同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置的製作方法

2023-10-06 07:07:34 2

專利名稱：同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及地面數位電視廣播系統直放站，尤其涉及一種地面數位電視廣播同頻直放站回波幹擾抵消功能的測試裝置。
背景技術：
作為一種提高網絡覆蓋範圍，減少盲區的信號增強設備，無線同頻直放站已廣泛運用於無線通信網、數字地面電視廣播(Digital TerrestrialTelevision Broadcasting, DTTB)單頻網和中國移動多媒體廣播(ChinaMobile Multimedia Broadcasting, CMMB)單頻網中。由基站或上一級無線直放站發出的信號，無線數字直放站將接收到的信號放大後重新發出。由於直放站收發天線之間的耦合，部分重發信號會被同一直放站的接收天線接收，形成回波幹擾。當直放站增益小於收發天線間的隔離度，回波幹擾將影響通信質量，但系統通常不會產生自激；如果直放站的增益大於收發天線間的隔離度，經由回波信道被直放站接收的回波幹擾信號將在直放站中被重複放大，導致系統自激。為抑制回波幹擾，並降低系統自激風險，目前大多在數字基帶採用回波幹擾抑制 (ICS, Interference Cancellation System)的方法。在直放站中的回波抵消器，自適應地估計回波幹擾，並從接收信號中減去回波幹擾估計值。常見的自適應回波抵消方法包括，基於最小均方誤差準則的最小均方(least mean square algorithm，LMS)算法和基於最小二乘準則的遞推最小二乘(recursive least square, RLS)算法。LMS算法計算量小，但誤差收斂速度相對較慢；RLS收斂速度快，但運算量過大。目前，鮮有文獻和專利探討針對地面數位電視廣播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量的評估帶來了一定的困難。

實用新型內容本實用新型旨在克服現有技術的不足提供一種通過自適應地定量測量直放站系統迴路的系統衝激響應、從而得到直放站回波抵消功能指標的有效評估的同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置。為了實現上述目的，本實用新型設計出一種同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置，包括功率放大器G，所述的功率放大器G的輸出端與一可調節的衰減器連接，所述的功率放大器G的輸入端還分別與回波抵消器和衝激響應測試器連接，回波抵消器還與一開關SW連接，所述的開關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器和HR濾波器，所述的信道估計器與HR濾波器連接，信道估計器和HR濾波器的一端分別與減法器連接，信道估計器和HR濾波器的另一端分別與參考信號產生迴路連接。本實用新型同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置通過控制開關SW的打開和關閉，使得衝激響應測試器能夠根據接收信號與回波幹擾間的關係測出整個系統(包括功放，回波耦合信道)的衝激響應，並利用回波抵消器將回波幹擾從接收信號的減去。當直放站回波信道由於外界影響發生微小變化時，回波抵消器可對外部信道和回波幹擾進行實時的跟蹤，同時通過衝激響應測試器可實時觀察系統衝激響應的變化，為直放站系統參數(衰減器，濾波器階數等)的配置提供參考。

圖1是本實用新型同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置的開關SW的打開狀態的原理方框圖；圖2是本實用新型同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置的開關SW的閉合時狀態的原理方框圖；圖3是本實用新型同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置的回波抵消器圖的原理方框圖；圖4是本實用新型同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置的回波抵消器不工作的波形示意圖；圖5是本實用新型同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置的回波抵消器工作時的波形示意圖。
具體實施方式
