CN103190084B - 一种全双工通信装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种全双工通信装置，包括至少一个发射天线、至少一个信号合成装置，所述信号合成装置与至少两个接收天线相连，其中：所述至少一个发射天线用于发射第一发射信号，所述至少两个接收天线用于分别接收第一发射信号，所述信号合成装置用于接收来自所述至少两个接收天线的第一发射信号，接收到的第一发射信号之间存在相位差，将接收到的第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比信号合成装置接收到的至少一个第一发射信号的强度小。通过信号合成装置消除来自发射天线的干扰信号，从而不需要使用双工器消除来自发射天线的干扰信号，从而可以省去双工器。

Description

一种全双工通信装置和方法
技术领域
本发明涉及无线技术领域，尤其涉及一种全双工通信装置和方法。
背景技术
微波技术直接通过空间传送数据，不需要铺设光纤或是电缆等，在城市、偏远地区或者特殊地区(例如河流等)具有明显的工程优势；微波技术组网方便，使用方式灵活，业务开通时间短；随着微波技术的发展，微波设备的成本逐渐降低，因此，微波技术的使用越来越广泛。
微波设备通常采用不同的频率同时发送和接收信号，使用双工器隔离发送和接收的信号，然而双工器一般体积和重量都比较大，随着微波技术的发展，微波设备向宽频段、小型化、低成本方向发展，但是一方面双工器很难实现小型化，甚至集成到集成电路芯片中，另一方面双工器结构导致很难支持宽频段。
发明内容
本发明实施例提供了一种全双工通信装置和方法，用以解决现有技术中双工器很难小型化和集成的问题。
本发明实施例提供了一种全双工通信装置，包括至少一个发射天线、至少一个信号合成装置，所述信号合成装置与至少两个接收天线相连，其中：
所述至少一个发射天线用于发射第一发射信号；
所述至少两个接收天线用于分别接收第一发射信号；
所述信号合成装置用于接收来自所述至少两个接收天线的第一发射信号，接收到的第一发射信号之间存在相位差，将接收到的第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比接收到的至少一个第一发射信号的强度小。
本发明实施例提供了一种全双工通信方法，包括：
至少一个发射天线发射第一发射信号；
至少两个接收天线分别接收第一发射信号；
信号合成装置接收来自所述至少两个接收天线的第一发射信号，接收到的第一发射信号之间存在相位差，将接收到的第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比接收到的至少一个第一发射信号的强度小。
本发明实施例中，至少一个发射天线用于发射第一发射信号，至少两个接收天线用于分别接收第一发射信号，信号合成装置用于接收来自所述至少两个接收天线的第一发射信号，接收到的第一发射信号之间存在相位差，将接收到的第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比接收到的至少一个第一发射信号的强度小。通过信号合成装置消除来自发射天线的干扰信号，从而不需要使用双工器消除来自发射天线的干扰信号，从而可以省去双工器，降低安装、维护、运输等费用，并且由于双工器很难小型化和支持宽频段，而本发明实施例省去了双工器，能够实现满足双工通信需求的小型化射频前端，并支持宽频段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种全双工通信装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种全双工通信装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的再一种全双工通信装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的再一种全双工通信装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的再一种全双工通信装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的再一种全双工通信装置的结构示意图；
图7a为现有技术中的一种高增益全双工系统；
图7b为本发明实施例提供的一种高增益全双工系统；
图8为本发明实施例提供的一种全双工通信方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
图1为本发明实施例提供的一种全双工通信装置的结构示意图。
如图1所示，包括至少一个发射天线101，至少一个信号合成装置102，信号合成装置102与至少两个接收天线103、104相连，其中：
