基于Xilinx FPGA的數(shù)字頻域干擾抵消器

　　一、項(xiàng)目背景

　　直放站在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中是必不可少的，但是如果直放站的收發(fā)天線隔離度不夠，整機(jī)增益偏大時(shí)，輸出信號(hào)經(jīng)延時(shí)后反饋到輸入端，會(huì)使直放站輸出信號(hào)發(fā)生嚴(yán)重失真產(chǎn)生自激。在無(wú)線通信系統(tǒng)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)天線常常放置在一起（或距離很近），只存在天線方向角的不同，因此直放站的接收天線肯定會(huì)接收到其轉(zhuǎn)發(fā)天線所發(fā)送的經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)，而對(duì)所期望接收的有用信號(hào)產(chǎn)生干擾。如果不對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行處理，干擾和期望信號(hào)的疊加信號(hào)會(huì)再次被送進(jìn)功放，再進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)，干擾信號(hào)的強(qiáng)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(hào)與正常通信信號(hào)的調(diào)制參數(shù)和載波頻率是完全一致的，使得接收機(jī)收到疊加有同頻干擾的混合信號(hào)）還會(huì)對(duì)數(shù)字通信產(chǎn)生嚴(yán)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(xiàng)技術(shù)，也是信號(hào)處理領(lǐng)域一個(gè)非常重要的課題。傳統(tǒng)上，克服自激現(xiàn)象的方法有：（1）借助建筑物阻擋在發(fā)射和接收天線間；（2）增加直放站的施主和重發(fā)天線的空間隔離度。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，那么水平隔離的距離，幾乎達(dá)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(tǒng)性能的要求，這些方法并不可行。因此，利用自適應(yīng)干擾抵消器來(lái)減少直放站設(shè)備的同頻反饋干擾成為首選方案。在所有的自適應(yīng)方案中，尤以頻域算法在性能和復(fù)雜度之間取得良好平衡。

　　本項(xiàng)目以WCDMA系統(tǒng)為例，討論頻域數(shù)字自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，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(biāo)對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。在設(shè)計(jì)中，為了驗(yàn)證算法性能且保證接收端的正常工作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了WCDMA小區(qū)搜索的三步同步過(guò)程，并通過(guò)PC機(jī)對(duì)輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，驗(yàn)證方案性能。

　　二、系統(tǒng)方案

　　完整的系統(tǒng)從數(shù)字下變頻后的基帶數(shù)據(jù)開(kāi)始，至數(shù)字上變頻的前端為止，包括系統(tǒng)同步和干擾抵消兩大組成模塊，總體設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)源從A點(diǎn)輸入，然后將其構(gòu)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(yùn)轉(zhuǎn)，在本設(shè)計(jì)中的B點(diǎn)輸出信號(hào)為每個(gè)碼片4采樣。

　?。?）為體現(xiàn)頻域干擾抵消的作用，在系統(tǒng)中必須模擬一個(gè)干擾信號(hào)。本設(shè)計(jì)將D點(diǎn)的輸出經(jīng)過(guò)功放（Power Amplifier，PA）作為干擾信號(hào)。

　?。?）將干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道，反饋到B點(diǎn)與WCDMA信號(hào)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(hào)。在下文中，將此反饋支路稱為輔鏈路；而干擾抵消+功放的鏈路稱為主鏈路。

　?。?）有干擾的信號(hào)經(jīng)過(guò)頻域干擾抵消模塊，輸出抵消后的無(wú)干擾信號(hào)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(duì)同步后的碼片信號(hào)進(jìn)行解擾解擴(kuò)后得到信息數(shù)據(jù)，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(hào)（C點(diǎn)）或者干擾抵消后的信號(hào)（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(shù)據(jù)源直接顯示（A點(diǎn)），或者是同步后解出的數(shù)據(jù)顯示（G點(diǎn)）。