專利名稱：高性能gsm選頻ics直放站的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信領域，尤其是直放站領域，具體涉及一種高性能的GSM選頻ICS直放站。
背景技術：
隨著我國移動通信事業(yè)的飛速發(fā)展，移動通信用戶量正不斷地增加，以至蜂窩規(guī)劃越來越小，基站位置越來越低；直放站是一種用于彌補移動網(wǎng)絡中基站覆蓋不足，擴大基站覆蓋范圍，填充覆蓋盲區(qū)的一種極其有效的設備。對于ICS無線直放站，其原理一般如

圖1所示，一般包括第一收發(fā)天線、模擬下變頻、數(shù)字模塊、模擬上變頻和第二收發(fā)天線，其中，數(shù)字模塊主要包括順次連接的ADC數(shù)模轉換模塊、DDC模塊、DUC模塊和DAC模數(shù)轉換模塊。上述通信過程中，克服多徑干擾、降低出錯率，是提高系統(tǒng)通信質量一個非常重要的問題，特別是當信道特性不固定時，該問題尤為突出?，F(xiàn)有技術中的一般做法是采用自適應濾波器來解決該問題。而自適應濾波器的核心就是自適應算法，而自適應算法有很多，如LMS算法(基于最小均方準則的最小均方算法)、LMS算法的改進算法(例如歸一化NLMS算法)和RLS算法(基于最小二乘準則的遞推最小二乘算法)等，這些算法已經(jīng)廣泛應用于通信、系統(tǒng)辨識、信號處理和自適應控制等領域。其中，基于LMS算法及其改進算法的優(yōu)點是消耗資源較少、結構簡單，適用于特征值擴散度較小的信號中(比如WCDMA)，有較好的效果，然而對于特征值擴散度較大的系統(tǒng)(如GSM系統(tǒng))，使用LMS算法及其改進算法，收斂速度較慢而且收斂后平方誤差較大即對消效果不理想。而RLS算法復雜度高，所需運算量大，而且如果被估計的自相關矩陣的逆失去正定性，還將引起算法發(fā)散使得算法不夠穩(wěn)定；因此現(xiàn)有技術中出現(xiàn)了一種更有效逆QR分解的RLS自適應算法(IQRD-RLS)，該經(jīng)典IQRD-RLS算法利用FPGA流水線方式有效降低計算復雜度、改善矩陣條件數(shù)，具有比基于相關矩陣的最小二乘算法有更好的數(shù)值穩(wěn)定性。該算法的主要優(yōu)點是可以采用脈動陣，并在考慮量化效應時改善算法的數(shù)值特性。逆QR分解方法避免了 RLS問題的不準確求解問題，并且確保相關矩陣的正定性。但是現(xiàn)有的經(jīng)典IQRD-RLS算法雖然降低了一定的計算復雜度，但是其含有平方根，這個是在運行中需要大量的時間與資源的，容易超出復雜度合理范圍。

發(fā)明內容
因此，針對上述的問題，本發(fā)明提出一種高性能GSM選頻ICS直放站，其采用無開方的、流水線型的改進型IQRD-RLS算法，收斂速度快、收斂效果好，且對特征值擴散度較大時性能影響并不大，尤其適用于GSM系統(tǒng)，從而解決現(xiàn)有技術之不足。另外，通過對算法設置外圍電路，大大降低了計算復雜度，使其適用于GSM系統(tǒng)。為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的思路是，對現(xiàn)有的經(jīng)典IQRD-RLS算法進行改進(即基于IQRD-RLS的改進型算法)，其對輸入信號的自相關矩陣的逆進行遞推估計更新，收斂速度快，收斂性能與輸入信號的頻譜特性無關。由于基于IQRD-RLS的改進型算法是無開方的、流水線型的改進型IQRD-RLS算法，其沒有開方操作，所以計算量大大降低，可以在有限周期內完成權值的更新計算。且因為改進型IQRD-RLS算法計算結果有產(chǎn)生權值，且認為無線傳播模型IOms內相關矩陣變化不大，即IOms內自相關矩陣及權值變化不大，則可以將算法復用，應用于多個子載波，可以有效的降低資源消耗，利于實際應用。