无线直放站的干扰自适应消除技术

1、2009年第1期(总第151期)光通信研究STUDYONOPTICALCOMMUNICATIONS2009.02(Sum.No.151)无线光通信无线直放站的干扰自适应消除技术刘浩,沈竹,刘永飘(光纤通信技术和网络国家重点实验室武汉邮电科学研究院,湖北武汉430074)摘要:空间同频干扰在无线直放站工程现场普遍存在,传统的射频滤波器技术无法在频域上解决此问题,因而容易引起直放站自激。文章运用了一种数字化干扰自适应消除技术,其效果相当于将直放站的空间隔离度提高了30dB以上,从而可以有效解决以上问题。关键词:数字直放站;干扰消除;自适应滤波中图分类号:TN929.5文献标识码:A文章编号:100

2、528788(2009)0120067203AdaptiveInterferenceCancellationforWirelessLiuHao,ShenZhu,Liu(SKLofOCTN,WuhanResearchInstituteofPost,China)Abstract:Commonlyexistinginwirelessrepeaterprojectsite,canhardlybeeliminatedbythetraditionalRFfiltertechnologyinthefrequencydomain,intherepeater.Inthispaper,adigitalizedad

3、aptiveinterferencecancellationtechnologywithaneffectequivalenttotheimprovementoftherepeaterspaceisolationdegreebyKeywords:digitalrepeater;adaptivefiltering,其施主天线从空中接收的信号中,将不可避免地包含一些重发天线发出的覆盖信号,而这种信号又通过各种途径反馈回来形成同频干扰信号。这些信号对直放站造成干扰,影响其输出波形质量,甚至容易引起直放站自激。由于这些干扰信号是直放站自身的产物,其频率就是直放站的工作频率,因而这种干扰问题无法通过常规的

4、无源射频滤波器技术手段在频域上解决。本文运用了一种干扰自适应消除技术,以解决无线直放站中的同频干扰问题。2干扰消除方案及其实现原理2.1自适应滤波原理自适应滤波能有效地在未知环境中跟踪时变的输入信号,使输出信号达到最优。其原理图如图1所示。1无线同频直放站的应用及其局限性无线同频直放站是最常见的一种直放站,其特点是设备成本低、易于安装,尤其是方便搬迁。采用这种直放站是填补盲区、扩大覆盖区域最简便的方法。但是其重发天线发出的覆盖信号往往会通过各种空间路径耦合回到施主天线,造成干扰。为了保证直放站的输出波形质量,避免直放站自激,必须设置增益保护带(GM),使得直放站的增益小于天线隔离度1015dB

5、。即使在隔离度受到限制的情况下,直放站的增益也需要进行严格控制,直放站的增益每降低6dB,覆盖范围就将缩小到原来的一半。可见隔离度对于常规的无线直放站使用效果有很大的影响。图1自适应滤波原理图要最大限度地消除噪声,就要求输入信号S(n)与V0(n)、V1(n)无关,且V1(n)、V0(n)相关。如果自适应滤波器的输入信号中包含有有用信号,则干扰对消效果会变差。直放站施主天线接收到的信号包括基站无线覆盖信号,重发天线反馈信号,建筑物、树木、车辆等反射的无线通信信号。如果把基站无线覆盖信号看作信号源,重发天线反馈信号和建筑物、树木、车辆等反射的无线信号等看作是噪声干扰源,当传播时延超过一个码片周期

6、时多径信号实收稿日期:2008208211作者简介:刘浩(19822),男,湖北武汉人,硕士研究生,主要从事无线通信技术以及直放站应用的研究。67© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 光通信研究2009年第1期总第151期际上可被看作是互不相关的。针对WCDMA(宽带码分多址),一个码片周期为0.26s。所以,当重发天线的反馈信号时延超过0.26s时,我们就可以利用自适应滤波使滤波输出的信号以某种准则接近施主天线中接收的干扰信号,来消除接收到的干扰信号对

