本發(fā)明涉及一種基于濾波器組的上行噪聲抑制方法中噪聲門限設(shè)置的優(yōu)化,應(yīng)用于LTE分布式數(shù)字中繼通信系統(tǒng)中,屬于無線通信領(lǐng)域。
背景技術(shù):
由于無線信號的傳輸特性以及各種不同地形的限制,在信號傳輸過程中信號持續(xù)衰弱,導(dǎo)致信號無法到達(dá)一些特定地域,將這些特定區(qū)域稱為“盲區(qū)”,如高樓、地下室、隧道、地鐵、城市邊緣和郊區(qū)等區(qū)域,在盲區(qū)內(nèi)人們的移動(dòng)設(shè)備均無法實(shí)現(xiàn)有效通信。針對盲區(qū)的問題,目前在3GPP(The 3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴計(jì)劃)協(xié)議LTE(Long Term Evolution,長期演進(jìn))中引入了中繼Relay技術(shù),來延伸無線信號的覆蓋。
在現(xiàn)有技術(shù)中,LTE分布式數(shù)字中繼是延伸基站覆蓋范圍,消除信號覆蓋盲區(qū)的良好選擇。它的作用是對基站或移動(dòng)臺發(fā)出的射頻信號進(jìn)行接收并放大后再轉(zhuǎn)發(fā)出去,起到一個(gè)信號中繼放大的作用,是無線通信系統(tǒng)中的一種同頻放大設(shè)備。LTE數(shù)字中繼系統(tǒng)通常由一個(gè)近端單元和多個(gè)分布式的遠(yuǎn)端單元構(gòu)成。
其工作的基本原理是:近端單元是面向基站端的,近端單元的施主天線一般安裝在施主基站信號較好的位置,這使得中繼器可以接收到較為穩(wěn)定的信號源,從而更好地發(fā)揮中繼的性能。遠(yuǎn)端單元是面向用戶端的,其硬件電路和功能與近端單元基本類似,二者之間通過光纖或電纜進(jìn)行連接。在上行鏈路中,遠(yuǎn)端單元的射頻收發(fā)模塊通過雙工器由一體化天線接收來自用戶端的上行射頻信號,經(jīng)一體化射頻收發(fā)器將射頻信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳遞給數(shù)字基帶處理模塊;在數(shù)字基帶處理模塊中對數(shù)字信號進(jìn)行同步、自動(dòng)增益控制、數(shù)字濾波等處理后,按一定幀格式打包成串行數(shù)據(jù),發(fā)送給數(shù)字接口模塊;數(shù)字接口模塊中根據(jù)采用的傳輸介質(zhì)的不同,如光纖、電纜,將相應(yīng)的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為光信號或以太網(wǎng)信號發(fā)送給近端單元。近端單元的數(shù)字接口模塊將從遠(yuǎn)端單元接收到的光信號或以太網(wǎng)信號解幀后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字接收信號;然后數(shù)字基帶處理模塊將多路數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字合并后,再經(jīng)過數(shù)字信號處理后,經(jīng)過射頻收發(fā)模塊的一體化射頻收發(fā)器將數(shù)字信號DA轉(zhuǎn)換為射頻信號,最后通過雙工器由一體化天線發(fā)送給基站。下行鏈路工作流程是上行鏈路工作流程的逆過程。