具體的，本發(fā)明所采用的技術方案是，一種高性能GSM選頻ICS直放站，包括順次連接的第一收發(fā)天線、模擬下變頻、數(shù)字模塊、模擬上變頻和第二收發(fā)天線；其中，所述數(shù)字模塊包括順次連接的ADC數(shù)模轉換模塊、DDC模塊、噪聲自適應對消模塊、DUC模塊和DAC模數(shù)轉換模塊；所述噪聲自適應對消模塊包括降低算法復雜度的外圍電路以及實現(xiàn)改進型IQRD-RLS算法的自適應濾波算法模塊，所述外圍電路包括第一濾波器、第二濾波器、第三濾波器、第四濾波器、第一抽取模塊、第二抽取模塊、插值模塊、減法器以及移位寄存器，第一濾波器的輸出端接于第一抽取模塊的輸入端，第二濾波器的輸出端接于第二抽取模塊的輸入端，第一抽取模塊的輸出端和第二抽取模塊的輸出端接于自適應濾波算法模塊的輸入端，自適應濾波算法模塊的輸出端接于插值模塊的輸入端，插值模塊的輸出端接于第三濾波器的輸入端，第三濾波器的輸出端以及DDC模塊的輸出端接于減法器的輸入端，減法器的輸出端接于第二濾波器的輸入端和第四濾波器的輸入端，第四濾波器的輸出端接于移位寄存器的輸入端以及DUC模塊的輸入端,移位寄存器的輸出端接于第一濾波器的輸入端。上述噪聲自適應對消模塊中，減法器，其作用是將一路疊加有噪聲信號的輸入信號data0_in減去另一路計算得到的估計噪聲信號7_111，輸出濾除了噪聲信號后的輸出信號 dataO ；第四濾波器，其作用是濾除減法器輸出的輸出信號dataO中出現(xiàn)在有用頻譜以外的信號，輸出信號data0_out ；移位寄存器，其作用是將第四濾波器輸出的信號data0_out延時,輸出延時后的延時噪聲信號；第一濾波器，其作用是將`移位寄存器輸出的延時信號進行濾波處理，濾除抽取時產(chǎn)生的混疊，輸出第一信號u_n '；第一抽取模塊，其作用是將第一濾波器輸出的第一信號u_n '抽取處理，輸出噪聲信號u_n ；第二濾波器，其作用是將減法器輸出的輸出信號dataO進行濾波處理，濾除抽取時產(chǎn)生的混疊，輸出濾除噪聲后的第二信號^!^ ;第二抽取模塊，其作用是將第二濾波器輸出的第二信號e_n Z抽取處理，輸出濾除噪聲后的信號e_n ；自適應濾波算法模塊，其作用是將第一抽取模塊輸出的噪聲信號u_n以及第二抽取模塊輸出的濾除噪聲后的信號e_n，采用基于IQRD-RLS的改進型算法進行計算，輸出第二號 y_n ；插值模塊，其作用是將自適應濾波算法模塊輸出的第三信號y_n插值處理，輸出插值后的信號y_n '；第三濾波器，其作用是將插值模塊輸出的插值后的信號y_n '進行濾波處理，濾除插值后產(chǎn)生的鏡像，輸出估計噪聲信號y_nl。
上述噪聲自適應對消模塊中，外圍電路將估計噪聲信號y_nl與疊加有噪聲信號的輸入信號data0_in相減得到輸出信號dataO,再通過運算將輸出信號dataO中的噪聲信號濾除，最后得到濾除了噪聲后的信號e_n。自適應濾波算法模塊中，第一濾波器firO_l、第二濾波器fir0_2為了濾除降采樣(第一抽取模塊和第二抽取模塊)時產(chǎn)生的混疊，fir0_3的濾波器為了濾除升采樣(插值模塊)后的鏡像，第一濾波器fir0_l，第二濾波器fir0_2，第三濾波器fir0_3不會降低有用信號的質量，不影響算法的性能，第四濾波器fir0_4為了濾除整個噪聲自適應對消模塊的自適應對消后的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在有用頻譜以外的信號，第四濾波器fir0_4的濾波效果與DDC模塊之前的濾波效果相仿，此第四濾波器提升了自適應濾波算法的性能。該結構降低了權值的個數(shù)與采樣速率，雖然與現(xiàn)有技術的算法相比，多出了四個濾波器，然而在低采樣率下，其資源消耗遠遠小于算法所需資源，所以該結構便出現(xiàn)在該設計中可降低算法復雜度。所述第一抽取模塊和第二抽取模塊是進行D倍抽取，即每D個數(shù)據(jù)抽取I個或者每間隔(D-1)個數(shù)據(jù)則抽樣取出一個，該抽取會使得信號采樣率降低D倍；所述插值模塊是進行I倍插值，即數(shù)據(jù)序列相鄰兩點之間插入(1-1)個零值點，該插值模塊提高信號采樣率。作為一個優(yōu)選的可行方案，第一抽取模塊和第二抽取模塊是進行兩倍抽取，所述插值模塊是進行兩倍插值。所述減法器采用累加器實現(xiàn)，將其中一個值取反后相加得出相減結果。另外，所述自適應濾波算法模塊可以采用現(xiàn)有的經(jīng)典IQRD-RLS算法。為了提高效率，本發(fā)明還提供一種改進型IQRD-RLS算法，以使該自適應濾波算法模塊更適合于GSM選頻ICS直放站中。具體的，該自適應濾波算法模塊具體執(zhí)行以下步驟:設定權值:
權利要求
1.一種高性能GSM選頻ICS直放站，包括順次連接的第一收發(fā)天線、模擬下變頻、數(shù)字模塊、模擬上變頻和第二收發(fā)天線；其中，所述數(shù)字模塊包括順次連接的ADC數(shù)模轉換模塊、DDC模塊、噪聲自適應對消模塊、DUC模塊和DAC模數(shù)轉換模塊；其特征在于: 所述噪聲自適應對消模塊包括降低算法復雜度的外圍電路以及實現(xiàn)改進型IQRD-RLS算法的自適應濾波算法模塊； 所述外圍電路包括:第一濾波器、第二濾波器、第三濾波器、第四濾波器、第一抽取模塊、第二抽取模塊、插值模塊、減法器以及移位寄存器；其中，減法器，其作用是將一路疊加有噪聲信號的輸入信號dataO_in減去另一路計算得到的估計噪聲信號y_nl，輸出濾除了噪聲信號后的輸出信號dataO ； 第四濾波器，其作用是濾除減法器輸出的輸出信號dataO中出現(xiàn)在有用頻譜以外的信號，輸出信號dataO_out ； 移位寄存器，其作用是將第四濾波器輸出的信號dataO_out延時，輸出延時后的延時噪聲信號； 第一濾波器，其作用是將移位寄存器輸出的延時信號進行濾波處理，濾除抽取時產(chǎn)生的混疊，輸出第一信號u_n '； 第一抽取模塊，其作用是將第一濾波器輸出的第一信號u_n '抽取處理，輸出噪聲信號 u_n ； 第二濾波器，其作用是將減法器輸出的輸出信號dataO進行濾波處理，濾除抽取時產(chǎn)生的混疊，輸出濾除噪聲后的第二信號e_n "； 第二抽取模塊，其作用是將第二濾波器輸出的第二信號e_n '抽取處理，輸出濾除噪聲后的信號e_n ； 自適應濾波算法模塊，其作用是將第一抽取模塊輸出的噪聲信號u_n以及第二抽取模塊輸出的濾除噪聲后的信號e_n，采用基于IQRD-RLS的改進型算法進行計算，輸出第三信號 y_n ； 插值模塊，其作用是將自適應濾波算法模塊輸出的第三信號y_n插值處理，輸出插值后的信號y_n ^ ； 第三濾波器，其作用是將插值模塊輸出的插值后的信號y_n '進行濾波處理，濾除插值后產(chǎn)生的鏡像，輸出估計噪聲信號y_nl ； 上述噪聲自適應對消模塊的連接關系如下:第一濾波器的輸出端接于第一抽取模塊的輸入端，第二濾波器的輸出端接于第二抽取模塊的輸入端，第一抽取模塊的輸出端和第二抽取模塊的輸出端接于自適應濾波算法模塊的輸入端，自適應濾波算法模塊的輸出端接于插值模塊的輸入端，插值模塊的輸出端接于第三濾波器的輸入端，第三濾波器的輸出端以及DDC模塊的輸出端接于減法器的輸入端，減法器的輸出端接于第二濾波器的輸入端和第四濾波器的輸入端，第四濾波器的輸出端接于移位寄存器的輸入端以及DUC模塊的輸入端，移位寄存器的輸出端接于第一濾波器的輸入端。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高性能GSM選頻ICS直放站，其特征在于:所述第一抽取模塊和第二抽取模塊是進行D倍抽取，所述插值模塊是進行I倍插值。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種高性能GSM選頻ICS直放站，其特征在于:所述第一抽取模塊和第二抽取模塊是進行兩倍抽取，所述插值模塊是進行兩倍插值。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種高性能GSM選頻ICS直放站，其特征在于:所述自適應濾波算法模塊執(zhí)行以下步驟:步驟 1:設定權值:w= [w(l, I), w(2, I), w(3，I), w(4, 1)]τ ；設定噪聲信號 u_n:X=[x (m)，X (m-1)，x (m-2)，x (m-3)]； 設定混合了噪聲信號的輸出信號dataO: s_n=s_n (m)；
