CN104283580B - 射频模块的无源互调pim干扰抵消方法及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频模块的无源互调PIM干扰抵消方法,及相关装置包括射频模块的数字中频单元,射频模块,和FDD基站***,以一定程度上消除射频模块中的PIM分量,减少PIM对射频模块接收性能的干扰。在本发明一些可行的实施方式中,射频模块的数字中频单元包括:获取子单元,用于从射频模块的发射通道获取数字发射信号;计算子单元,用于对所述数字发射信号做非线性变换,生成用于抵消PIM分量的抵消信号;叠加子单元,用于将所述抵消信号反向叠加在所述射频模块的接收通道,以抵消接收信号中的PIM分量。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,具体涉及一种射频模块的无源互调PIM干扰抵消方法及相关装置。
背景技术
在无线通信***中,随着固定带宽内需要通过的语音和数据信息日益增加,无源互调(Passive Inter-Modulation,PIM)成为了限制***容量的一个重要因素。无线通信***中的无源互调是由发射***中各种无源器件(如双工器,天线,馈线,射频线连接头等)的非线性特性引起的。在大功率、多信道***中,由于大功率特性,使传统的无源线性器件产生较强的非线性效应,从而产生一组新的频率如(PIM3,PIM5…),或者说产生了杂散信号—无源互调,若这些杂散的PIM信号落在接收频段内,且功率超过***中有用信号的最小幅度,就会使得接收机的灵敏度降低,影响上行吞吐率和射频模块的小区覆盖范围,进而导致无线通信***的***容量减小。
随着基站的带宽不断扩大,PIM分量击中接收载波频点的问题越发突出。射频无源器件的PIM水平与制造工艺,材料和结构设计,及安装方法相关,很难有规律地控制,并且良好的PIM水平,存在时效性问题,无源器件(如双工器,天线)出厂之后,由于其内部结构细微形变,热胀冷缩,表面空气氧化等因素影响PIM指标会逐渐恶化。因此传统的通过改进制造工艺和规范安装手段等方式,难以保证在有限的成本条件下,工程化地解决无源器件的PIM干扰接收问题。
发明内容
本发明实施例提供一种射频模块的PIM干扰抵消方法及相关装置,以一定程度上消除射频模块中的PIM分量,减少PIM对射频模块接收性能的干扰。
本发明第一方面提供一种射频模块的数字中频单元,包括:
获取子单元,用于从射频模块的发射通道获取数字发射信号;
计算子单元,用于对所述数字发射信号做非线性变换,生成用于抵消PIM分量的抵消信号;
叠加子单元,用于将所述抵消信号反向叠加在所述射频模块的接收通道,以抵消接收信号中的PIM分量。
结合第一方面,在第一种可能的实现方式中,所述计算子单元,具体用于生成所述数字发射信号的非线性基底;根据当前的抵消误差解算出非线性项系数;根据所述数字发射信号、所述非线性基底和所述非线性项系数生成抵消信号。
结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式,在第二种可能的实现方式中,所述计算子单元,具体用于根据以下公式,计算出用于抵消PIM分量的抵消信号y(k);
y(k)=∑CHn,p,q(k)*x(k-p)*NLn(|x(k-q)|);
其中,x()表示所述数字发射信号,y()表示所述抵消信号,k表示时间,p和q分别表示两个时间延迟,n用于标识不同的非线性基底,CHn,p,q()表示所述非线性项系数,NLn()是与发射信号x()相关的一个函数,x(k-p)*NLn(|x(k-q)|)表示所述非线性基底,x()和y()以及CHn,p,q()和NLn()都是时间k的函数,mu表示步长因子,LPF表示带限滤波器系数,表示卷积,conj表示共轭。
结合第一方面的第二种可能的实现方式,在第三种可能的实现方式中,所述叠加子单元,具体用于:将所述抵消信号y(k)反向叠加在所述射频模块的接收通道,使得所述接收通道中的接收信号r(k)后经抵消处理后成为e(k)=r(k)-y(k)。
