多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消系统及方法，在发射端通过发射功率控制单元，控制发射端射频信号功率为接收端低噪声放大器不饱和的低功率值，并将发射端射频信号送入射频干扰重建单元Ⅰ和射频干扰重建单元Ⅱ；在接收端，将天线单元输出的射频信号与射频干扰重建单元Ⅰ处理后的信号相减，完成第一次射频自干扰抵消；然后控制发射端射频信号功率为大功率值，在接收端，将第一次射频自干扰抵消后的信号经过低噪声放大器放大后，与射频干扰重建单元Ⅱ处理后的信号相减，完成第二次射频自干扰抵消。本发明适用于同时同频系统，提升多径环境下大发射功率射频自干扰信号抵消能力，提高通信稳定性，使频谱利用率翻倍。
【专利说明】多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域中去除干扰的系统及方法，特别是涉及多径环境下大发 射功率同时同频自干扰抵消系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前无线通信系统进行双向通信的常用双工方式分为两种:一是时分双工方式， 二是频分双工方式。对于时分双工系统，其采用相同频率，不同时隙传输数据；对于频分双 工系统，其使用相同时隙，不同频率传输数据。这两种传统双工方式虽然隔离了上下行链路 之间的干扰，但它们分别牺牲了时间资源和频率资源，降低了频谱利用率。
[0003]无线通信设备发送端和接收端采用同时同频全双工的工作方式，即使用相同时 间、相同频率的全双工技术来进行信号的发射与接收，必然大大提升频谱效率。但是，采用 同时同频全双工的工作方式，会导致发射端射频信号被接收端接收，形成射频自干扰信号， 而该信号在接收端的信号强度远大于远端无线通信设备信号的在接收端的信号强度，导致 正常的通信受到严重影响，甚至可能完全中断并毁坏接收端前端设备。
[0004]因此，同时同频全双工方式下射频自干扰抵消技术至关重要，现有【技术领域】也出 现了相关的干扰抵消方法。
[0005]如中国专利申请号200610113054.4公开了一种适用于同频同时隙双工的干扰消 除方法。该专利主要描述了两种抵消方式，一是在接收端预置信号预处理单元，利用信道模 拟器获取干扰信号信道参数，恢复出接收机收到的干扰信号，进行干扰信号抵消；二是根据 一种天线布放原则，减少发射机对接收机直接干扰的影响。然而，第一种方法需要系统协调 配合，第二种方法操作繁琐复杂，均难以实施。
[0006]中国专利申请号200710162086.8公开了共站址干扰消除系统和方法。该专利主 要将共站址干扰基站的发射信号，作为干扰抵消信号，传输到接收基站进行调整，然后与接 收天线接收的干扰信号相加进行抵消。然而，该方法没有考虑在多径环境下，大发射功率情 况下，对射频自干扰信号的有效消除。
[0007]综上，目前已有的射频自干扰抵消方法中，缺少对多径环境下大发射功率同时同 频全双工射频自干扰抵消方法的研究，导致多径环境下大发射功率射频自干扰抵消性能较差。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多径环境下大发射功率同时同 频自干扰抵消系统及方法，解决了同时同频全双工通信系统中的自干扰问题，在多径环境 且大发射功率情况下，实现高性能的射频自干扰抵消，频谱利用率翻倍。
[0009]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:多径环境下大发射功率同时同频自 干扰抵消系统，它包括天线单元、基带发射信号处理单元、基带接收信号处理单元、发射功 率控制单元、调整算法单元、射频干扰重建单元1、射频干扰重建单元I1、加法器I和加法器II，基带发射信号处理单元的输出通过数模转换器DAC I与射频发射通道连接，射频发射通道的输出分别与天线单元的发射端、射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II的射频信号输入端相连，天线单元接收端的输出依次通过加法器1、低噪声放大器和加法器II 与射频接收通道连接，射频接收通道的输出通过模数转换器ADC与基带接收信号处理单元相连，模数转换器ADC的输出还与调整算法单元连接，调整算法单元的输出通过发射功率控制单元与射频发射通道的控制信号输入端相连，调整算法单元的调整参数输出端通过数模转换器DAC II分别与射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II相连，射频干扰重建单元I的信号输出端与加法器I相连，射频干扰重建单元II的信号输出端与加法器II相连。
