一種基于導頻信號的無源互調干擾對消方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種射頻模塊的無源互調干擾抑制方法，尤其涉及一種基于導頻信號 的無源互調干擾對消方法，屬于無線通信、衛(wèi)星通信及地面通信系統(tǒng)的抗干擾技術領域。
【背景技術】
[0002] 無源互調指，包含兩個或兩個以上頻率成分的信號通過無源器件（如雙工器、隔 離器、同軸電纜、連接器、天線、負載等）時產生除諧波外新頻率成分的一種現象。盡管線性 是無源器件所表現出的基本特性，但研究和實驗表明無源器件也具有微弱的非線性，尤其 是在大功率情況下。
[0003] 隨著輸入功率的增大，產生的無源互調干擾就越來越嚴重。在發(fā)射系統(tǒng)中，因為無 源互調產物的幅度遠低于發(fā)射信號幅度，不會影響發(fā)射信號的質量，但這些微弱的互調產 物如果通過收發(fā)共用天線系統(tǒng)進入高靈敏度的接收機，極可能超過接收機的熱噪聲底帶， 影響衛(wèi)星系統(tǒng)或基站正常工作，嚴重時甚至處于癱瘓狀態(tài)。
[0004] 為減小無源互調的影響，目前研究主要著眼于從產生機理角度出發(fā)，對系統(tǒng)整體 及其各個部件進行優(yōu)化設計，包括合理選擇收發(fā)頻段，盡量避免低階次PM落入上行頻段； 避免選用具有強非線性特性的鐵氧體或鐵磁材料；在金屬表面或金屬板內制作無氧化層或 污染薄膜的整體硬件；修整"金屬-非金屬-金屬"接觸面，增強接觸面導電性，降低其非線 性效應。
[0005] 而通過對材料和加工工藝的高要求控制，不能完全滿足目前對P頂指標的需求， 也增大了研制難度。同時，系統(tǒng)使用期間仍有可能因為溫度變化、機械連接件老化松動、接 觸面污損或腐蝕等因素加重PIM問題，影響系統(tǒng)正常工作。因而難以適應后續(xù)的發(fā)展要求。
[0006] 2008年Henrie博士采用了點-源模型對微波網絡中的無源互調失真進行研究， 提出了對消算法并通過實驗進行了驗證，但其結果具有一定的局限性。針對窄帶通信系統(tǒng)， 通過頻帶規(guī)劃和跳頻圖樣設計即可減小無源互調干擾；而對于寬帶系統(tǒng)，簡單的頻帶規(guī)劃 已經無法解決P頂問題。因此，2011年2月，3GPP TSG-RAN WG4工作組專門對P頂進行討 論，征集提案。同年，Edward A. Keehr和Ali Hajimiri提出了一種模擬重建與數字信號結 合的處理辦法進行PIM對消，但該方法需要額外的硬件支持，可移植性不強，并且其非線性 特性與系數估計都存在較大不確定度，并不適合實際應用。
[0007] 2011年5月，愛立信公司申請發(fā)明專利，提出一種采用數字信號處理的方法對P頂 干擾對消的解決方案。該方案詳細描述了兩種工作模式，參數估計模式與PIM對消模式。在 參數估計模式下，暫停接收上行信號，發(fā)送測試信號，此時落入接收頻帶的信號僅包含PM 干擾信號，從而估計出無源器件的非線性模型參數。在PIM對消模式下，利用由參數估計模 式中得到的PM模型參數，結合下行發(fā)射信號，恢復出PM干擾信號，并從接收到的上行信 號中除去，得到沒有PM干擾的上行信號，以做進一步處理。該方法需破壞原有通信體制， 周期性或者突發(fā)地中斷通信。
[0008] 2013年愛立信公司繼續(xù)申請專利，提出無需測試模式的自適應P頂干擾對消方 法，該方法消耗資源大，參數估計收斂速度無法保證，同時，需要測試信號確定參數個數。 2014年，北京理工大學、愛立信公司和華為公司均申請專利提出基于數字信號處理的自適 應P頂干擾對消方法，同樣沒有解決參數估計收斂困難的問題。
[0009] 本專利同樣采用數字信號處理的方法對P頂干擾信號進行對消，不同的是，利用 現有通信體制中的導頻信號，可以快速估計導頻時隙PM干擾信號，進而估計PM干擾模型 參數，以實現數據傳輸時隙的PM干擾對消。該方法無需對現有通信體制的導頻信號進行 修改，利用已有導頻信號，可顯著提高收斂性能，實現實時對消寬帶信號引起的PIM干擾。 該方法能夠對PIM進行實時監(jiān)測與快速抑制，同時不需要額外的硬件支持，具有很好的移 植性。
