CN102185668A

CN102185668A - 在直放站中自适应测量隔离度的系统

Info

Publication number: CN102185668A
Application number: CN2011101106103A
Authority: CN
Inventors: 高展宏; 袁志巍; 田耘; 云峻岭; 刘斌; 秦彪
Original assignee: CYLIX (BEIJING) COMMUNICATION EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: Henan Lemon Zhongchuang Space Co Ltd
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2031-04-29
Also published as: CN102185668B

Abstract

一种在无线系统中用于直放站的隔离度测量系统，本发明的直放站包含天线1，天线2，控制模块和处理模块，该直放站通过对训练序列的生成和处理，自动测量出自身的天线隔离度，并通过改变训练序列的重复次数自适应地对测量策略进行调整，并且本发明采用Golay序列的重复序列作为训练序列，并采用快速相关器对其进行处理。本发明方便了工作人员对直放站的天线隔离度的测量，提高了隔离度测量的速度，并且通过对测量测量的自适应调整既可以在信道条件良好的情况下，利用相对较少的资源和相对快的速度对天线隔离度进行测量，也可以在信道条件恶劣的情况下，自动调整测量策略，保证测量的准确度。

Description

在直放站中自适应测量隔离度的系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其是直放站中隔离度测量的技术领域。

背景技术

直放站是一种在无线通信传输过程中起到信号增强作用的无线电发射中转设备。它是为了消除移动通信网的小范围信号盲区或弱信号区而设计生产的，被广泛应用于停车场，高层建筑等基站信号无法到达的信号盲区，同时对于消除城市因受高楼大厦影响而产生的室外局部信号阴影区和边远郊区的弱信号区也具有相当好的覆盖效果。直放站从传输信号分有GSM直放站、CDMA直放站和3G直放站，用以支持不同的移动通信系统；从传输方式分有无线直放站和光纤直放站，无线直放站又分无线同频直放站和无线移频直放站。

从图1可以看出，直放站的主要功能模块有：施主天线、重发天线、双工器、低噪放(LNA)、可变衰减器、带通滤波器(BPF)、功率放大器(PA)、变频单元。下面对各个模块功能进行简要介绍：

施主天线：接收蜂窝基站发射来的信号，同时将经主机放大的上行信号发送出去。

重发天线：将直放站主机送来的信号发送给用户，同时将用户的上行信号接收下来送给直放站主机部分；

低噪放(LNA)：该部分是直放机的前置级，其噪声系数小，增益高且具体值可调；

可变衰减器：由电调衰减器实现增益连续调节，调节范围大于20dB；

带通滤波器(BPF)：级间滤波器和双工滤波器采用的滤波器类型为带通，分为上行、下行两组频带，分别决定上行链路和下行链路的工作频率；

功率放大器(PA)：直放站的核心单元，包括推动级和末级，一般直接安装在机箱后壁散热器上；

变频单元：由本振、混频器、声表滤波器(SAW)、中频放大器等组成，该单元对射频信号进行上下两次混频，中频信号通过声表滤波器滤波，滤除掉中频带外的信号，达到选频的目的，同时还可以通过改变本振频率来选择不同频率的信号。

在直放站的应用中，就光纤直放站而言，对天线隔离度的要求与普通基站的要求基本一致，但是对于应用较多的无线直放站，由于是同频放大，如何有效防止直放站自激非常重要。受自身系统结构的影响，收发天线隔离度成为直放站应用中的关键问题，如果施主天线和重发天线之间的隔离度小于系统的上行或下行增益时，会导致直放站系统性能迅速下降，严重时会导致系统自激，乃至影响到基站的通话效果和指标。

通常测量隔离度是依靠信号源和频谱仪测试，这种测试办法是通过信号源和一根施主天线发射出直放站所在频段内的上行/下行射频信号，在另一根天线通过频谱仪接收此信号，则发射信号与接收信号之间的强度差即为天线隔离度，这种办法是比较精确的一种办法。但是上述方法需要在工程开通和维护时将笨重的贵重仪表携带至工地，如，信号源和频谱仪，因此不是很方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种在直放站中自适应测量隔离度的系统，使得直放站可以自动测量自身的天线隔离度，可以采用简单的系统结构快速得到测量结果，并可以对测量过程进行自适应调整。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