分布式數(shù)字中繼雖然有擴(kuò)大了基站的覆蓋范圍、遠(yuǎn)距離傳輸衰落小、組網(wǎng)方式靈活等優(yōu)點(diǎn),但是,由于LTE數(shù)字光纖直放站其仍然存在基站底噪被抬升的缺點(diǎn),并嚴(yán)重影響基站的上行接收靈敏度,從而降低了基站的利用率。針對其底噪聲抬升的缺點(diǎn),人們提出了在中繼端增加底噪聲抑制模塊來抑制底噪聲的影響,主要是原理是將接收到的LTE數(shù)字基帶信號通過一個(gè)分析濾波器組,得到各資源塊子頻帶數(shù)字信號;接著計(jì)算出各資源塊數(shù)字信號的能量,并將當(dāng)前計(jì)算出的能量與設(shè)置的噪聲門限進(jìn)行比較,當(dāng)輸入信號能量譜小于噪聲門限,則該資源塊子頻帶信號輸出為0,若輸入信號能量大于噪聲門限,才將該資源塊子頻帶輸入信號無失真輸出。本發(fā)明主要針對其中的噪聲門限的設(shè)置做了進(jìn)一步的優(yōu)化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
發(fā)明目的:針對上述現(xiàn)有技術(shù),提出一種基于濾波器組的上行噪聲抑制方法,適用于LTE通信系統(tǒng)中,用于解決現(xiàn)有技術(shù)中LTE數(shù)字中繼系統(tǒng)存在的基站底噪抬升的問題。
技術(shù)方案:一種LTE分布式中繼系統(tǒng)中具有自適應(yīng)噪聲門限的上行噪聲抑制方法,包括如下步驟:
在遠(yuǎn)端單元的該底噪聲抑制模塊中,首先將接收到的LTE上行數(shù)字基帶信號通過一個(gè)分析濾波器組,得到各資源塊子頻帶數(shù)字信號;接著將其均通過獨(dú)立的功率計(jì)算單元,計(jì)算出各資源塊數(shù)字信號功率及當(dāng)前底噪聲功率;由自適應(yīng)噪聲門限模塊根據(jù)計(jì)算而得的當(dāng)前底噪聲功率更新當(dāng)前噪聲門限值,得到噪聲開啟門限和噪聲關(guān)閉門限;接著在判別單元中將當(dāng)前計(jì)算出各資源塊數(shù)字信號功率與噪聲門限進(jìn)行比較,當(dāng)輸入信號檢測功率值小于噪聲關(guān)閉門限時(shí),則該資源塊子頻帶信號輸出為0,若輸入信號檢測功率值逐漸增大并大于噪聲開啟門限時(shí),才將該資源塊子頻帶輸入信號無失真輸出;各資源塊子頻帶信號通過所述功率計(jì)算及所述判別單元后,再通過與分析濾波器組相對應(yīng)的綜合濾波器組,從而得到重構(gòu)后的LTE數(shù)字基帶信號。
進(jìn)一步的,針對經(jīng)過一個(gè)M通道分析濾波器組濾波后各個(gè)資源塊子頻帶的數(shù)字信號,所述功率計(jì)算單元實(shí)時(shí)計(jì)算其信號功率的方法為:通過大小為N的窗口來觀察計(jì)算窗口內(nèi)數(shù)字符號的平均功率,待計(jì)算信號yk(n)符號依次移位通過窗口即可,檢測的功率Ek(n)表示為:
其中數(shù)字信號為yk(n),k=0,1,...,M-1,為LTE數(shù)字基帶信號經(jīng)過M通道分析濾波器組后,得到的第k個(gè)資源塊子頻帶的信號;N為功率計(jì)算單元窗口大??;yk(n-i)表示i個(gè)采樣點(diǎn)前yk(n)值;
所述功率計(jì)算單元計(jì)算當(dāng)前底噪聲功率的方法為:分析濾波器濾波后的非LTE上行資源塊子頻帶的信號即為當(dāng)前底噪聲,計(jì)算當(dāng)前底噪聲的功率即得到當(dāng)前環(huán)境噪聲的功率Pn(i)。
進(jìn)一步的,所述自適應(yīng)噪聲門限模塊中,所述噪聲開啟門限Pth1(i),由下式得出:
Pth1(i)=Pth0+β(i)
其中,Pth0為預(yù)先設(shè)置的噪聲開啟門限初始值,β(i)為噪聲門限變化量,Pn(i-1)為上一時(shí)刻的環(huán)境噪聲功率,Cp和α是兩個(gè)控制門限變化的參數(shù),α用于改變門限整體波動(dòng)趨勢快慢,Cp用于改變門限瞬間抖動(dòng)的范圍;
所述噪聲關(guān)閉門限Pth2(i)由下式得到:
Pth2(i)=Pth1(i)-Dif(dB)