[0010] 綜上所述，目前的無源互調干擾對消方法比較復雜，收斂速度及實時對消效果不 是很好。本發(fā)明擬提出一種基于已有導頻，無需修改現有通信體制、快速估計PM的干擾對 消算法，目前還未見類似的研究成果。

【發(fā)明內容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于進一步提升對消無源互調干擾的收斂性能，提出了一種基于導 頻信號的無源互調干擾對消方法。
[0012] 本發(fā)明采用導頻時隙和數據傳輸時隙的雙時隙機制對PIM干擾信號進行實時估 計和抑制：在導頻時隙，快速估計P頂模型參數，并將結果存儲下來；在數據傳輸時隙，利用 已知的發(fā)射導頻信號及PM模型參數，重建PM干擾信號，并從接收信號中除去，完成PM 干擾對消。
[0013] 本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現的。
[0014] -種基于導頻信號的無源互調干擾對消方法，具體步驟如下：
[0015] 步驟一、利用存儲的導頻信號檢測導頻和估計空間鏈路信道的沖激響應：
[0016] 用sP(t)表示導頻信號，用hjt)為空間鏈路信道的沖激響應，hjt)估計值用 表示，則4?可采用最小均方誤差準則（MMSE準則）、最小平方準則（LS準則）或最大似然 估計準則（MLE準則）得到；
[0017] 導頻時隙的接收信號sRiP(t)可表示為：
[0018] sR，P(t) = Sp(t)*h0(t)+sPIM，p(t)+n(t) (I)
[0019] 其中，sPIM,P(t)為導頻時隙的P頂干擾信號，n(t)為噪聲，且P頂干擾信號s PIM,P(t) 和噪聲n (t)均與導頻信號sP (t)不相關；
[0020] 步驟二、去除導頻時隙接收信號中的導頻成分，得到含估計誤差的P頂干擾信號；
[0021] 具體方法為，將導頻時隙的接收信號減去步驟一檢測的導頻卷積估計的空間鏈路 沖激響應：
[0022]
(2)
[0023] 其中，Sl(t)為含估計誤差的P頂干擾信號，n'⑴為包含噪聲和估計誤差的噪 聲項；
[0024] 將公式⑵中的sPIM,P⑴等效為：
[0025]
(3)
[0026] 其中，an表示P頂非線性模型各項系數，s DiP(t)為導頻時隙的發(fā)射信號，N為考慮 的最大PM階次，hPIM(t)表示P頂信號耦合信道沖激響應。利用已知發(fā)射信號s D，P(t)和 S1 (t)，同樣可以采用不同準則估計hPIM(t)，由于涉及二維參數估計，可采用坐標下降法，并 結合已知的發(fā)射信號，自適應聯合估計PIM非線性模型參數和P頂信號耦合信道的沖激響 應；
[0027] 步驟三、在數據傳輸時隙，利用步驟二估計出來的P頂非線性模型參數和P頂信號 耦合的信道沖激響應，估計PM干擾信號：
[0028] 數據傳輸時隙接收信號sR,D (t)可表示為：
[0029] sR，D(t) = Su(t)*h0(t)+sPIM，D(t)+n(t) (4)
[0030] 其中，Su(t)表不傳輸的數據信號，sPIMiD(t)為數據傳輸時隙的PIM干擾信號；
[0031] 利用步驟二估計出來的P頂非線性模型參數和信道參數，可得數據傳輸時隙的 PM干擾信號的估計值：
[0032] (5)
[0033] 其中，先和4^ (3分別為P頂非線性模型各項系數和P頂信號耦合信道沖激響應 的估計值，sDiD(t)為數據傳輸時隙的發(fā)射信號；
[0034] 步驟四、在數據傳輸時隙，從接收信號中去除步驟三估計出來的P頂干擾信號：
[0035]
(6)
[0036] 其中，n" (t)包含噪聲和P頂干擾信號估計誤差的噪聲項；
[0037] 步驟五、利用步驟一中空間鏈路信道的沖激響應的估計結果對去除了 P頂干 擾的接收信號S2 (t)進行信道均衡；
[0038] 步驟六、將數據傳輸時隙處理的輸出信號進行同步解調信號處理；當下一個導頻 時隙到來時返回步驟一，重復步驟一至步驟六。
[0039] 有益效果