[0010]基带发射信号处理单元负责基带发射信号处理；基带接收信号处理单元负责对射频自干扰抵消后的信号进一步进行基带信号处理；射频发射通道用于射频信号发射处理， 且发射功率受发射功率控制单元的控制；调整算法单元根据射频自干扰抵消后的信号功率计算输出调整参数并控制射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II的信号重建；天线单元用于发射和接收射频信号；射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II均负责对输入的射频信号进行重建；加法器I和加法器II用于射频自干扰抵消运算。
[0011]所述的射频干扰重建单元I包括调时延模块1、调幅模块I和调相模块1，射频干扰重建单元II包括多路由调时延模块、调幅模块和调相模块组成的信号调整电路。
[0012]所述的天线单元包括一根或多根天线，所述天线单元的发射端和接收端共用天线单元天线或独立使用天线单元天线。
[0013]多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消方法，它包括如下步骤:
[0014]S1:基带发射信号处理单元将待发送的多路数据经过基带处理和数模转换后，送入射频发射通道；
[0015]S2:发射功率控制单元控制射频发射通道将信号发射功率调整为接收端低噪声放大器的不饱和的低功率值，射频发射通道根据该功率值，对输入的多路数据进行处理，得到
多路待发送的射频信号▲ = (?...，<)，其中，?...，<分别代表在低发射功率值条件
下发射的第1、第2直至第M路射频信号，M为发射天线数目；
[0016]S3:多路待发送的射频信号Al分别送入天线单元的发射端、射频干扰重建单元I 和射频干扰重建单元II ；
.[0017]S4:天线单元接收端接收电磁波，并输出多路射频信号M = Cr1 V12^r1zO，其中，
r/,表示在低发射功率值条件下，天线单元接收端输出的第1、第2直至第L路射频
信号，L为接收天线数目；射频信号Rl依次通过加法器1、低噪声放大器、加法器I1、射频接收通道和模数转换器，送入调整算法单元，调整算法单元以抵消结果功率最小化为目标，得到多径环境下射频自干扰信号最强径信号调整参数H1，并经过数模转换器II转换成模拟信号后送到射频干扰重建单元I;
[0018]S5:发射功率控制单元控制射频发射通道将信号发射功率设置为大功率值，射频发射通道输出待发送的射频信号f =4)，其中“...，<分别表示在发射功率为大功率值时发射的第1、第2直至第M路射频信号；
[0019]66:待发送的射频信号A2分别送入天线单元的发射端、射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II ；[0020]S7:射频干扰重建单元I根据步骤S4得到的多径环境下射频自干扰信号最强径信号调整参数H1，对输入的信号A2进行调整，得到重建后的信号艽=(.?1，宥，…，貧)’并送入加法器I ;
[0021]S8:经过射频干扰重建单元I重建出的信号名与此时天线单元接收端输出的射频信号R2在加法器I中进行第一次射频自干扰抵消，得到第一次射频自干扰抵消后的信号
I
[0022]S9:第一次射频自干扰抵消后的信号$进入低噪声放大器进行放大处理，得到信号Re ；
[0023]SlO:信号Re经过加法器I1、射频接收通道和模数转换器，送入调整算法单元，调整算法单元以抵消结果功率最小化为目标，产生N路调整参数H2，n，其中n = 1，2...，N，该调整参数为多径环境下射频自干扰信号除去最强径信号之外的其余N条多径信号的调整参数，并经过数模转换器II转换成模拟信号后送到射频干扰重建单元II ；
[0024]Sll:射频干扰重建单元II将输入的信号A2，分成N路，，根据步骤SlO获得的调整
参数H2，n，分别控制N路信号进行调整，得到重建后的信号尤? =(?,,,?,,...,?,,),并送入加法器II ;
[0025]S12:经过射频干扰重建单元II重建出的信号文&与经过低噪声放大器放大处理后的信号Re在加法器II中进行第二次射频自干扰抵消，得到第二次射频自干扰抵消后的信号尾；
[0026]S13:第二 次射频自干扰抵消后的信号爲依次通过射频接收通道和模数转换器传送至基带接收信号处理单元，完成射频自干扰抵消。
[0027]所述天线单元的发射端和接收端的工作频段完全重合或部分重合，且发射端和接收端同时工作。
[0028]所述多路待发送的射频信号送入射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II，是指将发送端输入到天线单元的M路射频信号的每一路信号耦合两路后，分别送入射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II。
[0029]所述射频干扰重建单元I对输入的M路射频信号进行调整，是指将输入的M路信号中的每一路再分成L路,然后对MX L路中的每一路信号进行单独的时延调整、幅度调整和相位调整。
[0030]所述射频干扰重建单元II对输入的M路射频信号进行调整，是指将M路射频信号中的每一路信号分为LXN路，得到MX LXN路信号，然后再对MX LXN路信号每一路信号进行单独的时延调整、幅度调整和相位调整。
