專利名稱：同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)直放站，尤其涉及一種地面數(shù)字電視廣播同頻直放站回波干擾抵消功能的測試裝置。
背景技術(shù)：
作為一種提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，減少盲區(qū)的信號增強(qiáng)設(shè)備，無線同頻直放站已廣泛運(yùn)用于無線通信網(wǎng)、數(shù)字地面電視廣播(Digital TerrestrialTelevision Broadcasting, DTTB)單頻網(wǎng)和中國移動(dòng)多媒體廣播(ChinaMobile Multimedia Broadcasting, CMMB)單頻網(wǎng)中。由基站或上一級無線直放站發(fā)出的信號，無線數(shù)字直放站將接收到的信號放大后重新發(fā)出。由于直放站收發(fā)天線之間的耦合，部分重發(fā)信號會(huì)被同一直放站的接收天線接收，形成回波干擾。當(dāng)直放站增益小于收發(fā)天線間的隔離度，回波干擾將影響通信質(zhì)量，但系統(tǒng)通常不會(huì)產(chǎn)生自激；如果直放站的增益大于收發(fā)天線間的隔離度，經(jīng)由回波信道被直放站接收的回波干擾信號將在直放站中被重復(fù)放大，導(dǎo)致系統(tǒng)自激。為抑制回波干擾，并降低系統(tǒng)自激風(fēng)險(xiǎn)，目前大多在數(shù)字基帶采用回波干擾抑制 (ICS, Interference Cancellation System)的方法。在直放站中的回波抵消器，自適應(yīng)地估計(jì)回波干擾，并從接收信號中減去回波干擾估計(jì)值。常見的自適應(yīng)回波抵消方法包括，基于最小均方誤差準(zhǔn)則的最小均方(least mean square algorithm，LMS)算法和基于最小二乘準(zhǔn)則的遞推最小二乘(recursive least square, RLS)算法。LMS算法計(jì)算量小，但誤差收斂速度相對較慢；RLS收斂速度快，但運(yùn)算量過大。目前，鮮有文獻(xiàn)和專利探討針對地面數(shù)字電視廣播ICS直放站的回波抵消功能的測試裝置，從而給直放站回波抵消功能和信號質(zhì)量的評估帶來了一定的困難。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種通過自適應(yīng)地定量測量直放站系統(tǒng)回路的系統(tǒng)沖激響應(yīng)、從而得到直放站回波抵消功能指標(biāo)的有效評估的同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出一種同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置，包括功率放大器G，所述的功率放大器G的輸出端與一可調(diào)節(jié)的衰減器連接，所述的功率放大器G的輸入端還分別與回波抵消器和沖激響應(yīng)測試器連接，回波抵消器還與一開關(guān)SW連接，所述的開關(guān)SW的另一端連接在基帶信道的減法器上。所述的回波抵消器包括有信道估計(jì)器和HR濾波器，所述的信道估計(jì)器與HR濾波器連接，信道估計(jì)器和HR濾波器的一端分別與減法器連接，信道估計(jì)器和HR濾波器的另一端分別與參考信號產(chǎn)生回路連接。本實(shí)用新型同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置通過控制開關(guān)SW的打開和關(guān)閉，使得沖激響應(yīng)測試器能夠根據(jù)接收信號與回波干擾間的關(guān)系測出整個(gè)系統(tǒng)(包括功放，回波耦合信道)的沖激響應(yīng)，并利用回波抵消器將回波干擾從接收信號的減去。當(dāng)直放站回波信道由于外界影響發(fā)生微小變化時(shí)，回波抵消器可對外部信道和回波干擾進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，同時(shí)通過沖激響應(yīng)測試器可實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)沖激響應(yīng)的變化，為直放站系統(tǒng)參數(shù)(衰減器，濾波器階數(shù)等)的配置提供參考。

