LTE分布式中继系统中的上行噪声抑制方法与流程

本发明涉及无线通信领域，特别是涉及LTE分布式中继系统中的上行噪声抑制方法。

背景技术：

移动通信技术是指移动设备之间的通信或移动设备和固定设备之间的通信，目前，通常在某个区域内，多个基站互相之间组成一个蜂窝状的网络，通过控制基站与移动设备之间信号的相互发送和接收来实现移动通信信号的传输。移动通信技术在迅速发展和创新的同时，也有一些问题有待解决。由于无线信号的传输特性以及各种不同地形的限制，在信号传输过程中信号持续衰弱，导致信号无法到达一些特定地域，将这些特定区域称为“盲区”，如高楼、地下室、隧道、地铁、城市边缘和郊区等区域，在盲区内人们的移动设备均无法实现有效通信。

应对这个问题，目前在3GPP(The 3^rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划)协议LTE(Long Term Evolution，长期演进)中引入了中继Relay技术，来延伸无线信号的覆盖。在LTE中定义了三种类型的Relay技术，分别是层1Relay、层2Relay和层3Relay。层1Relay技术不会对信号进行解码，只是直接将信号进行放大和转发，使得在对信号进行放大的同时也会抬升底噪。层2Relay设备应用在MAC层，对接收到数据块进行解码，再进行编码和转发；层3Relay设备对接收到的IP数据包进行转发，具有和基站类似的空口协议结构。然而，层2Relay技术与层3Relay技术虽然不会抬升施主基站底噪，但已被证明存在效率低、时延较大、设备复杂和成本较高等缺点。

在现有技术中，LTE分布式数字中继是延伸基站覆盖范围，消除信号覆盖盲区的良好选择。它的作用是对基站或移动台发出的射频信号进行接收并放大后再转发出去，其本身属于采用层1Relay技术的设备，起到一个信号中继放大的作用，是无线通信系统中的一种同频放大设备。LTE数字中继系统通常由一个近端单元和多个分布式的远端单元构成。

其工作的基本原理是：近端单元是面向基站端的，近端单元的施主天线一般安装在施主基站信号较好的位置，这使得中继器可以接收到较为稳定的信号源，从而更好地发挥中继的性能。远端单元是面向用户端的，其硬件电路和功能与近端单元基本类似，二者之间通过光纤或电缆进行连接。在上行链路中，远端单元的射频收发模块通过双工器由一体化天线接收来自用户端的上行射频信号，经一体化射频收发器将射频信号经AD转换为数字信号后传递给数字基带处理模块；在数字基带处理模块中对数字信号进行同步、自动增益控制、数字滤波等处理后，按一定帧格式打包成串行数据，发送给数字接口模块；数字接口模块中根据采用的传输介质的不同，如光纤、电缆，将相应的数字信号转化为光信号或以太网信号发送给近端单元。近端单元的数字接口模块将从远端单元接收到的光信号或以太网信号解帧后转换为相应的数字接收信号；然后数字基带处理模块将多路数字信号进行数字合并后，再经过数字信号处理后，经过射频收发模块的一体化射频收发器将数字信号DA转换为射频信号，最后通过双工器由一体化天线发送给基站。下行链路工作流程是上行链路工作流程的逆过程。

分布式数字中继虽然有扩大了基站的覆盖范围、远距离传输衰落小、组网方式灵活等优点，但是，由于LTE数字光纤直放站其仍然存在基站底噪被抬升的缺点，并严重影响基站的上行接收灵敏度，从而降低了基站的利用率。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的基站底噪抬升的问题的LTE分布式中继系统中的上行噪声抑制方法。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的LTE分布式中继系统中的上行噪声抑制方法，LTE分布式中继系统中接收到的上行信号变成数字基带信号后，首先将数字基带信号通过M通道分析滤波器组，并进行M倍抽取，得到低速率的各资源块数字信号；然后将各资源块的数字信号分别通过功率计算单元和判别单元，计算出各资源块数字信号的能量，并将各资源块数字信号能量与噪声门限进行比较：如果资源块数字信号能量小于噪声门限，则该资源块频段信号输出为0，如果数字信号能量谱大于噪声门限，则将该资源块频段数字信号进行无失真输出；再将各资源块输出信号通过M通道综合滤波器组，并进行M倍插值，得到重构后的LTE数字基带信号。

进一步，所述功率计算单元的计算方法为：通过大小为N的窗口来观察计算窗口内数字符号的平均功率，信号y(n)符号依次移位通过窗口，检测的资源块数字信号能量E(n)可表示为：

进一步，所述噪声门限按照如下方法进行设置：先测量出LTE分布式中继系统的底噪声，再将噪声门限设置为比底噪声大3dB。

进一步，分析滤波器组的多相结构如式(2)所示，综合滤波器组的多相结构如式(4)所示；

式(2)中，为分析滤波器组，E_k,l(z^M)为分析滤波器组的多相分量，k＝0,1,...,M-1，l＝0,1,...,M-1，M为数字基带信号划分成的子带的数目，E_k,l(z^M)如式(3)所示；

