用于高效全双工通信中的自干扰消除的系统和方法
【专利说明】用于高效全双工通信中的自干扰消除的系统和方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信技术。更具体地，本发明涉及高效全双工通信中的自干扰消除。 【【背景技术】】
[0002] 在个人和企业的日常工作中，通信系统的使用已经无处不在。有线通信网络和无 线通信网络，包括公共交换电话网（PSTN)、因特网、蜂窝网络、有线电视传输系统、本地局域 网（LAN)、城域网（MN)和广域网（WAN)，都普遍进入现代社会中，使得语音、数据、多媒体等 通信更为便利。
[0003] 由于这些通信系统的使用持续增长，通信信道则变得越来越拥挤。例如，用于无 线通信的频谱已经被大量使用，导致只有有限的带宽可用于个人设备、干扰、通信质量差等 等。
[0004] 已经有各种技术被用于消除或避免干扰。例如，一些设备已经使用了频分多址 (FDM)和时分多址（TDM)技术，同时消除或避免干扰，以使通信顺畅。然而，这些技术通常 不是高频谱效率，因为不同的频谱块（在频率和/或时间上）被保留用于某个设备的个人 通信，那么这些频谱块就不可用于其它设备。典型的进一步调配频谱效率的通信实施是使 用频分双工（FDD)和/或时分双工（TDD)，频谱被进一步划分，使得一些频谱块（在频率和 /或时间上）被保留用于上行链路通信，其他频谱块被保留用于下行链路通信。
[0005] 用于消除或避免干扰的其它技术已经实施在接收装置的电路里，用于衰减或消除 干扰信号。例如，一些现有尝试通过使用矢量调制器、射频（RF)多抽头结构、或非线性干扰 信号消除的设置，已经采用了有源器件的消除方法。
[0006] 使用矢量调制器用于干扰消除，是由M.E.Knox在"Singleantennafullduplex communicationsusingacommoncarrier" 2012IEEE第 13 届无线和微波技术会议 (WAMICON) (Florida，2012 :1-6)上首次提出的，其公开内容在此引入作为参考。矢量调制 器技术通过测量接收信号的功率，并使用一个预定的延迟假设，实现增益控制以抵消干扰。 使用这样的矢量调制器已经有了各种后续发展，如中国专利申请CN103580720A，其中使用 矢量调制器和放大器，用于消除干扰，以及美国专利申请US2012/0201153A1，其中通过控制 信号的同相（I)和正交（Q)分量的衰减，在一个矢量调制器上模拟一段干扰的可变延迟。但 是，这种现有的矢量调制器尝试消除干扰，只提供消除单一路径的干扰。而且，通过这样的 实施方式提供的自适应控制仅仅基于一个接收信号强度指示器（RSSI)。
[0007] 在美国专利US5691978中的RF多抽头结构使用了多抽头RF延迟和衰减器，提供 模拟消除，和数字自适应滤波以消除干扰。但是，由这种结构所提供的模拟消除，没有提供 自适应控制，因为延迟是预定的（即，依赖于一个预先假定的信道响应）。此外，数字消除没 有解决系统中的非线性，如可能由有源器件引入（如功率放大器（PA))的非线性。与上述 结构类似，在美国专利申请US2013/0301488A1和US2014/0219139A1中所示的RF多抽头结 构使用一对延迟和衰减器来消除I和Q信号分量的多路径干扰。也像上述RF多抽头结构， 该I/QRF多抽头结构使用预定的延迟和衰减，也不提供自适应控制。
[0008] 已经有结构被提出用于实现非线性干扰信号消除，该结构参考有源器件 (如PA)的信号（其引入了非线性），并依赖于该有源器件的一个非线性模型。例 如，LauriAnttila,DaniKorpi,VilleSyrjala,MikkoValkama在"Cancellation ofpoweramplifierinducednonlinearself-interferenceinfull-duplex transceivers"2013IEEE47thAsilomarConferenceonSignals,Systems,and Computers(ACSSC)，2013,1193-1198中提出了建模非线性信道（其由一个非线性功率放 大器组成）、线性多径信道、和RF的自干扰信道。同样，M.Omer，R.Rimini，P.Heidmann， J.S.Kenney在"Acompensationschemetoallowfullduplexoperationinthe presenceofhighlynonlinearmicrowavecomponentsfor4Gsystems"20IIIEEEMTT-S InternationalinMicrowaveSymposiumDigest(MTT)，2011，1-4 中提出了一种数字自适 应非线性滤波器，以忠实地重建和消除PA非线性。但是，很难对每个有源器件建立一个精 确的非线性模型。其中，相对于期望接收的信号，干扰信号的强度是很大的（例如干扰信号 的强度与期望接收信号的强度一样大或比之更大），一个很小的建模误差就会导致在使用 干扰消除后有一个很大的残余干扰。 【
【发明内容】
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[0009] 本发明公开了一种消除自干扰的高效频谱全双工通信系统及方法。高效频谱全双 工通信系统使用相同的频率同时进行发射和接收，从而提高频谱效率。例如，与频分双工或 时分双工相比，在高效频谱全双工通信系统中，在相同频率上运行的上行链路和下行链路 在时间上完全重叠（如信号发射和信号接收连续重叠），该高效频谱全双工通信能提供加 倍的频谱效率。但是，由于同时的信号发送和接收，在接收电路上的自干扰信号的强度可能 相当大，与期望接收信号的强度（如由远端站发送的）相比。例如，高效频谱全双工通信系 统的自干扰信号可以大到足以超过在解调信号中使用的模数转换器（ADC)的动态范围。
[0010] 本发明实施例提供一种干扰消除结构，其具有一个多抽头矢量调制器干扰消除电 路，用于消除模拟RF域中的时变多径干扰。多抽头矢量调制器干扰消除电路包括一个多 抽头矢量调制器、一个用于从非线性发射电路的输出获取参考信号的发送信号采样模块、 一个用于从接收器前端模块的输出获得参考信号的接收信号采样模块、和一个信道估计模 块，信道估计模块根据所述发送信号采样模块和接收信号采样模块的输出来控制多抽头矢 量调制器。多抽头矢量调制器干扰消除电路提供一个模拟消除模块，其自适应地控制产生 一个消除信号，用于时变多径干扰信号的消除。此外，多抽头矢量调制器干扰消除电路结构 适于解决系统中的非线性，如在发射链（如PA)引入的非线性。
[0011] 多抽头矢量调制器干扰消除电路属于多级干扰消除电路的一部分。例如，多级干 扰消除电路包括一个多抽头矢量调制器干扰消除电路和一个数字残余干扰消除电路。本发 明的数字残余干扰消除电路包括一个残余信道估计模块和一个有限脉冲响应（FIR)模块， 残余信道估计模块对一个被多抽头矢量调制器干扰消除电路已经消除干扰的信号进行采 样，有限脉冲响应（FIR)模块根据所述残余信道估计模块的输出而提供残余干扰消除。这 样的