一种全双工自干扰消除方法和全双工系统与流程

本发明属于无线通信领域，涉及同频同时全双工自干扰消除技术，具体涉及一种基于BPSK或QPSK调制通过对信号进行平方和滤波以消除自干扰的同频同时全双工自干扰消除方法和全双工系统。

背景技术：

同频同时全双工技术，即通信节点在相同的时间和频率资源上进行数据的收发，从而显著提升系统频谱利用率。然而，由于收发同频同时，本地发射机会对接收机产生自干扰信号，从而影响本地接收机对另一通信节点信号的接收。因此在全双工节点接收机上需要有效的自干扰抑制技术，自干扰的抑制能力将直接影响系统的通信质量。

目前，自干扰抑制方法分为天线干扰抑制、射频干扰消除和数字基带消除方法。天线干扰抑制通过增加发射天线与接收天线之间的隔离度来抑制发射机信号对接收机信号的干扰。射频干扰消除方法是将本地发射机的射频信号调整至与接收机信号相同的幅度、相反的相位，再与接收机信号合并从而抵消自干扰；数字基带干扰消除方法是利用发射机基带信号，通过数字信号处理技术消除接收机信号中的发射机信号。

上述自干扰抑制方法中，射频干扰消除需要对信道进行精确的估计，对信道估计的偏差将会影响射频自干扰的消除，从而影响到后续的数字基带消除乃至整个系统的干扰消除能力。对于变化的信道，更需要射频干扰消除对信道进行快速、精确的估计，具有很大的实现难度。

现有技术中，全双工节点接收机结构如图1所示，接收信号通过具有干扰隔离能力的天线后，经过射频干扰消除、下变频，进入模数转换器，再进行数字基带消除和解调。一般地，射频干扰消除的目的是使进入模数转换器的信号中模拟自干扰部分降低到一定水平之下，从而缓解系统对模数转换器过饱所引起非线性效应的压力。高效的射频消除，将极大地降低系统对模数转换器位数的要求，并自动改善数字基带性能。然而射频干扰消除需要对信道进行精确的估计，使本地发射机的射频信号调整至与自干扰信号幅度相同、相位相反，再与接收信号合并从而抵消干扰，对信道估计的偏差将会在很大程度上影响到自干扰的消除。在变化信道的环境中，不仅需要对信道进行精确估计，更需要进行快速甚至是实时的估计，实现难度大。

技术实现要素：

为解决现有射频干扰消除技术对信道估计的依赖问题，本发明提供一种基于二进制相移键控Binary Phase Shift Keying(BPSK)或正交相移键控Quadrature Phase Shift Keying(QPSK)调制的全双工系统的自干扰消除方法和全双工系统，不需要对信道进行估计即可实现模拟自干扰信号的消除，从而降低进入模数转换器信号中的自干扰部分，避免射频干扰消除依赖于对信道进行快速、精确估计的问题。

本发明的原理是：全双工系统中，发射机信号可采用BPSK或QPSK调制；接收机首先对接收信号进行平方再下变频分出I路和Q路，或是对接收信号下变频后的I路和Q路分别进行平方，然后，接收机将平方运算后的信号通过直流滤波将信号中的自干扰成分进行消除，再将所得信号与发射机发射的基带信号相乘再进入模数转换器，或者直接将信号进行模数转换再在数字域与发射的基带数字信号相乘，之后再进行解调。发射机信号如果采用BPSK调制，则产生的信号码元幅值相等或是相反。如果采用QPSK调制，则产生信号的I路分量和Q路分量中任一分量的码元幅值相等或是相反。对本地接收机产生的自干扰信号也具有相同特性，即对于BPSK调制产生的自干扰信号的码元幅值相等或相反，对于QPSK调制产生的自干扰信号的I路分量和Q路分量中任一分量的码元幅值相等或相反。接收到的信号中包括目标信号、自干扰信号以及噪声，其中自干扰信号功率要远大于目标信号功率，目标信号可为任意调制。如图2所示，如果是BPSK调制，则对接收到的信号进行平方再下变频分出I路和Q路，或是对接收信号下变频的I路和Q路分别平方。如果是QPSK调制，则还需要使下变频分出的I路和Q路分别与发射信号的I路和Q路的相位一致。所得信号主要包括目标信号的平方、自干扰信号的平方以及目标信号与自干扰信号的乘积项。其中由于自干扰信号码元的特性，自干扰信号平方后为直流信号，经过直流滤波可以滤除，目标信号本身功率值很小，平方后的信号可作为噪声处理。经直流滤波后信号主要为目标信号与自干扰信号的乘积项，相当于自干扰信号对目标信号的加扰。如果发射机采用BPSK调制，则将发射机的基带模拟信号与直流滤波后的信号相乘，其中自干扰信号与基带信号相乘为一常数，相当于对目标信号的解扰，所得信号通过自动增益控制进入模数转换器中，或者将经直流滤波后的信号直接送入模数转换器，再在数字域与发射机的基带数字信号相乘。如果发射机信号采用QPSK调制，接收信号的I路和Q路经平方、直流滤波后的信号分别与发射信号的I路和Q路在模拟域或数字域相乘，其中自干扰信号的I路和Q路与基带发射信号的I路和Q路相乘为一常数，相当于对目标信号的解扰。此时进入模数转换器的信号中的模拟自干扰部分已经 得到了一定程度的滤除而且此自干扰消除方案不需要进行信道的估计。

