CN103297069A - 一种全双工无线电射频干扰删除装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于全双工无线电通信抗干扰领域，公开了一种全双工无线电射频干扰删除装置与方法。干扰删除装置由环行器、功分器、无源衰减和时延电路和Balun变换器组成。发射支路输出的RF信号由功分器分出一路很小的信号，经衰减延迟电路后，输出与发射信号经环行器漏到接收支路的自干扰信号幅度相等、相位相同的再生干扰信号，这两路信号同时加到Balun变换器后相互抵消，从而达到了删除由发射信号产生的自干扰的目的。本发明在不增加天线的情况下消除了由发射信号形成的自身干扰信号对接收支路的干扰；采用无源衰减和时延电路代替有源隔离方式，无带外泄漏，大大降低了带外干扰。

Description

一种全双工无线电射频干扰删除装置与方法

技术领域

本发明属于无线电通信抗干扰领域，具体涉及一种全双工无线电射频干扰删除装置与方法。

背景技术

随着无线电通信技术的迅猛发展，全双工无线电射频干扰删除技术引起了世界各国研究人员的极大兴趣。2005年，Waterloo大学的Khandani教授发明了基于天线隔离的全双工无线电技术，在收发信机端非对称放置3幅天线，其中2幅发送天线与1幅接收天线间距分别为l和1+λ/2，这使得发射信号相差180度而可在接收通道抵消自干扰。

采用类似的天线配置方式，Stanford大学的Choi等设计了全双工IEEE802.15.4系统，利用天线、模拟RF和数字基带等级联干扰处理，能分别删除20dB、30dB、10dB的自干扰，可获得60dB的自干扰抑制增益。该系统不足之处在于：对天线间距的依赖使得最大干扰抑制能力集中于中心频率处，不适用于宽带系统；与3×3MIMO(Multi-input Multi-output)的空分复用系统相比，全双工的增益并不明显；需要手动调整天线的幅度、相位来实现干扰置零而限制了实际应用。

为了克服上述全双工无线电的不足，Jain等提出的全双工WiFi系统采用2幅天线（1Tx、1Rx）配置，利用平衡-非平衡变换器（Balun）的相移特性产生负极性发送信号，该信号经有源QHX220芯片放大、延迟后，与接收信号混合而抵消了干扰。有源QHX-Balun技术能抵消40～45dB的自干扰，配合数字域干扰删除技术，对10MHz OFDM（Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing）信号的干扰抑制能力可达73dB。但需要对Balun自动调谐来删除自干扰，其设计及实现也较为复杂。

综上所述，目前的全双工无线电设计多利用多幅天线进行空域信号隔离，如图3所示。这种技术虽然具有抑制自干扰的功能，但是MIMO自身的分集/复用增益未能得到有效利用。因此，需要突破原有局限，探索新的全双工设计思路。

发明内容

针对全双工无线电通信抗干扰中存在的上述问题，本发明提出了一种全双工无线电干扰删除装置和方法，采用无源衰减和延迟电路代替有源隔离方式，实现无源干扰抵消。

本发明采用的技术方案如下。

本发明的原理是：发射支路输出的RF信号由功分器分出一路很小的信号，经衰减延迟电路后，输出与发射信号经环行器漏到接收支路的自干扰信号幅度相等、相位相同的再生干扰信号，这两路信号同时加到Balun变换器后相互抵消，从而达到删除自干扰的目的。

一种全双工无线电射频干扰删除装置，包括：环行器，功分器，无源衰减和时延电路，和Balun变换器。其中，

环行器，有三个端口1、2、3，分别接功分器、天线和Balun变换器。环行器单向传输高频信号能量，可控制电磁波沿某一环行方向传输，起到既保证收发信号的正常传输又能隔离接收支路和发射支路的作用。

功分器，包括一个输入端和两个输出端，输入端与发射支路相连，两个输出端分别与环行器的1端口和无源衰减和时延电路的输入端相连。功分器用于将大功率RF发射信号按比例进行分配，与环行器相连的一端输出大功率信号，与无源衰减和时延电路相连的一端输出小功率信号。

