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40深圳信息职业技术学院学报第7卷第4期4 40深圳信息职业技术学院学报第7卷第4期4 收稿日期 2009 0 7 基金项目 深圳信息职业技术学院第三批自然科学基金资助项目 No LG 080 0 作者简介 王瑞春 9 女 汉 硕士 高级工程师 主要从事无线直放站 干扰机等研究 Email wangrc CDMA直放站 中继器 属于同频放大设备 是 指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线 电发射中转设备 直放站的基本功能就是一个射频 信号功率增强器 直放站在下行链路中 由施主天 线现有的覆盖区域中拾取信号 通过带通滤波器对 带通外的信号进行极好的隔离 将滤波的信号经功 放放大后再次发射到待覆盖区域 在上行链接路径 中 覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的工作 方式由上行放大链路处理后发射到相应基站 从而 达到基站与手机的信号传递 4 CDMA直放站隔离度主要指施主天线和业务天 线间的隔离度 由于一个直放站系统里有两副天 线 天线间的屏蔽物隔离度就显得尤为重要 当 一个直放站的施主天线和业务天线的隔离度不够 时 直放站将产生自激 轻者通话质量变差 掉话 率增加 重者阻塞基站 使信号源所在整个地区丧 失服务功能 实际设计中要最大限度地提高施主天 线和业务天线间的隔离 5 当直放站服务区只需 要定向覆盖时 利用山体的两侧可以获得相当好的 隔离 将施主天线放在山坡的一侧 业务天线放在 另一侧 这样可以获得很大的隔离度 利用建筑物 作遮挡 也可以获得一定的效果 比如在楼的一侧 安装施主天线 在楼的另一侧安装业务天线 两 天线背靠背虽然只相隔十几米 却可以获得衰减 0 80dB 在能用定向天线覆盖时就不要使用全向 天线 若服务区为两个方向 可以采用二分之一功 率分配器和两副定向天线来覆盖 必须采用全向 天线时 要巧妙利用天线旁瓣的凹陷位置来提高施 主天线与业务天线的隔离度 7 CDMA移动通信直放站主要由施主天线 重发 天线 馈缆系统 直放主机 电源及保护系统以及 防雷 避雷系统等部分组成 如图 所示为CDMA 移动通信直放站原理图 图 CDMA移动通信直放站原理图 Fig Theoretical diagram of CDMA repeater CDMA直放站系统是一个频分双工通信系统 施主天线完成接收由基站发送给移动台的下行链路 信号和将直放站单元处理放大后的移动台发送给基 站的上行链路信号 业务天线接收移动台发送给基 站的上行链路信号和将直放站单元处理放大后的下 行链路信号发送给移动台 直放站单元主要功能是 将接收到的CDMA信号进行放大处理 由于CDMA 直放站一般处于距离基站较远的地点 或者基站信 号屏蔽较为严重的地方 该处的下行链路信号功率 CDMA直放站隔离度自适应检测方法 王瑞春 管明祥 袁 芳 万学元 深圳信息职业技术学院 电子通信技术系 广东 深圳 5 8029 摘 要 直放站的使用虽然有很多优点但是当收发天线隔离度不够时会出现自激现象 对网络造成严重影响 因 此本文主要实现对CDMA直放站收发天线之间隔离度检测功能 当CDMA直放站天线隔离度低于直放站正常工作所要求 时 检测出当前实际天线隔离度大小 并根据当前实际天线隔离度大小提出了自适应的隔离度检测算法 消除CDMA 直放站自激现象 提高系统性能 关键词 CDMA 直放站 隔离度 自适应 中图分类号 TN911 5 文献标示码 A 文章编号 1672 6332 2009 04 0040 04 第7卷 第4期 2009年 2月 Vol 7 No 4 Dec 2009 深圳信息职业技术学院学报 Journal of Shenzhen Institute of Information Technology 40深圳信息职业技术学院学报第7卷第4期4 40深圳信息职业技术学院学报第7卷第4期4 强度低于移动台的监测门限因此需要直放站放大处 理后转发提高信号功率强度 8 9 业务天线发送 