本发明提供一种在直放站中自适应测量隔离度的系统，该系统包括天线1，天线2，控制模块和处理模块；其特征在于：

控制模块和外部PC通过通用串口相连接，控制模块和处理模块通过通用I/O相连接，处理模块与天线1和天线2相连接；控制模块接收到来自外部PC的隔离度测量指令后，将隔离度测量参数发送给处理模块；处理模块根据接收到的隔离度测量参数生成发送信号，将发送信号通过天线1进行发送；发送信号经过衰减信道达到天线2，形成接收信号；处理模块通过天线2接收接收信号，并根据隔离度测量参数对接收信号进行处理，生成测量中间参数，并发送给控制模块；控制模块利用接收到的测量中间参数生成隔离度测量结果，并发送给外部PC；

控制模块进一步包含指令接收器、参数调整器、中间参数判断器和隔离度计算器；中间参数判断器进一步包括峰值比较器、时延比较器和可信度判断器；处理模块进一步包含信号生成模块和信号处理模块；信号生成模块进一步包括序列发生器、成形滤波器、D/A转换器、混频器、功率放大器和发送器；信号处理模块进一步包括接收器、低噪声放大器、混频器、A/D转换器、匹配滤波器、相关器、累加器和比较器；

指令接收器接收来自外部PC的隔离度测量指令；

参数调整器将序列重复次数N和测量次数C作为隔离度测量参数进行初始化；该参数调整器在收到所述隔离度测量指令后，将初始化的所述序列重复次数N分别发送给序列发生器和累加器，并以固定间隔连续发送C次；该参数调整器一旦收到可信度判断器发送的参数调整消息后，则增大序列重复次数N，并将增大后的序列重复次数N分别发送给序列发生器和累加器，并以固定间隔连续发送C次；该参数调整器将测量次数C分别发送给峰值比较器和时延比较器；

序列发生器根据所述序列重复次数N生成长度为N*L的训练序列，该序列以L为周期，重复N次，N和L均为自然数，且N＞1；

成形滤波器将序列发生器形成的训练序列进行处理，形成平滑的数字信号；

D/A转换器将成形滤波器形成的数字信号转换为基带模拟信号；

混频器将D/A转换器形成的基带模拟信号上变频为频带模拟信号；

功率放大器对混频器形成的频带模拟信号进行功率放大形成发送信号；

发送器将功率放大器形成的所述发送信号发送给天线1；

接收器接收来自天线2的所述接收信号，并将所述接收信号发送给低噪声放大器；

低噪声放大器降低所述接收信号的带外噪声，放大带内信号；

混频器将经过低噪声放大器后形成的信号从频带模拟信号下变频为基带模拟信号；

A/D转换器将混频器形成的基带模拟信号转换为数字信号；

匹配滤波器与成形滤波器相对应，将A/D转换器形成的数字信号转换为长度为N*L的数字序列；

相关器对匹配滤波器形成的数字序列进行相关计算，生成长度为N*L的相关值序列；

累加器根据参数调整器发送的所述序列重复次数N对相关器形成的相关值序列以L为周期进行N-1次累加，形成长度为L的累加值序列；

比较器对累加器形成的累加值序列中的L个元素的值进行比较，得到累加值峰值和峰值位置；将所述累加值峰值发送给峰值比较器，将所述峰值位置发送给时延比较器；

峰值比较器计算连续收到的C个累加值峰值的方差，并与预设的峰值方差门限进行比较，并将比较的结果发送给可信度判断器；

时延比较器计算连续收到的C个峰值位置的方差，并与预设的峰值位置方差门限进行比较，并将比较的结果发送给可信度判断器；

可信度判断器对所述峰值比较器发送的结果和时延比较器发送的结果进行判断；如果所述累加值峰值方差大于所述预设的峰值方差门限，或峰值位置方差大于所述预设的峰值位置方差门限，则可信度判断器向参数调整器发送所述参数调整消息；否则，可信度判断器向隔离度计算器发送所述C个累加值峰值的均值；

隔离度计算器根据收到的所述C个累加值峰值的均值计算隔离度，并将计算结果作为所述隔离度测量结果发送给外部PC。

所述增大序列重复次数N的操作可以具体为将重复次数N加倍。

所述序列发生器生成的训练序列可以为长度为256的Golay序列的N次重复。

其中，长度为256的Golay序列的构作方法如下：

设u₁＝(1，1，1，1，1，1，-1，-1，1，-1，1，-1，1，-1，-1，1)，

v₁＝(1，1，1，-1，-1，1，-1，-1，1，1，1，-1，1，-1，1，1)，

则长度为256的Golay序列表示为：

C^{(0)} = (1 + j) (v_{1} &CircleTimes; u_{1}) =

(1 + j) \times (u_{1}, u_{1}, u_{1}, - u_{1}, - u_{1}, u_{1}, - u_{1}, - u_{1}, u_{1}, u_{1}, u_{1}, - u_{1}, u_{1}, - u_{1} {, u}_{1}, u_{1})