式(3)中，h_k(n)为分析滤波器组中第k个滤波器的冲激响应，N为第k个分析滤波器的阶数；

式(4)中，[G₀(z) G₁(z) … G_M-1(z)]为综合滤波器组，R_k,l(z^M)为综合滤波器组的多相分量，R_k,l(z^M)如式(5)所示：

式(5)中，g_k(n)为综合滤波器组中第k个滤波器的冲激响应，N为第k个综合滤波器的阶数。

有益效果：本发明对上行基带数字信号进行滤波器组滤波，可以有效去除信号带外噪声的干扰，对滤波后各资源块基带信号的功率计算和门限判别，只允许功率大于设定的噪声门限值的子频带基带信号执行通过，小于设定的噪声门限值的时间点信号直接置零，使得该LTE分布式中继系统只对上行有用信号进行放大，从而有效地避免了基站底噪被抬升的缺陷，极大的改善了基站的上行接收灵敏度。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的LTE分布式中继系统的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中的LTE分布式中继远端单元的原理框图；

图3为本发明具体实施方式中的上行底噪声抑制模块的原理框图；

图4为本发明具体实施方式中的分析滤波器组中各滤波器的幅频响应的结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。

如图1所示，LTE分布式中继系统通常由一个近端单元和多个分布式的远端单元构成。近端单元是面向基站端的，近端单元的施主天线一般安装在施主基站信号较好的位置，这使得中继器可以接收到较为稳定的信号源，从而更好地发挥中继的性能。远端单元是面向用户端的，其硬件电路和功能与近端单元基本类似，二者之间通过光纤或电缆进行连接。各远端单元和近端单元之间可以有灵活的组网方式，以满足通信系统的要求。

图2给出了LTE分布式中继远端单元的原理框图。在上行链路中，远端单元的射频收发模块通过双工器由一体化天线接收来自用户端的上行射频信号，经一体化射频收发器将射频信号经功率放大器、AD转换为数字信号后传递给数字基带处理模块；在数字基带处理模块中对数字信号进行同步、自动增益控制、数字滤波等处理，如图2所示，本具体实施方式提出的上行噪声抑制方法就体现在底噪声抑制模块中，信号经过底噪声抑制模块处理后再按一定帧格式打包成串行数据，发送给数字接口模块；数字接口模块中根据采用的传输介质的不同，如光纤、电缆，将相应的数字信号转化为光信号或以太网信号发送给近端单元。下行链路工作流程是上行链路工作流程的逆过程。

上行噪声抑制方法如图3所示，包括以下步骤：首先将数字基带信号通过分析滤波器组，得到各资源块频段的数字信号；然后将各资源块频段的数字信号分别通过功率计算单元和判别单元，计算出各资源块频段的数字信号的能量，并将各资源块频段数字信号能量与噪声门限进行比较：如果数字信号能量谱小于噪声门限，则该资源块频段信号输出为0，如果数字信号能量谱大于噪声门限，则将该资源块频段数字信号进行无失真输出；再将各资源块频段输出信号通过综合滤波器组，得到重构后的LTE数字基带信号。

其中，功率计算单元的计算方法为：通过大小为N的窗口来观察计算窗口内数字符号的平均功率，信号y(n)符号依次移位通过窗口，检测的功率E(n)可表示为：

噪声门限按照如下方法进行设置：先测量出LTE分布式中继系统的底噪声，再将噪声门限设置为比底噪声大3dB。

滤波器组包括分析滤波器组和综合滤波器组，依据LTE系统中资源块数目设需要将数字基带信号划分为M个子带，则需要设计一个M通道滤波器组，设M通道滤波器组的分析滤波器组为H₀(z),H₁(z),...,H_M-1(z)，相应的综合滤波器组为

G₀(z),G₁(z),...,G_M-1(z)。基带信号经过分析滤波器组后可以对信号再进行M倍抽取，使信号工作在较低抽样率状态下，在综合滤波器组之前相应的有M倍的内插器。其中，分析滤波器组如式(2)所示，综合滤波器组如式(5)所示；

式(2)中，为分析滤波器组，E_k,l(z^M)为分析滤波器组的多相分量，k＝0,1,...,M-1，l＝0,1,...,M-1，M为数字基带信号划分成的子带的数目，E_k,l(z^M)如式(3)所示；

式(3)中，h_k(n)为分析滤波器组中第k个滤波器的冲激响应，N为第k个分析滤波器的阶数。

式(2)也可以写成式(4)的形式：

式(5)中，[G₀(z) G₁(z) … G_M-1(z)]为综合滤波器组，R_k,l(z^M)为综合滤波器组的多相分量。

式(5)也可以写成式(6)的形式：

从而得到M通道滤波器组的完全重建条件为：

R(z)E(z)＝cz^-λI (7)

式(7)中，R(z)为综合滤波器组的多相分量矩阵，E(z)为分析滤波器组的多相分量矩阵，c为非零常数，λ为正整数，I为M×M的单位矩阵。

根据式(7)可以由相应的分析滤波器组设计综合滤波器组。将LTE数字基带信号通过一个分析滤波器组，得到各资源块频段数字信号y₀(n),y₁(n),...,y_M-1(n)。

判别单元的判别方法为：若检测的信号功率值E(n)小于噪声门限λ，则让该时刻信号y(n)置0，反之则不作处理，直接通过，即：

图4给出了分析滤波器组中各滤波器的幅频响应的结果图。如图4所示，为一组均匀滤波器组的幅频响应示意图，该滤波器组可以通过设置一个原型滤波器H₀(z)，频带为即带宽为该滤波器组可以通过该原型滤波器的移频得到，若频移因子为则第k个滤波器的频带即为