的信号不仅移动台会接收到同时施主天线也会接收 到 而业务天线发射的信号功率强度远大于该处的 基站下行链路信号强度 因此必须在业务天线和施 主天线之间实施一定的隔离处理 如果隔离效果不 好将产生自激现象 同理对上行链路信号的处理也 存在隔离的问题 目前对于CDMA直放站隔离度检 测还停留在通过检测接收信号中待检测信号的功率 强度 根据此时的待检测信号功率强度可以计算出 直放站收发天线之间的隔离度 可以看出 当直放 站收发之间的隔离度已经达到了系统要求 不会发 生自激现象 然而利用目前的方法还进行峰值检测 去计算待测信号功率强度则必然会得到错误结果 因此 本文提出一种自适应门限判决方法来实现对 CDMA直放站隔离度的检测 避免传统检测方法带 来的错误 1 隔离度检测方法分析 通常情况下在直放站的工程应用中 下行增 益总是比上行增益高 那么主要利用下行增益 通 过在下行链路中加入本地产生的待测信号 经过下 行功率放大器以后 由业务天线发出 经过空间反 馈 由施主天线接收以后再进入下行LNA放大 这 时将待测信号的功率检测出来 本地待测信号和此 时检测出来的信号之差就是收发天线之间的隔离 度 图2所示为本文研究的直放站隔离度检测系统 架构图 该系统包括隔离度检测模块 中频接口电 路和检测结果输出接口模块三部分组成 图2 直放站隔离度检测系统架构图 Fig 2 Structure diagram of isolation testing system for CDMA repeater 设基站发射出来的信号到达CDMA直放站 直 放站施主天线接收到的信号是 经过直放 站的放大后到业务天线向移动台发射 那么在未加入 直放站隔离度检测系统时业务天线发射的信号为 其中是直放站放大处理时延 为直放站处 理增益 而当加入隔离度检测系统以后 本地产生 一个待测信号 假设与放大信号同时产生 并同时由业务天线发射出去 所以业务天线发射出 去的信号由两部分组成即与 由于在通常情况下直放站有较高的隔离度L足 以使直放站自身不会产生自激 那么由业务天线发 出的信号设为 则 2 在通常情况下隔离度L足够高 绝大部 分发射后被移动台接收到了 但是仍然有极小强 度的信号经过时延以后又被施主天线接收到为 而同时施主天线又收到来自基站的信号 由式2可得CDMA直放站的施主天线收到的 信号设为 当隔离度达到系统要求的指标即等式 右 边第一项比第二项信号功率强度高 dB 时则不会产生直放站自激现象 即直放站不会将 式右边第二项中同时放大到移 动台检测门限之上 使得移动台无法正确接收处理 信息 因此隔离度检测需要完成的工作实质上是在 式 中检测出的功率强度 再根据直 放站处理增益计算出隔离度L 2 隔离度自适应检测方法 通过检测接收信号中待检测信号的功率强度 根据此时的待检测信号功率强度可以计算出直放 站收发天线之间的隔离度 为了提高相关处理的 SNR 一般方法是增长相关处理积累时间 但是在 实际的无线信道通信环境下 是否增加相关处理 积累时间就一定能够提高SNR 需要具体分析 因 此为了实现相关检测 首先需要对接收信号进行分 析 在无线信道环境下由于多径现象和衰落的影响 接收信号可以表示为 4 式 4 中 与分别表示基站下行 王瑞春 管明祥 袁芳 万学元 CDMA直放站隔离度自适应检测方法 42深圳信息职业技术学院学报第7卷第4期4 42深圳信息职业技术学院学报第7卷第4期4 链路信号 经过无线传输到达接收天线的信号与加 性高斯白噪声 和分别为与的 幅度衰落因子 当CDMA直放站收发之间的隔离度已经达到了 系统要求 不会发生自激现象 若此时还进行峰值 检测去计算待测信号功率强度则必然会得到错误结 果 因此自适应门限检测方法是先将SNR太低的结 果剔除 认为此时隔离度已经达到系统要求 即通 过自适应门限进行判决后直接输出隔离度已经达到 系统要求而无需在再进行峰值检测 为了便于分析 不失一般性设相关结果 可以 表达为 5 其中表示信号项 表示噪声项和基 站信号与待测信号相关后的输出 可以认为噪声项 是高斯正态分布 图 隔离度自适应检测流程框图 Fig Flow diagram of adaptive isolation testing 这样需要在中估计 