5.根據(jù)權利要求4所述的一種高性能GSM選頻ICS直放站，其特征在于: 步驟2中，流水線I的具體計算公式如下: 令gammal=l ;該參數(shù)最后用于計算權值； templ=l ;該參數(shù)為臨時數(shù)據(jù)； u =0 ^_aux w Uaux (I,: ) =HllldHtUaux (I,: ) ；Uaux (I,:)表示第一行的所有數(shù)據(jù)；akaux(l, I) = Uaux (I,:)*xT ；xT 表示 x 矩陣的轉置；z_i=akaux(l，I) ;z_i 是一臨時數(shù)據(jù)；gamma2=gammal+templ氺((neal (z_i)) 2+(imag (z_i)) 2) ;gamma2 用于流水線 2;akaux(l, 1)=0 ；s_i= (z_i*templ)/gamma2; temp2= (gammal*templ) /gamma2; temp2 用于流水線 2 ； u_aux(l, D = u_aux (I, l)+conj(s_i)*Uaux(l, I)Uaux (I, D = Uaux (I, l)-z_i*u—龜(1，I) 故流水線I傳給流水線2的數(shù)據(jù)為gamma2、temp2> u aux (I, I)； 步驟3中，流水線2的其具體計算公式如下: Uaux (2,: ) =nmd*Uaux (2,: ) ；Uaux (2,:)表示第二行的所有數(shù)據(jù)； akaux (2, I) = Uaux (2,:)*χτ ;χτ 表示 χ 矩陣的轉置； z_i=akaux(2, I) ；z_i 是一臨時數(shù)據(jù)；gamma3=gamma2+temp2* ((neal (z_i))2+ (imag (z_i))2) ; gamma3 用于流水線 3 ；akaux (2, 1)=0 ；s_i= (z_i*temp2)/gamma3; temp3= (gamma2*temp2) /gamma3; temp3 用于流水線 3 ； u_aux(l, D = u_aux (I, l)+conj (s_i)*Uaux(2, I)， u_aux (2，I) = u_aux (2，I) +con j (s_i) *Uaux (2，2)，Uaux (2，I) =Uaux (2, l)-z_i*u—龜(1，1) Uaux (2, 2) =Uaux (2, 2)-z_i*u aux(2, I) 故流水線2傳給流水線3的數(shù)據(jù)為gamma3、temp3> u aux (I, I)和u—aux(2, I)； 流水線3和流水線4具體的計算公式同流水線2的計算公式，最終得到更新后的u aux和 gamma5。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種高性能GSM選頻ICS直放站，其特征在于:所述自適應濾波算法模塊還包括算法復用步驟:存儲通過步驟1-步驟6計算得到的Uam數(shù)組，在更新權值的載波時調用該Uaux數(shù)組進行步驟2-步驟6的5級流水線計算，其余載波利用已有權值，計算得到濾除噪聲后的信號e_n，其使用公式表示如下:Y^=Wj 氺χΤ;e_n=s_n-y_n0
7.根據(jù)權利要求4所述的一種高性能GSM選頻ICS直放站，其特征在于:步驟I中，·δ =0.5。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高性能GSM選頻ICS直放站，包括順次連接的第一收發(fā)天線、模擬下變頻、數(shù)字模塊、模擬上變頻和第二收發(fā)天線；其中，所述數(shù)字模塊包括順次連接的ADC數(shù)模轉換模塊、DDC模塊、噪聲自適應對消模塊、DUC模塊和DAC模數(shù)轉換模塊；所述噪聲自適應對消模塊包括降低算法復雜度的外圍電路以及實現(xiàn)改進型IQRD-RLS算法的自適應濾波算法模塊，其中，所述外圍電路包括第一濾波器、第二濾波器、第三濾波器、第四濾波器、第一抽取模塊、第二抽取模塊、插值模塊、減法器以及移位寄存器。本發(fā)明采用無開方的、流水線型的改進型IQRD-RLS算法，收斂速度快、收斂效果好，且對特征值擴散度較大時性能影響并不大，尤其適用于GSM系統(tǒng)。
文檔編號H04L25/03GK103199913SQ201310114390
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權日2013年4月3日
發(fā)明者高心煒, 康忠林, 卓開泳 申請人:福建京奧通信技術有限公司