[0031]所述的幅度调整、时延调整、相位调整是通过调整算法来实现的，所述的调整算法是以抵消结果功率最小化为目标，对时延、相位、幅度进行调整的，包含梯度下降算法。
[0032]本发明的有益效果是:本发明在发射端设置发射功率控制单元，在接收端设置射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II，结合加法器I和加法器II分别进行第一次射频自干扰抵消和第二次射频自干扰抵消，不仅消除了多径环境下射频自干扰信号最强径信号，且消除了除最强径外的其余N条多径信号，射频自干扰抵消性能优；另外，由于进行了 第一次射频自干扰抵消，抵消了多径环境下射频自干扰信号的最强径信号，使得发射功率 控制单元将发射端射频信号的功率设置为大功率值后，低噪声放大器不会饱和，避免信号 失真，保证了低噪声放大器的使用寿命；再者，由于第二次射频自干扰抵消是在低噪声放大 器之后进行，使得在电路设计合理的情况下，可以不考虑射频干扰重建单元II引入的噪声 系数。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明的系统结构框图；
[0034]图2为天线单元的一种实现框图；
[0035]图3为天线单元的另一种实现框图；
[0036]图中，1-发送端天线，2-接收端天线，3-收发天线，4-环形器。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于 以下所述。
[0038]如图1所示，多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消系统，它包括天线单元、 基带发射信号处理单元、基带接收信号处理单元、发射功率控制单元、调整算法单元、射频 干扰重建单元1、射频干扰重建单元I1、加法器I和加法器II，基带发射信号处理单元的输 出通过数模转换器I (DAC I)和射频发射通道连接，射频发射通道的输出分别与天线单元 的发射端、射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II的射频信号输入端相连，天线单元 接收端的输出依次通过加法器1、低噪声放大器和加法器II与射频接收通道连接，射频接 收通道的输出通过模数转换器(ADC)与基带接收信号处理单元相连，模数转换器(ADC)的 输出还与调整算法单元连接，调整算法单元的输出通过发射功率控制单元与射频发射通道 的控制信号输入端相连，调整算法单元的调整参数输出端通过数模转换器II (DAC II)分别 与射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II相连，射频干扰重建单元I的信号输出端与 加法器I相连，射频干扰重建单元II的信号输出端与加法器II相连。
[0039]射频干扰重建单元I包括调时延模块1、调幅模块I和调相模块1，射频干扰重建 单元II包括多路由调时延模块、调幅模块和调相模块组成的信号调整电路。调整算法模块 的调整参数输出端通过数模转换器II (DAC II)分别与射频干扰重建单元I和射频干扰重建 单元II的调时延模块、调幅模块和调相模块相连，控制射频干扰重建单元I和射频干扰重 建单元II对输入信号的时延调整、幅度调整和相位调整。
[0040]基带发射信号处理单元负责基带发射信号处理；基带接收信号处理单元负责对射 频自干扰抵消后的信号进一步进行基带信号处理；射频发射通道用于射频信号发射处理， 且发射功率受发射功率控制单元的控制；调整算法单元根据射频自干扰抵消后的信号功率 计算输出调整参数并控制射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II的信号重建；天线单 元用于发射和接收射频信号，天线单元的发射端发送电磁波，天线单元的接收端用来接收 电磁波；射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II均负责对输入的射频信号进行时延调 整、幅度调整和相位调整，实现信号的重建；加法器I和加法器II用于射频自干扰抵消运笪
[0041]如图2、图3所示，天线单元包括一根或多根天线，所述天线单元的发射端和接收端共用收发天线3或独立使用发送端天线I和接收端天线2，共用收发天线3是通过环形器4来实现的。如图2为天线单元发送端和接收端独立使用天线的结构示意图，如图3为天线单元发送端和接收端通过环形器4共用收发天线3的结构示意图。天线单元的发射端和接收端的工作频段完全重合或部分重合，天线单元的发射端和接收端同时工作。
[0042]不失一般的，我们通过具体的实施例来进一步描述多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消方法，假设采用BPSK调制，发送端共发送N个数据符号，发送端天线数目为 M=l，接收端天线数目为L=l，则多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消方法，包括如下步骤:
[0043]S1:基带发射信号处理单元将待发送的数据经过基带处理和数模转换后，送入射频发射通道。
[0044]S2:发射功率控制单元控制射频发射通道将信号发射功率调整为接收端低噪声放大器的不饱和的低功率值，射频发射通道根据该功率值，对输入的数据进行处理，得到待发送的射频信号ajt)，表示为:
[0045]
A ⑴=执-1Lf');
/:=0
[0046]其中，5R(Q):表示取实部；E1ot是发射天线的发射功率；Ts是一个数据符号周期； g(t)为基带成型脉冲；f。表示射频频点；bi(i)是发射天线第i个符号持续时间内发射的符号。
[0047]S3:待发送的射频信 号(t)送入天线单元的发射端、射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II。
[0048]S4:天线单兀接收〗而接收电磁波，并输出射频彳目号!T1 (t)，表不为:
Npath
[0049]/, (0 = [ ak e'°l?丨(t -Tk) + ；
k—\
[0050]其中，Npath为发送到接收之间的多径数；a k为发送到接收之间第k条路径的衰减； 0 k为发送到接收之间第k条路径的相偏；T k为发送到接收之间第k条路径的时延；nw为引入的闻斯白噪声。
[0051]射频信号!^^依次通过加法器1、低噪声放大器(LNA)、加法器I1、射频接收通道和模数转换器(ADC)，送入调整算法单元，调整算法单元以抵消结果功率最小化为目标，得
到多径环境下射频自干扰信号最强径信号调整参数H1，具体包括时延参数T1幅度参数％
以及相位参数，并将调整参数H1经过数模转换器II转换成模拟信号后送到射频干扰重建单元I。
[0052]S5:发射功率控制单元控制射频发射通道将信号发射功率设置为大功率值，射频发射通道输出待发送的射频信号a2(t)，表示为:
[0053]
【权利要求】
1.多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消系统，其特征在于:它包括天线单元、 基带发射信号处理单元、基带接收信号处理单元、发射功率控制单元、调整算法单元、射频干扰重建单元1、射频干扰重建单元I1、加法器I和加法器II，基带发射信号处理单元的输出通过数模转换器DAC I与射频发射通道连接，射频发射通道的输出分别与天线单元的发射端、射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II的射频信号输入端相连，天线单元接收端的输出依次通过加法器1、低噪声放大器和加法器II与射频接收通道连接，射频接收通道的输出通过模数转换器ADC与基带接收信号处理单元相连，模数转换器ADC的输出还与调整算法单元连接，调整算法单元的输出通过发射功率控制单元与射频发射通道的控制信号输入端相连，调整算法单元的调整参数输出端通过数模转换器DAC II分别与射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II相连，射频干扰重建单元I的信号输出端与加法器I相连，射频干扰重建单元II的信号输出端与加法器II相连；基带发射信号处理单元负责基带发射信号处理；基带接收信号处理单元负责对射频自干扰抵消后的信号进一步进行基带信号处理；射频发射通道用于射频信号发射处理，且发射功率受发射功率控制单元的控制；调整算法单元根据射频自干扰抵消后的信号功率计算输出调整参数并控制射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II的信号重建；天线单元用于发射和接收射频信号；射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II均负责对输入的射频信号进行重建；加法器I和加法器II用于射频自干扰抵消运算。
2.根据权利要求1所述的多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消系统，其特征在于:所述的射频干扰重建单元I包括调时延模块1、调幅模块I和调相模块1，射频干扰重建单元II包括多路由调时延模块、调幅模块和调相模块组成的信号调整电路。
3.根据权利要求1所述的多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消系统，其特征在于:所述的天线单元包括一根或多根天线，所述天线单元的发射端和接收端共用天线单元天线或独立使用天线单元天线。
