ICS数字无线直放站技术
作者：深圳国人通信公司肖和群
email:xiaohequn@
[关键词：ICS直放站自激隔离度干扰抑制]
无线直放站作为基站覆盖的延伸，造价不超过基站的1/5，在移动通信网络中不可或缺，在2G时代无线直放站造就了京信、虹信、国人等大大小小上百家企业。
目前无线直放站的应用空间尽管被RRU、光纤直放站等产品压缩，但可以预料在许多应用场合，由于光纤铺设成本高或不太可能，无线直放站仍然具有较强的竞争力。
自激问题一直是无线直放站的工程应用的软肋。
众所周知，同频转发放大器的输出信号通常由于收发隔离不完全而泄露到输入端，放大器信号通道和泄露信号通道构成闭环系统，如果环路放大倍数大于1，环路就处于自激震荡状态，输出高功率的杂乱信号，对整个工作带宽形成阻塞干扰，常常造成大面积掉话和无法接入，要不了多久直放站功放会被烧毁。
更多的时候，虽然收发闭环的放大倍数小于1，直放站不自激振荡，但泄露信号引起较大的干扰，使转发的信号C/I达不到解调需要的15db门限要求，仍然不能正常通话。
在模拟直放站时代解决自激问题只能采用提高施主天线的方向性，采用高前后比的天线，电缆或移频中继放大将直放站的施主天线和转发天线的距离拉远，架设时精心选择站址和调整收发天线朝向。
单靠一种措施不能普遍地解决自激问题，这些措施常结合使用，用以提高收发之间的隔离度，使泄露信号至少低于输入信号15db。
Andrew公司在网页
/andrew/eng/product/antennas/bsa/sw_tool/1205324_13426. html
上提供了免费的计算天线水平和垂直安装时隔离度的工具。
收发天线距离拉远通常伴随着场地费用升高，而架设耗时和困难导致安装成本的升高，尤其在国外土地私有化和人工费用昂贵，常常造成场地费用和人工费用远超过直放站设备的价格。
而且固定的设备安装对周围环境变化缺乏适应能力，安装时如果隔离度裕量不足，外部环境变化也会导致设备自激或通信质量下降。
为解决这一问题，具有ICS（Interference Cancel System）功能的ICS直放站应运而生，DSP和FPGA芯片为ICS技术的实现提供了可能。
ICS直放站的原理是自动检测泄露通道环路的传输特性，在直放站内部构造出与通过泄露通道输入的干扰一样的镜像信号，在输入信号减去镜像信号，就达到了干扰信号对消的目的。
图 1 ICS直放站原理框图
如图1所示，以下行信号为例，施主天线接收到的基站信号经过双工器、LNA、滤波器、变频器，由前向A/D变换成数字信号，减去反馈滤波器输出的镜像信号，其差信号一方面滤波输出，另一方面送到反馈抑制控制器。
反馈抑制控制器是ICS的核心，其功能是根据输入信号和镜像信号的差信号计算当前镜像滤波器特性和实际泄露通道的传输特性的差值，不断地实时修正镜像滤波器特性，使它与实际泄露通道的传输特性保持一致，并跟踪其变化。
目前还没有统一的国际标准或国家标准评价ICS性能的好坏。
笔者认为，一个ICS系统的性能可以从下述几个指标评估：
1.“动态反馈抑制度”
2.“反馈抑制跟踪速度”
3.“反馈抑制延时范围”
该三项指标定义如下：在直放站工作在最大增益和最大输出功率，反馈信号用复正弦波调制，输出信号满足“标准解调性能要求”的条件下，所允许反馈信号功率比输入信号功率，称为“动态反馈抑制度”；所允许的最高调制复正弦波频率称为“反馈抑制跟踪速度”；所允许的反馈信号最大延时称为“反馈信号延时”。
“反馈抑制延时范围”一般应大于5us，“动态反馈抑制度”一般应大于10db，“反馈抑制跟踪速度”应大于0.2HZ。
这三项指标能全面衡量ICS系统的动态跟踪能力，但对测试设备要求较高。
所以考虑采用下述三项指标部分替代。
4.“静态反馈抑制度”
该指标定义如下：在直放站工作在最大增益和最大输出功率，固定无延迟反馈情况，输出信号满足“标准解调性能要求”的条件下，所允许的反馈信号功率比输入信号功率高的倍数，称为“静态反馈抑制度”，以db表示。
不同的通信标准的“标准解调性能要求”定义方法不同，例如对GSM可规定相位误差为5°，对于CDMA可规定ρ>0.97。
该指标简单衡量反馈抑制能力，“静态反馈抑制度”越大，允许的反馈信号越强。
一般要求“静态反馈抑制度”应大于15db。
5.“反馈突变误差”
6.“反馈抑制恢复时间”
该两项指标定义如下：在直放站工作在最大增益和最大输出功率时，反馈信号比输入信号低3db，设备达到稳定，输出达到“标准解调性能要求”情况下，将反馈信号再突然减小3db，信号解调出现的最大性能误差称为“反馈突变误差”，恢复到“标准解调性能要求”所需要的时间称为“反馈抑制恢复时间”。
由于仪器测量存在误差，需要多次平均。
对于GSM系统，“反馈突变误差”用相位误差衡量，应在10°以内。
对于CDMA系统，“反馈突变误差”用ρ值衡量，应在0.92以上。
反馈抑制恢复时间应在10秒以内。
7.“自激中断时间”
8.“自激频度”
该两项指标定义如下：一次自激造成通信中断的最长时间，称为“自激中断时间”。
一天之内发生自激的平均次数，称为“自激频度”。
该两项指标涉及直放站的工作环境，可以加适当的定语加以限定。
如果在实验室环境中、静态反馈、最大输出功率情况下进行测试，可以称为“静态反馈、最大功率”的“自激中断时间”和“自激频度”。
如果工作在实际工作环境中，不规定工作条件，称为“现场”“自激中断时间”和“自激频度”。
“现场”自激中断时间和自激频度可用于同一安装环境中，不同直放站的稳定性比较。
直放站设备提供自激状态上报和统计，或者由基站根据接收信号情况统计。
“自激中断时间”不应超过5秒，“自激频度”应小于2次/天。
韩国在ICS直放站技术方面走在前列，出现了一批ICS直放站专业厂家，如WITHUS、RFWINDOW、NEXTLINK等。
我国整个直放站产业从模拟技术向数字转换刚刚开始，直放站厂家如国人进行ICS直放站设备的开发，并且陆续在进行试点或推广使用。
ICS技术前景也催生了一些专业提供ICS直放站的初创公司，如深圳格兰德林科技有限公司，该公司提供具有ICS功能的无线数字直放站模块系列产品，覆盖GSM、CDMA、WCDMA、CMMB等各种通信制式。
ICS直放站和模拟直放站相比，数字直放站能更好地适用多频点、多制式、宽带等要求，而具有ICS功能的直放站更能极大地降低工程安装费用，提高设备的稳定性，所花的代价仅仅是需要更大的FPGA芯片，或更快的DSP器件。
随着IC价格的下降，这部分硬件成本增加在整机成本中所占的比例微乎其微。
可以预计，不远的将来，ICS会成为无线数字直放站的必备功能，在通信网络中普及应用。