圖1是本實(shí)用新型同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置的開關(guān)SW的打開狀態(tài)的原理方框圖；圖2是本實(shí)用新型同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置的開關(guān)SW的閉合時(shí)狀態(tài)的原理方框圖；圖3是本實(shí)用新型同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置的回波抵消器圖的原理方框圖；圖4是本實(shí)用新型同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置的回波抵消器不工作的波形示意圖；圖5是本實(shí)用新型同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置的回波抵消器工作時(shí)的波形示意圖。
具體實(shí)施方式
為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面將結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理作進(jìn)一步的詳細(xì)描述如圖1、圖2所示，一種同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置，包括功率放大器G，所述的功率放大器G的輸出端與一可調(diào)節(jié)的衰減器連接，所述的功率放大器G的輸入端還分別與回波抵消器和沖激響應(yīng)測試器連接，回波抵消器還與一開關(guān)SW連接，所述的開關(guān)SW的另一端連接在基帶信道的減法器上，基帶信道的基帶信號與噪聲r(shí)ruzn輸入減法器上，回波抵消器上形成yn、en，衰減器的輸出端與回波耦合信道連接，回與回波耦合信道與減法器連接，并形成回波干擾yn。如圖3所示，所述的回波抵消器包括有信道估計(jì)器和HR濾波器，所述的信道估計(jì)器與HR濾波器連接，信道估計(jì)器和HR濾波器的一端分別與減法器連接，信道估計(jì)器和 FIR濾波器的另一端分別與參考信號產(chǎn)生回路連接。本實(shí)用新型同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置的工作原理是它分兩個(gè)步驟測試直放站系統(tǒng)的沖激響應(yīng)第1步系統(tǒng)回波抵消器不工作，接收信號被直接放大重發(fā)，根據(jù)接收信號與回波干擾間的關(guān)系可測出整個(gè)系統(tǒng)(包括功放，回波耦合信道)的沖激響應(yīng)；第2步回波抵消器工作，回波抵消器通過自適應(yīng)算法估計(jì)回波干擾，將回波干擾從接收信號的減去，可通過回波抵消后的誤差信號與回波干擾的關(guān)系測出整個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)。比較步驟1和步驟2的測試結(jié)果，即可觀察回波抵消功能，為評價(jià)直放站回波抵消功能指標(biāo)提供了一種有效途徑。利用自適應(yīng)算法進(jìn)行回波信道和回波干擾的估計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)回波干擾消除。當(dāng)直放站回波信道由于外界影響發(fā)生微小變化時(shí)，算法可對外部信道和回波干擾進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤。同時(shí)通過沖激響應(yīng)的測試，可實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)沖激響應(yīng)的變化，為直放站系統(tǒng)參數(shù)(衰減器，濾波器階數(shù)等)的配置提供參考。同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置測試直放站系統(tǒng)的沖激響應(yīng)的具體步驟包括(1)、斷開開關(guān)SW，此時(shí)系統(tǒng)回波抵消器不工作，接收信號通過直放站直接重發(fā)。為保證直放站系統(tǒng)中回波干擾較小，不影響接收電視信號，此時(shí)直放站接收天線所接收的回波干擾信號功率應(yīng)比直放站接收到的有用信號功率小15dB以上。在射頻功率放大器(功放)后的可調(diào)衰減器的衰減值為βο，收發(fā)天線之間的物理隔離度為G1，功放增益為G，滿足關(guān)系式G+h+ β ο彡-15dB,系統(tǒng)接收到的離散時(shí)間有用信號和噪聲為r (η)，其離散時(shí)間傅里葉變換(DTFT)為R(e>)。此測量步驟應(yīng)在較高的信噪比環(huán)境中進(jìn)行，保證噪聲不會(huì)對接收的有用信號產(chǎn)生較大的影響。(2)、當(dāng)接收信號r (η)測量結(jié)束后，開關(guān)SW保持?jǐn)嚅_，并慢慢將可調(diào)衰減器的衰減值調(diào)至PJb1Cbtl),回波干擾信號逐漸增大，但需確保直放站系統(tǒng)不產(chǎn)生自激。此測量步驟應(yīng)在較高的信噪比環(huán)境中進(jìn)行，保證噪聲不會(huì)對接收的有用信號產(chǎn)生較大的影響，此時(shí)系統(tǒng)接收到的信號ζ(η)是有用信號和噪聲r(shí)(n)，以及回波干擾y(n)，即
