CN103248594A - 一种实现同频全双工无线通信的方法 - Google Patents

Abstract

发明《一种实现同频全双工无线通信的方法》属无线通信领域，其目的在于克服频分双工(FDD)和时分双工(TDD)这两种无线通信的基本双工方法的缺点，即FDD法占用频带宽、TDD法时间利用率低，实现同频全双工无线通信。本发明的通信双方的信号频带相同且同时收发信号。本发明选用角调制为信号调制方式，并将发射的射频信号用作接收机的本地振荡信号；采用相干接收技术分离处于同一频带内的收发射频信号；结合直接变频技术、信号抵消技术、直流去除技术及自适应滤波技术等一系列技术来实现同频全双工无线通信的目标。本发明可用于小功率双向无线通信。

Description

一种实现同频全双工无线通信的方法

技术领域

本发明为一种同频全双工无线通信的方法，通信双方的收发频率相同，保持双向通信连续进行。属于无线通信技术领域。

背景技术

双工是一种实现双向通信的技术。双工分为全双工和半双工两类，全双工指通信双方同时发送和接收信号；半双工指通信双方轮流发送和接收信号。

同频通信是指通信双方发送信号占用的频带相同。

同频全双工通信在有线通信中是一种普遍采用的技术，但在无线通信时由于发送信号和接收信号的功率十分悬殊，通常达10¹⁰以上，而且接收信号的功率时时变化，且没有规律。因而同频全双工通信在无线通信时实现难度大。

现有的无线通信的基本的双工方法有频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种。FDD是异频全双工通信，通信双方发送的信号频带不同，间隔一定的频率。TDD是同频半双工通信，采用相同的频带发送信号，但收发轮流进行。

在FDD通信时，相向的信号占用两段频带间留有一段频率间隔称保护间隔，以使收发信机前端的双工器正常工作。因而FDD时所需的频带为信号频带的两倍以上。

在TDD通信时，由于信号传播需要一定的时间，因而在每一通信方由发送转为接收或由接收转为发送时需留出一段时间既不发送也不接收，这段时间称为保护时隙，通信距离越长，保护时隙也越长。因而FDD时通信每一方发送信号的时间小于总时间的二分之一。

发明内容

本发明的目的在于克服FDD通信时占用频带宽、TDD通信时时间利用率低的缺点，实现同频全双工无线通信。本发明的通信双方发送信号的频带相同，且能同时连续地发送和接收信号。本发明选用角调制为信号调制方式，并将发射信号用作接收机的本地振荡信号；用环形器将发射机功放的输出信号定向传送至天线，由同一天线接收到的信号经同一环形器定向传送到接收机。

本发明采用相干接收技术分离处于同一频带之内的发射信号和接收信号；用正交混频器直接将射频信号解调为基带信号；利用信号抵消技术减弱进入接收机的本地发射信号，以降低对低噪声放大器和正交混频器的线性度要求，用直流去除技术消除本地发射信号对接收机的干扰；用自适应抵消技术去除混频器输出中的本地发送的基带信号。

附图说明

附图为本发明的系统框图，发送数据流经波形成形器(7)变为适合于调制的信号，信号经角调制器(6)成为已调信号，已调信号的载波由频率合成器(5)产生。已调信号经射频放大器(4)放大后分为两路，一路由功率放大器(3)放大后，经由环形器(2)至收发天线(1)发送至空中，另一路信号进入接收机。

由通信对方发来的信号，即接收信号经环形器(2)至抵消器(8)，与接收信号同时进入抵消器的还有环形器逆向泄漏的发射信号和发射至空中被周围物体反射回的发射信号。

来自射频放大器(4)的信号进入接收机后分为两路，一路经移相器(10)和可变衰减器(9)后至抵消器(8)用于抵消由于环形器隔离度不够逆向进入接收机的发射信号，另一路再分为两路加至两个乘法器(12)，其中的一路在至乘法器前先经π/2移相器(13)移相90°，二个乘法器(12)和π/2移相器一起构成了正交混频器。乘法器输出信号经低通滤波器(14)滤除高频分量再由直流去除电路(15)去除直流分量，然后至可变增益放大器(16)，信号在此得到适当放大后进入A/D变换器(17)，两路信号经A/D变换器后成为数字信号，经相位检测(18)和差分(19)后变为频率信息，经自适应抵消(20)后，剩余的接收信号经低通滤波(21)和均衡(22)后通过判决(23)恢复成接收数据。

