WCDMA直放站回波对消方案设计

华 强，夏哲雷，朱怀环，祝建英

(1.中国计量学院信息工程学院，浙江 杭州 310018;2.三维通信股份有限公司，浙江 杭州 310053)

WCDMA直放站［1－2］作为对 WCDMA 网络覆盖延伸的一种优选方案。它接收基站侧的WCDMA信号，经过带通滤波、放大，再经由天线传播发射出去，可以有效地覆盖基站系统中不能达到的覆盖盲区或弱区。

自激问题［3］一直是无线直放站应用中的软肋，由于收发信号属于同频信号，接收天线在接收基站侧有用信号的同时，也会接收到发射天线发出的回波信号以及经由山体等障碍物反射回来的多径信号。要是收发天线之间的隔离度不够，将会导致直放站自激，无法正常工作。

为解决自激问题，传统的无线直放站一般采用提高收发天线的距离，采用高前后比的天线，精心调整收发天线的朝向等物理方法，这就意味着架设耗时和安装成本的提高。为此，本文研究的WCDMA直放站回波对消技术，利用数字信号处理技术，跟踪信道特性，产生跟回波信号相同的抵消信号，在源头上解决直放站的自激问题。

1 回波对消的方案设计

以下行链路为例，带回波对消功能的WCDMA直放站的原理图如图1所示。

射频信号经过RF滤波、下变频、AD转换、基带处理、DA转换、滤波，经过功放放大再由天线发射出去。其中关键的ICS模块是在数字中频FPGA与DSP中实现的。

图1 带回波抵消功能的无线WCDMA直放站原理框图

1.1 信道初估计

发射伪随即序列作为训练序列来对信道进行初估计［4］。选取的伪随机序列是由确定方法产生的，所以它的频谱特性等是已知的。同时它还具有随机序列的某些随机特性，故广泛应用在扩频系统和卫星导航中。它具有很强的自相关性，且与WCDMA信号不相关，对发射的训练序列经过信道响应后与本地序列做相关性运算，很容易就能够提取到相关峰，故可以粗略地得到信道的时延以及幅度信息，原理如图2所示。采用的伪随机序列为CAZAC码。

图2 信道初估计原理框图

图2中，S(n)为原始信号;C(n)为信道的冲激响应;St(n)为发射信号;Se(n)为回波信号，则

接收端接收到的信号Sr(n)为

将其与本地训练序列做相关性运算并做频域分析，因为该训练序列与WCDMA信号不相关，故可简化为

作IFFT逆变换即可得到信道的冲激响应函数

1.2 LMS自适应跟踪

由于真实信道的幅频特性是时变的，因此需要对其进行实时跟踪，采用归一化NLMS算法［5］来实现。上一步信道初估计得到的信道冲击响应可以作为自适应滤波的初始抽头系数，以此加快LMS算法的收敛。

传统的LMS算法［6－7］以自适应滤波器输出信号与期望信号之间的最小均方误差作为判据。滤波器的输出信号为

式中:X(n)= ［X0(n)，X1(n)，X2(n)，…，XL(n)］T代表输入输号;W= ［W0，W1，W2，W3，…，WL］T代表自适应滤波器的抽头系数。误差信号为

根据最陡下降法得到的抽头系数更新公式为

μ是LMS算法的步长因子，定步长算法因为其在收敛速度与稳态误差之间的固有矛盾，所以采用归一化NLMS变步长算法。抽头系数的更新公式为

利用误差信号对算法的抽头系数不停迭代，最终收敛达到接近最佳维纳解，即接近真实的空间信道。

最后利用参考信号与经过上述自适应滤波器产生的抽头系数共同作用产生逼近真实回波信号的对消信号，来实现回波抵消的功能。

2 计算机仿真

通过MATLAB以及Simulink根据WCDMA标准产生WCDMA信号［8］，模拟空间信道产生回波信号，并利用回波对消功能实现对消仿真。

原始信号经过串并变换、扩频、加扰之后进行脉冲成型调制得到WCDMA信号，利用Simulink进行脉冲成型以及调制过程如图3所示。

图3 WCDMA信号脉冲成型及调制过程(截图)

利用MATLAB产生回波信号，其幅度和时延信息由delay和信噪比SNR给出，信源为CAZAC码元，经过模拟的空间信道衰减，与本地的码元做相关性运算，估计出的信道响应与给定的空间信道响应，可以看出估计的信道比较接近真实信道，估计信道在底部的噪声是由于回波信号中的噪声引起的震荡，也可知该信道初估计方法在信噪比较高的情况下有较好的效果。

将之前生成的WCDMA信号导入到Simulink的模块当中，构建的回波抵消模块如图4所示，其中的核心LMS算法模块如图5所示。信道初估计结果如图6所示，原始导入的WCDMA信号如图7所示，经过Simulink构建NLMS回波对消模块后得到的剩余信号仿真结果如图8所示，收敛过程如图9所示。

以上设计已在WCDMA直放站数字板FPGA硬件电路上编程实现并进行了测试，根据标准搭建的测试平台，开启ICS功能的直放站对隔离度的要求，能从标准要求的G+15 dB降低到G－20 dB，即隔离度改善了35 dB，其有效性得到了验证。

3 结论

针对WCDMA无线直放站同频回波干扰问题，根据WCDMA标准，利用数字信号处理技术，设计了一种回波抵消的方案，通过仿真验证了该方案的可行性，能够大幅减小传统无线直放站对隔离度必须大于直放站增益15 dB以上的要求，同此可在相同隔离度的条件下提高直放站的增益，扩大覆盖范围。

图9 收敛曲线(截图)

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