CN102111177A - 一种双天线全双工软件无线电收发机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双天线全双工软件无线电收发机，包括发射通道数字信号处理模块，DAC，发射通道射频电路模块，发射天线，接收天线，接收通道射频电路模块，ADC，耦合相消模块，接收通道数字信号处理模块。耦合相消模块实现方法通过对发射通道信号进行复数加权，估计出接收通道耦合信号，然后消去。耦合相消模块权系数通过发射正弦信号测量获得。本发明有益效果是无需双工器，通过两个全向天线和耦合相消模块，实现收发机在同频载波条件下的全双工工作模式，提高频谱资源利用率。

Description

一种双天线全双工软件无线电收发机

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种双天线全双工软件无线电收发机。

技术背景

无线通信收发机可以工作在三种模式，即单工，半双工，全双工。在2G，3G和未来4G移动通信中，我们主要采用半双工或者全双工模式。传统收发机采用一个天线，通过一个双工器实现半双工或者全双工模式。在半双工方式下，双工器是一个切换开关，收和发是时分复用方式工作，此时接收和发射信号可以采用相同载波频率。在全双工方式下，双工器是滤波器组，收和发是频分复用方式工作，此时接收和发射信号采用不同载波频率。可见，如果收发信号具有相同载波频率，传统单天线收发机不能实现全双工模式。

软件无线电是无线收发机采用的一种体系结构，其特征之一就是系统的编解码，调制解调，上下变频功能都是利用FPGA或者DSP等数字器件，在数字域实现。发射通道通过DAC直接把数字信号转换为射频模拟信号，接收通道通过ADC直接把射频模拟信号转换为数字信号。利用软件无线电体系下数字信号处理的灵活性，可以克服原有模拟系统中的一些困难，实现新的功能或者简化系统设计。

总之，传统单天线无线收发机在收、发载波采用相同频率时，无法工作在全双工模式，进而导致无线频谱资源利用率不高。

发明内容

本发明专利要解决的技术问题是设计一种双天线全双工软件无线电收发机，该方法能在接收和发射信号载波采用相同频率时，实现全双工工作模式，从而提高无线频谱资源利用率。

解决所述问题的技术方案是一种双天线全双工软件无线电收发机，其包括：一个发射通道数字信号处理模块，实现传输信号的编码，调制，数字上变频，其输出信号传递给DAC和接收通道的耦合相消模块；一个DAC，实现发射通道的数模转换，其输出为模拟射频信号，传递给发射通道射频电路模块；一个发射通道射频电路模块，实现发射射频信号的滤波，功率放大，其输出传递给发射天线；一个发射天线，实现电磁波辐射；一个接收天线，实现电磁波接收，并把信号传递给接收通道射频电路模块；一个接收通道射频电路模块，实现接收模拟射频信号的低噪声放大，滤波，其输出传递给ADC；一个ADC，实现接收通道的模数转换，其输出是数字信号，传递给耦合相消模块；一个耦合相消模块，实现发射通道耦合信号的消除，其输出信号传递给接收通道数字信号处理模块；一个接收通道数字信号处理模块，完成数字下变频，解调，解码。其特征在于：收发机的接收和发射采用相同频率的载波，接收和发射分别采用一个全向天线，无需双工器，通过耦合相消单元实现全双工工作模式，同时，采用软件无线电体系，耦合相消单元在数字域实现。

所述一种双天线全双工软件无线电收发机，其耦合相消模块实现方法为：第一步，求出接收通道ADC输出信号y(n)的解析信号Y(n)，同时求出发射通道数字信号处理模块输出信号x(n)的解析信号X(n)；第二步，对解析信号X(n)，利用权系数W(n)进行复数加权，得到耦合信号的估计信号F(n)＝W(n)X(n)；第三步，从接收信号Y(n)中消除耦合信号F(n)，得到耦合相消模块输出信号Z(n)，并传递给接收通道数字信号处理模块。

所述一种双天线全双工软件无线电收发机，其耦合相消模块中权系数W(n)的确定方法为：第一步，在无其他收发机干扰下，发射通道数字信号处理模块产生一个正弦信号a(n)，频率等于载波频率，并通过DAC，发射通道射频电路，发射天线发射，而此时接收通道ADC输出信号b(n)为发射通道耦合信号；第二步，求出a(n)的解析信号A(n)和b(n)的解析信号B(n)；第三步，计算权系数W(n)＝B(n)/A(n)。

本发明专利的有益效果是在接收和发射信号载波采用相同频率时，可以实现全双工工作模式，无需双工器。本发明可以广泛应用于各种无线通信收发机设计，包括移动通信，卫星通信，无线局域网等。