无源衰减和时延电路，输入端与功分器的小功率输出端相连，输出接Balun变换器的一个输入端。无源衰减和时延电路用于将功分器输出的发射信号进行衰减、延迟，使其与经环行器漏至接收机的干扰信号幅度相等、相位相同。

Balun变换器，包括两个输入端和一个输出端。两个输入端分别接环行器的3端口和无源衰减和时延电路的输出，输出端与接收支路相连。用于使发射干扰信号和再生干扰信号相互抵消。

一种全双工无线电射频干扰删除方法，包括以下步骤：

步骤一，发射支路输出的RF信号经过功分器后分两路输出：一路输出高功率信号至环行器的1端口，一路输出低功率信号至无源衰减和时延电路。

步骤二，高功率发射信号绝大部分由环行器的1端口传输至2端口，并送至天线，由天线向空中辐射；很小的一部分从3端口漏至接收支路。

步骤三，由功分器输出的低功率信号经无源衰减和时延电路单元，输出与经环行器漏至接收机的干扰信号幅度相等、相位相反的信号，即再生的干扰信号，并送至Balun变换器。

步骤四，天线接收到的信号，经环行器的2端口输入，3端口输出，与发射信号由1端口漏至3端口的干扰信号迭加后，一起送到Balun变换器的另一个输入端。

步骤五，在Balun变换器中，再生干扰信号与由发射支路漏至接收支路的干扰信号反相迭加互相抵消，Balun变换器输出端只输出正常的接收信号，从而达到了删除自干扰的目的。

一般模拟域干扰抵消中，把生成的自干扰输入到Balun变换器的非平衡抽头，产生两个极性相反的信号。该法的缺点是，一部分信号被用作抵消自干扰的参考信号，另一部分则未被使用。与此不同，本发明把Balun变换器的平衡端作为输入，则非平衡端的输出为输入端信号之差。因此，若两个输入信号幅度相等、相位相同，则输出信号功率为零，减小了发射机的插入损耗。

与现有全双工技术相比，本发明的有益效果是：本发明在不增加天线的情况下消除了由发射信号形成的自身干扰信号对接收支路的干扰；采用无源衰减和时延电路代替有源隔离方式，无带外泄漏，大大降低了带外干扰。

附图说明

图1为本发明所涉及的装置组成框图；

图2为本发明所涉及的方法流程图；

图3为一般全双工无线电自干扰删除装置组成框图。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施方式。

一种全双工无线电射频干扰删除装置，其组成框图如图1所示，包括：环行器，功分器，无源衰减和时延电路，Balun变换器。

环行器选取三端口环行器，三个端口分别为端口1、端口2和端口3，端口1、2、3分别接功分器、天线和Balun变换器。环行器的环行方向为：由1端→2端→3端→1端。发射信号由端口1输入，端口2输出，并由天线向空中辐射；接收信号由端口2输入，端口3输出。由于环行器因输入/输出端口的阻抗不完全匹配，导致发送端口1和接收端口3之间有信号泄漏，隔离度一般为15dB的左右。

功分器选用RF功分器，一个输入端口，两个端口输出端口，且两个输出端口的输出功率不相等，其功率比与环行器的隔离度相当。输入端口与发射支路相连，输入大功率发射信号；大功率输出端与环行器的1端口相连，小功率输出端与无源衰减和时延电路的输入端相连。

无源衰减和时延电路，输入与功分器的小功率输出端相连，输出接Balun变换器的一个初级线圈的输入端。该无源衰减和时延电路由固定延迟线和可编程衰减器组成，延迟路径的信号幅度可由可编程衰减器自适应调整，延迟线时长为发送信号在环行器和连接导线传播所经历的延迟。功分器输出的小功率发射信号经该无源衰减和时延电路由固定延迟线后，与由环行器漏至接收支路的干扰信号幅度相等、相位相同。

