基于Xilinx FPGA的數字頻域干擾抵消器
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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。這種正反饋式干擾（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)這種反饋式干擾，如圖1所示。
干擾抵消是同頻直放站所必備的一項技術(shù)，也是信號處理領(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，利用自適應干擾抵消器來(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
?。?）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)）。
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