本发明第二方面提供一种射频模块,用于频分双工FDD基站***,包括如本发明第一方面所述的数字中频单元。
本发明第三方面提供一种FDD基站***,包括如本发明第二方面所述的射频模块。
本发明第四方面提供一种射频模块的PIM干扰抵消方法,包括:
从射频模块的发射通道获取数字发射信号;
对所述数字发射信号做非线性变换,生成用于抵消PIM分量的抵消信号;
将所述抵消信号反向叠加在所述射频模块的接收通道,以抵消接收信号中的PIM分量。
结合第四方面,在第一种可能的实现方式中,所述对所述数字发射信号做非线性变换,生成用于抵消PIM分量的抵消信号包括:生成所述数字发射信号的非线性基底;根据当前的抵消误差解算出非线性项系数;根据所述数字发射信号、所述非线性基底和所述非线性项系数生成抵消信号。
结合第四方面或者第四方面的第一种可能的实现方式,在第二种可能的实现方式中,所述根据所述数字发射信号、所述非线性基底和所述非线性项系数生成抵消信号包括:根据以下公式,计算出用于抵消PIM分量的抵消信号y(k);
y(k)=∑CHn,p,q(k)*x(k-p)*NLn(|x(k-q)|);
其中,x()表示所述数字发射信号,y()表示所述抵消信号,k表示时间,p和q分别表示两个时间延迟,n用于标识不同的非线性基底,CHn,p,q()表示所述非线性项系数,NLn()是与发射信号x()相关的一个函数,x(k-p)*NLn(|x(k-q)|)表示所述非线性基底,x()和y()以及CHn,p,q()和NLn()都是时间k的函数,mu表示步长因子,LPF表示带限滤波器系数,表示卷积,conj表示共轭。
结合第四方面的第二种可能的实现方式,在第三种可能的实现方式中,所述将所述抵消信号反向叠加在所述射频模块的接收通道包括:将所述抵消信号y(k)反向叠加在所述射频模块的接收通道,使得所述接收通道中的接收信号r(k)后经抵消处理后成为e(k)=r(k)-y(k)。
由上可见,本发明实施例采用根据射频模块的数字发射信号生成抵消信号,将抵消信号反向叠加在射频模块的接收通道,来抵消接收信号中的PIM分量的技术方案,取得了以下技术效果:
利用根据数字发射信号生成的抵消信号来抵消PIM分量,具有实时追踪特性,可较好的消除射频模块中PIM分量的干扰,具有较高的PIM控制水平;
在射频模块的数字侧实现,架构灵活,集成度高;
克服了传统的通过改进制造工艺和规范安装手段等方式难以解决的问题,工程化地解决射频模块中无源器件的PIM干扰接收问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案,下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是现有技术中的一种射频模块的示意图;
图2是本发明实施例提供的一种射频模块的PIM干扰抵消方法的流程图;
图3是本发明实施例提供的一种射频模块的电路原理示意图;
图4是本发明实施例提供的一种射频模块的逻辑结构示意图;
图5是本发明实施例中计算子单元的一个具体示意图;
图6是本发明实施例中计算子单元的另一个具体示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种射频模块的PIM干扰抵消方法及相关装置,以一定程度上消除射频模块中的PIM分量,减少PIM对射频模块接收性能的干扰。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
本发明技术方案应用于频分双工(Frequency Division Duplexing,FDD)制式的无线通信***,如FDD-LTE(Long Term Evolution,长期演进),UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用移动通信***)或GSM(Global System for Mobile Communication,全球移动通信***),或以上任意组合的多制式通信***。具体的,本发明技术方案应用于FDD制式无线通信***的基站***,在基站***的射频模块中实现。