至少一个发射天线101用于发射第一发射信号，第一发射信号通过空间传送到对端装置，对端装置接收第一发射信号从而实现数据的空间传送。
至少两个接收天线103、104用于分别接收第一发射信号接收天线103、104和发射天线101的距离较近，接收天线103、104将会收到来自发射天线的干扰信号，该干扰信号是部分第一发射信号，主要是由第一发射信号的旁瓣造成的，由于距离较近，该干扰信号的强度较大，会严重干扰正确信号的接收，需要尽可能的消除该干扰信号。
信号合成装置102用于合成来自所述至少两个接收天线103、104的第一发射信号，接收到的第一发射信号之间存在相位差，将接收到的第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比信号合成装置102接收到的至少一个第一发射信号的强度小。来自至少两个接收天线103、104的第一发射信号之间存在的相位差可以由不同接收天线距离发射天线的距离不同造成，也可以由接收天线到信号合成装置之间的传输延时不同造成，也可以由这两者联合造成。信号合成装置102使得第一发射信号的强度降低，从而减少来自发射天线的干扰信号。
本发明实施例中，至少一个发射天线用于发射第一发射信号，至少两个接收天线用于分别接收第一发射信号，信号合成装置用于接收来自所述至少两个接收天线的第一发射信号，接收到的第一发射信号之间存在相位差，将接收到的第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比接收到的至少一个第一发射信号的强度小。通过信号合成装置消除来自发射天线的干扰信号，从而不需要使用双工器消除来自发射天线的干扰信号，从而可以省去双工器，降低安装、维护、运输等费用，并且由于双工器很难小型化和支持宽频段，而本发明实施例省去了双工器，能够实现满足双工通信需求的小型化射频前端，并支持宽频段。
图2为本发明实施例提供的一种全双工通信装置的结构示意图。
如图2所示，包括一个发射天线101a，一个信号合成装置102a，信号合成装置102a与两个接收天线相连，这两个接收天线分别为第一接收天线103a和第二接收天线103b，其中：
一个发射天线101a用于发射第一发射信号，第一发射信号通过空间传送到对端装置，对端装置接收第一发射信号从而实现数据的空间传送。
第一接收天线103a和第二接收天线103b用于分别接收第一发射信号，接收天线103a、103b和发射天线101a的距离较近，第一接收天线103a和第二接收天线103b将会收到来自发射天线的干扰信号，该干扰信号来自第一发射信号，主要是由第一发射信号的波束的旁瓣造成的，由于距离较近，该干扰信号的强度较大，会严重干扰正确信号的接收，需要尽可能的消除该干扰信号。
信号合成装置102a用于合成来自第一接收天线103a的第一发射信号和来自第二接收天线103b的第一发射信号，来自第一接收天线103a的第一发射信号和来自第二接收天线103b的第一发射信号之间存在相位差，将来自第一接收天线103a的第一发射信号和来自第二接收天线103b的第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比信号合成装置102a接收到的至少一个第一发射信号的强度小。来自至少两个接收天线103a、103b的第一发射信号之间存在的相位差可以由不同接收天线距离发射天线的距离不同造成，也可以由接收天线到信号合成装置之间的传输延时不同造成，也可以由这两者联合造成。信号合成装置102a使得第一发射信号的强度降低，从而减少来自发射天线的干扰信号。
本实施例中，第一接收天线103a和第二接收天线103b用于分别接收第一发射信号，在其它实施例中，第一接收天线103a和第二接收天线103b还用于分别接收第一接收信号，信号合成装置102a还用于接收来自第一接收天线103a的第一接收信号和来自第二接收天线103b的第一接收信号，将接收到的第一接收信号进行合成，合成后的第一接收信号的强度比信号合成装置接收到的任何一个第一接收信号的强度大。对端装置发射信号，全双工通信装置接收该信号从而实现数据的空间传送，第一接收信号即是对端装置发射的信号，是全双工通信装置真正需要接收的信号，全双工通信装置没有接收到第一接收信号可以应用在系统初始化或者故障调测等场景。
本实施例中，到达信号合成装置102a时，来自第一接收天线103a的第一发射信号和第二接收天线103b的第一发射信号之间的相位差为π(或者接近π)，信号合成后第一发射信号可基本完全消除，在其它实施例中，第一接收天线103a的第一发射信号和第二接收天线103b的第一发射信号之间的相位差可以为大于5π/6小于7π/6。
本实施例中，信号在信号合成装置与第一接收天线和在信号合成装置与第二接收天线之间的传输时间相同，没有带来第一发射信号的相位差，也没有带来第一接收信号的相位差。在其它实施例中，由于传输线距离不同带来的第一接收信号的相位差可以是小于π/6，这样可以尽量减少对于第一接收信号的影响。
