用于非线性数字自干扰消除的系统以及方法
【专利说明】用于非线性数字自干扰消除的系统从及方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年8月09日提交的申请序列号为61/864,453的美国临时申请的 利益，其通过此引用W其整体并入本文。
技术领域
[0003] 本发明总体上设及无线通信领域，并且更具体地设及用于非线性数字自干扰消除 的新的和有用的系统W及方法。
[0004] 背景
[0005] 常规无线通信系统是半双工的；也就是说，它们不能够同时在单个无线通信信道 上发射信号和接收信号。最近，在无线通信领域的工作已导致在开发全双工无线通信系统 中的进步;如果运些系统，被成功地实现，则可W给无线通信领域提供巨大的益处。例如，由 蜂窝网络对全双工通信的使用可W将频谱需求切成两半。成功实现全双工通信的一个主要 障碍是自干扰的问题。虽然在运领域已经取得了进展，但是旨在解决自干扰的解决方案都 未能成功地解决由基带数字信号到被发射的RF信号的转换(在发射期间）和被接收的RF信 号返回到基带数字信号的转换(在接收期间）所导致的非线性度。因此，有必要在无线通信 领域中来创造用于非线性数字自干扰消除的新的和有用的系统W及方法。本发明提供了运 样的新的和有用的系统W及方法。
[0006] 附图简述
[0007] 图1是包括数字和模拟自干扰消除的全双工无线电的示意图表示；
[0008] 图2是优选实施例的系统的示意图表示；
[0009] 图3是优选实施例的系统的示意图表示；
[0010] 图4是优选实施例的系统的非线性变换器的示意图表示；
[0011] 图5是优选实施例的系统的示意图表示；
[0012] 图6是优选实施例的系统的示意图表示；
[0013] 图7是优选实施例的系统的示意图表示；
[0014] 图8A是在发射信号中的非线性失真的示例信号表示；
[0015] 图8B是在发射信号中的预失真的示例信号表示；
[0016] 图9是优选实施例的方法的步骤流程图表示；W及
[0017] 图10是优选实施例的方法的非线性变换步骤的流程图表示。
[0018] 优选实施例的描述
[0019] 本发明的优选实施例的W下描述并非旨在将本发明限制于运些优选实施例，而是 W使本领域的任何技术人员能够制造并且使用本发明。
[0020] 1.全双工无线通信系统
[0021] 无线通信系统已经彻底改变了世界通信的方式，并且使用运样的系统的通信的快 速增长已经在所有地区和行业提供了增加的经济和教育机会。不幸的是，通信所需的无线 频谱是一种有限的资源，并且在无线通信中的快速增长也使该资源的可用性变成更为稀缺 的一个。其结果是，频谱效率对于无线通信系统已经变得越来越重要。
[0022] 用于增加频谱效率的一种有希望的解决方案被在全双工无线通信系统中发现； 良P :能够在同一时间在同一无线信道上发射无线信号并且接收无线信号的无线通信系统。 与标准半双工无线通信系统相比，此技术允许频谱效率的加倍。
[0023] 虽然全双工无线通信系统对于无线通信领域具有实质价值，但是运样的系统已知 由于自干扰而面临挑战；因为接收和发射在同一时间在同一信道上发生，所W在全双工收 发机所接收的信号可W包括来自从该收发机发射的信号的不期望的信号分量。其结果是， 全双工无线通信系统通常包括减少自干扰的模拟和/或数字自干扰消除电路。
[0024] 全双工收发机优选地将发射输出作为基带数字信号或作为RF模拟信号来采样，但 是全双工收发机可W附加地或可替代地W任何合适的方式对发射输出进行采样。此被采样 的发射输出可W由全双工收发机使用W消除来自所接收的无线通信数据(例如，如RF模拟 信号或基带数字信号）的干扰。在许多全双工收发机中，数字消除系统通过在所接收的基带 信号上施加所发射的数字基带信号的缩放版本来起作用，并且模拟消除系统通过在所接收 的RF模拟信号上施加所发射的RF模拟信号的缩放版本来起作用。该体系结构通常对于减少 当收发机组件W线性状态运行时的干扰是有效的，但是未能解决由数据到所发射的RF信号 的转换(并且反之亦然)所引起的信号非线性度。随着发射机/接收机功率被增大，运些非线 性度可能变得更显著;结果，没有有效的非线性干扰消除的全双工收发机可能由于性能问 题而在功率范围上受到限制。
[0025] 本文所述的系统W及方法通过提供非线性数字自干扰消除来增加如图1中所示的 全双工收发机（W及其他适用的系统）的性能。其他适用的系统包括主动感测系统(例如，雷 达）、有线通信系统、无线通信系统和/或任何其他合适的系统(包括其中发射频带和接收频 带在频率上相近但不重叠的通信系统）。
[00%] 2.用于非线性数字自干扰消除的系统
[0027] 如在图2中所示的，用于非线性数字自干扰消除的系统100包括预处理器110、非线 性变换器120、变换适配器130和后处理器140。系统100可W附加地或可替代地包括线性变 换器150和/或模拟信号采样器160。