7、基站信号的干扰。2.2最小均方(LMS)算法介绍对于自适应滤波器,采用广泛应用的LMS算法可以很好地滤除干扰。LMS算法基于最小均方误差准则和梯度估计的最陡下降原理。LMS算法推导过程参见文献3,本文只给出算法的实现公式及其仿真结果。标准算法为w(n+1)=w(n)+2(e(n)3yd(n),式中,w;e(n)为误差信号;d(n)为目标信号;y;为步长因子,;越大,收敛越快,。LMSw(0)=0或先验(n)=w(n)yd(n),代确定值,对于n=1,2,d入上式,即可得到下一步的滤波器系数。-6,-9dB,延时为0,0.26,0.52,0.8s。没有直放站反馈干扰,信道的信噪比SNR为10dB

8、时的接收星座图如图2所示。5条反馈干扰多径信号,各多径功率相对于输入基站信号分别为0,0,-10,-15,-20dB,输出延时为506080100120个采样时刻。加入干扰后的星座图如图3所示。进行LMS算法运算后的仿真结果如图4所示。基站信道SNR分别为10和0dB时的星座图如图5所示,此时多径功率分别为0,0,-5,-15,-20dB。简化的LMS算法为wi(n+1)=wi(n)+2(e(n)3sign(ydi(n),因为自适应的方向取决于(e(n)3yd(n)的符号,前人已证明简化算法的收敛性非常接近于标准的LMS算法。变步长算法的特点是使开始收敛阶段或参数变化较大时的步长较大,收敛速度

9、快;收敛后的步长较小,稳态失调小。分析几种变步长算法,在ICS(干扰消除系统)上应用的算法标准收敛速度快,稳态误差小,参数易于控制,但计算不能太过复杂。下面选取结构简单、易于硬件实现的算法进行仿真。具体算法如下:(n+1)=(n)+e2(n),(n+1)>maxmax(n+1)=(n+1)<minmin,(n+1)else>0,0<<1,0<min<max,(0)=max。式中,为步长调整因子;为误差因子。2.3仿真结果图5基站信道SNR分别为10dB和0dB时的星座图3实验过程及测试结果依据以上理论分析可以设计出数字化干扰自适应消除模块,通过实验来验

10、证干扰自适应消除技术的应用效果,以下是实验方法及实验结果。利用MATLAB软件的SIMULINK工具,借助已有的WCDMAdemo搭建了仿真平台。其中channel模块参数为4径,接收信号功率为0,-3,68© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 刘浩等:无线直放站的干扰自适应消除技术3.1实验方法选用WCDMA无线直放站干扰消除模块来进行干扰消除测试。信号源输出的WCDMA调制信号,经过耦合器连接的可调衰减器返回到干扰消除模块输入端来模拟空间反馈干扰信号

11、,可调衰减器模拟空间隔离度。引入矢量幅度误差(EVM)作为验证干扰消除性能的量化指标,3GPP推荐该指标的标准为EVM12.5%(r.m.s)4。3.2实验结果通过频谱仪记录各状态下的EVM值,实验结果如表1所示。表中的ATT代表衰减量;AC代表干扰自适应消除功能。ATT/dB表1实验记录表EVMACoffAConGM805.0%9.30%30758.0%9.30%257012.3%9.20%206530.3%9.00%156050.3%9.40%1055253.0%9.2050-35-12.11%-15由此可见,在关闭干扰消除功能(ACoff),值在2015时,EVM在打开干扰消除功能(AC

12、on)-15,EVM5%30左右的消除能力,等效于空间隔离度提高了dB以上。具有很强的环境适应性,有着良。参考文献:1AlexGrant.Co2channelinterferencereductioninRay2leighfadingchannelsJ.DigitalSignalProcessing,2006,16:6192627.2WidrowB,LehrM.LearningAlgorithmsforAdap2tiveSignalProcessingandControlNeuralNetworksA.IEEEInternationalConferenceC.IEEE,1993.128.3龚耀寰.自适应滤波(第二版)M.北京:电子工业出Issue:4结束语本文提出了一种实现无线直放站对空间干扰信号进行自适应消除的方法,其效果相当于在同等安装条件下将无线直放站的隔离度提高了30dB以上。这使得在相同的隔离度条件下,无线直放站可以将自身的增益提高30dB。由于系统每增加6dB增益,覆盖范围就将得到两倍的提升,所以30dB的增益提升将使覆盖距离得到32倍的巨大提升。此外,这种数字干扰自适应消除直放站能够简化安装,有效地避免直放站出现自激,提供更好的输出波形版社,2003.4何振亚.自适应信号处理M.北京:科学出版社,2002:22238.53GPPTS25.