其中,Dif為噪聲開啟門限和噪聲關(guān)閉門限之間的差值,Dif取3~5dB。
有益效果:(1)本發(fā)明應(yīng)用在LTE分布式中繼系統(tǒng)的遠(yuǎn)端單元中,上行傳輸方向增加底噪聲抑制模塊,對上行基帶數(shù)字信號進(jìn)行濾波器組濾波可以有效去除信號帶外噪聲的干擾,對濾波后各資源塊子頻帶基帶信號的功率檢測和門限判別,通過與噪聲開啟門限和噪聲關(guān)閉門限的比較,對底噪聲進(jìn)行了抑制。使得該LTE分布式中繼系統(tǒng)只對上行有用信號進(jìn)行放大,從而有效地避免了基站底噪被抬升的缺陷,極大的改善了基站的上行接收靈敏度。
(2)本發(fā)明中設(shè)置兩個(gè)噪聲門限,即噪聲開啟門限和噪聲關(guān)閉門限,而不是傳統(tǒng)的一個(gè)噪聲門限,這樣的好處在于避免了判決器開關(guān)會頻繁切換,造成對有用信號的錯(cuò)誤判斷帶來的截?cái)喾蔷€性誤差。
(3)本發(fā)明中采用自適應(yīng)噪聲門限設(shè)置模塊對噪聲門限進(jìn)行實(shí)時(shí)更新,可以使噪聲門限值隨著環(huán)境噪聲的變化而變化,使底噪聲的抑制更加準(zhǔn)確,避免了底噪聲變化時(shí)噪聲判決門限的不合理設(shè)置。
附圖說明
圖1是本發(fā)明適用的LTE分布式數(shù)字中繼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明中上行底噪聲抑制模塊原理框圖。
圖3是本發(fā)明中自適應(yīng)噪聲門限工作示意圖。
圖4是本發(fā)明中自適應(yīng)門限方法的噪聲開啟門限隨噪聲能量更新情況仿真圖。
圖5是采用本發(fā)明中噪聲抑制模塊與傳統(tǒng)方法的系統(tǒng)誤比特率仿真對比圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
圖1是本發(fā)明適用的LTE分布式數(shù)字中繼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。如圖1,LTE分布式數(shù)字中繼系統(tǒng)通常由一個(gè)近端單元和多個(gè)分布式的遠(yuǎn)端單元構(gòu)成。近端單元是面向基站端的,近端單元的施主天線一般安裝在施主基站信號較好的位置,這使得中繼器可以接收到較為穩(wěn)定的信號源,從而更好地發(fā)揮中繼的性能。遠(yuǎn)端單元是面向用戶端的,其硬件電路和功能與近端單元基本類似,二者之間通過光纖或電纜進(jìn)行連接。各遠(yuǎn)端單元和近端單元之間可以有靈活的組網(wǎng)方式,以滿足通信系統(tǒng)的要求。
圖2給出了本發(fā)明中上行底噪聲抑制模塊原理框圖。如圖2,本發(fā)明LTE分布式中繼系統(tǒng)中底噪聲抑制方法以如下步驟進(jìn)行:
1)依據(jù)LTE系統(tǒng)中資源塊數(shù)目設(shè)需要分析濾波器組通道數(shù)為M,設(shè)該M通道濾波器組的分析濾波器組為H0(z),H1(z),...,HM-1(z),相應(yīng)的綜合濾波器組為G0(z),G1(z),...,GM-1(z)。將LTE數(shù)字基帶信號通過該M通道分析濾波器組后,得到各資源塊子頻帶數(shù)字信號y0(n),y1(n),...,yM-1(n)。
2)為了實(shí)時(shí)計(jì)算數(shù)字信號yk(n)的功率,通過大小為N的窗口來觀察計(jì)算窗口內(nèi)數(shù)字符號的平均功率,信號yk(n)符號依次移位通過窗口即可。檢測的功率Ek(n)可表示為:
其中,N為功率計(jì)算單元窗口大小;yk(n-i)表示i個(gè)采樣點(diǎn)前yk(n)值。
3)分析濾波器濾波后的非LTE上行資源塊子頻帶的信號即為當(dāng)前底噪聲,計(jì)算當(dāng)前底噪聲的功率即得到當(dāng)前環(huán)境噪聲的功率Pn(i)。
