一种基于导频信号的无源互调干扰对消方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种射频模块的无源互调干扰抑制方法，尤其涉及一种基于导频信号 的无源互调干扰对消方法，属于无线通信、卫星通信及地面通信系统的抗干扰技术领域。
【背景技术】
[0002] 无源互调指，包含两个或两个以上频率成分的信号通过无源器件（如双工器、隔 离器、同轴电缆、连接器、天线、负载等）时产生除谐波外新频率成分的一种现象。尽管线性 是无源器件所表现出的基本特性，但研究和实验表明无源器件也具有微弱的非线性，尤其 是在大功率情况下。
[0003] 随着输入功率的增大，产生的无源互调干扰就越来越严重。在发射系统中，因为无 源互调产物的幅度远低于发射信号幅度，不会影响发射信号的质量，但这些微弱的互调产 物如果通过收发共用天线系统进入高灵敏度的接收机，极可能超过接收机的热噪声底带， 影响卫星系统或基站正常工作，严重时甚至处于瘫痪状态。
[0004] 为减小无源互调的影响，目前研究主要着眼于从产生机理角度出发，对系统整体 及其各个部件进行优化设计，包括合理选择收发频段，尽量避免低阶次PM落入上行频段； 避免选用具有强非线性特性的铁氧体或铁磁材料；在金属表面或金属板内制作无氧化层或 污染薄膜的整体硬件；修整"金属-非金属-金属"接触面，增强接触面导电性，降低其非线 性效应。
[0005] 而通过对材料和加工工艺的高要求控制，不能完全满足目前对P頂指标的需求， 也增大了研制难度。同时，系统使用期间仍有可能因为温度变化、机械连接件老化松动、接 触面污损或腐蚀等因素加重PIM问题，影响系统正常工作。因而难以适应后续的发展要求。
[0006] 2008年Henrie博士采用了点-源模型对微波网络中的无源互调失真进行研究， 提出了对消算法并通过实验进行了验证，但其结果具有一定的局限性。针对窄带通信系统， 通过频带规划和跳频图样设计即可减小无源互调干扰；而对于宽带系统，简单的频带规划 已经无法解决P頂问题。因此，2011年2月，3GPP TSG-RAN WG4工作组专门对P頂进行讨 论，征集提案。同年，Edward A. Keehr和Ali Hajimiri提出了一种模拟重建与数字信号结 合的处理办法进行PIM对消，但该方法需要额外的硬件支持，可移植性不强，并且其非线性 特性与系数估计都存在较大不确定度，并不适合实际应用。
[0007] 2011年5月，爱立信公司申请发明专利，提出一种采用数字信号处理的方法对P頂 干扰对消的解决方案。该方案详细描述了两种工作模式，参数估计模式与PIM对消模式。在 参数估计模式下，暂停接收上行信号，发送测试信号，此时落入接收频带的信号仅包含PM 干扰信号，从而估计出无源器件的非线性模型参数。在PIM对消模式下，利用由参数估计模 式中得到的PM模型参数，结合下行发射信号，恢复出PM干扰信号，并从接收到的上行信 号中除去，得到没有PM干扰的上行信号，以做进一步处理。该方法需破坏原有通信体制， 周期性或者突发地中断通信。
[0008] 2013年爱立信公司继续申请专利，提出无需测试模式的自适应P頂干扰对消方 法，该方法消耗资源大，参数估计收敛速度无法保证，同时，需要测试信号确定参数个数。 2014年，北京理工大学、爱立信公司和华为公司均申请专利提出基于数字信号处理的自适 应P頂干扰对消方法，同样没有解决参数估计收敛困难的问题。
[0009] 本专利同样采用数字信号处理的方法对P頂干扰信号进行对消，不同的是，利用 现有通信体制中的导频信号，可以快速估计导频时隙PM干扰信号，进而估计PM干扰模型 参数，以实现数据传输时隙的PM干扰对消。该方法无需对现有通信体制的导频信号进行 修改，利用已有导频信号，可显著提高收敛性能，实现实时对消宽带信号引起的PIM干扰。 该方法能够对PIM进行实时监测与快速抑制，同时不需要额外的硬件支持，具有很好的移 植性。