本实施例中，发射天线只有一个，在其它实施例中，发射天线可以有多个，例如包括第一发射天线和第二发射天线，第一发射天线和第二发射天线均发射第一发射信号，第一接收天线和第二接收天线距离第一发射信号的波束中心存在距离差x，设计时对具体放置方式没有限制，可以是放置在波束中心一侧，也可以是分别放在在波束中心两侧，只要来自发射天线的干扰信号在信号合成装置处可以相互抵消，从而强度大大降低甚至消除即可。
本实施例中，信号合成装置102a与两个接收天线相连，在其它实施例中，也可以与三个以上接收天线相连，例如当信号合成装置102a和三个接收天线相连时，这三个接收天线分别为第一接收天线、第二接收天线和第三接收天线，第一发射信号在信号合成装置与三个接收天线之间的传输相位差小于π/6，第一接收天线距离第一发射信号的波束中心最近，第三接收天线距离第一发射信号的波束中心最远，第一接收天线和第二接收天线距离第一发射信号的波束中心存在距离差y，第二接收天线和第三接收天线距离第一发射信号的波束中心存在距离差y，y为第一发射信号的波长的1/3，在其它实施例中，三个接收天线之间的位置可以采用其它设计，只要来自发射天线的干扰信号在信号合成装置处可以相互抵消，从而强度大大降低甚至消除即可。
本实施例中，信号在信号合成装置与第一接收天线和在信号合成装置与第二接收天线之间的传输带来的信号相位差为零或小于π/6，在信号合成装置处第一发射信号的相位差主要由这两个接收天线和发射天线之间的距离不同造成的，当该距离固定时，全双工通信装置支持的发射信号的频率将被限定，此时可以在接收天线和信号合成装置之间增加移相装置104a和104b，使得全双工通信装置能够支持宽频带范围。所述一个发射天线101a支持的发射信号的最大波长为λ1，支持的发射信号的最小波长为λ2，第一接收天线103a和第二接收天线103b距离第一发射信号的波束中心存在距离差x，其中当第一发射信号波长为λ3，(λ2≤λ3≤λ1)时，通过调节移相装置104a和/或104b的移相范围，使得在信号合成装置处来自两个接收天线的第一发射信号之间的相位差为π(或者接近π)，信号合成后第一发射信号可基本完全消除，在其它实施例中，第一接收天线103a的第一发射信号和第二接收天线103b的第一发射信号之间的相位差可以为大于5π/6小于7π/6，也能达到大幅降低第一发射信号强度的效果。
本实施例通过设计接收天线和发射天线之间的距离实现干扰信号的消除。
图3为本发明实施例提供的一种全双工通信装置的结构示意图。
如图3所示，包括发射天线101x，发射天线101y，信号合成装置102x，信号合成装置102y，信号合成装置102x与接收天线103x1相连，信号合成装置102x与接收天线103x2相连，信号合成装置102y与接收天线103y1相连，信号合成装置102y与接收天线103y2相连，其中：
发射天线101x用于发射第一发射信号，发射天线101y用于发射第一发射信号，第一发射信号通过空间传送到对端装置，对端装置接收第一发射信号从而实现数据的空间传送。
接收天线103x1用于接收第一发射信号，接收天线103x2用于接收第一发射信号。信号合成装置102x用于合成来自接收天线103x1的第一发射信号和来自接收天线103x2的第一发射信号，到达信号合成装置102x时，来自第一接收天线103x1的第一发射信号和第二接收天线103x2的第一发射信号之间存在相位差π(或者接近π)，合成时来自第一接收天线103x1的第一发射信号和第二接收天线103x2的第一发射信号之间相互抵消，使得合成后得到的第一发射信号的强度比信号合成装置102x接收到的至少一个第一发射信号的强度小。
接收天线103x1还用于接收第一接收信号，接收天线103x2还用于接收第一接收信号。信号合成装置102x还用于合成来自接收天线103x1的第一接收信号和来自接收天线103x2的第一接收信号，到达信号合成装置102x时，来自第一接收天线103x1的第一接收信号和第二接收天线103x2的第一接收信号之间不存在相位差(或者很小)，合成时来自第一接收天线103x1的第一接收信号和第二接收天线103x2的第一接收信号之间相互增强，使得合成后得到的第一接收信号的强度比信号合成装置102x接收到的任何一个第一接收信号的强度大。
接收天线103y1用于接收第一发射信号，接收天线103y2用于接收第一发射信号。信号合成装置102y用于合成来自接收天线103y1的第一发射信号和来自接收天线103y2的第一发射信号，到达信号合成装置102y时，来自第一接收天线103y1的第一发射信号和第二接收天线103y2的第一发射信号之间存在相位差π(或者接近π)，合成时来自第一接收天线103y1的第一发射信号和第二接收天线103y2的第一发射信号之间相互抵消，使得合成后得到的第一发射信号的强度比信号合成装置102x接收到的至少一个第一发射信号的强度小。
