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行處理，干擾和期望信號的疊加信號會再次被送進功放，再進行放大轉發(fā)，干擾信號的強度會一直積累，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，也是信號處理領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，利用自適應干擾抵消器來減少直放站設備的同頻反饋干擾成為首選方案。在所有的自適應方案中，尤以頻域算法在性能和復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)字自適應干擾抵消技術的實現(xiàn)，并從功率譜密度和星座圖以及誤差向量幅度（Error Vector Measure，EVM）等性能指標對方案進行評價。在設計中，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機對輸入輸出數(shù)據(jù)進行比對分析，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，總體設計框圖如圖2所示，其簡要介紹如下：

　?。?）在沒有干擾的情況下，所采集的數(shù)據(jù)源從A點輸入，然后將其構造為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轉，在本設計中的B點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。本設計將D點的輸出經(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點與WCDMA信號疊加，再進入干擾抵消模塊。為了抵消干擾，將E點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。同步模塊進行三步搜索，得到幀頭以及擾碼信息。對同步后的碼片信號進行解擾解擴后得到信息數(shù)據(jù)，如圖中G點輸出。

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

　　（6）在開關2處，可以選擇：數(shù)據(jù)源直接顯示（A點），或者是同步后解出的數(shù)據(jù)顯示（G點）。