具体实施方式：

结合附图对本发明作进一步说明如下：

由于收发信机发射信号和接收信号的功率相差悬殊，因而调制方式只能采用调角的方法，即信息完全由信号角度的变化来体现，信号幅度不能携带信息，调角又分调频和调相两种方式，图中相位检测(18)后得到的是相位信息，若采用调频方式则此信息需经差分(19)后转化为频率信息，若采用调相方式，则差分算法不需要。

抵消器(8)用于抵消由于环形器的隔离度不够泄漏到接收机的发射信号，进入接收机的发射信号幅度在抵消后将降低10倍以上，这样可以降低对低噪声放大器(11)和乘法器(12)的线性度要求。

进入接收机的发射信号的另一个来源是周围环境反射回接收机的信号，此信号相当于零中频接收机的本振泄漏，它是一种变化不定的信号，因而抵消器(8)对它不起作用。

乘法器(12)、移相器(13)和LPF(14)构成了正交混频器。传统正交混频器的本振信号是单频正弦波，其频率不同于发射中心频率。但本发明的本振信号来自发射信号。以下具体说明这一变化产生的结果。

对于漏入接收机的发射信号，由于乘法器的两路输入信号相同，因而相乘后将出现直流和信号的两倍频。信号的两倍频被低通滤波器(14)滤除，直流被直流去除电路去除。这样本地发射信号对接收机的干扰被彻底消除。

对于接收信号，乘法器的输出将是低频信号和信号的两倍频。两倍频分量由低通滤波器(14)滤除，低频信号含发射基带信号和接收基带信号，以下用公式简单说明。

设接收信号为A_rcos[ω_ct+φ_r(t)]，其中A_r为接收信号振幅，ω_c为载频，φ_r(t)为相位函数，载有接收信号信息。以A_Tcos[ω_ct+φ_T(t)]代表发射信号，A_T为乘法器本振端的发射信号振幅，φ_T(t)为相位函数，载有发送信息。

乘法器的输出为

$A_r{A}_T\cos [{\mathrm{\ω}}_{c}t+{\mathrm{\φ}}_r\left(t\right)]\cos [{\mathrm{\ω}}_{c}t+{\mathrm{\φ}}_T\left(t\right)]$

$=\frac{1}{2}{A}_r{A}_T\cos [{\mathrm{\φ}}_r\left(t\right)-{\mathrm{\φ}}_T\left(t\right)]+\frac{1}{2}{A}_r{A}_T\cos [2{\mathrm{\ω}}_{c}t+{\mathrm{\φ}}_r\left(t\right)+{\mathrm{\φ}}_T\left(t\right)]$

低通滤波器的输出为

经相位检测后得到的信号为φ_r(t)-φ_T(t)，由此可见乘法器的输出信号中包含有发射信息和接收信息，虽然收发射频信号的功率相差极大，但乘法器输出的收发基带信号的大小相同，发射基带信号很容易被后继的自适应抵消器去除。

由以上分析可知低通滤波器(14)的带宽应为收发基带信号带宽的两倍，而低通滤波器(21)的带宽等于接收基带信号的带宽。

Claims (7)

1.一种实现同频全双工无线通信的方法，其系统主要由角调制器(6)、环形器(2)、抵消器(8)、直流去除电路(15)、自适应抵消器(20)以及由乘法器(12)、移相器(13)和低通滤波器构成的正交混频器组成。

2.根据权利要求1所述的系统构成，为实现同频全双工无线通信的目标，其特征在于信号调制方式采用角度调制方式。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于采用环形器(2)作为收发双工器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于采用抵消器(8)来降低进入接收机的本地发射信号的功率。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于正交混频器的本振信号为本地发射信号。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于用直流去除电路(15)去除进入接收机的本地发射信号的干扰。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于用自适应抵消器(20)去除正交混频器输出信号中的本地发射基带信号。

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