專利名稱：一種物理層中繼器中實(shí)現(xiàn)干擾抵消的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明使用于一般無(wú)線通信系統(tǒng)，并且具體涉及物理層中繼器即增強(qiáng)型直放站的干擾抵消的方法。本發(fā)明所公開(kāi)的方法可用于各種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，諸如碼分多址(CDMA)網(wǎng)絡(luò)、時(shí)分多址(TDMA)網(wǎng)絡(luò)、頻分多址(FDMA)網(wǎng)絡(luò)、正交FDMA (OFDMA)網(wǎng)絡(luò)、單載波FDMA (SC-FDMA) 網(wǎng)絡(luò)等。術(shù)語(yǔ)“網(wǎng)絡(luò)”和“系統(tǒng)”常被可互換地使用。
背景技術(shù)：
在無(wú)線通信系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)或終端接受來(lái)自基站的信號(hào)，所述基站支持在鄰近或環(huán)繞所述基站的特定地理區(qū)域內(nèi)的通信鏈路或服務(wù)。由于地理和經(jīng)濟(jì)的限制，在期望覆蓋區(qū)域中的一些區(qū)域內(nèi)，基站的網(wǎng)絡(luò)并不提供足夠的通信業(yè)務(wù)。在所述覆蓋區(qū)域內(nèi)的這些“間隙，，和“空洞”可以通過(guò)使用中繼器而被填滿。中繼器可以提供通信服務(wù)給所述覆蓋空洞， 所述空洞先前沒(méi)有被基站服務(wù)，通過(guò)轉(zhuǎn)移覆蓋區(qū)域的位置或者改變覆蓋區(qū)域的形狀，中繼器還可以增大基站的覆蓋區(qū)域。因此，中繼器在提供無(wú)線通信的過(guò)程中充當(dāng)了不可或缺的任務(wù)。物理層中繼器安裝有接收基站信號(hào)的施主天線和覆蓋基站盲區(qū)的重發(fā)天線，一般來(lái)說(shuō)施主天線與重發(fā)天線的距離有限，因此重發(fā)天線的信號(hào)會(huì)部分耦合到施主天線，從而形成一個(gè)反饋鏈路，反饋鏈路的增益稱為重發(fā)天線到施主天線的隔離度I。如果從施主天線到重發(fā)天線的增益G大于隔離度I，則形成重發(fā)天線到施主天線的正反饋，從而導(dǎo)致中繼站的自激。中繼站的自激不僅無(wú)法完成信號(hào)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能，而且會(huì)對(duì)整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重的干擾，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響。目前在實(shí)際無(wú)線系統(tǒng)的布設(shè)過(guò)程中，中繼站的選址一般受到很多限制，從而無(wú)法將施主天線和重發(fā)天線拉開(kāi)足夠的距離，來(lái)增大天線的隔離度。而中繼站的增益又受限于天線隔離度。因此采用干擾抵消的方法改善重發(fā)天線和施主天線的隔離度，直接關(guān)系到中繼站的工作增益的最大值，從而關(guān)系到中繼站的覆蓋區(qū)域。更進(jìn)一步，中繼站自激時(shí)對(duì)整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重干擾，采用干擾抵消的中繼站也能大大減少這種干擾出現(xiàn)的概率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種在物理層中繼器中實(shí)現(xiàn)干擾抵消的方法，以改善中繼站重發(fā)天線到施主天線的隔離度，從而使得中繼站能工作在更大的增益提供更大的覆蓋范圍，也降低了中繼站自激的發(fā)生概率。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出了以下的技術(shù)方案(1)將重發(fā)天線的發(fā)射信號(hào)延時(shí)后與施主天線的接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，完成多徑信道的檢測(cè)估計(jì)。利用多徑信道的估計(jì)值，設(shè)置干擾抵消器中的濾波器系數(shù)的初始值，完成干擾抵消器的捕獲；(2)在完成干擾抵消器的濾波器系數(shù)的捕獲后，進(jìn)入到跟蹤狀態(tài)，采用時(shí)域或者頻