本发明提供的技术方案是：

本发明提供一种全双工自干扰消除方法，在全双工无线通信系统中，发射机信号采用BPSK或QPSK调制；接收机中，信号先输入平方模块进行平方，再通过直流滤波模块滤除直流信号，所述直流信号为自干扰信号的平方，从而最终恢复得出目标信号。

针对上述全双工自干扰消除方法，进一步地，所述接收机中输入平方模块的信号为射频信号；所述射频信号输入平方模块平方后，进行下变频分出I路信号和Q路信号，所述I路信号和Q路信号再分别通过直流滤波模块进行直流滤波。

针对上述全双工自干扰消除方法，进一步地，所述接收机中输入平方模块的信号为基带信号；所述基带信号在输入平方模块之前，将射频信号下变频分出I路信号和Q路信号，再将I路信号和Q路信号分别输入平方模块。

针对上述全双工自干扰消除方法，其中，所述发射机信号采用QPSK调制；所述接收机中下变频分出的I路信号和Q路信号分别与发射信号的I路信号和Q路信号的相位一致；所述接收机中最终恢复得出目标信号，具体是接收机中下变频分出的I路信号和Q路信号分别经平方和直流滤波后，分别与发射信号的I路信号和Q路信号在模拟域或数字域相乘，恢复出目标信号的I路分量和Q路分量，从而最终得出目标信号。

针对上述全双工自干扰消除方法，其中，发射机信号采用BPSK调制，所述最终恢复得出目标信号，具体是所述通过直流滤波模块进行直流滤波后的信号直接进入模数转换器，在数字域与发射机的基带数字信号相乘，从而恢复得出目标信号；或者是所述通过直流滤波模块进行直流滤波后的信号与发射机基带模拟信号相乘，恢复出目标信号，再进入模数转换器将模拟信号转换为数字信号，从而得出目标信号。

本发明还提供一种全双工无线通信系统，所述全双工无线通信系统的发射机信号采用BPSK或QPSK调制；所述全双工无线通信系统的接收机设有自干扰消除模块，所述自干扰消除模块包括平方模块、直流滤波模块、乘法器和模数转换器，所述平方模块用于平方射频信号或基带信号；所述直流滤波模块位于平方模块之后，用于滤除自干扰信号的平方即直流信号；所述乘法器用于将直流滤波后的信号与发射机基带模拟信号相乘从而恢复出目标信号；所述模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号。

针对上述全双工无线通信系统，进一步地，所述全双工无线通信系统设有所述自干扰消 除模块，用于代替射频干扰消除模块和数字基带消除模块中的一种或两种。

针对上述全双工无线通信系统，进一步地，所述全双工无线通信系统同时设有所述自干扰消除模块、射频干扰消除模块和数字基带消除模块。在本发明实施例中，所述自干扰消除模块置于射频干扰消除模块之后，数字基带消除模块之前。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种基于BPSK或QPSK调制的全双工系统的自干扰消除方法和全双工系统，其中，发射机采用BPSK或QPSK的调制技术，接收机对接收信号进行平方再下变频分出I路和Q路，或是对接收信号下变频后的I路和Q路分别进行平方。然后，接收机将平方运算后的信号通过直流滤波将信号中的自干扰成分进行消除，再将所得信号与发射机发射的基带信号相乘再进入模数转换器，或者直接将信号进行模数转换再在数字域与发射的基带数字信号相乘，之后再进行解调。本发明技术方案不需要对信道进行估计即可进行模拟自干扰的消除，从而降低进入模数转换器信号中的自干扰部分，避免了射频干扰消除依赖于对信道进行快速、精确估计的问题。

附图说明

图1为现有全双工接收机的结构框图。

图2为本发明提供的全双工自干扰消除方法采用的自干扰消除模块的结构图。

图3为本发明实施例提供的全双工收发机的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

本发明提供一种全双工自干扰消除方法，在全双工无线通信系统中，发射机信号采用BPSK或QPSK调制；接收机中，信号先输入平方模块进行平方，再通过直流滤波模块滤除直流信号，所述直流信号为自干扰信号的平方，从而最终恢复得出目标信号。

