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(wú)線通信領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于無(wú)線信號(hào)的傳輸特性以及各種不同地形的限制，在信號(hào)傳輸過(guò)程中信號(hào)持續(xù)衰弱，導(dǎo)致信號(hào)無(wú)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(wú)法實(shí)現(xiàn)有效通信。針對(duì)盲區(qū)的問(wèn)題，目前在3GPP(The 3^rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計(jì)劃)協(xié)議LTE(Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn))中引入了中繼Relay技術(shù)，來(lái)延伸無(wú)線信號(hào)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(hào)覆蓋盲區(qū)的良好選擇。它的作用是對(duì)基站或移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的射頻信號(hào)進(jìn)行接收并放大后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，起到一個(gè)信號(hào)中繼放大的作用，是無(wú)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(hào)較好的位置，這使得中繼器可以接收到較為穩(wěn)定的信號(hào)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(guò)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(guò)雙工器由一體化天線接收來(lái)自用戶端的上行射頻信號(hào)，經(jīng)一體化射頻收發(fā)器將射頻信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)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(duì)數(shù)字信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)或以太網(wǎng)信號(hào)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(hào)或以太網(wǎng)信號(hào)解幀后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字接收信號(hào)；然后數(shù)字基帶處理模塊將多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字合并后，再經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理后，經(jīng)過(guò)射頻收發(fā)模塊的一體化射頻收發(fā)器將數(shù)字信號(hào)DA轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，最后通過(guò)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(guò)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(duì)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(lái)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(hào)通過(guò)一個(gè)分析濾波器組，得到各資源塊子頻帶數(shù)字信號(hào)；接著計(jì)算出各資源塊數(shù)字信號(hào)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(hào)能量譜小于噪聲門限，則該資源塊子頻帶信號(hào)輸出為0，若輸入信號(hào)能量大于噪聲門限，才將該資源塊子頻帶輸入信號(hào)無(wú)失真輸出。本發(fā)明主要針對(duì)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(duì)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(wèn)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(hào)通過(guò)一個(gè)分析濾波器組，得到各資源塊子頻帶數(shù)字信號(hào)；接著將其均通過(guò)獨(dú)立的功率計(jì)算單元，計(jì)算出各資源塊數(shù)字信號(hào)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(hào)功率與噪聲門限進(jìn)行比較，當(dāng)輸入信號(hào)檢測(cè)功率值小于噪聲關(guān)閉門限時(shí)，則該資源塊子頻帶信號(hào)輸出為0，若輸入信號(hào)檢測(cè)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(hào)無(wú)失真輸出；各資源塊子頻帶信號(hào)通過(guò)所述功率計(jì)算及所述判別單元后，再通過(guò)與分析濾波器組相對(duì)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(hào)。

進(jìn)一步的，針對(duì)經(jīng)過(guò)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(hào)，所述功率計(jì)算單元實(shí)時(shí)計(jì)算其信號(hào)功率的方法為：通過(guò)大小為N的窗口來(lái)觀察計(jì)算窗口內(nèi)數(shù)字符號(hào)的平均功率，待計(jì)算信號(hào)y_k(n)符號(hào)依次移位通過(guò)窗口即可，檢測(cè)的功率E_k(n)表示為：

其中數(shù)字信號(hào)為y_k(n),k＝0,1,...,M-1，為L(zhǎng)TE數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)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(hào)；N為功率計(jì)算單元窗口大??；y_k(n-i)表示i個(gè)采樣點(diǎn)前y_k(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(hào)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P_n(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P_th1(i)，由下式得出：

P_th1(i)＝P_th0+β(i)

其中，P_th0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，P_n(i-1)為上一時(shí)刻的環(huán)境噪聲功率，C_p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(shì)快慢，C_p用于改變門限瞬間抖動(dòng)的范圍；

所述噪聲關(guān)閉門限P_th2(i)由下式得到：

P_th2(i)＝P_th1(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(duì)上行基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波器組濾波可以有效去除信號(hào)帶外噪聲的干擾，對(duì)濾波后各資源塊子頻帶基帶信號(hào)的功率檢測(cè)和門限判別，通過(guò)與噪聲開啟門限和噪聲關(guān)閉門限的比較，對(duì)底噪聲進(jìn)行了抑制。使得該LTE分布式中繼系統(tǒng)只對(duì)上行有用信號(hào)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(huì)頻繁切換，造成對(duì)有用信號(hào)的錯(cuò)誤判斷帶來(lái)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(duì)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(shuō)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(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)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(hào)較好的位置，這使得中繼器可以接收到較為穩(wěn)定的信號(hào)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(guò)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),...,H_M-1(z)，相應(yīng)的綜合濾波器組為G₀(z),G₁(z),...,G_M-1(z)。將LTE數(shù)字基帶信號(hào)通過(guò)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(hào)y₀(n),y₁(n),...,y_M-1(n)。

2)為了實(shí)時(shí)計(jì)算數(shù)字信號(hào)y_k(n)的功率，通過(guò)大小為N的窗口來(lái)觀察計(jì)算窗口內(nèi)數(shù)字符號(hào)的平均功率，信號(hào)y_k(n)符號(hào)依次移位通過(guò)窗口即可。檢測(cè)的功率E_k(n)可表示為：

其中，N為功率計(jì)算單元窗口大?。粂_k(n-i)表示i個(gè)采樣點(diǎn)前y_k(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(hào)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P_n(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P_th0，控制門限變化的參數(shù)C_p和α，P_th0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P_th1(i)。

P_th1(i)＝P_th0+β(i)

并由得到的噪聲開啟門限值P_th1(i)按下式計(jì)算得到當(dāng)前噪聲關(guān)閉門限值P_th2(i)。

P_th2(i)＝P_th1(i)-Dif(dB)

其中，β(i)為噪聲門限變化量，P_n(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P_th隨噪聲變化的速度較慢，反之則較快。而C_p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(shì)快慢，C_p主要影響其瞬間抖動(dòng)的范圍。α和C_p的取值應(yīng)綜合考慮決定，和系統(tǒng)功率檢測(cè)窗口大小、LTE系統(tǒng)的時(shí)隙符號(hào)數(shù)目有很大關(guān)系，C_p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E_k(n)大于噪聲開啟門限P_th1(i)，才讓該資源塊子頻帶數(shù)字信號(hào)無(wú)失真通過(guò)，系統(tǒng)進(jìn)入信號(hào)通過(guò)狀態(tài)，否則置為0；若當(dāng)前系統(tǒng)為信號(hào)通過(guò)狀態(tài)時(shí)，只有計(jì)算的能量值E_k(n)小于噪聲關(guān)閉門限P_th2(i)，才將該資源塊子頻帶數(shù)字信號(hào)置0，系統(tǒng)進(jìn)入噪聲抑制狀態(tài)，否則無(wú)失真通過(guò)。

6)將上述得到的經(jīng)過(guò)噪聲抑制的各資源塊子頻帶信號(hào)經(jīng)過(guò)步驟1)中的綜合濾波器組G₀(z),G₁(z),...,G_M-1(z)，得到重構(gòu)的數(shù)字基帶信號(hào)x′(n)。x′(n)即為經(jīng)過(guò)底噪聲抑制模塊后的數(shù)字基帶信號(hào)。

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),...,y_M-1(n)是從分析濾波器組輸出的各個(gè)子帶的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)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P_n(i)；自適應(yīng)門限模塊根據(jù)當(dāng)前環(huán)境噪聲的功率P_n(i)實(shí)時(shí)更新當(dāng)前噪聲門限值；判決器對(duì)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，C_p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(duì)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(hào)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(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。