接收天线103y1还用于接收第一接收信号，接收天线103y2还用于接收第一接收信号。信号合成装置102y还用于合成来自接收天线103y1的第一接收信号和来自接收天线103y2的第一接收信号，到达信号合成装置102y时，来自第一接收天线103y1的第一接收信号和第二接收天线103y2的第一接收信号之间不存在相位差(或者很小)，合成时来自第一接收天线103y1的第一接收信号和第二接收天线103y2的第一接收信号之间相互增强，使得合成后得到的第一接收信号的强度比信号合成装置102y接收到的任何一个第一接收信号的强度大。
信号合成装置102x合成后主要包括第一接收信号和残留的第一发射信号，信号合成装置102y合成后的同样主要包括第一接收信号和残留的第一发射信号。第二信号合成装置104用于接收来自信号合成装置102x的信号和来自信号合成装置102y的信号，将接收到的第一发射信号进行合成，由于接收天线组(103x1，103x2)和接收天线组(103y1，103y2)与发射天线之间有距离差，第二信号合成装置104处的第一发射信号存在相位差π(或者接近π)，合成时来自信号合成装置102x的第一发射信号和信号合成装置102y的第一发射信号之间相互抵消，使得合成后得到的第一发射信号的强度比第二信号合成装置104接收到的至少一个第一发射信号的强度小。第二信号合成装置104还用于将接收到的第一接收信号进行合成，合成后的第一接收信号的强度比第二信号合成装置104接收到的任何一个第一接收信号的强度大。在其它实施例中，第二信号合成装置104和信号合成装置102x之间包括移相装置，移相装置可以仅对来自信号合成装置102x的第一发射信号进行移相，使得第二信号合成装置104处接收到的来自信号合成装置102x和信号合成装置102y的第一发射信号的相位差为π(或者接近π)，达到最佳的抵消效果，当然，也可以在第二信号合成装置104和信号合成装置102y之间设置移相装置来对来自信号合成装置102y的第一发射信号进行移相，使得第二信号合成装置104处接收到的来自信号合成装置102x和信号合成装置102y的第一发射信号的相位差为π(或者接近π)，达到最佳的抵消效果，此时，需要两个移相装置。
本发明实施例中，采用两个发射天线同时发射第一发射信号，可以提高发射信号的增益，采用两组接收系统同时接收信号，可以提高接收信号的增益，当然，发射天线可以更多，接收系统也可以更多，从而可以实现高增益通信。
图4为本发明实施例提供的一种全双工通信装置的结构示意图。
如图4所示，以微波通信装置为例进行说明，其中包括：一个发射天线401、两个接收天线403和404、一个信号合成电路402和其它射频电路405，这两个接收天线与发射天线存在一定的距离差x，其中发射天线和与其最近的接收天线的距离为d，两个接收天线与信号合成电路之间的传输线长度分别为l1和l2，其中传输线介电常数为ε。该系统中发射信号频率为f1，波长为λ1，接收信号频率为f2，波长为λ2。
在该装置中除噪声信号和接收信号外，接收天线还会接收到部分发射信号，这些发射信号主要是由于发射信号旁瓣造成，这部分信号也是干扰信号，且由于距离较近，相对于接收信号来说信号很强，会严重干扰正确的信号接收，需要尽可能地消除。另外，对于微波系统中的接收信号来说，由于通常距离较远，可以认为是平行波，通过天线校准后，入射角接近零度。
本实施例采用信号合成抵消的方式来消除来自发射天线的干扰信号，该装置满足以下条件：发射信号在通过两个接收天线到达信号合成电路处的相位差为π，即由于接收信号为平行波，且入射角接近零度，为使得接收信号的同相位叠加，本实施例中l1＝l2，即要求x＝λ1/2。
当系统运行时，在信号合成电路处：
1.对于发射天线形成的干扰信号，从两个接收天线收到的信号相位差为π，由于信号合成后全部抵消。
2.接收信号，由于l1＝l2，其通过两个接收天线的信号相位差为零，由于信号强度会增强为2倍。
由于实际实现中由于工艺误差等原因，来自两个接收天线的两路干扰信号在进行信号合成时的相位差与π之间可能会有一定的误差，信号不会完全抵消，但会通过上述处理后，该干扰信号的强度会大大降低。
另外，该实施例仅描述了一个发射天线和两个接收天线的情况，也可以是多个发射天线和多个接收天线，在此情况下只需要保证多个接收天线与发射信号波束中心保持一定的距离，使得来自多个接收天线的干扰信号在信号合成处能够抵消。
其次，该实施例仅描述了一个信号合成电路连接两个接收天线的情况，也可以是多个天线连接到一个合成电路上，如三根天线的情况，可以设计天线位置和传输线长度使得接收到的干扰信号到达信号合成处的两两相位差为120度，其合成后也可以相互抵消。
