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基于Xilinx FPGA的數字頻域干擾抵消器

作者: 時(shí)間:2011-05-27 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

  一、項目背景

  直放站在現代通信系統中是必不可少的,但是如果直放站的收發(fā)天線(xiàn)隔離度不夠,整機增益偏大時(shí),輸出信號經(jīng)延時(shí)后反饋到輸入端,會(huì )使直放站輸出信號發(fā)生嚴重失真產(chǎn)生自激。在無(wú)線(xiàn)通信系統中的同頻直放站中,為了減小產(chǎn)品體積以及縮短建站成本,收發(fā)天線(xiàn)常常放置在一起(或距離很近),只存在天線(xiàn)方向角的不同,因此直放站的接收天線(xiàn)肯定會(huì )接收到其轉發(fā)天線(xiàn)所發(fā)送的經(jīng)過(guò)放大的信號,而對所期望接收的有用信號產(chǎn)生干擾。如果不對干擾信號進(jìn)行處理,干擾和期望信號的疊加信號會(huì )再次被送進(jìn)功放,再進(jìn)行放大轉發(fā),干擾信號的強度會(huì )一直積累,最終使得直放站無(wú)法正常工作。這種正(干擾信號與正常通信信號的調制參數和載波頻率是完全一致的,使得接收機收到疊加有同頻干擾的混合信號)還會(huì )對數字通信產(chǎn)生嚴重的電磁干擾,從而阻礙正常的通信。在上、下行鏈路中,往往都存在著(zhù)這種,如圖1所示。

WCDMA系統反饋干擾示意圖

  干擾抵消是同頻直放站所必備的一項技術(shù),也是領(lǐng)域一個(gè)非常重要的課題。傳統上,克服自激現象的方法有:(1)借助建筑物阻擋在發(fā)射和接收天線(xiàn)間;(2)增加直放站的施主和重發(fā)天線(xiàn)的空間隔離度。垂直隔離度一般最好大于1m,水平隔離度可以在十幾米以上。如果沒(méi)有垂直隔離的話(huà),那么水平隔離的距離,幾乎達到200米;(3)降低直放站的增益:上行和下行按照比例,就是上下行鏈路平衡,直至消除自激。

  雖然上述三種辦法都可以在一定程度上降低干擾的影響,但是在某些場(chǎng)合,受到環(huán)境或系統性能的要求,這些方法并不可行。因此,利用自適應來(lái)減少直放站設備的同頻反饋干擾成為首選方案。在所有的自適應方案中,尤以頻域算法在性能和復雜度之間取得良好平衡。

  本項目以WCDMA系統為例,討論頻域數字自適應干擾抵消技術(shù)的實(shí)現,并從功率譜密度和星座圖以及誤差向量幅度(Error Vector Measure,EVM)等性能指標對方案進(jìn)行評價(jià)。在設計中,為了驗證算法性能且保證接收端的正常工作,同時(shí)實(shí)現了WCDMA小區搜索的三步同步過(guò)程,并通過(guò)PC機對輸入輸出數據進(jìn)行比對分析,驗證方案性能。

  二、系統方案

  完整的系統從數字下變頻后的基帶數據開(kāi)始,至數字上變頻的前端為止,包括系統同步和干擾抵消兩大組成模塊,總體設計框圖如圖2所示,其簡(jiǎn)要介紹如下:

 ?。?)在沒(méi)有干擾的情況下,所采集的數據源從A點(diǎn)輸入,然后將其構造為WCDMA信源,作為頻域干擾抵消模塊的輸入。為了使得干擾抵消模塊的正確運轉,在本設計中的B點(diǎn)輸出信號為每個(gè)碼片4采樣。

 ?。?)為體現頻域干擾抵消的作用,在系統中必須模擬一個(gè)干擾信號。本設計將D點(diǎn)的輸出經(jīng)過(guò)功放(Power Amplifier,PA)作為干擾信號。

 ?。?)將干擾信號經(jīng)過(guò)多徑信道,反饋到B點(diǎn)與WCDMA信號疊加,再進(jìn)入干擾抵消模塊。為了抵消干擾,將E點(diǎn)的輸出反饋到干擾抵消模塊作為參考信號。在下文中,將此反饋支路稱(chēng)為輔鏈路;而干擾抵消+功放的鏈路稱(chēng)為主鏈路。

 ?。?)有干擾的信號經(jīng)過(guò)頻域干擾抵消模塊,輸出抵消后的無(wú)干擾信號給同步模塊,即D點(diǎn)。同步模塊進(jìn)行三步搜索,得到幀頭以及擾碼信息。對同步后的碼片信號進(jìn)行解擾解擴后得到信息數據,如圖中G點(diǎn)輸出。

 ?。?)在開(kāi)關(guān)1處,可以選擇:有干擾的信號(C點(diǎn))或者干擾抵消后的信號(D點(diǎn))輸入同步模塊,并輸出顯示。

 ?。?)在開(kāi)關(guān)2處,可以選擇:數據源直接顯示(A點(diǎn)),或者是同步后解出的數據顯示(G點(diǎn))。

系統總體框圖


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