3域的自適應(yīng)濾波算法，如LMS，進(jìn)行干擾抵消器的濾波器系數(shù)的跟蹤細(xì)調(diào)；(3)在干擾抵消器中設(shè)置監(jiān)測(cè)裝置，隨時(shí)監(jiān)測(cè)步驟(2)中的自適應(yīng)濾波算法的殘余誤差。當(dāng)殘余誤差超過(guò)一定門限時(shí)，干擾抵消器由跟蹤狀態(tài)轉(zhuǎn)入到捕獲狀態(tài)，進(jìn)行步驟 (1)的操作；然后再轉(zhuǎn)入到步驟(2)的跟蹤狀態(tài)；其中，在所述步驟(1)中進(jìn)行多徑信道的檢測(cè)估計(jì)包括以下步驟(11)測(cè)量重發(fā)天線發(fā)出信號(hào)到達(dá)干擾抵消器的延時(shí)值，并根據(jù)此延時(shí)值選定相關(guān)窗的起點(diǎn)；根據(jù)設(shè)備所處的環(huán)境確定最大多徑延時(shí)擴(kuò)展，此最大多徑延時(shí)擴(kuò)展即為相關(guān)窗長(zhǎng)度；(12)在相關(guān)窗長(zhǎng)的范圍內(nèi)，每次移動(dòng)一個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算相關(guān)值，并將此相關(guān)值與預(yù)設(shè)門限比較，對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)位置確定是否存在一條多徑；(13)確定反饋信道的多徑信道系數(shù)，干擾抵消器中濾波器的初始系數(shù)為信道系數(shù)的負(fù)值。在所述步驟(2)中進(jìn)行自適應(yīng)濾波跟蹤處理包括以下步驟(21)施主天線接收下來(lái)的信號(hào)作為干擾抵消器的輸入；(22)重發(fā)天線發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道，反饋到施主天線，與基站信號(hào)疊加，再進(jìn)入干擾抵消模塊。為了抵消干擾，重發(fā)天線的發(fā)射信號(hào)反饋到干擾抵消模塊作為參考信號(hào)；(23)有干擾的信號(hào)經(jīng)過(guò)干擾抵消模塊的處理，輸出抵消后的無(wú)干擾信號(hào)；所述步驟(3)進(jìn)一步包括(31)監(jiān)視自適應(yīng)濾波算法的殘余誤差值，如果此殘余誤差持續(xù)增加，而且超過(guò)某個(gè)門限值，則說(shuō)明自適應(yīng)濾波器無(wú)法跟蹤上此時(shí)信道的變化。切換回步驟(1)中進(jìn)行捕獲操作。


圖1為本發(fā)明物理層中繼站的干擾抵消系統(tǒng)方框圖；圖2為基于信號(hào)系數(shù)直接估計(jì)的干擾抵消捕獲流程圖；圖3為圖2中相關(guān)器的詳細(xì)示意圖；圖4為基于自適應(yīng)濾波的干擾抵消跟蹤流程具體實(shí)施例方式下面通過(guò)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)物理層中繼器的干擾抵消的特征在于中繼器接收的射頻信號(hào)包含有基站信號(hào)和重發(fā)天線經(jīng)過(guò)障礙物反射到施主天線的信號(hào)，這個(gè)組合信號(hào)經(jīng)過(guò)干擾抵消后，重發(fā)天線的反射信號(hào)被大部分抵消掉，基站信號(hào)和殘留的重發(fā)天線反射信號(hào)被放大后，然后從重發(fā)天線上發(fā)射出去。圖2為基于信道估計(jì)的干擾抵消捕獲的流程圖，其工作流程如下步驟(11)，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，可以事先知道從重發(fā)天線發(fā)出信號(hào)到達(dá)干擾抵消器的延時(shí)。根據(jù)此延時(shí)值及覆蓋的最大多徑延時(shí)擴(kuò)展，選定相關(guān)窗的起點(diǎn)和相關(guān)窗長(zhǎng)T ；步驟(12)，在相關(guān)窗長(zhǎng)的范圍內(nèi)，計(jì)算重發(fā)天線信號(hào)與施主天線信號(hào)的L點(diǎn)相關(guān)值w(l)，w(2)，…，w(T)，如圖3所示。