本发明实施例提供了一种全双工微波装置，通过接收天线和发射天线之间的距离设计实现干扰信号的消除，省去了双工器，可以实现微波装置的集成化设计。
图5为本发明实施例提供的一种全双工通信装置的结构示意图。
如图5所示，和上面实施例的区别是在接收天线和信号合成电路之间增加了移相装置，其中包括：一个发射天线501、两个接收天线503和504、一个信号合成电路502和其它射频电路505，接收天线503和信号合成电路502之间包括移相装置506，接收天线504和信号合成电路502之间包括移相装置507，移相装置506和移相装置507可以为移相电路或移相器。上一个实施例能够能够支持的频率与设置的天线距离有关，天线距离固定为x后，能够支持的频率也就被限定在左右，当发射频率偏离fo较大时，干扰抵消性能会比较差。
本实施例在接收天线和信号合成电路之间加入移相电路或移相器，通过对各个接收天线接收到的发射天线的干扰信号进行移相，使得其信号合成后会最大程度地抵消。
这里仍然以两个接收天线为例，说明支持13GHz频段(12.75～13.25GHz)和15GHz频段(14.5～14.62/15.23～15.35GHz)的射频前端系统的实现方法。在该系统中最低频率为12.75GHz(波长约为23.5mm)，最高频率为15.35GHz(波长约为19.5mm)。这里假设l1＝l2，取x＝10.65mm，则当发射信号在12.75GHz频率的时候，两个接收天线的接收信号相位差约为163度(π-17°)，设置507移相约17度左右后，两个接收信号相位差可被调整到π或接近π。
这种方式下由于移相会导致来自多个天线的接收信号可能无法同相位叠加，但是由于这些接收天线之间的相位差较小(一般小于30度)，对于叠加后信号增强效果影响不大。
本发明实施例中，接收天线和信号合成电路之间包括移相装置，从而可以支持宽频段范围。
图6为本发明实施例提供的一种全双工通信装置的结构示意图。
如图6所示，本实施例提供一种能够支持宽频段范围的高增益系统，上面两个实施例在微波场景的应用中如果采用高增益天线，则会占用较大空间，如果采用微型天线如微带天线、缝隙天线、喇叭天线等则会有增益太小的问题。
本实施例采用微型天线组成的阵列天线来实现高增益，这种阵列天线可以是微带阵列天线、缝隙阵列天线或者喇叭阵列天线等形式，这里不一一列举。
本实施例采用阵列天线方式实现，其中包含多个发射天线单元和多个接收天线单元，其中每两个(或多个，这里以两个为例)接收天线组成一组，通过信号合成电路连接在一起，在每一组接收天线中天线与信号合成电路之间还有移相电路(或移相器)，每一组接收天线中各个天线与发射波束中心的保持一定的距离差，配合移相电路，使得从一组接收天线上接收到的发射天线造成的干扰信号在达到信号合成处的相位差为π(或者说接近为π)，实现干扰信号抵消，同时实现接收信号的增强。
每一组接收天线接收到的信号经过信号合成的干扰抵消之后再进行一次移相和合成以实现多组接收天线信号之间的进一步干扰信号抵消和接收信号增强。这次移相和合成操作可以在射频、下变频、中频或基带来实现，图6中描述的是基于采用下变频后的信号进行移相和合成的方式。
对于发射方向而言，可以通过空间信号合成来实现高的发射信号增益以满足传输距离要求，另外通过移相电路来调整各个发射天线单元的发射信号相位，从而调整波束方向。移相操作可以在射频、上变频、中频或基带来实现，本实例图示中描述的是基于采用上变频前的信号进行移相的方式。
另外，由于干扰抵消在实际实现中由于电路、工艺等限制，无法做到完全的干扰抵消，因此在基带或中频或射频部分可以引入额外的干扰抵消电路或算法来实现更好的干扰抵消效果。
如图6描述的微波双工系统，其中包括多个发射天线单元和多个接收天线单元。该系统支持的发射信号频率范围为f1～f2，对应地发射信号波长范围为λ2～λ1。
在发送方向上，数据通过数字和中频处理634后进入射频，通过功分电路631将待发射的射频信号分为多路，进入多个发射通道。以其中一个发射天线单元620所在的发射通道为例，信号通过移相624、625之后上变频622、623到载波频率，再经过放大器621处理后，通过发射天线单元620发射出来。通过控制移相的角度，多个发射天线单元607发射出来的信号通过空间功率合成后会在某个方向上功率得到增强，从而获得足够的增益来实现较远距离的传输，该方向上的波束即为中心波束。但是最终形成的波束仍然包含旁瓣(sidelobe)或栅瓣(gratinglobe)，它们会影响接收天线单元对于来自远端的待接收信号的接收。
在接收方向上，系统中包含多个接收天线单元，其中每两个接收天线作为一组，如601～606为6个接收天线组。以601天线组所在的接收路径为例，其中包含两个接收天线单元608和609，这两个接收天线单元与发送方向中心波束之间存在一个距离差x，本实施例中x为λx/2(λ2≤λx≤λ1)。会同时接收到来自远端的待接收信号和来自本端发射天线的发射信号，其中待接收信号是需要正确接收的信号，而来自本端发射天线的发射信号是干扰信号，它通常由发射波束的旁瓣或栅瓣造成。