4.多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消方法，其特征在于:它包括如下步骤:S1:基带发射信号处理单元将待发送的多路数据经过基带处理和数模转换后，送入射频发射通道；S2:发射功率控制单元控制射频发射通道将信号发射功率调整为接收端低噪声放大器的不饱和的低功率值，射频发射通道根据该功率值，对输入的多路数据进行处理，得到多路待发送的射频信号』=(?...，<)，其中，?...，<分别代表在低发射功率值条件下发射的第1、第2直至第M路射频信号，M为发射天线数目；S3:多路待发送的射频信号A l分别送入天线单元的发射端、射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II ；S4:天线单元接收端接收电磁波，并输出多路射频信号觅=(心心...,圹)，其中，☆ /f，...，<表示在低发射功率值条件下，天线单元接收端输出的第1、第2直至第L路射频信号，L为接收天线数目；射频信号Rl依次通过加法器1、低噪声放大器、加法器I1、射频接收通道和模数转换器，送入调整算法单元，调整算法单元以抵消结果功率最小化为目标，得到多径环境下射频自干扰信号最强径信号调整参数H1，并经过数模转换器II转换成模拟信号后送到射频干扰重建单元I;55:发射功率控制单元控制射频发射通道将信号发射功率设置为大功率值，射频发射通道输出待发送的射频信号^^二^丨^^…^-八其中^^^七^分别表示在发射功率为大功率值时发射的第1、第2直至第M路射频信号；56:待发送的射频信号A2分别送入天线单元的发射端、射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II ；57:射频干扰重建单元I根据步骤S4得到的多径环境下射频自干扰信号最强径信号调整参数H1，对输入的信号A2进行调整，得到重建后的信号名=(?1,?2,...,贫)，并送入加法器I ;58:经过射频干扰重建单元I重建出的信号名与此时天线单元接收端输出的射频信号 R2在加法器I中进行第一次射频自干扰抵消，得到第一次射频自干扰抵消后的信号民;59:第一次射频自干扰抵消后的信号為进入低噪声放大器进行放大处理，得到信号Re ;510:信号Re经过加法器I1、射频接收通道和模数转换器，送入调整算法单元，调整算法单元以抵消结果功率最小化为目标，产生N路调整参数H2，n，其中n = 1，2...，N，该调整参数为多径环境下射频自干扰信号除去最强径信号之外的其余N条多径信号的调整参数， 并经过数模转换器II转换成模拟信号后送到射频干扰重建单元II ；511:射频干扰重建单元II将输入的信号A2，分成N路，根据步骤SlO获得的调整参数H2,n,分别控制N路信号进行调整，得到重建后的信号毛?，并送入加法器II ;512:经过射频干扰重建单元II重建出的信号尤2?与经过低噪声放大器放大处理后的信号Re在加法器II中进行第二次射频自干扰抵消，得到第二次射频自干扰抵消后的信号 R S13:第二次射频自干扰抵消后的信号尾依次通过射频接收通道和模数转换器传送至基带接收信号处理单元，完成射频自干扰抵消。
5.根据权利要求4所述的多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消方法，其特征在于:所述天线单元的发射端和接收端的工作频段完全重合或部分重合，且发射端和接收端同时工作。
6.根据权利要求4所述的多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消方法，其特征在于:所述多路待发送的射频信号送入射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II，是指将发送端输入到天线单元的M路射频信号的每一路信号耦合成两路后，分别送入射频干扰重建单元I和射频干扰重建单元II。
7.根据权利要求4所述的多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消方法，其特征在于:所述射频干扰重建单元I对输入的M路射频信号进行调整，是指将输入的M路信号中的每一路再分成L路，然后对MXL路中的每一路信号进行单独的时延调整、幅度调整和相位调整。
8.根据权利要求4所述的多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消方法，其特征在于:所述射频干扰重建单元II对输入的M路射频信号进行调整，是指将M路射频信号中的每一路信号分为LXN路，得到MXLXN路信号，然后再对MXLXN路信号每一路信号进行单独的时延调整、幅度调整和相位调整。
9.根据权利要求7和8所述的多径环境下大发射功率同时同频自干扰抵消方法，其特征在于:所述的幅度调整、时延调整、相位调整是通过调整算法来实现的，所述的调整算法是以抵消结果功率最小化为目标，对时延、相位、幅度进行调整的，包含梯度下降算 法。
【文档编号】H04B1/711GK103427874SQ201310395220
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】沈莹, 罗龙, 尹洪, 潘文生, 邵士海, 马万治, 唐友喜 申请人:电子科技大学