针对上述全双工自干扰消除方法，若接收机中输入平方模块的信号为射频信号；射频信号输入平方模块平方后，进行下变频分出I路信号和Q路信号，I路信号和Q路信号再分别通过直流滤波模块进行直流滤波。若接收机中输入平方模块的信号为基带信号；基带信号在输入平方模块之前，将射频信号下变频分出I路信号和Q路信号，再将I路信号和Q路信号 分别输入平方模块。

针对上述全双工自干扰消除方法，若发射机信号采用QPSK调制；则接收机中下变频分出的I路信号和Q路信号分别与发射信号的I路信号和Q路信号的相位一致；所述接收机中最终恢复得出目标信号，具体是接收机中下变频分出的I路信号和Q路信号分别经平方和直流滤波后，分别与发射信号的I路信号和Q路信号在模拟域或数字域相乘，恢复出目标信号的I路分量和Q路分量，从而最终得出目标信号。若发射机信号采用BPSK调制，所述最终恢复得出目标信号，具体是所述通过直流滤波模块进行直流滤波后的信号直接进入模数转换器，在数字域与发射机的基带数字信号相乘，从而恢复得出目标信号；或者是所述通过直流滤波模块进行直流滤波后的信号与发射机基带模拟信号相乘，恢复出目标信号，再进入模数转换器将模拟信号转换为数字信号，从而得出目标信号。

本发明还提供一种全双工无线通信系统，全双工无线通信系统的发射机信号采用BPSK或QPSK调制；全双工无线通信系统的接收机设有自干扰消除模块，如图2所示，该自干扰消除模块包括平方模块、直流滤波模块、乘法器和模数转换器，平方模块用于平方射频信号或基带信号；直流滤波模块位于平方模块之后，用于滤除自干扰信号的平方即直流信号；乘法器置于直流滤波之后，用于将直流滤波后的信号与发射机基带模拟信号相乘从而恢复出目标信号；模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号，可置于乘法器之前或之后；当模数转换器置于乘法器之前时，传入乘法器的发射机基带信号为数字信号；当模数转换器置于乘法器之后时，传入乘法器的发射机基带信号为模拟信号。

针对上述全双工无线通信系统，进一步地，全双工无线通信系统设有所述自干扰消除模块，用于代替射频干扰消除模块和数字基带消除模块中的一种或两种；或者同时设有所述自干扰消除模块、射频干扰消除模块和数字基带消除模块。在本发明实施例中，所述自干扰消除模块置于射频干扰消除模块之后，数字基带消除模块之前。

本发明实施例提供了一种利用本发明上述方案的全双工系统，其收发机的结构如图3所示。在发射机中，原始比特信息经过BPSK调制模块调制、成型滤波以及数模转换成为基带模拟信号，再上变频为射频信号由天线发射出去。接收机接收到的信号包括本地发射机的发射信号对接收机产生的自干扰信号、另一通信节点发射的目标信号以及噪声。目标信号可为任意调制信号，这里假设目标信号是QAM调制的信号，将接收到的信号经过下变频分出I路和Q路分量。以I路分量为例，下变频后的信号包括自干扰信号的I路分量，目标信号的I 路分量以及噪声。经过平方模块后的信号主要包括自干扰信号的I路分量的平方，目标信号的I路分量的平方以及二者相乘项。因为自干扰信号是由BPSK调制的信号产生的，它的码元幅值相等或是相反，I路分量也具有这一特性，因而自干扰信号的I路分量的平方为一常数即直流量。经过直流滤波可以将其消除，这里的直流滤波可以选为截止频率低过渡带窄的高通滤波器，例如采用电容隔直的模拟滤波器等。目标信号本身功率值很小，它的I路分量的平方项更小可作为噪声处理。此时经直流滤波后剩余的信号为自干扰信号的I路分量与目标信号的I路分量的乘积，再将其与发射机基带模拟信号相乘，消除自干扰信号I路分量对目标信号I路分量的影响，恢复出目标信号的I路分量。经过自动增益控制后，信号的幅值调整至模数转换器适宜的范围进行量化。之后进行匹配滤波和信号的解调，最后把解调后目标信号的I路分量和Q路分量进行合并，恢复出目标信号。

本实施例中所采用的自干扰消除方法，不需要对信道进行估计，可应用于难以对信道进行精确估计的场景下。本实施例中所采用的自干扰消除方法也可以与现有射频干扰消除、数字基带消除配合使用，将本发明所述的自干扰消除模块加入射频干扰消除之后，数字基带消除之前。

需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。