(1)从接收天线到信号合成电路处的处理
对于来自本端发射天线的干扰信号的处理：
由于本端发射天线距离接收天线很近，此时干扰信号功率通常会远远大于来自远端的待接收信号功率。由于608和609与发送方向中心波束之间存在一个距离差x＝λx/2(λ2≤λx≤λ1)，608和609接收到的来自发射天线的两路干扰信号存在相位差(通常)。这两路干扰信号分别经过移相电路610和611后到达信号合成电路612，考虑接收天线608和接收天线609与信号合成电路612之间的传输线长度差异和在移相电路610与移相电路611上的延时差异造成的两路信号的相位差σ，通过调节移相电路610和/或移相电路611，可以使得在信号合成电路612处两路信号的相位差为或约为π，另外由于距离差非常小，这两路干扰信号的强度接近相同，在天线增益相同或接近的情况下，在信号合成电路612处经过信号合成后，这两路干扰信号会相互抵消，从而使得合成后得到的信号中干扰信号没有或非常小。
对于来自远端的待接收信号的处理：
接收天线单元608和609分别会分别接收到一路待接收信号，经过本端天线与远端天线对准后，来自远端的待接收信号会平行入射或接近平行入射，因此这两路待接收信号的相位差为零或接近为零；这两路接收信号会分别经过移相电路610和移相电路611后到达信号合成电路612。移相电路610和移相电路611的移相操作会使得这两路接收信号有一定的相位差而接收天线608和接收天线609与信号合成电路612之间的传输线长度差异、在移相电路610与移相电路611上的延时差异等也会造成额外的相位差但是由于和通常都比较小，在信号合成电路612处，这两路待接收信号仍然会得到增强。
经过信号合成电路612后，会得到一个合成信号，其中包含残留的来自发射天线的干扰信号和增强的待接收信号，当然还包括其它干扰信号。其中残留的发射天线的干扰信号强度要远远小于天线接收到的干扰信号强度。
(2)信号合成电路后的处理
经过信号合成电路612后得到的合成信号通过低噪声放大器(LNA)613后被分为两路信号，这两路信号通过混频器614和615下变频，得到I、Q两路信号，由于不同的天线组与发送方向中心波束之间也存在一个距离差，如天线组601和天线组606与中心波束距离差约为y＝λy/2(λ2≤λy≤λ1)，则通过调节移相电路617、618、635、636中的一个或多个还可以进一步降低来自发射天线的干扰信号强度。当然也可以同时调节多个天线组对应的移相电路来共同实现干扰信号的抵消。同时，由于在接收方向上，待接收信号入射角接近零度，因此601天线组得到的I路和Q路分别与其它天线组602、603、604、605、606等得到的I路信号和Q路信号中的待接收信号的相位差较小，然后通过接收信号合成630分别对来自接收天线组的I路信号和Q路信号进行进一步信号合成，以获得更高的待接收信号强度增益。
由于合成后的信号中仍然有残留的来自发射天线的干扰信号，如果该干扰信号过强，仍然会影响待接收信号的解码，这里在数字和中频处理634部分引入额外的干扰抵消处理633来进一步消除干扰。另外数字和中频处理部分的移相控制632用于控制系统中的移相电路的移相大小。这里移相控制模块包含至少三个子模块，分别控制发射方向的移相电路、接收方向天线侧的移相电路以及接收方向下变频后的移相电路。
本实施例通过多个发射天线和多组接收系统，实现了高增益的微波双工系统。
图7a和图7b描述的是一种高增益的全双工系统，它通过两个反射面对来自远端的接收信号以及馈源天线的发射信号进行反射来聚焦波束，从而获得高增益。
图7a描述的是一种基于传统的卡塞格伦天线的高增益全双工系统，其中包括卡塞格林天线707、双工器706、信号发送电路704和信号接收电路705，其中卡塞格林天线707包括馈源天线701、副反射面702和主反射面703。
图7b描述的是一种基于卡塞格伦天线进行改造的高增益全双工系统，其中包括改造的卡塞格林天线715、移相电路712、移相电路713、信号合成电路716、信号发送电路709和信号接收电路714，其中改造的卡塞格林天线715包括一个发送馈源天线706、两个接收馈源天线710和711、副反射面707和主反射面708。除移相电路712和移相电路713引入的信号延时外，两个接收馈源天线710和711与信号接收电路714之间的传输延时相同或近似相同。该系统支持的发射信号频率范围为f1～f2，对应地发射信号波长范围为λ2～λ1。其中两个接收馈源天线710和711放置在发送馈源天线706附近，且与发送馈源天线706的距离差x为λx/2(λ2≤λx≤λ1)。两个接收馈源天线710和711的发射口径在同一平面上，并与发送馈源天线706的发射口径保持平行，这三个馈源天线可以在一条直线上。
发射方向处理：