并判斷每一個(gè)相關(guān)值是否超過(guò)一定的門限值，如果w(i)低于門限值，則認(rèn)為不存在延時(shí)為i的多徑，令w(i)為零，從而減少噪聲的影響；步驟(13)，采用多徑信道的估計(jì)值w(l)，w(2)，…，w(T)，將干擾抵消器的濾波器系數(shù)初始化為信道系數(shù)的負(fù)值。圖4為頻域自適應(yīng)干擾抵消的流程圖，其工作流程如下步驟(21)，采用捕獲狀態(tài)下獲得的信道估計(jì)值，作為M個(gè)頻域自適應(yīng)濾波器抽頭系數(shù)W(k)的初始化設(shè)置；步驟(22)，將干擾抵消模塊的時(shí)域連續(xù)輸入?yún)⒖夹盘?hào)(即重發(fā)天線的發(fā)射信號(hào)) u (η)每M個(gè)組成一個(gè)塊，然后級(jí)聯(lián)兩個(gè)數(shù)據(jù)塊做N點(diǎn)FFT，使其轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)U (k)，并將此信號(hào)用作自適應(yīng)濾波器的輸入，其中N是該自適應(yīng)濾波器抽頭個(gè)數(shù)M的2倍；步驟(23)，將頻域信號(hào)U(k)通過(guò)自適應(yīng)濾波器得到輸出信號(hào)Y(k)，然后對(duì)該輸出信號(hào)進(jìn)行IFFT處理，使其轉(zhuǎn)換為時(shí)域信號(hào)y(k)，作為干擾信號(hào)的估計(jì)值；步驟(24)，計(jì)算被干擾信號(hào)(即施主天線接收下來(lái)的信號(hào))r (k)減去干擾信號(hào)估計(jì)值y(k)的差值，即為干擾抵消后的信號(hào)d(k)；再產(chǎn)生該期望信號(hào)d(k)的頻域值D(k)為下一次濾波器抽頭系數(shù)迭代所使用；步驟(25)，利用頻域信號(hào)進(jìn)行最小均方誤差LMS計(jì)算，即根據(jù)D(k)和U(k)對(duì)W(k) 進(jìn)行更新，并將此更新值返回到步驟(22)。跳轉(zhuǎn)到步驟(22)進(jìn)行反復(fù)迭代，直至干擾被抵消；步驟(31)，監(jiān)視上述最小均方誤差，如果此誤差持續(xù)增加，而且超過(guò)某個(gè)門限值， 則說(shuō)明自適應(yīng)濾波器無(wú)法跟蹤上此時(shí)信道的變化。切換回步驟(11)中進(jìn)行捕獲操作。上述信號(hào)處理算法與具體的通信系統(tǒng)體制無(wú)關(guān)，因此可以適用于各種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，諸如碼分多址(CDMA)網(wǎng)絡(luò)、時(shí)分多址(TDMA)網(wǎng)絡(luò)、頻分多址(FDMA)網(wǎng)絡(luò)、正交 FDMA(OFDMA)網(wǎng)絡(luò)、單載波FDMA(SC-FDMA)網(wǎng)絡(luò)等。信號(hào)處理算法可以在FPGA、DSP或者 ASIC中實(shí)現(xiàn)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)例，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍并不局限于此。本發(fā)明還有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種物理層中繼器中實(shí)現(xiàn)干擾抵消的方法，其特征在于，該方法包括步驟(1)采用直接信道估計(jì)，將估計(jì)值設(shè)置為干擾抵消器中的濾波器系數(shù)的初始值， 完成初始捕獲；步驟(2)在初始捕獲后，干擾抵消器進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，利用自適應(yīng)濾波器自適應(yīng)地跟蹤信道的變化，進(jìn)行干擾抵消器的濾波器系數(shù)的跟蹤細(xì)調(diào)；步驟(3)干擾抵消器中的監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自適應(yīng)濾波器的殘余誤差，當(dāng)殘余誤差超過(guò)一定門限時(shí)，干擾抵消器由跟蹤狀態(tài)轉(zhuǎn)入到捕獲狀態(tài)，進(jìn)行步驟(1)的操作；然后再轉(zhuǎn)入到步驟(2)的跟蹤狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，物理層中繼器的直接信道估計(jì)適用于無(wú)線通信網(wǎng)