h(n)表示回波信皿，*表示線性卷積。接收信號z(n)的DTFT
可表示為Z(ej") =1^0)+63^(^)2(^),其中，Z(e>)和H(eJ")分別為接收信號z(n) 和回波信道h (η)的DTFT。那么無回波抵消功能時(shí)直放站系統(tǒng)的頻率響應(yīng)F1 為
1Z(ej0>)
FMn=計(jì)算Fi(ej")的傅立葉反7變換，即可得回波抵消器不工作時(shí)直放站系統(tǒng)的沖激響應(yīng)。(3)閉合開關(guān)SW，此時(shí)回波抵消器通過自適應(yīng)算法估計(jì)回波干擾，并開始實(shí)現(xiàn)回波干擾抑制。如圖3所示，回波抵消器通常由后臺的基于LMS算法的自適應(yīng)信道估計(jì)器和前臺的有限長沖激響應(yīng)(FIR)濾波器組成?；夭ǖ窒鞯闹饕墓ぷ魇?，首先信道估計(jì)器自適應(yīng)地獲得合成的回波信道(包括實(shí)際的回波信道，功放/可調(diào)衰減器，信號傳輸?shù)墓逃醒?br> 遲)的沖激響應(yīng)的估計(jì)輕(O}，然后將該00}儲存到前臺的HR濾波器中。參考信號通過
FIR濾波器得到回波干擾信號的估計(jì)，接收信號減去回波干擾的估計(jì)，實(shí)現(xiàn)接收信號的回波干擾抑制。為了提高信道估計(jì)的準(zhǔn)確度以保證系統(tǒng)沖激響應(yīng)測試的有效性，此測量步驟仍應(yīng)在較高的信噪比環(huán)境中進(jìn)行。當(dāng)回波抵消器已完成初始的自適應(yīng)學(xué)習(xí)階段，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的工作階段時(shí)，回波干擾
估計(jì)制為K ) =徹)*辦-0，其中，是合成的信道估計(jì)，、是可調(diào)衰減器的
衰減值，叾(《)表示回波信道估計(jì)，回波抵消后的誤差信號(有用信號)e(n)，作為回波抵消器的參考信號，τ表示回波抵消產(chǎn)生的濾波延遲。回波干擾估計(jì)辦)的DTFT為= 0(一),其中，E(ej")和(^勹分別表示抵消后誤差信號e (η)與合成的信道估計(jì)的DTFT。從直放站接收信號ζ (η)中減去回波干擾估計(jì)％ ；)可得誤差信號= 糸)， 其DTFT為一-Rien + GPxHienEien^ _0(e管)廣，于是，回波抵消器工作時(shí)，Pf J., _1_— Ejen
直放站系統(tǒng)的頻率響應(yīng)F2 為1 -[GPlHiei") — G{eiw)]e~jaT R(eja)待自適應(yīng) LMS
算法收斂后，計(jì)算F2 的傅立葉反變換，即可得回波抵消器工作時(shí)，直放站系統(tǒng)的沖激響應(yīng)。將回波抵消器不工作時(shí)測量的直放站系統(tǒng)沖激響應(yīng)F1 與回波抵消器工作時(shí)測量的系統(tǒng)沖激響應(yīng)F2 比較，即可觀測到回波抵消器的回波抑制功能?，F(xiàn)以以一個(gè)實(shí)例子解釋本發(fā)明為了測試基站電視信號，直放站開機(jī)時(shí)，系統(tǒng)中回波抵消器不工作，應(yīng)保證回波信號比接收到的基站電視小15dB以上，不足以影響接收基站電視信號的波形。在本實(shí)例中， 基帶數(shù)據(jù)采樣率為30MHz，信噪比(SNR)為30dB，功放放大增益G為40dB，收發(fā)天線的隔離度(^為-lOdB，那么衰減器衰減值0(1應(yīng)保證在_45(^以上，信號通過直放站、衰減器和回波信道后，其功率衰減總效果為_15dB。測試基站電視信號后，系統(tǒng)中回波抵消器仍不工作，慢慢將衰減器衰減值調(diào)小至 β i，但仍需保證系統(tǒng)不自激。在實(shí)例中衰減值調(diào)整至β ！ = "35dB,回波信號明顯增大，采用 8192點(diǎn)FFT分別求的基站電視信號r(n)和接收總信號ζ (η)的頻率響應(yīng)R(e>)和Z(eJ")， 并求得系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，最后采用8192點(diǎn)IFFT求得回波抵消器不工作時(shí)的沖激響應(yīng)，如圖 4(a)和圖5(a)所示。圖4(a)為單徑回波信道條件下測試的直放站系統(tǒng)沖激響應(yīng)，此時(shí)系統(tǒng)回波抵消器不工作，在首個(gè)抽頭采樣處的峰值代表接收到的基站電視信號對沖激響應(yīng)的貢獻(xiàn)，隨后的峰值代表反饋回接收天線的回波干擾對沖激響應(yīng)的貢獻(xiàn)，由于衰減值大于功放增益，回波在系統(tǒng)回路中逐漸衰減，但仍能明顯觀測到回波干擾對系統(tǒng)沖激響應(yīng)的影響，例如在25 個(gè)采樣處產(chǎn)生回波，回波沖激響應(yīng)的幅值比電視信號小8dB?？