请参考图1,是现有技术中一种射频模块的示意图,射频模块包括接收(RX)机和发射(TX)机以及双工器(Duplexer,DUP)等。双工器的作用是将发射和接收信号相隔离,保证接收机和发射机都能同时正常工作,它是由两组不同频率的带阻滤波器组成,避免发射机的发射信号传输到接收机。双工器与天馈***(图中未示出)连接,通过天馈***发送或接收信号。
如图1所示,发射机部分包括:与双工器的发射部分(TX_DUP)连接的功率放大器(Power Amplifier,PA,简称功放),与功放连接的混频器(Mixer),与混频器连接的数模转换器(Digital to analog converter,DAC)等;其中,DAC连接到基带信号处理单元的调制器,用于将基带信号处理单元发出的数字发射信号转换为模拟发射信号;混频器用于将模拟发射信号与更高频率的本振信号(Lo)混频为高频的模拟发射信号;功放用于对模拟发射信号进行功率放大;然后,经功率放大的模拟发射信号经双工器和天馈***发射出去。本文中,将射频模块发射机用于处理发射信号的通道称为发射通道。
如图1所示,接收机部分包括:与双工器的接收部分(RX_DUP)连接的低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA),与LNA连接的声表面波滤波器(surface acoustic wave,SAW),与SAW连接的放大器,与放大器连接的混频器,与混频器连接的中频(IF)滤波器,与IF滤波器连接的模数转换器(Analogto digital converter,ADC),与ADC连接的数字下变频器(Digital DownConverter,DDC)等;其中,DDC连接到基带信号处理单元的解调器,将经ADC转换和DDC下变频的数字接收信号发送到基带信号处理单元。本文中,将射频模块接收机用于处理接收信号的通道称为接收通道。
请参考图1,通常将射频模块的数字部分,包括发射机的数字部分和接收机的数字部分,具体如图1中虚线右侧的部分,称为数字中频单元,集成在数字中频芯片中。本发明实施例技术方案,具体可以在射频模块的数字中频单元中实现。需要说明的是,图1所示的射频模块结构只是一种举例,以帮助理解,并不用于限制本发明,在其它一些实施例中,射频模块还可以采用其它结构。
下面通过具体实施例,对本发明实施例进行详细的说明。
请参考图2,本发明实施例提供一种射频模块的无源互调(PIM)干扰抵消方法,可包括:
110、从射频模块的发射通道获取数字发射信号。
本发明针对射频模块的无源互调问题,尤其射频模块中的天馈***的无源互调问题,通过在射频模块的数字中频单元对落入接收通道的PIM分量进行建模,计算并输出抵消信号,消除PIM分量对射频模块接收性能的干扰,为射频模块提供更加可靠和有效的对抗PIM干扰的方法。
请参考图3,本发明实施例方法,可以由数字中频单元新增的一个PIM干扰抵消装置来实施。该装置可以从射频模块的数字中频单元的发射通道获取数字发射信号,后续将基于获取的数字发射信号来生成用于抵消PIM分量的抵消信号。该PIM干扰抵消装置可以是记忆非线性***,图3中用PIM RXC(ReceiverCancellation,接收机抵消)表示。
120、对数字发射信号做非线性变换,生成用于抵消PIM分量的抵消信号。
本发明实施例中,通过PIM干扰抵消装置对获取的数字发射信号做非线性变换,来生成与实际的PIM分量大小相等、方向相反的信号,作为抵消信号。本发明一些实施例中,本步骤具体可以包括:
a、生成所述数字发射信号的非线性基底。所谓的非线性基底,就是数字发射信号经过一组形如x*f(|x|,t)的非线性数学变换,构成一组线性空间的基,所谓基就是一组向量,满足以下两个条件:1、这组向量线性无关;2、向量空间中任何向量均可由这组向量线性表示出。其中,x表示发射信号,f是与发射信号相关的一个函数,t表示时间,f是x和t的函数。