[0010] 综上所述，目前的无源互调干扰对消方法比较复杂，收敛速度及实时对消效果不 是很好。本发明拟提出一种基于已有导频，无需修改现有通信体制、快速估计PM的干扰对 消算法，目前还未见类似的研究成果。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于进一步提升对消无源互调干扰的收敛性能，提出了一种基于导 频信号的无源互调干扰对消方法。
[0012] 本发明采用导频时隙和数据传输时隙的双时隙机制对PIM干扰信号进行实时估 计和抑制：在导频时隙，快速估计P頂模型参数，并将结果存储下来；在数据传输时隙，利用 已知的发射导频信号及PM模型参数，重建PM干扰信号，并从接收信号中除去，完成PM 干扰对消。
[0013] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0014] -种基于导频信号的无源互调干扰对消方法，具体步骤如下：
[0015] 步骤一、利用存储的导频信号检测导频和估计空间链路信道的冲激响应：
[0016] 用sP(t)表示导频信号，用hjt)为空间链路信道的冲激响应，hjt)估计值用 表示，则4?可采用最小均方误差准则（MMSE准则）、最小平方准则（LS准则）或最大似然 估计准则（MLE准则）得到；
[0017] 导频时隙的接收信号sRiP(t)可表示为：
[0018] sR，P(t) = Sp(t)*h0(t)+sPIM，p(t)+n(t) (I)
[0019] 其中，sPIM,P(t)为导频时隙的P頂干扰信号，n(t)为噪声，且P頂干扰信号s PIM,P(t) 和噪声n (t)均与导频信号sP (t)不相关；
[0020] 步骤二、去除导频时隙接收信号中的导频成分，得到含估计误差的P頂干扰信号；
[0021] 具体方法为，将导频时隙的接收信号减去步骤一检测的导频卷积估计的空间链路 冲激响应：
[0022]
(2)
[0023] 其中，Sl(t)为含估计误差的P頂干扰信号，n'⑴为包含噪声和估计误差的噪 声项；
[0024] 将公式⑵中的sPIM,P⑴等效为：
[0025]
(3)
[0026] 其中，an表示P頂非线性模型各项系数，s DiP(t)为导频时隙的发射信号，N为考虑 的最大PM阶次，hPIM(t)表示P頂信号耦合信道冲激响应。利用已知发射信号s D，P(t)和 S1 (t)，同样可以采用不同准则估计hPIM(t)，由于涉及二维参数估计，可采用坐标下降法，并 结合已知的发射信号，自适应联合估计PIM非线性模型参数和P頂信号耦合信道的冲激响 应；
[0027] 步骤三、在数据传输时隙，利用步骤二估计出来的P頂非线性模型参数和P頂信号 耦合的信道冲激响应，估计PM干扰信号：
[0028] 数据传输时隙接收信号sR,D (t)可表示为：
[0029] sR，D(t) = Su(t)*h0(t)+sPIM，D(t)+n(t) (4)
[0030] 其中，Su(t)表不传输的数据信号，sPIMiD(t)为数据传输时隙的PIM干扰信号；
[0031] 利用步骤二估计出来的P頂非线性模型参数和信道参数，可得数据传输时隙的 PM干扰信号的估计值：
[0032] (5)
[0033] 其中，先和4^ (3分别为P頂非线性模型各项系数和P頂信号耦合信道冲激响应 的估计值，sDiD(t)为数据传输时隙的发射信号；
[0034] 步骤四、在数据传输时隙，从接收信号中去除步骤三估计出来的P頂干扰信号：
[0035]
(6)
[0036] 其中，n" (t)包含噪声和P頂干扰信号估计误差的噪声项；
[0037] 步骤五、利用步骤一中空间链路信道的冲激响应的估计结果对去除了 P頂干 扰的接收信号S2 (t)进行信道均衡；
[0038] 步骤六、将数据传输时隙处理的输出信号进行同步解调信号处理；当下一个导频 时隙到来时返回步骤一，重复步骤一至步骤六。
[0039] 有益效果