也就是需要将 中的信号项去掉 在无线电波传输过程 中存在多径延时扩展现象 因此认为能量分 布步在一段时间内 在扩展时间以外能量远远小于 的能量 首先根据接收信号进行多普勒频率和相 关长度估计 然后将接收信号与本地扩频码 序列进行相关计算 相关结果进行平方检波 以扩 频序列长度进行平均得到门限值 再经过自适应 门限检测判决 对于SNR过低的数据认为收发两端 隔离度达到要求 在SNR较高的数据中进行峰值搜 索 根据峰值与功率对照表计算出接收信号中待检 测信号的功率强度 根据检测出的待检测信号的功 率强度计算出收发两端隔离度 本文提出的自适应 门限隔离度检测方法如图 所示 现进行如下仿真试验来对以上分析进行验证 仿真条件如下 信号带宽B 228MHz 采样频率 4B 的多普勒频率都为 0Hz 直放站收发 两端天线距离较近 故多普勒频率较低 同时为 简化仿真难度不失一般性设 功率强 度比高 dB SNR为 0dB 的扩频增益 G 024 信号为单径传输 图4 CDMA直放站隔离度自适应检测 与 功率差小于 dB Fig 4 Result of adaptive isolation testing power difference less than dB 图5 隔离度自适应检测 与 功率差大于 dB Fig 5 Result of adaptive isolation testing power difference more than dB 如图4 图5所示 当SNR较低时经过自适应门 限进行判决可以看到没有高于检测门限的相关结果 值 此时认为隔离度已经达到系统要求指标而不会 产生自激现象 从图4 图5中也可看到此时如果不 通过自适应门限检测而直接根据相关结果的最大值 进行功率检测则会产生误差 因为此时相关结果的 最大值并不一定对应待测信号 从图4 图5中还可 以看出 通过估计出相关长度以使相关处理持续尽 量长的符号长度 提高SNR 而又不会受到深度衰 落的影响 由于幅度衰落因子中存在深度衰落的情 况 某些情况下幅度衰落会达到 25dB以下 此时信 号将被噪声和CDMA信号完全淹没 则搜索到的相关 结果中的峰值并不是待检测信号的峰值 会造成隔 离度检测错误 而此时收发两端隔离度应该达到系统 要求 因此本文提出的自适应门限检测的方法 当 相关出来的信号低于检测门限则认为此时SNR低或者 CDMA信号功率强度比待检测信号功率强度高出系统 3 第一项 3 B r t 比第二项信号功率强度高 16dB 时 则不会产生直放站自激现象 即直放站不会将 3 式 右边第二项中 12 B r t 同时放大到移动台检 测门限之上 使得移动台无法正确接收处理信息 因此隔离度检测需要完成的工作实质上是在式 3 中检测出 2 s r t 的功率强度 再根据直放站处理 增益 a G计算出隔离度L 3 隔离 适应检测 通过检测接收信号中待检测信号的功率强度 根据此时的待检测信号功率强度可以计算出直放站 收发天线之间的隔离度 为了提高相关处理的 SNR 一般方法是增长相关处理积累时间 但是在 实际的无线信道通信环境下 是否增加相关处理积 累时间就一定能够提高 SNR 需要具体分析 因此 为了实现相关检测 首先需要对接收信号进行分析 在无线信道环境下由于多径现象和衰落的影响接收 信号可以表示为 1 1 L BiBi i M SkSk k r tatr t atr tn t 4 式 4 中 B r t S r t与 n t分别表示基站下行 链路信号 经过无线传输到达接收天线的信号与加 性高斯白噪声 B at和 S a t分别为 B r t与 S r t 的幅度衰落因子 当 CDMA 直放站收发之间的隔离度已经达到 了系统要求 不会发生自激现象 若此时还进行峰 值检测去计算待测信号功率强度则必然会得到错误 结果 因此自适应门限检测方法是先将 SNR 太低的 结果剔除 认为此时隔离度已经达到系统要求 即 通过自适应门限进行判决后直接输出隔离度已经达 到系统要求而无需在再进行峰值检测 为了便于分析 不失一般性设相关结果 R t可 以表达为 sn R tR tR t 5 其中 s R t表示信号项 n R t表示噪声项和基 站信号与待测信号相关后的输出 