b、根据当前的抵消误差解算出非线性项系数。本发明实施例中,通过实时检测前一时刻或多个时刻的抵消信号的抵消后误差,来解算非线性项系数。所谓非线性项系数,就是由于数字发射信号经过非线性基底变换后,再经过线性变换,映射成输出信号。在该过程中线性变换系数,代表了各个非线性项的对结果影响的权重,因此叫做非线性项的系数。
c、根据所述数字发射信号、所述非线性基底和所述非线性项系数,例如将以上各项相乘并累加,生成抵消信号。
具体的,可采用以下公式,对PIM分量建立非线性记忆模型,计算出用于抵消PIM分量的抵消信号:
y(k)=∑CHn,p,q(k)*x(k-p)*NLn(|x(k-q)|);
其中,x()表示数字发射信号,y()表示抵消信号,k表示时间,p和q分别表示两个时间延迟,n用于标识不同的非线性基底(不同的非线性基底有不同的非线性项系数),CHn,p,q()表示非线性项系数,x(k-p)*NLn(|x(k-q)|)表示非线性基底,NLn()是与发射信号x()相关的一个函数,x()和y()以及CHn,p,q()和NLn()都是时间k的函数,mu表示步长因子,LPF表示带限滤波器系数,表示卷积,conj表示共轭。
130、将所述抵消信号反向叠加在所述射频模块的接收通道,以抵消接收信号中的PIM分量。
如图3所示,本发明实施例中,通过将PIM干扰抵消装置输出的抵消信号y(k)反向叠加在射频模块的接收通道,来抵消接收信号r(k)中混入的PIM分量,经抵消处理后接收信号可表示为e(k)=r(k)-y(k)。具体的,PIM干扰抵消装置的输出端位于数字下变频器(DCC)与解调器之间,经抵消处理后的接收信号e(k)被输送到解调器或者说基带信号处理单元进行处理。
以上,本发明实施例公开了一种射频模块的PIM干扰抵消方法,应用于FDD制式的无线通信***,该方法具体可在在基站***射频模块的数字中频单元中实现。该方法在数字中频单元侧,利用数字发射信号,通过记忆非线性***PIM RXC生成一个与实际PIM分量大小相等、方向相反的抵消信号分量,反向叠加在接收通道,实现针对PIM分量的抵消。该方法通过利用上述公式,对PIM RXC***进行实时训练,可保证***的追踪特性。
本发明实施例方法,为了在特定的频带获得良好矫正性能,针对非线性记忆模型设计了窄带(带限)最优准则的自适应解算处理方法和实时解算单元,可在射频通道和非线性模块特性发生漂移(如温度,结构胀缩变化)的场景下,快速求解模型非线性项系数,对外部特性保持跟踪性能。同时,窄带最优准则能够对抗空间中存在的其他频带的信号能量干扰,保证解算的稳定性和可靠性。
由上可见,本发明实施例采用根据射频模块的数字发射信号生成抵消信号,将抵消信号反向叠加在射频模块的接收通道,来抵消接收信号中混入的PIM分量的技术方案,取得了以下技术效果:
利用根据数字发射信号生成的抵消信号来抵消PIM分量,具有实时追踪特性,可较好的消除射频模块中PIM分量的干扰,具有较高的PIM控制水平;
在射频模块的数字侧实现,架构灵活,集成度高;
克服了传统的通过改进制造工艺和规范安装手段等方式难以解决的问题,工程化地解决射频模块中无源器件的PIM干扰接收问题。
为了更好的实施本发明实施例的上述方案,下面还提供用于配合实施上述方案的相关装置。
请参考图4,本发明实施例提供一种射频模块的数字中频单元,可包括:
获取子单元201,用于从射频模块的发射通道获取数字发射信号;
计算子单元202,用于对所述数字发射信号做非线性变换,生成用于抵消PIM分量的抵消信号;
叠加子单元203,用于将所述抵消信号反向叠加在所述射频模块的接收通道,以抵消接收信号中的PIM分量。
本发明一些实施例中,所述计算子单元202具体可用于:生成所述数字发射信号的非线性基底;根据当前的抵消误差解算出非线性项系数;将所述数字发射信号、所述非线性基底和所述非线性项系数相乘并累加,生成抵消信号。