Balun变换器，包括平衡端和非平衡端，平衡端作为输入端，分别接环行器的3端口和无源衰减和时延电路的输出，非平衡端作为输出端，与接收支路相连。非平衡端的输出为输入端信号之差，当两个输入信号的幅度和相位都相同时，输出信号功率为零。接入平衡端的发射干扰信号和再生干扰信号相互抵消，非平衡输出端只输出有用的接收信号。

一种全双工无线电射频干扰删除方法，方法流程图如图2所示，包括以下步骤：

步骤一，发射信号s经过功分器输出高功率信号S1和低功率信号S2。高功率信号S1送到环行器的1端口，低功率信号S2送到无源衰减和时延电路。

步骤二，高功率发射信号S1绝大部分由环行器的1端口传输至2端口，并送至天线，由天线向空中辐射；经过大约15dB的衰减后从环行器的端口3漏到接收支路，形成自干扰信号S_IF。

步骤三，由功分器输出的低功率发射信号S2经无源衰减和时延电路单元，输出与自干扰信号S_IF幅度相等、相位相同的再生干扰信号S_IF ^*=S_IF，并送至Balun变换器。

步骤四，天线接收到的信号S_r，经环行器的2端口输入，3端口输出，与自干扰信号S_IF迭加后，一起送到Balun变换器的另一个输入端。

步骤五，Balun变换器两个输入端的信号分别为S_IF ^*和S_r+S_IF，经Balun变换器变换后，输出信号为：

（S_r+S_IF）-S_IF ^*=（S_r+S_IF）-S_IF=S_r

即再生干扰信号S_IF ^*与由自干扰信号S_IF互相抵消，Balun变换器只输出正常的接收信号S_r。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种全双工无线电射频干扰删除装置，其特征在于包括：环行器，功分器，无源衰减和时延电路，和Balun变换器；其中，

环行器，有三个端口1、2、3，分别接功分器、天线和Balun变换器；环行器单向传输高频信号能量，可控制电磁波沿某一环行方向传输，起到既保证收发信号的正常传输又能隔离接收支路和发射支路的作用；

功分器，包括一个输入端和两个输出端，输入端与发射支路相连，两个输出端分别与环行器的1端口和无源衰减和时延电路的输入端相连；功分器用于将大功率RF发射信号按比例进行分配，与环行器相连的一端输出大功率信号，与无源衰减和时延电路相连的一端输出小功率信号；

无源衰减和时延电路，输入端与功分器的小功率输出端相连，输出接Balun变换器的一个输入端；无源衰减和时延电路用于将功分器输出的发射信号进行衰减、延迟，使其与经环行器漏至接收机的干扰信号幅度相等、相位相同；

Balun变换器，包括两个输入端和一个输出端；两个输入端分别接环行器的3端口和无源衰减和时延电路的输出，输出端与接收支路相连；用于使漏至接收机的自干扰信号和再生干扰信号相互抵消。

2.根据权利要求1所述的一种全双工无线电射频干扰删除装置，其特征在于，所述无源衰减和时延电路由固定延迟线和可编程衰减器组成，延迟路径的信号幅度可由可编程衰减器自适应调整，延迟线时长为发送信号在环行器和连接导线传播所经历的延迟。

3.一种全双工无线电射频干扰删除方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，发射支路输出的RF信号经过功分器后分两路输出：一路输出高功率信号至环行器的1端口，一路输出低功率信号至无源衰减和时延电路；

步骤二，高功率发射信号绝大部分由环行器的1端口传输至2端口，并送至天线，由天线向空中辐射；很小的一部分从3端口漏至接收支路；

步骤三，由功分器输出的低功率信号经无源衰减和时延电路，输出与经环行器漏至接收机的干扰信号幅度相等、相位相反的信号，即再生干扰信号，并送至Balun变换器；

步骤四，天线接收到的信号，经环行器的2端口输入，3端口输出，与发射信号由1端口漏至3端口的干扰信号迭加后，一起送到Balun变换器的另一个输入端；

步骤五，在Balun变换器中，再生干扰信号与由发射支路漏至接收支路的干扰信号反相迭加互相抵消，Balun变换器输出端只输出正常的接收信号，从而达到了删除自干扰的目的。

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