定的标准重配置来实现合适的DPD算法，有效地线性化功放。

4)基于FPGA的数字上变频算法技术

依据WCDMA的相关协议设计了数字上变频(DUC)系统。系统的内插器采用多项滤波结构，并应用泰勒校正算法提高数控振荡器的杂散抑制比。用VerilogHDL进行逻辑实现、仿真和验证，并在FPGA上综合实现。

5)集中控制管理技术

为了便于设备的维护管理，本ICS直放站具有较为完善的智能管理单元，可以提供远程的参数查询、参数设置、软件的升级等功能，并可定时上传状态信息，故障自动告警等。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种宽带码分多址干扰自适应直放站设备，其特征在于，包括：与施主天线连接的第一双工器(11)，该第一双工器(11)的输出端与下行低噪声放大器(12)的输入端连接，该下行低噪声放大器(12)的输出端与第一数字下变频器(13)的输入端连接，该第一数字下变频器(13)的输出端接第一模数转换器(14)的输入端，第一模数转换器(14)的输出端接第一干扰抵消模块(15)的输入端，第一干扰抵消模块(15)的输出端接第一数模转换器(16)的输入端，第一数模转换器(16)的输出端接第一数字上变频器(17)的输入端，且第一数字下变频器(13)与第一数字上变频器(17)通过下行链路连接，该第一数字上变频器(17)的输出端接下行功率放大器(18)的输入端，下行功率放大器(18)的输出端接第二双工器(19)的输入端，该第二双工器(19)与重发天线连接；

第二双工器(19)的输出端接上行低噪声放大器(26)的输入端接，该上行低噪声放大器(26)的输出端接第二数字下变频器(25)的输入端，该第二数字下变频(25)的输出端接第二模数转换器(24)的输入端，该第二模数转换器(24)的输出端接第二干扰抵消模块(23)的输入端，该第二干扰抵消模块(23)的输出端接第二数模转换器(22)的输入端，该第二数模转换器(22)的输出端接第二数字上变频器(21)的输入端，且该第二数字上变频器(21)通过上行链路与该第二数字下变频器(25)连接，该第二数字上变频(21)的输出端接上行功率放大器(20)的输入端，该上行功率放大器(20)的输出端接第一双工器(11)的输入端。

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