其中：

表示Kronecker积。

若以长度为256的Golay序列的N次重复作为训练序列，则其相应的相关器可由8个延时单元和13个加法器组成，具体结构为：

(1)输入信号分为两路，一路送入第一延时单元，在延时128个时钟周期后分别送入第一加法器和第二加法器，另一路直接送到第一加法器和第二加法器；在第一加法器将两路信号相加，在第二加法器将两路信号相减。

(2)第一加法器的输出送入第二延时单元，在延时64个时钟周期后分别送入第三加法器和第四加法器；第二加法器的输出分别直接送入第三加法器和第四加法器；在第三加法器将两路信号相加，在第四加法器将两路信号相减。

(3)第三加法器的输出送入第三延时单元，在延时16个时钟周期后分别送入第五加法器和第六加法器；第四加法器的输出分别直接送入第五加法器和第六加法器；在第五加法器将两路信号相减，在第六加法器将两路信号相加。

(4)第五加法器的输出送入第四延时单元，在延时32个时钟周期后送入第七加法器；第六加法器的输出直接送到该第七加法器，在第七加法器将两路信号相减。

(5)第七加法器的输出分为两路：一路送入第五延时单元，在延时8个时钟周期后分别送入第八加法器和第九加法器，另一路直接送入第八加法器和第九加法器；在第九加法器将两路信号相加，在第八加法器将两路信号相减。

(6)第九加法器的输出送入第六延时单元，延时1个时钟周期后送入第十加法器；第八加法器的输出直接送入该第十加法器，在第十加法器将两路信号相减。

(7)第十加法器的输出分为两路：一路送入第七延时单元，在延时4个时钟周期后分别送入第十一加法器和第十二个加法器，另一路直接送入第十一加法器和第十二加法器；在第十一加法器将两路信号相加，在第十二个加法器将两路信号相减。

(8)第十一加法器的输出送入第八延时单元，在延时2个时钟周期后送入第十三加法器；第十二加法器的输出直接送入该第十三加法器，在第十三加法器将两路信号相减，得到匹配滤波器的最终输出结果。

应用本发明提出的技术方案，至少解决了三个主要技术问题：

(1)本发明提出的用于直放站的隔离度测量系统可以自动测量直放站自身的天线隔离度，使得工程人员无需将笨重的贵重仪表携带至工地进行测量，大大方便了工作人员的测量。

(2)本发明中提供的隔离度测量系统可以对测量策略进行自适应的调整，从而既可以在信道条件良好的情况下，利用相对较少的资源和相对快的速度对天线隔离度进行测量，也可以在信道条件恶劣的情况下，自动调整测量策略，保证测量的准确度。

(3)本发明将Golay序列引入上述隔离度测量系统，将Golay序列进行重复形成训练序列，并采用快速相关器的结构对其进行相关值的计算，简化了模块的结构，节省了系统资源，降低了计算量，并提高了得到隔离度值的速度。

附图说明

图1是直放站的结构示意图。

图2是本发明中自适应测量隔离度的系统构架示意图。

图3是本发明中的Golay序列的Z变换结构示意图。

图4是本发明的快速相关器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述。

如图2所示的直放站包含天线1，天线2，控制模块和处理模块。控制模块和外部PC通过通用串口相连接，控制模块和处理模块通过通用I/O相连接，处理模块与天线1和天线2相连接。控制模块接收到来自外部PC的隔离度测量指令后，将隔离度测量参数发送给处理模块；处理模块根据接收到的隔离度测量参数生成发送信号，将发送信号通过天线1进行发送；发送信号经过衰减信道达到天线2，形成接收信号。处理模块通过天线2接收接收信号，并根据隔离度测量参数对接收信号进行处理，生成测量中间参数，并发送给控制模块。控制模块利用接收到的测量中间参数生成隔离度测量结果，并发送给外部PC。

控制模块进一步包含指令接收器、参数调整器、中间参数判断器和隔离度计算器。中间参数判断器进一步包括峰值比较器、时延比较器和可信度判断器。处理模块进一步包含信号生成模块和信号处理模块。信号生成模块进一步包括序列发生器、成形滤波器、D/A转换器、混频器、功率放大器和发送器。信号处理模块进一步包括接收器、低噪声放大器、混频器、A/D转换器、匹配滤波器、相关器、累加器和比较器。