為了便於本領域技術人員的理解，下面將結合具體實施例及附圖對本實用新型的結構原理作進一步的詳細描述如圖1、圖2所示，一種同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置，包括功率放大器G，所述的功率放大器G的輸出端與一可調節的衰減器連接，所述的功率放大器G的輸入端還分別與回波抵消器和衝激響應測試器連接，回波抵消器還與一開關SW連接，所述的開關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rruzn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，並形成回波幹擾yn。如圖3所示，所述的回波抵消器包括有信道估計器和HR濾波器，所述的信道估計器與HR濾波器連接，信道估計器和HR濾波器的一端分別與減法器連接，信道估計器和 FIR濾波器的另一端分別與參考信號產生迴路連接。本實用新型同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置的工作原理是它分兩個步驟測試直放站系統的衝激響應第1步系統回波抵消器不工作，接收信號被直接放大重發，根據接收信號與回波幹擾間的關係可測出整個系統(包括功放，回波耦合信道)的衝激響應；第2步回波抵消器工作，回波抵消器通過自適應算法估計回波幹擾，將回波幹擾從接收信號的減去，可通過回波抵消後的誤差信號與回波幹擾的關係測出整個系統的衝激響應。比較步驟1和步驟2的測試結果，即可觀察回波抵消功能，為評價直放站回波抵消功能指標提供了一種有效途徑。利用自適應算法進行回波信道和回波幹擾的估計，從而實現回波幹擾消除。當直放站回波信道由於外界影響發生微小變化時，算法可對外部信道和回波幹擾進行實時的跟蹤。同時通過衝激響應的測試，可實時觀察系統衝激響應的變化，為直放站系統參數(衰減器，濾波器階數等)的配置提供參考。同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置測試直放站系統的衝激響應的具體步驟包括(1)、斷開開關SW，此時系統回波抵消器不工作，接收信號通過直放站直接重發。為保證直放站系統中回波幹擾較小，不影響接收電視信號，此時直放站接收天線所接收的回波幹擾信號功率應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)後的可調衰減器的衰減值為βο，收發天線之間的物理隔離度為G1，功放增益為G，滿足關係式G+h+ β ο彡-15dB,系統接收到的離散時間有用信號和噪聲為r (η)，其離散時間傅立葉變換(DTFT)為R(e>)。此測量步驟應在較高的信噪比環境中進行，保證噪聲不會對接收的有用信號產生較大的影響。(2)、當接收信號r (η)測量結束後，開關SW保持斷開，並慢慢將可調衰減器的衰減值調至PJb1Cbtl),回波幹擾信號逐漸增大，但需確保直放站系統不產生自激。此測量步驟應在較高的信噪比環境中進行，保證噪聲不會對接收的有用信號產生較大的影響，此時系統接收到的信號ζ(η)是有用信號和噪聲r(n)，以及回波幹擾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。那麼無回波抵消功能時直放站系統的頻率響應F1 為
1Z(ej0>)
FMn=計算Fi(ej")的傅立葉反7變換，即可得回波抵消器不工作時直放站系統的衝激響應。(3)閉合開關SW，此時回波抵消器通過自適應算法估計回波幹擾，並開始實現回波幹擾抑制。如圖3所示，回波抵消器通常由後臺的基於LMS算法的自適應信道估計器和前臺的有限長衝激響應(FIR)濾波器組成。回波抵消器的主要的工作是，首先信道估計器自適應地獲得合成的回波信道(包括實際的回波信道，功放/可調衰減器，信號傳輸的固有延
遲)的衝激響應的估計輕(O}，然後將該00}儲存到前臺的HR濾波器中。參考信號通過
FIR濾波器得到回波幹擾信號的估計，接收信號減去回波幹擾的估計，實現接收信號的回波幹擾抑制。為了提高信道估計的準確度以保證系統衝激響應測試的有效性，此測量步驟仍應在較高的信噪比環境中進行。當回波抵消器已完成初始的自適應學習階段，進入穩態的工作階段時，回波幹擾
估計制為K ) =徹)*辦-0，其中，是合成的信道估計，、是可調衰減器的
衰減值，叾(《)表示回波信道估計，回波抵消後的誤差信號(有用信號)e(n)，作為回波抵消器的參考信號，τ表示回波抵消產生的濾波延遲。回波幹擾估計辦)的DTFT為= 0(一),其中，E(ej")和(^勹分別表示抵消後誤差信號e (η)與合成的信道估計的DTFT。從直放站接收信號ζ (η)中減去回波幹擾估計％ ；)可得誤差信號= 糸)， 其DTFT為一-Rien + GPxHienEien^ _0(e管)廣，於是，回波抵消器工作時，Pf J., _1_— Ejen
直放站系統的頻率響應F2 為1 -[GPlHiei") — G{eiw)]e~jaT R(eja)待自適應 LMS