附图说明

图1是收发机整体结构框图；

图2是耦合相消模块结构框图。

具体实施方式

一种双天线全双工软件无线电收发机，其系统结构如图1所示。收发机由发射通道和接收通道构成，其中发射通道包括了发射通道数字信号处理模块，DAC，发射通道射频电路模块，发射天线；接收通道包括了接收天线，接收通道射频电路模块，ADC，耦合相消模块，接收通道数字信号处理模块。收发机采用了软件无线电体系，接收和发射信号的载波频率相同。由于接收和发射分别采用一个全向天线，可以实现全双工工作模式。但由于两个全向天线的采用，通过空间耦合，接收信号中存在较强的发射信号的耦合信号，需要通过一个耦合相消模块去除。另外，收发机的接收天线，发射天线，射频电路模块，数字信号处理模块，ADC和DAC实现，都是本领域公知技术。

接收通道耦合信号来自发射通道，由于接收和发射信道是时不变的，耦合信号是发射信号的一个副本，只是幅度有衰落，相位有延时。通过一个复数加权，可以在数字域估计出耦合信号大小，从而在接收信号中消除耦合信号。耦合相消模块的实现方法如图2所示，具体步骤包括：第一步，求出接收通道ADC输出信号y(n)的解析信号Y(n)，同时求出发射通道数字信号处理模块输出信号x(n)的解析信号X(n)，其中，解析信号求解方式通过Hilbert变换获得，比如实信号x(n)的解析信号X(n)＝x(n)+jH{x(n)}，式中H{}表示Hilbert变换，j为虚数单位；第二步，对解析信号X(n)，利用权系数W(n)进行复数加权，得到F(n)＝W(n)X(n)，其中权系数W(n)完成对发射信号的幅度衰减和相位延时，从而生成耦合信号的估计信号；第三步，从接收信号Y(n)中消除耦合信号F(n)，得到耦合相消模块输出信号Z(n)＝Y(n)-F(n)，并传递给接收通道数字信号处理模块。

在耦合相消模块中，权系数是一个常数，通过发射标准测试信号可以预先估计。计算权系数的具体步骤包括：第一步，发射通道数字信号处理模块产生一个正弦信号a(n)，其频率等于载波频率，并通过DAC，发射通道射频电路，发射天线发射，而此时接收通道ADC输出信号b(n)为发射通道耦合信号；第二步，求出a(n)的解析信号A(n)和b(n)的解析信号B(n)；第三步，计算权系数W(n)＝B(n)/A(n)；

本发明在收发信号载波为相同频率条件下，通过采用两个天线，并在数字域完成耦合相消，可以实现全双工工作模式，无需双工器，从而提高频谱资源利用率。

Claims (3)

1.一种双天线全双工软件无线电收发机，其包括：

一个发射通道数字信号处理模块，实现传输信号的编码，调制，数字上变频，其输出信号传递给DAC和接收通道的耦合相消模块；

一个DAC，实现发射通道的数模转换，其输出为模拟射频信号，传递给发射通道射频电路模块；

一个发射通道射频电路模块，实现发射射频信号的滤波，功率放大，其输出传递给发射天线；

一个发射天线，实现电磁波辐射；

一个接收天线，实现电磁波接收，并把信号传递给接收通道射频电路模块；

一个接收通道射频电路模块，实现接收模拟射频信号的低噪声放大，滤波，其输出传递给ADC；

一个ADC，实现接收通道的模数转换，其输出是数字信号，传递给耦合相消模块；

一个耦合相消模块，实现发射通道耦合信号的消除，其输出信号传递给接收通道数字信号处理模块；

一个接收通道数字信号处理模块，完成数字下变频，解调，解码；

其特征在于：收发机的接收和发射采用相同频率的载波，接收和发射分别采用一个全向天线，无需双工器，通过耦合相消单元实现全双工工作模式，同时，采用软件无线电体系，耦合相消单元在数字域实现。

2.根据权利要求1所述一种双天线全双工软件无线电收发机，其特征在于耦合相消模块实现方法为：

第一步，求出接收通道ADC输出信号y(n)的解析信号Y(n)，同时求出发射通道数字信号处理模块输出信号x(n)的解析信号X(n)；

第二步，对解析信号X(n)，利用权系数W(n)进行复数加权，得到耦合信号的估计信号F(n)＝W(n)X(n)；

第三步，从接收信号Y(n)中消除耦合信号F(n)，得到耦合相消模块输出信号Z(n)，并传递给接收通道数字信号处理模块。

3.根据权利要求1和权利要求2所述一种双天线全双工软件无线电收发机，其特征在于耦合相消模块中权系数W(n)的确定方法为：

第一步，在无其他收发机干扰下，发射通道数字信号处理模块产生一个正弦信号a(n)，频率等于载波频率，并通过DAC，发射通道射频电路，发射天线发射，而此时接收通道ADC输出信号b(n)为发射通道耦合信号；

第二步，求出a(n)的解析信号A(n)和b(n)的解析信号B(n)；

第三步，计算权系数W(n)＝B(n)/A(n)。

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