4)設(shè)置自適應(yīng)噪聲門限模塊中的噪聲開啟門限初始值Pth0,控制門限變化的參數(shù)Cp和α,Pth0可以降低非白高斯噪聲,如帶內(nèi)的諧波、單譜干擾等情況下造成的干擾;由下式得出當(dāng)前噪聲開啟門限值Pth1(i)。
Pth1(i)=Pth0+β(i)
并由得到的噪聲開啟門限值Pth1(i)按下式計(jì)算得到當(dāng)前噪聲關(guān)閉門限值Pth2(i)。
Pth2(i)=Pth1(i)-Dif(dB)
其中,β(i)為噪聲門限變化量,Pn(i-1)為上一時(shí)刻的環(huán)境噪聲功率,Dif為噪聲開啟門限和噪聲關(guān)閉門限之間的差值,Dif一般取3~5dB。α取得較大時(shí),門限Pth隨噪聲變化的速度較慢,反之則較快。而Cp可以控制門限跳動(dòng)幅度直接受輸入噪聲影響的大小。所以,α主要影響整體波動(dòng)趨勢快慢,Cp主要影響其瞬間抖動(dòng)的范圍。α和Cp的取值應(yīng)綜合考慮決定,和系統(tǒng)功率檢測窗口大小、LTE系統(tǒng)的時(shí)隙符號數(shù)目有很大關(guān)系,Cp通常取值0.5~3.0,α可取值100~1000。
5)根據(jù)2)中計(jì)算的功率值與噪聲門限進(jìn)行比較,若當(dāng)前系統(tǒng)為噪聲抑制狀態(tài)時(shí),只有計(jì)算的能量值Ek(n)大于噪聲開啟門限Pth1(i),才讓該資源塊子頻帶數(shù)字信號無失真通過,系統(tǒng)進(jìn)入信號通過狀態(tài),否則置為0;若當(dāng)前系統(tǒng)為信號通過狀態(tài)時(shí),只有計(jì)算的能量值Ek(n)小于噪聲關(guān)閉門限Pth2(i),才將該資源塊子頻帶數(shù)字信號置0,系統(tǒng)進(jìn)入噪聲抑制狀態(tài),否則無失真通過。
6)將上述得到的經(jīng)過噪聲抑制的各資源塊子頻帶信號經(jīng)過步驟1)中的綜合濾波器組G0(z),G1(z),...,GM-1(z),得到重構(gòu)的數(shù)字基帶信號x′(n)。x′(n)即為經(jīng)過底噪聲抑制模塊后的數(shù)字基帶信號。
圖3為中自適應(yīng)噪聲門限工作示意圖。如圖3所示,y0(n),y1(n),...,yM-1(n)是從分析濾波器組輸出的各個(gè)子帶的數(shù)字信號,通過計(jì)算其平方和得到各個(gè)子帶內(nèi)的功率及當(dāng)前環(huán)境噪聲的功率Pn(i);自適應(yīng)門限模塊根據(jù)當(dāng)前環(huán)境噪聲的功率Pn(i)實(shí)時(shí)更新當(dāng)前噪聲門限值;判決器對各個(gè)子帶內(nèi)能量與判決門限進(jìn)行比較,得到判決結(jié)果。
圖4給出了本發(fā)明中自適應(yīng)門限方法的噪聲開啟門限隨噪聲能量更新情況仿真圖。如圖4所示,仿真中,控制門限變化的參數(shù)α取值為800,Cp取值為2,可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)環(huán)境噪聲變化時(shí),門限值可以隨著環(huán)境噪聲的變化而自適應(yīng)地調(diào)整。
圖5給出了采用本發(fā)明中噪聲抑制模塊與傳統(tǒng)方法的系統(tǒng)誤比特率仿真對比圖。如圖4所示,仿真中,n=2,表示中繼系統(tǒng)中有2個(gè)遠(yuǎn)端單元,從仿真曲線可以看出,采用設(shè)置本發(fā)明方法的噪聲抑制模塊能夠使信號信噪比進(jìn)一步提升,從而使系統(tǒng)的誤比特率得到更好的改善。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。