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，物理層中繼器的直接信道估計(jì)適用于碼分多址 (CDMA)網(wǎng)絡(luò)、時(shí)分多址(TDMA)網(wǎng)絡(luò)、頻分多址(FDMA)網(wǎng)絡(luò)、正交FDMA(OFDMA)網(wǎng)絡(luò)或單載波 FDMA (SC-FDMA)網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，其中，物理層中繼器的直接信道估計(jì)采用時(shí)域相關(guān)法或頻域相關(guān)法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，自適應(yīng)濾波器采用自適應(yīng)迭代的方法獲得漸進(jìn)的逼近最小均方誤差的解。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，自適應(yīng)濾波器采用時(shí)域LMS算法，BlockLMS算法，頻域LMS算法，RLS算法或卡爾曼濾波。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，干擾抵消器的監(jiān)測(cè)裝置可以監(jiān)測(cè)有關(guān)當(dāng)前自適應(yīng)濾波器的跟蹤狀態(tài)的量，通過(guò)監(jiān)測(cè)值判斷當(dāng)前自適應(yīng)濾波器是否能夠地跟蹤上信道的變化， 從而能將干擾信號(hào)盡可能的抵消掉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，干擾抵消器的監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)的有關(guān)當(dāng)前自適應(yīng)濾波器的跟蹤狀態(tài)的量是自適應(yīng)濾波器殘余誤差。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，自適應(yīng)濾波器殘余誤差是利用LMS算法獲得的均方誤差。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種物理層中繼器中實(shí)現(xiàn)干擾抵消的方法，包括(1)采用直接信道估計(jì)，將估計(jì)值設(shè)置為干擾抵消器中的濾波器系數(shù)的初始值，完成初始捕獲；(2)在初始捕獲后，干擾抵消器進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，利用自適應(yīng)濾波器自適應(yīng)地跟蹤信道的變化，進(jìn)行干擾抵消器的濾波器系數(shù)的跟蹤細(xì)調(diào)；(3)干擾抵消器中的監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自適應(yīng)濾波器的殘余誤差，當(dāng)殘余誤差超過(guò)一定門限時(shí)，干擾抵消器由跟蹤狀態(tài)轉(zhuǎn)入到捕獲狀態(tài)，進(jìn)行步驟(1)的操作；然后再轉(zhuǎn)入到步驟(2)的跟蹤狀態(tài)。本發(fā)明通過(guò)直接信道計(jì)算法和自適應(yīng)濾波相結(jié)合的方法克服中繼器的自激，并采用監(jiān)測(cè)裝置控制濾波器在捕獲狀態(tài)和跟蹤狀態(tài)之間切換，能很好的兼顧自適應(yīng)濾波器的跟蹤速度和穩(wěn)態(tài)性能，達(dá)到總體最佳性能。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102355433SQ201110293660
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者吳澎 申請(qǐng)人:武漢中昊信科技有限公司