[0028] 系统100起作用W通过消除存在于由所接收的RF发射所导致的数字信号中的自干 扰的非线性分量来减少在全双工无线通信系统中的自干扰。非线性数字自干扰消除可W提 高W许多运行模式的全双工无线通信系统的性能;特别W其中全双工无线通信系统的组件 正在W实质上非线性状态运行的运行模式(例如被设计成最大化传输功率、电源效率等的 运行模式）。系统100通过传递数字发射信号通过预处理器110来减少非线性数字自干扰，预 处理器110对在传输路径中的数字发射信号进行采样并且将所采样的数字发射信号传递到 非线性变换器120。非线性变换器120基于输入发射信号和由变换适配器130设置的变换配 置来生成非线性自干扰消除信号。然后该非线性消除信号被通过后处理器140来与起源于 RF接收机的数字接收信号进行合并W去除在该数字接收信号中的自干扰。如果系统100包 括线性变换器150,则线性变换器150优选地与非线性变换器120并行运行W去除在数字接 收信号中的自干扰的线性分量和非线性分量二者。如果系统100包括模拟信号采样器160， 则模拟信号采样器160的输出（例如，被传递通过模拟信号采样器160的ADC的RF发射信号的 采样)可W被用作到非线性变换器120的输入及/或用来调谐非线性变换器120(优选地通过 变换适配器130)。
[0029] 系统100可W被使用通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可 编程口阵列(FPGA)和/或任何合适的处理器(多个)或电路(多个)来实现。系统100优选地包 括来存储配置数据的存储器，但是可W附加地或可替代地被使用外部存储的配置数据或W 任何合适的方式来进行配置。
[0030] 系统100被优选地使用全双工无线电来实现。附加地或可替代地，系统100可W被 实现为主动感测系统(例如，雷达）、有线通信系统、无线通信系统和/或任何其他合适的系 统(包括其中发射频带和接收频带在频率上相近但是不重叠的通信系统）。
[0031] 预处理器110起作用W对用于由如在图3中所示的非线性变换器120来进一步处理 的数字发射信号进行采样。由预处理器110所采样的数字发射信号优选地包括起源于电子 设备、目的地为全双工无线电（或其他的全双工无线通信系统）的RF发射机的数字信号。由 预处理器110所采样的数字发射信号可W附加地或可替代地包括来自模拟信号采样器160 或来自任何其他合适的来源的数字发射信号。
[0032] 由预处理器110所采样的数字发射信号优选地被编码用于通过RF发射机转换为模 拟信号（例如，通过PSK、QAM、0FDM等被编码），但是可W附加地或可替代地被W任何合适的 方式进行编码。
[0033] 预处理器110优选地对应于本地采样速率对数字发射信号进行采样；即，预处理器 110优选地将所有数字发射数据传递到非线性变换器120。附加地或可替代地，预处理器110 可W对数字发射信号数据的子集进行采样;例如，如果数字发射信号具有40MHz的本地采样 速率，则预处理器110可W在传递到非线性变换器120之前对应于20MHz的采样速率每隔一 个采样丢弃一个(而RF发射机可W仍然对应于40MHz的采样速率接收所有采样）。预处理器 110可W附加地或可替代地对数字发射信号进行插值W增加或降低采样速率。在一个实例 中，预处理器110修改数字发射信号的采样速率W匹配全双工无线电的RF接收机的采样速 率。
[0034] 在对数字发射数据进行采样时，预处理器110可W执行预处理W为了由非线性变 换器120进行处理而准备所采样的数字发射信号。预处理器110可W包括用于诸如缩放、移 位和/或W其他方式修改数字发射信号的预处理的各种运算器。
[0035] 在一个实现中，预处理器110通过去除不太可能实质上影响非线性变换器120的输 出的信息来修改所采样的数字发射信号。运可W包括例如丢弃采样，如果采样不表示来自 W前的采样的高于某些变化阔值的变化。作为另一个例子，如果数字发射信号对应于输出 模拟信号的特定幅度，则只有对应于高于某些幅度阔值的幅度的数字信号数据可W被传递 到非线性变换器120。
[0036] 如果预处理器110接收来自多于一个来源(例如，来自在RF发射机之前的发射线路 和模拟信号采样器160两者）的数字发射信号，则预处理器110可W附加地或可替代地W任 何合适的方式来对信号进行合并，或者可W优于另一个信号选择一个信号。例如，预处理器 110可W将两个信号的平均传递到非线性变换器120。作为另一个示例，预处理器110可W优 选模拟信号采样器始发优于高于特定的发射机功率（W及反之亦然，在该发射机功率或低 于该发射机功率)的发射路径数字发射信号的数字发射信号。两个信号的选择和合并可W 取决于任何合适的条件。
[0037] 如果预处理器110将所采样的数字发射信号传递到多于一个输入(例如，到非线性 变换器120和线性变换器150二者），则预处理器110可W将不同版本的所采样的数字发射信 号提供给不同的输入。作为第一个例子，预处理器110可W将相同的信号传递到非线性变换 器120和线性变换器150二者。作为第二个例子，预处理器110可W将数字信号的每第四个采 样传递到非线性变换器120并且将数字信号的每一个采样传递到线性变换器150(如果该信 号的非线性失真比线性失真更慢地变化，则运可能是有用的）。作为第S个例子，预处理器 110可W将所采样的数字信号分离成"线伴'分量和"非线伴'分量，其中"线性"分量和"非线 性"分量分别对应于更可能对在所接收的自干扰中的线性失真和在所接收的自干扰中的非 线性失真有影响的数字信号的分量。
[0038] 非线性变换器120起作用W将所采样的数字发射信号变换为非线性自干扰信号； 即，表示非线性自干扰对所接收的数字信号的假设的贡献的信号。非线性自干扰的贡献可 能起因于各种来源(包括在全双工无线电的RF接收机和RF发射机两者中的组件(例如，混频 器、功率放大器、ADC、DAC等））。此外，非线性自干扰的贡献可W随机地或者随环境条件或输 入条件(例如发射功率、周围溫度等)变化。<