05-203-3G系统直放站ICS技术研究.docx

3G系统直放站的ICS技术研究李祥崇（中国移动辽宁公司鞍山分公司 114001）摘要：目前WCDMA通信网络已经遍布世界各地，直放站成为网络中信号弱区、盲区覆盖和扩大覆盖的优选设备，其中无线数字直放站由于架站灵活和安装成本低受到人们的青睐，但其收发天线之间的同频干扰一直制约着系统性能的进一步提升。将ICS技术运用到无线直放站当中，减少同频干扰带来的系统自激效应，在固定隔离度下进一步提升直放站增益，可以保证输出信号的质量。关键词：直放站；ICS；自适应干扰抵消；LMS引言1.1无线直放站2001年10月NTT DoCoMo推出了世界上的第一个WCDMA技术的FOMA（Freedom of Mobile multimedia Access）系统到2013年初WCMDA系统已经遍布世界各个国家与地区。WCDMA系统和其他两种制式（TD-SCDMA和CDMA-2000）相比，WCDMA的最大优势在于它对GSM和GPRS的向下兼容，而GSM是在2G中使用最广泛的标准，这样使用GSM的运营商只要对较小的投资就可已将网络升级到3G网络。同时WCDMA直放站也到了广泛应用，在信号盲区、弱区覆盖中起到了重要的作用，有极大的市场使用量。目前无线直放站已被运营商大量使用在网络优化当中，但是无线直放站的收发天线间的同频回波耦合进而产生同频干扰，这一直是限制直放站性能提升的阻碍。在无线直放站的同频干扰当中主要为反馈干扰和多径干扰，如图1.1直放站收发天线之间的干扰为反馈干扰，外部物体的反射为反射干扰。发射信号到达接收端的各条路径所经历的传播路径是不同的，因此他们的时延也是不同的，这样使接收信号的能量在时间上不断增强。时延信号对通信的影响程度还要取决于信号的带宽和最大时延扩展。图1.1无线直放站多径干扰模型1.2ICS直放站为了解决上述问题，产生了具有回波干扰抵消功能（ICS： Interference Cancel System）的无线直放站，如图1.2所示，ICS直放站可以利用自适应算法估计出回波信道的延迟，然后利用原始信号在数字与对其相减抵消处理，从而输出纯净的通讯信号。图1.2 ICS直放站结构框图这套系统可以在转发放大施主信号（来自基站）的同时可以有效的抑制来自反射信号的干扰。在最大的程度上降低接收机的误码率并且可以防止系统自激的发生。同时它能很好的满足广域覆盖、低收发天线隔离度、高频率利用率、低安装成本等苛刻要求。ICS直放站的算法研究自适应干扰抵消算法已经逐渐成熟，算法将自适应滤波器最为核心部分，滤波器的抽头系数会通过每次的输出误差信号在某种准则下进行迭代更新、自我修正，直到输出误差维持在某一最佳范围内。经典的自适应抵消算法有LMS、RLS、FFT-LMS等。自适应干扰抵消算法源于自适应滤波理论，是自适应滤波理论的重要应用之一。自适应干扰抵消算法通过自适应滤波器来模拟外界信道，然后利用产生的模拟回波信号对发射信号中的回波信号进行对消，最后实现回波干扰信号的削弱或抵消。图2.1 自适应干扰对消器模型自适应干扰对消的基本原理如图2.1所示，自适应干扰对消器由自适应滤波器与求和器组成。为主链路信号通道接收从信号源发来的信号，为干扰源信号，r为主链路信号为和的和，为参考链路信号源为干扰或者干扰的相关量，参考链路信号通道信号与有用信号无关，但与相关性很大。为输出误差信号，即。时域自适应干扰抵消算法3.1 LMS干扰抵消算法 LMS（Least-mean-square）算法由Widow和Hoff命名，算法的一个显著特点就是迭代简单，不需计算相关的相关函数，也不需要矩阵求逆过程。现实中已经被大量应用大工程实践当中。LMS算法是一个随机的递推算法，它用瞬时的梯度估计代替最都下降法中的真实梯度。定义函数为：（3.1）LMS算法条件下的权值更新表达式：（3.2）其中，λ是收敛因子或者收敛步长，表示为输出误差信号的共轭。LMS自适应滤波算法的主要优点就是计算简单，每次迭代只需要2M+1次计算。然而，计算简单付出的代价就是算法的收敛缓慢，虽然LMS自适应滤波算法是基于广义平稳随机信号，但是这个算法也可以用于确定性环境，这里抽头输入向量和期望响应都是确定性信号；用于非平稳环境，即对环境中统计变化的跟踪。3.2 NLMS干扰抵消算法归一化LMS算法（NLMS，Normalized LMS），由Noda（1967）和Nagumo分别提出。归一化LMS算法滤波器的结构与LMS算法滤波器的结构相同，都为横向滤波器。由于滤波器抽头权向量修正项与抽头输入向量成正比，因此当波动较大时候，LMS算法的梯度噪声比较大。采用归一化算法可以克服这一点。归一化算法NLMS的代价函数表示为：（3.3）式子中λ为拉格朗日算子；式子3.4就是归一化LMS算法抽头向量的迭代公式：（3.4）归