可以认为噪声项 n R t是 nn 高斯正态分布 估计 nn R t 门限计算判决 功率对照 设定SNR 否 是 隔离度达 到要求 隔离度计算 图 3 隔离度自适应检测流程框图 这样需要在 R 中估计 nn 也就是需要 将 R t中的 s R t信号项去掉 在无线电波传输过 程中存在多径延时扩展现象 因此认为 s R 能量 分布步在一段时间内 在扩展时间以外能量远远小 于 n R t的能量 首先根据接收信号 n R t进行多普勒频率和相 关长度估计 然后将接收信号 n R t与本地扩频码 序列进行相关计算 相关结果进行平方检波 以扩 频序列长度进行平均得到门限值 再经过自适应门 限检测判决 对于 SNR 过低的数据认为收发两端 隔离度达到要求 在 SNR 较高的数据中进行峰值 搜索 根据峰值与功率对照表计算出接收信号中待 检测信号的功率强度 根据检测出的待检测信号的 功率强度计算出收发两端隔离度 本文提出的自适 应门限隔离度检测方法如图 3 所示 现进行如下仿真试验来对以上分析进行验证 仿真条件如下 信号带宽B 1 228MHz 采样频率 s f 4B S a t的多普勒频率都为 10Hz 直放站收 发两端天线距离较近 故多普勒频率较低 同时为 简化仿真难度不失一般性设 B at 1 B r t功率强 度比 S r t高 16dB SNR 为 10dB S r t的扩频增益 G 1024 信号为单径传输 PDF created with pdfFactory trial version 42深圳信息职业技术学院学报第7卷第4期4 42深圳信息职业技术学院学报第7卷第4期4 王瑞春 管明祥 袁芳 万学元 CDMA直放站隔离度自适应检测方法 要求 则收发两端隔离度满足系统要求 3 结论 随着移动通信的迅速发展 用户对通话质量 的要求也越来越高 直放站能够有效地解决弱信号 区 盲区 边远地区移动通信问题 提高服务质 量 由于当收发天线隔离度不够时会出现自激现 象 对网络造成严重影响 因此 本文给出了一种 CDMA直放站隔离度自适应检测方法 当CDMA直 放站天线隔离度低于直放站正常工作所要求时 检 测出当前实际天线隔离度大小 并根据当前实际天 线隔离度大小自适应调整隔离度检测算法 消除 CDMA直放站自激现象 提高系统性能 参考文献 References Pham T Fuerter M P System for convolutional echo cancellation by iterative autocorrelation US patent application 2002 0 8 99 2 Braithwaite R N Carichner S Adaptive echo cancellation for an on frequency RF repeater using a weighted power spectrum US provisional patent application 2007 Salehian K Guillet M Carson B Kennedy A On channel repeater for digital television broadcasting service IEEE Transaction on Broadcasting 2002 48 2 97 02 4 Duttweiler D L Proportionate normalized least mean squares adaptation in echo cancelers IEEE Transactions on Speech and Audio Processing 2000 8 5 508 5 8 5 Park S J Cho C G Le C Y Integrated echo and noise canceler for hands free applications IEEE Transactions on Circuits and Systems Analog and 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