指令接收器接收来自外部PC的隔离度测量指令。参数调整器将序列重复次数N和测量次数C作为隔离度测量参数进行初始化；该参数调整器在收到隔离度测量指令后，将初始化的序列重复次数N分别发送给序列发生器和累加器，并以固定间隔连续发送C次；该参数调整器一旦收到可信度判断器发送的参数调整消息后，则增大序列重复次数N，并将增大后的序列重复次数N分别发送给序列发生器和累加器，并以固定间隔连续发送C次；该参数调整器将测量次数C分别发送给峰值比较器和时延比较器。序列发生器根据序列重复次数N生成长度为N*L的训练序列，该训练序列以L为周期，重复N次。成形滤波器将训练序列形成平滑的数字信号。D/A转换器将数字信号转换为基带的模拟信号。混频器将基带的模拟信号上变频为频带模拟信号。功率放大器对频带模拟信号进行功率放大形成发送信号。发送器将形成的发送信号发送给天线1。接收器接收来自天线2的接收信号，并将该接收信号发送给低噪声放大器。低噪声放大器降低该接收信号的带外噪声，放大带内信号。混频器将经过低噪声放大器后形成的信号从频带模拟信号下变频为基带模拟信号。A/D转换器将基带模拟信号转换为数字信号。匹配滤波器将数字信号转换为长度为N*L的数字序列。相关器对数字序列进行相关计算生成长度为N*L的相关值序列。累加器根据参数调整器发送的序列重复次数对相关值序列以L为周期进行N-1次累加，形成长度为L的累加值序列。比较器对累加值序列中的L个元素的值进行比较，得到累加值峰值和峰值位置，并将该累加值峰值发送给峰值比较器，将该峰值位置发送给时延比较器。峰值比较器计算连续收到的C个累加值峰值的方差，并与预设的峰值方差门限进行比较，并将比较的结果发送给可信度判断器。时延比较器计算连续收到的C个峰值位置的方差，并与预设的峰值位置方差门限进行比较，并将比较的结果发送给可信度判断器。可信度判断器对峰值比较器和时延比较器发送的结果进行判断；如果累加值峰值方差大于峰值方差门限，或峰值位置方差大于峰值位置方差门限，可信度判断器向参数调整器发送参数调整消息；否则，可信度判断器向隔离度计算器发送C个累加值峰值的均值。隔离度计算器根据收到的累加值峰值的均值计算隔离度，并将该计算结果作为隔离度测量结果发送给外部PC。

下面举例说明本发明具体实施里中的参数调整策略：

(1)将C的初始值设为16，N的初始值设为2，L设为256，进一步的可以将训练序列设为长度为256的Golay序列的N次重复。参数调整器将序列重复次数设为2，并发送给序列发生器，按照固定的时间间隔发送16次。

(2)序列发生器每次都生成连续的两个256长度的Golay序列作为训练序列，进行一系列的发送和接收操作后，由相关器得到长度为512的相关值序列，累加器对该相关值序列进行一次累加得到长度为256的累加值序列，比较器比较得出该256个累加值序列中的最大值作为累加值峰值，同时得出该累加值峰值所处的位置，并将该峰值及其位置发送给中间参数判断器。以上操作一共进行16次。峰值比较器计算16个峰值的方差值，并与预设的峰值方差值门限进行比较。时延比较器计算16个峰值位置的方差值，并与预设的时延方差值门限进行比较。如果可信度判断器发现两项方差值有一项大于其对应的门限值，则指示参数调整器增大序列重复次数N的值；参数调整器可以将序列重复次数N加倍，即第一次调整时由2变为4，第二次调整时由4变为8，以此类推，也可以采用其它策略来增加重复次数；参数调整器将调整后的序列重复次数发送给序列发生器，按照固定的时间间隔发送16次。

(3)按照调整后的序列重复次数，循环进行上述操作(2)，直到可信度判断器发现两项方差值均小于其对应的门限值为止。

其中，长度为256的Golay序列的构作方法如下：

v₁＝(1，1，1，-1，-1，1，-1，-1，1，1，1，-1，1，-1，1，1)，

则长度为256的Golay序列表示为：

C^{(0)} = (1 + j) (v_{1} &CircleTimes; u_{1}) =

(1 + j) \times (u_{1}, u_{1}, u_{1}, - u_{1}, - u_{1}, u_{1}, - u_{1}, - u_{1}, u_{1}, u_{1}, u_{1}, - u_{1}, u_{1}, - u_{1} {, u}_{1}, u_{1})