捎^測的回波沖激響應(yīng)最大幅值為10dB，最小幅值為-30dB。圖5(a)為多徑回波信道條件下測試的直放站系統(tǒng)沖激響應(yīng)，此時(shí)系統(tǒng)回波抵消器不工作，由于多徑效應(yīng)的影響，圖5(a)中回波沖激響應(yīng)最小幅值增大至-18dB。保持衰減器衰減值β ！ = -35dB，將回波抵消器開始工作，此時(shí)回波抵消器通過信道估計(jì)器估計(jì)反饋信道的沖激響應(yīng)，自適應(yīng)濾波器通過沖激響應(yīng)估計(jì)和參考信號估計(jì)回波干擾，信道估計(jì)器采用自適應(yīng)算法對信道估計(jì)權(quán)值進(jìn)行更新，待自適應(yīng)算法收斂后，測試其誤差信號e (η)，并采用8192點(diǎn)FFTE ，求得系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，最后采用8192點(diǎn)IFFT求得系統(tǒng)的沖激響應(yīng)，可觀測到回波抵消對系統(tǒng)沖激響應(yīng)的影響，如圖4(b)和圖5(b)所示。圖4(b)為單徑回波信道條件下測試的直放站系統(tǒng)沖激響應(yīng)，此時(shí)系統(tǒng)回波抵消器處于工作狀態(tài)，對于25個(gè)采樣處產(chǎn)生回波沖激響應(yīng)，幅值已減小至-IOdB左右，抵消效果為18dB。圖5(b)為多徑回波信道條件下測試的直放站系統(tǒng)沖激響應(yīng)，此時(shí)系統(tǒng)回波抵消器處于工作狀態(tài)，可見對于25個(gè)采樣處產(chǎn)生回波沖激響應(yīng)，抵消效果為18dB。可能存在的技術(shù)方案(1)回波抵消和沖激響應(yīng)實(shí)現(xiàn)方式基帶回波抵消和沖激響應(yīng)測試可同時(shí)采用一塊FPGA或DSP芯片實(shí)現(xiàn)；也可以將信道估計(jì)器在一塊DSP芯片中實(shí)現(xiàn)而自適應(yīng)濾波器在另一塊FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)。(2)算法信道估計(jì)器可采用LMS算法、NLMS算法、變步長NLMS算法及符號NLMS算法，還可以采用RLS算法和Kalman濾波等算法對信道進(jìn)行估計(jì)。(3)參考信號的選取對于回波抵消器，可從數(shù)字基帶耦合數(shù)字參考信號，從數(shù)字基帶耦合參考信號無需采用多余的器件對參考信號進(jìn)行處理，直接方便；缺點(diǎn)是信道和回波估計(jì)易受功放的影響。也可從功放后耦合模擬參考信號，需模數(shù)轉(zhuǎn)換和下變頻得到基帶數(shù)字參考信號，但可避免信道和回波估計(jì)受功放的影響。
權(quán)利要求1.一種同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置，包括功率放大器G，所述的功率放大器G的輸出端與一可調(diào)節(jié)的衰減器連接，其特征在于所述的功率放大器G的輸入端還分別與回波抵消器和沖激響應(yīng)測試器連接，回波抵消器還與一開關(guān)SW連接，所述的開關(guān) Sff的另一端連接在基帶信道的減法器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置，其特征在于所述的回波抵消器包括有信道估計(jì)器和HR濾波器，所述的信道估計(jì)器與HR濾波器連接，信道估計(jì)器和HR濾波器的一端分別與減法器相連接，信道估計(jì)器和HR濾波器的另一端分別與參考信號產(chǎn)生回路連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置，包括功率放大器G，所述的功率放大器G與一可調(diào)節(jié)的衰減器連接，功率放大器G的輸入端分別與回波抵消器和沖激響應(yīng)測試器連接，回波抵消器與開關(guān)SW的一端連接，開關(guān)SW的另一端與減法器連接。本實(shí)用新型同頻轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的數(shù)字化智能測試裝置可以通過控制開關(guān)SW的打開和關(guān)閉，使得沖激響應(yīng)測試器能夠根據(jù)接收信號與回波干擾間的關(guān)系可測出整個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)，并利用回波抵消器將回波干擾從接收信號的減去。
文檔編號H04B7/15GK202111704SQ20102064465
公開日2012年1月11日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者何子述, 劉暢, 周建林, 夏威, 錢銳 申請人:東莞電子科技大學(xué)電子信息工程研究院, 廣東明家科技股份有限公司, 電子科技大學(xué)