发射信号通过信号发送电路709提供给发送馈源天线706，发送馈源天线706产生的空间信号经过副反射面707反射后，再经过主反射面708反射，最终将波束聚焦在某个方向上发射出去；
接收方向处理：
来自远端的接收信号S0经过主反射面708反射后聚焦到副反射面707，再经过副反射面707发射后形成平行波，由两个接收馈源天线710和711接收，并在信号合成电路716处进行合成后进入信号接收电路处理。但是两个接收馈源天线710和711同时也会接收到来自发送馈源天线706的发射信号S1(主要由反向旁瓣引起)、来自主反射面708反射的发射信号S2和来自副反射面707发射的发射信号S3。S1、S2和S3均为干扰信号，会干扰待接收信号的接收。
对于来自发送馈源天线706的发射信号S1，两个接收馈源天线接收到的信号会有(通常)的相位差，再通过移相电路712和或713的移相处理，使得到达信号合成电路716时来自710和711的干扰信号的相位差接近π，信号合成时能够相互抵消，从而大大降低干扰信号的强度。虽然移相处理也会给接收到的来自远端的接收信号S0带来一定的相位变化，从而造成两个接收馈源天线接收到的信号S0有一定相位差，但是由于这里的移相处理通常移相角度较小，在信号合成电路716处，两个接收馈源天线接收到的信号S0在合成后仍然会得到增强。
对于来自主反射面708反射的发射信号S2，可以在主发射面和接收馈源天线之间增加一个防护罩717，来消除接收馈源天线处的干扰信号S2。一般来说无法完全消除，残留的干扰信号S2仍然会通过接收馈源天线进入信号接收电路。
对于副反射面707发射的发射信号S3，可以通过在副反射面的中心位置上增加涂层，来消除接收馈源天线处的干扰信号S3。一般来说无法完全消除，残留的干扰信号S3仍然会通过接收馈源天线进入信号接收电路。
由于通常干扰信号S1、S2、S3无法完全消除，如果该干扰信号过强，仍然会影响待接收信号的解码，这里也可以在数字和中频处理部分引入额外的干扰抵消处理来进一步消除干扰。
本实施例中的馈源天线通常是微型天线或微型阵列天线，例如喇叭天线、微带天线、喇叭阵列天线、微带阵列天线等，这里不做限定。
本实施例通过多个馈源天线和反射面，实现了高增益的微波双工系统。
图8为本发明实施例提供的一种全双工通信方法的流程示意图。
S801，至少一个发射天线发射第一发射信号；
S802，至少两个接收天线分别接收第一发射信号；
S803，信号合成装置。
接收来自所述至少两个接收天线的第一发射信号，接收到的第一发射信号之间存在相位差，将接收到的第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比信号合成装置接收到的至少一个第一发射信号的强度小。
本实施例还可以包括：
所述至少两个接收天线在分别接收第一发射信号的同时，还分别接收第一接收信号；
所述信号合成装置接收来自所述至少两个接收天线的第一接收信号，将接收到的第一接收信号进行合成，合成后的第一接收信号的强度比信号合成装置接收到的任何一个第一接收信号的强度大。
本实施例还可以包括：
信号合成装置与至少一个接收天线之间的移相装置调整来自所述至少一个接收天线的第一发射信号的相位，使得信号合成装置合成后的第一发射信号的强度降低。
本实施例还可以包括：
所述至少一个信号合成装置具体包括至少两个信号合成装置，与所述至少两个信号合成装置相连的第二信号合成装置接收来自所述至少两个信号合成装置的第一接收信号，将接收到的第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比第二信号合成装置接收到的至少一个第一发射信号的强度小。
本实施例还可以包括：
所述至少一个信号合成装置具体包括至少两个信号合成装置，与所述至少两个信号合成装置相连的第二信号合成装置接收来自所述至少两个信号合成装置的第一接收信号，将接收到的第一接收信号进行合成，合成后的第一接收信号的强度比第二信号合成装置接收到的任何一个第一接收信号的强度大。
本实施例中，至少一个发射天线发射第一发射信号，至少两个接收天线分别接收第一发射信号，信号合成装置接收来自所述至少两个接收天线的第一发射信号，接收到的第一发射信号之间存在相位差，将接收到的第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比信号合成装置接收到的至少一个第一发射信号的强度小。通过信号合成装置消除来自发射天线的干扰信号，从而不需要使用双工器消除来自发射天线的干扰信号，从而可以省去双工器。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件实施。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (15)