其中：表示Kronecker积。

Golay序列还可以采用Z变换得到，该方法如下：

上述Golay序列的迭代表示方法为：

\{\begin{matrix} a_{0} (k) = δ (k) \\ b_{0} (k) = δ (k) \\ a_{n} (k) = a_{n - 1} (k) + W_{n} b_{n - 1} (k - D_{n}) \\ b_{n} (k) = a_{n - 1} (k) - W_{n} b_{n - 1} (k - D_{n}) \end{matrix}

公式(2-2)

其中：k＝0，1，...，N-1；n＝1，2，...，8。

延迟向量为：[D₁，D₂，D₃，D₄，D₅，D₆，D₇，D₈]＝[128，64，16，32，8，1，4，2]

权重向量为：[W₁，W₂，W₃，W₄，W₅，W₆，W₇，W₈]＝[1，-1，1，1，1，1，1，1]，对于n＝4，6，令b₄(k)＝a₄(k)，b₆(k)＝a₆(k)。第8次迭代的序列之一就是长度为256的Golay序列，即C＝a₈(k)。

对迭代式(2-2)作Z变换，可得：

\{\begin{matrix} A_{0} (z) = 1 \\ B_{0} (z) = 1 \\ A_{n} (z) = A_{n - 1} (z) + W_{n} B_{n - 1} (z) z^{- D_{n}} \\ B_{n} (z) = A_{n - 1} (z) - W_{n} B_{n - 1} (z) z^{{- D}_{n}} \end{matrix}

公式(2-3)

这一迭代Z变换公式极大地节省了抽头数，简化了Golay序列的生成结构，称为快速Golay变换。将延迟向量和权重向量代入(2-3)展开可得到采用快速Golay变换的Golay序列的Z变换表示式：

X(z)＝X₁(z)X₂(z)X₃(z)

公式(2-4)

X₁(z)＝1+z^-128-z^-64(1-z^-128)+z^-16[1+z^-128+z^-64(1-z^-128)]

+z^-32{1+z^-128-z^-64(1-z^-128)-z^-16[1+z^-128+z^-64(1-z^-128)]}

公式(2-5)

X₂(z)＝1+z^-8+z^-1(1-z^-8)

公式(2-6)

X₃(z)＝1+z^-4+z^-2(1-z^-4)

公式(2-7)

可见，整个Golay序列的Z变换可由三个级联的子变换X₁(z)，X₂(z)，X₃(z)构成，其结构如图3所示。

根据上述Golay序列的Z变换结构，对应地设置相关器的结构对接收序列进行相关值计算，相关器的结构如图4所示。该相关器由8个延时单元和13个加法器组成。

通过采用本发明的快速相关器的结构，使得硬件资源得到了极大节省，且运行速度也提高了。该快速相关器的结构与传统结构相比，复杂度的降低如表1所示：

表1

由表1可见，在寄存器数目几乎不变的情况下，采用本发明所述的快速相关器，乘加单元仅是传统结构的5.1％，大大节省了资源占用率，提高了进行隔离度测量的速度。

对于本发明的控制模块可以采用单片机来实现，而本发明的处理模块中的序列发生器、成形滤波器、匹配滤波器、相关器、累加器和比较器可采用现场可编程门列阵FPGA来实现。

Claims

1.一种在直放站中自适应测量隔离度的系统，该系统包括天线1，天线2，控制模块和处理模块；其特征在于：

指令接收器接收来自外部PC的隔离度测量指令；

发送器将功率放大器形成的所述发送信号发送给天线1；

A/D转换器将混频器形成的基带模拟信号转换为数字信号；

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述增大序列重复次数N的操作为将重复次数N加倍。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述序列发生器生成的训练序列为长度为256的Golay序列的N次重复；

所述长度为256的Golay序列的构作方法为：

v₁＝(1，1，1，-1，-1，1，-1，-1，1，1，1，-1，1，-1，1，1)，

长度为256的Golay序列

C^{(0)} = (1 + j) (v_{1} &CircleTimes; u_{1}) =

(1 + j) \times (u_{1}, u_{1}, u_{1}, - u_{1}, - u_{1}, u_{1}, - u_{1}, - u_{1}, u_{1}, u_{1}, u_{1}, - u_{1}, u_{1}, - u_{1} {, u}_{1}, u_{1})

其中，

表示Kronecker积。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述相关器由8个延时单元和13个加法器组成，具体结构为：

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述控制模块采用单片机来实现。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述序列发生器、成形滤波器、匹配滤波器、相关器、累加器和比较器采用现场可编程门列阵FPGA来实现。