进一步的,所述计算子单元202具体可用于根据以下公式,计算出用于抵消PIM分量的抵消信号y(k);
y(k)=∑CHn,p,q(k)*x(k-p)*NLn(|x(k-q)|);
其中,x()表示所述数字发射信号,y()表示所述抵消信号,k表示时间,p和q分别表示两个时间延迟,n用于标识不同的非线性基底,CHn,p,q()表示所述非线性项系数,NLn()是与发射信号x()相关的一个函数,x(k-p)*NLn(|x(k-q)|)表示所述非线性基底,x()和y()以及CHn,p,q()和NLn()都是时间k的函数,mu表示步长因子,LPF表示带限滤波器系数,表示卷积,conj表示共轭。
本发明一些实施例中,所述叠加子单元203,具体可用于:将所述抵消信号y(k)反向叠加在所述射频模块的接收通道,使得所述接收通道中的接收信号r(k)后经抵消处理后成为e(k)=r(k)-y(k)。
请参考图5和6,所述计算子单元具体可包括:
非线性基底生成单元,应用单元和解算单元;其中,
非线性基底生成单元用于生成所述数字发射信号的非线性基底;
解算单元,用于解算出非线性项系数;
应用单元,用于根据数字输入信号、非线性基底和非线性项系数,生成抵消信号。
应用单元,又可称为前向系数应用单元,具体可包括多个模型系数应用单元,多个模型系数应用单元分别用于处理不同时延的信号;多个模型系数应用单元的输出结果累加,得到所需要的抵消信号。
以上,应用单元用来生成抵消信号;解算单元用来根据当前的抵消误差调整非线性项系数实现自适应的过程。在解算单元中,特别设计了窄带通滤波器(即LPF,带限滤波器),有三个好处,一,加入窄带滤波器后,非线性***的最优准则发生改变,窄带滤波器的通带相当于对感兴趣的频带的收敛误差进行高权重加权,提高对感兴趣的接收频段的建模精度;二,窄带滤波器的阻带,相当于对感兴趣的频带外的收敛误差进行低权重加权,可以控制建模系数频域响应中带外能量在长期迭代过程中发生的漂移和发散;三,带限滤波器还可能够抑制空间中存在的其他频带的信号能量,减轻其对解算的随机影响,提升稳定性和可靠性。该滤波器通带与接收频段完全重合;可通过射频模块的板上底层软件根据接收载波的位置动态生成并给予配置。
由上可见,本发明实施例采用根据射频模块的数字发射信号生成抵消信号,将抵消信号反向叠加在射频模块的接收通道,来抵消接收信号中混入的PIM分量的技术方案,取得了以下技术效果:
利用根据数字发射信号生成的抵消信号来抵消PIM分量,具有实时追踪特性,可较好的消除射频模块中PIM分量的干扰,具有较高的PIM控制水平;
在射频模块的数字侧实现,架构灵活,集成度高;
克服了传统的通过改进制造工艺和规范安装手段等方式难以解决的问题,工程化地解决射频模块中无源器件的PIM干扰接收问题。
本发明实施例还提供一种射频模块,用于FDD基站***,包括如图4实施例所述的数字中频单元。
本发明实施例还提供一种FDD基站***,包括上述的射频模块。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详细描述的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
需要说明的是,对于前述的各方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本发明并不受所描述动作顺序的限制,因为依据本发明,某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储介质中,存储介质可以包括:ROM、RAM、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种射频模块的PIM干扰抵消方法及相关装置进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种射频模块的数字中频单元,其特征在于,包括:
获取子单元,用于从射频模块的发射通道获取数字发射信号;
计算子单元,用于对所述数字发射信号做非线性变换,生成用于抵消PIM分量的抵消信号;
叠加子单元,用于将所述抵消信号反向叠加在所述射频模块的接收通道,以抵消接收信号中的PIM分量;
所述计算子单元,具体用于生成所述数字发射信号的非线性基底;根据当前的抵消误差解算出非线性项系数;根据所述数字发射信号、所述非线性基底和所述非线性项系数生成抵消信号;
其中,所述根据当前的抵消误差解算出非线性项系数具体为,实时检测前一时刻或多个时刻的抵消信号的抵消后误差,来解算出非线性项系数。
2.根据权利要求1所述的数字中频单元,其特征在于,
所述计算子单元,具体用于根据以下公式,计算出用于抵消PIM分量的抵消信号y(k);
y(k)=∑CHn,p,q(k)*x(k-p)*NLn(x(k-q));
其中,x()表示所述数字发射信号,y()表示所述抵消信号,k表示时间,p和q分别表示两个时间延迟,n用于标识不同的非线性基底,CHn,p,q()表示所述非线性项系数,NLn()是与发射信号x()相关的一个函数,x(k-p)*NLn(|x(k-q)|)表示所述非线性基底,x()和y()以及CHn,p,q()和NLn()都是时间k的函数,mu表示步长因子,LPF表示带限滤波器系数,表示卷积,conj表示共轭;e表示抵消处理后信号。
3.根据权利要求2所述的数字中频单元,其特征在于,
所述叠加子单元,具体用于:将所述抵消信号y(k)反向叠加在所述射频模块的接收通道,使得所述接收通道中的接收信号r(k)后经抵消处理后成为e(k)=r(k)-y(k)。
4.一种射频模块,用于频分双工FDD基站***,其特征在于,包括如权利要求1至3中任一所述的数字中频单元。
5.一种频分双工FDD基站***,其特征在于,包括如权利要求4所述的射频模块。
6.一种射频模块的无源互调PIM干扰抵消方法,其特征在于,包括:
从射频模块的发射通道获取数字发射信号;
对所述数字发射信号做非线性变换,生成用于抵消PIM分量的抵消信号;
将所述抵消信号反向叠加在所述射频模块的接收通道,以抵消接收信号中的PIM分量;
所述对所述数字发射信号做非线性变换,生成用于抵消PIM分量的抵消信号包括:
生成所述数字发射信号的非线性基底;
根据当前的抵消误差解算出非线性项系数;
根据所述数字发射信号、所述非线性基底和所述非线性项系数生成抵消信号;
其中,所述根据当前的抵消误差解算出非线性项系数具体为,实时检测前一时刻或多个时刻的抵消信号的抵消后误差,来解算出非线性项系数。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述根据所述数字发射信号、所述非线性基底和所述非线性项系数生成抵消信号包括:
根据以下公式,计算出用于抵消PIM分量的抵消信号y(k);
y(k)=∑CHn,p,q(k)*x(k-p)*NLn(x(k-q));
其中,x()表示所述数字发射信号,y()表示所述抵消信号,k表示时间,p和q分别表示两个时间延迟,n用于标识不同的非线性基底,CHn,p,q()表示所述非线性项系数,NLn()是与发射信号x()相关的一个函数,x(k-p)*NLn(|x(k-q)|)表示所述非线性基底,x()和y()以及CHn,p,q()和NLn()都是时间k的函数,mu表示步长因子,LPF表示带限滤波器系数,表示卷积,conj表示共轭;e表示抵消处理后信号。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述将所述抵消信号反向叠加在所述射频模块的接收通道包括:
将所述抵消信号y(k)反向叠加在所述射频模块的接收通道,使得所述接收通道中的接收信号r(k)后经抵消处理后成为e(k)=r(k)-y(k)。
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