基于Xilinx FPGA的數(shù)字頻域干擾抵消器

　　一、項目背景

　　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，輸出信號經(jīng)延時后反饋到輸入端，會使直放站輸出信號發(fā)生嚴(yán)重失真產(chǎn)生自激。在無線通信系統(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接收到其轉(zhuǎn)發(fā)天線所發(fā)送的經(jīng)過放大的信號，而對所期望接收的有用信號產(chǎn)生干擾。如果不對干擾信號進(jìn)行處理，干擾和期望信號的疊加信號會再次被送進(jìn)功放，再進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)，干擾信號的強(qiáng)度會一直積累，最終使得直放站無法正常工作。這種正反饋式干擾（干擾信號與正常通信信號的調(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）還會對數(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技術(shù)，也是信號處理領(lǐng)域一個非常重要的課題。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)對方案進(jìn)行評價。在設(shè)計中，為了驗證算法性能且保證接收端的正常工作，同時實現(xiàn)了WCDMA小區(qū)搜索的三步同步過程，并通過PC機(jī)對輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，驗證方案性能。

　　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)計框圖如圖2所示，其簡要介紹如下：

　　（1）在沒有干擾的情況下，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)計中的B點(diǎn)輸出信號為每個碼片4采樣。

　　（2）為體現(xiàn)頻域干擾抵消的作用，在系統(tǒng)中必須模擬一個干擾信號。本設(shè)計將D點(diǎn)的輸出經(jīng)過功放（Power Amplifier，PA）作為干擾信號。

　?。?）將干擾信號經(jīng)過多徑信道，反饋到B點(diǎn)與WCDMA信號疊加，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。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。

　?。?）有干擾的信號經(jīng)過頻域干擾抵消模塊，輸出抵消后的無干擾信號給同步模塊，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。對同步后的碼片信號進(jìn)行解擾解擴(kuò)后得到信息數(shù)據(jù)，如圖中G點(diǎn)輸出。

　?。?）在開關(guān)1處，可以選擇：有干擾的信號（C點(diǎn)）或者干擾抵消后的信號（D點(diǎn)）輸入同步模塊，并輸出顯示。

　　（6）在開關(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)）。