算法收斂後，計算F2 的傅立葉反變換，即可得回波抵消器工作時，直放站系統的衝激響應。將回波抵消器不工作時測量的直放站系統衝激響應F1 與回波抵消器工作時測量的系統衝激響應F2 比較，即可觀測到回波抵消器的回波抑制功能。現以以一個實例子解釋本發明為了測試基站電視信號，直放站開機時，系統中回波抵消器不工作，應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。在本實例中， 基帶數據採樣率為30MHz，信噪比(SNR)為30dB，功放放大增益G為40dB，收發天線的隔離度(^為-lOdB，那麼衰減器衰減值0(1應保證在_45(^以上，信號通過直放站、衰減器和回波信道後，其功率衰減總效果為_15dB。測試基站電視信號後，系統中回波抵消器仍不工作，慢慢將衰減器衰減值調小至 β i，但仍需保證系統不自激。在實例中衰減值調整至β ！ = "35dB,回波信號明顯增大，採用 8192點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R(e>)和Z(eJ")， 並求得系統的頻率響應，最後採用8192點IFFT求得回波抵消器不工作時的衝激響應，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衝激響應，此時系統回波抵消器不工作，在首個抽頭採樣處的峰值代表接收到的基站電視信號對衝激響應的貢獻，隨後的峰值代表反饋回接收天線的回波幹擾對衝激響應的貢獻，由於衰減值大於功放增益，回波在系統迴路中逐漸衰減，但仍能明顯觀測到回波幹擾對系統衝激響應的影響，例如在25 個採樣處產生回波，回波衝激響應的幅值比電視信號小8dB。可觀測的回波衝激響應最大幅值為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衝激響應，此時系統回波抵消器不工作，由於多徑效應的影響，圖5(a)中回波衝激響應最小幅值增大至-18dB。保持衰減器衰減值β ！ = -35dB，將回波抵消器開始工作，此時回波抵消器通過信道估計器估計反饋信道的衝激響應，自適應濾波器通過衝激響應估計和參考信號估計回波幹擾，信道估計器採用自適應算法對信道估計權值進行更新，待自適應算法收斂後，測試其誤差信號e (η)，並採用8192點FFTE ，求得系統的頻率響應，最後採用8192點IFFT求得系統的衝激響應，可觀測到回波抵消對系統衝激響應的影響，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衝激響應，此時系統回波抵消器處於工作狀態，對於25個採樣處產生回波衝激響應，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衝激響應，此時系統回波抵消器處於工作狀態，可見對於25個採樣處產生回波衝激響應，抵消效果為18dB。可能存在的技術方案(1)回波抵消和衝激響應實現方式基帶回波抵消和衝激響應測試可同時採用一塊FPGA或DSP晶片實現；也可以將信道估計器在一塊DSP晶片中實現而自適應濾波器在另一塊FPGA晶片中實現。(2)算法信道估計器可採用LMS算法、NLMS算法、變步長NLMS算法及符號NLMS算法，還可以採用RLS算法和Kalman濾波等算法對信道進行估計。(3)參考信號的選取對於回波抵消器，可從數字基帶耦合數字參考信號，從數字基帶耦合參考信號無需採用多餘的器件對參考信號進行處理，直接方便；缺點是信道和回波估計易受功放的影響。也可從功放後耦合模擬參考信號，需模數轉換和下變頻得到基帶數字參考信號，但可避免信道和回波估計受功放的影響。
權利要求1.一種同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置，包括功率放大器G，所述的功率放大器G的輸出端與一可調節的衰減器連接，其特徵在於所述的功率放大器G的輸入端還分別與回波抵消器和衝激響應測試器連接，回波抵消器還與一開關SW連接，所述的開關 Sff的另一端連接在基帶信道的減法器上。
2.根據權利要求1所述的同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置，其特徵在於所述的回波抵消器包括有信道估計器和HR濾波器，所述的信道估計器與HR濾波器連接，信道估計器和HR濾波器的一端分別與減法器相連接，信道估計器和HR濾波器的另一端分別與參考信號產生迴路連接。
專利摘要本實用新型公開了一種同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置，包括功率放大器G，所述的功率放大器G與一可調節的衰減器連接，功率放大器G的輸入端分別與回波抵消器和衝激響應測試器連接，回波抵消器與開關SW的一端連接，開關SW的另一端與減法器連接。本實用新型同頻轉發系統衝激響應的數位化智能測試裝置可以通過控制開關SW的打開和關閉，使得衝激響應測試器能夠根據接收信號與回波幹擾間的關係可測出整個系統的衝激響應，並利用回波抵消器將回波幹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 優先權日2010年12月3日
發明者何子述, 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