1.一种全双工通信装置，其特征在于，包括至少一个发射天线、至少一个信号合成装置，所述信号合成装置与至少两个接收天线相连，其中：
所述至少一个发射天线用于发射第一发射信号；
所述至少两个接收天线用于分别接收第一发射信号；
所述信号合成装置用于接收来自所述至少两个接收天线的第一发射信号，接收到的第一发射信号之间存在相位差，将接收到的第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比信号合成装置接收到的至少一个第一发射信号的强度小。
2.根据权利要求1所述的全双工通信装置，其特征在于：
所述至少两个接收天线还用于分别接收第一接收信号；
所述信号合成装置还用于接收来自所述至少两个接收天线的第一接收信号，将接收到的第一接收信号进行合成，合成后的第一接收信号的强度比信号合成装置接收到的任何一个第一接收信号的强度大。
3.根据权利要求1所述的全双工通信装置，其特征在于，所述信号合成装置与至少一个接收天线之间还包括移相装置，移相装置用于调整来自所述至少一个接收天线的第一发射信号的相位，使得信号合成装置合成后的第一发射信号的强度降低。
4.根据权利要求1或3所述的全双工通信装置，其特征在于，信号合成装置合成后的第一发射信号的强度为零。
5.根据权利要求1所述的全双工通信装置，其特征在于，所述至少两个接收天线具体包括第一接收天线和第二接收天线，信号合成装置用于接收来自第一接收天线的第一发射信号和来自第二接收天线的第一发射信号，接收到的来自第一接收天线的第一发射信号和来自第二接收天线的第一发射信号之间的相位差大于5π/6小于7π/6。
6.根据权利要求5所述的全双工通信装置，其特征在于，所述至少一个发射天线支持的发射信号的最大波长为λ1，支持的发射信号的最小波长为λ2，第一接收天线和第二接收天线距离第一发射信号的波束中心存在距离差x，其中
7.根据权利要求2所述的全双工通信装置，其特征在于，所述至少一个信号合成装置具体包括至少两个信号合成装置，所述全双工通信装置还包括第二信号合成装置，所述第二信号合成装置与所述至少两个信号合成装置相连，所述第二信号合成装置用于接收来自所述至少两个信号合成装置的残留第一发射信号，将接收到的残留第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比第二信号合成装置接收到的至少一个残留第一发射信号的强度小。
8.根据权利要求7所述的全双工通信装置，其特征在于，所述第二信号合成装置还用于接收来自所述至少两个信号合成装置的第一接收信号，将接收到的第一接收信号进行合成，合成后的第一接收信号的强度比第二信号合成装置接收到的任何一个第一接收信号的强度大。
9.根据权利要求7所述的全双工通信装置，其特征在于，所述第二信号合成装置与至少一个信号合成装置之间还包括第一移相装置，第一移相装置用于将来自所述至少一个信号合成装置的残留第一发射信号进行移相。
10.根据权利要求1所述的全双工通信装置，其特征在于，所述发射天线和所述接收天线为馈源天线。
11.一种全双工通信方法，其特征在于，包括:
至少一个发射天线发射第一发射信号；
至少两个接收天线分别接收第一发射信号；
信号合成装置接收来自所述至少两个接收天线的第一发射信号，接收到的第一发射信号之间存在相位差，将接收到的第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比信号合成装置接收到的至少一个第一发射信号的强度小。
12.根据权利要求11所述的全双工通信方法，其特征在于，还包括：
所述至少两个接收天线在分别接收第一发射信号的同时，还分别接收第一接收信号；
所述信号合成装置接收来自所述至少两个接收天线的第一接收信号，将接收到的第一接收信号进行合成，合成后的第一接收信号的强度比信号合成装置接收到的任何一个第一接收信号的强度大。
13.根据权利要求11所述的全双工通信方法，其特征在于，还包括：
信号合成装置与至少一个接收天线之间的移相装置调整来自所述至少一个接收天线的第一发射信号的相位，使得信号合成装置合成后的第一发射信号的强度降低。
14.根据权利要求12所述的全双工通信方法，其特征在于，所述至少一个信号合成装置具体包括至少两个信号合成装置，与所述至少两个信号合成装置相连的第二信号合成装置接收来自所述至少两个信号合成装置的残留第一发射信号，将接收到的残留第一发射信号进行合成，合成后的第一发射信号的强度比第二信号合成装置接收到的至少一个残留第一发射信号的强度小。
15.根据权利要求14所述的全双工通信方法，其特征在于，所述第二信号合成装置还接收来自所述至少两个信号合成装置的第一接收信号，将接收到的第一接收信号进行合成，合成后的第一接收信号的强度比第二信号合成装置接收到的任何一个第一接收信号的强度大。
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