CN103634022A - 一种平坦衰落环境下全双工收发机及自干扰对消方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平坦衰落环境下全双工收发机及自干扰对消方法，在接收端，通过耦合器将接收的信号分为相位相差90°的IQ两路信号，分别送入结构对称的I路和Q路接收通道，在接收通道中通过乘法器、加法器结合射频干扰重建模块完成模拟对消，在后端再通过数字对消单元进行数字对消，信道/延时估计单元产生的时延估计参数和信道估计参数传送给延时模块、射频干扰重建模块和数字对消单元，实现自干扰对消的循环执行，直到对消结果达到最佳。本发明利用自混频和零中频技术，有效降低了收发机结构的复杂度，节省成本，减小体积；大大降低了自干扰信号对消时对延时器件的精度要求，方便器件选型，易实现；接收通道相互独立，结构对称，易于集成。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域中去除干扰的方法，特别是涉及一种平坦衰落环境下全双工收发机及自干扰对消方法。
背景技术
当前实际无线通信系统都采用TDD(Time Division Duplexing)或者FDD(FrequencyDivision Duplexing)的双工方式。TDD的双工系统使用相同频率，但不同时隙来传输数据，从而隔离上下行链路之间的干扰。FDD的双工系统使用相同时隙，但不同频率来传输数据，从而隔离上下行链路之间的干扰。这两种双工方法，在隔离上行和下行链路过程中，分别牺牲了时间资源和频率资源，导致频谱利用率低下。如果使用相同频率并且同时收发无线信号的同时同频全双工(Co-frequency Co-time Full Duplex,CCFD)技术进行双向通信，毫无疑问这将使得无线通信链路的频谱效率提高一倍。
然而，同时同频全双工在理论和工程上都存在着自干扰的问题，即本地对外发送信号与远端发射机同时发送过来的信号在频谱上有重叠，会对待接收信号形成大功率的自干扰，从而严重影响接收端对远端发射机发送信号的接收。因此同时同频全双工方式下进行自干扰消除至关重要。
现有的同时同频全双工自干扰对消方法主要有：
（1）同时同频全双工自干扰天线对消：这种方法采用多根发射天线进行波束成形使得发射信号在接收天线处调零，如图7所示，第一发射天线和第二发射天线到接收天线的距离相差半个载波波长λ/2，当它们发送相同信号s(t)时就在接收天线处形成了调零区域，位于调零区域的接收天线自干扰信号得到抑制。
（2）同时同频全双工自干扰射频对消：如中国专利申请号201310313850.2，一种多径环境下同时同频全双工自干扰抵消方法，它通过信号预校正模块、信道估计模块Ⅰ和调整算法模块来共同完成估计信道参数的工作，进而控制射频干扰重建单元对射频信号的重建，在加法器Ⅰ中完成模拟抵消，再经过数字干扰抵消模块完成数字干扰抵消，以满足后续器件的线性动态范围。
（3）同时同频全双工自干扰数字对消：由于自干扰信号和远端有用信号的功率相差太大不可能进行模数转换器ADC直接采样，因此目前数字对消主要和(1)、(2)两种方法结合实现进一步的干扰对消和自干扰信号参数估计。
现有同时同频全双工自干扰对消方法，它们存在以下缺点：
（1）上述的第一种同时同频全双工自干扰天线对消方法，不仅要多一根冗余发射天线还限定了天线的空间相对位置，并且远场信号分布复杂且存在盲区，自干扰信道之间利用延时来实现相移会对非点频信号产生误差；
（2）上述的第二种自干扰的射频对消方法，需采用了大量的时延、增益和相移器件，结构复杂，并且在载波频率完成加法对消时，对时延误差的高敏感性使得延时器件必须具备相当高的调节精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种平坦衰落环境下全双工收发机及自干扰对消方法，利用自混频和零中频技术，有效降低了收发机结构的复杂度，节省成本，减小体积；大大降低了自干扰信号对消时对延时器件的精度要求，方便器件选型，易实现；只需在包络维度上的对消，便能有效抑制自干扰信号中的确定分量和相噪、杂散等随机分量，不再需要相移器件；对发射和接收的信号特征无特殊要求，且不需要限定收发同步；接收通道相互独立，结构对称，易于集成。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种平坦衰落环境下全双工收发机，它包括天线单元、数字信号发射处理单元、数字信号接收处理单元、信道/延时估计单元、控制接口、模拟对消单元和数字对消单元，数字信号发射处理单元接收原始信号b(i)，数字信号发射处理单元的输出通过数模转换器DAC与射频发射通道相连，数字信号发射处理单元的输出还分别与信道/延时估计单元和数字对消单元相连，射频发射通道的输出端与天线单元的发射端相连，射频发射通道的输出端也与模拟对消单元相连。
模拟对消单元包括延时模块、耦合器、射频干扰重建模块、乘法器、加法器和低通滤波器，天线单元的接收端与耦合器相连，耦合器的一路输出通过乘法器A和加法器A与低通滤波器A相连，耦合器的另一路输出通过乘法器B和加法器B与低通滤波器B相连，射频发射通道的输出端与延时模块的信号输入端相连，延时模块的输出端分别与乘法器A、乘法器B和射频干扰重建模块的输入端相连，射频干扰重建模块的输出端分别与加法器A和加法器B相连，低通滤波器A的输出端通过射频接收通道A与第一模数转换器ADC1相连，低通滤波器B的输出端通过射频接收通道B与第二模数转换器ADC2相连，第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2的输出端分别连接数字对消单元，第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2的输出端也分别与信道/延时估计单元相连，数字对消单元的输出端分别与数字信号接收处理单元和信道/延时估计单元相连，信道/延时估计单元的参数输出端分别与控制接口和数字对消单元相连，控制接口的输出端分别与延时模块和射频干扰重建模块的控制端相连。
该全双工收发机还包括数字上变频器DUC，数字上变频器DUC置于数字信号发射处理单元与数模转换器DAC之间，用于对数字信号发射处理单元输出的信号进行上变频处理。
延时模块可以是延时器件和移相器件的组合，延时器件实现大步进延时，而移相器件实现残余延时。
天线单元可以是分离天线，也可是采用环形器实现复用的共用天线。
根据需求，低通滤波器和加法器的位置可以调换，实现先滤波后相减，或者先相减后滤波。
所述耦合器可以采用输出信号满足相位差的一个或者多个移相器来实现。
所述射频接收通道A所处的I路接收通道与射频接收通道B所处的Q路接收通道的结构相互对称。
所述的射频干扰重建模块包括平方器、I路增益子模块和Q路增益子模块，延时模块的输出端与平方器的输入端相连，平方器的输出端分别与I路增益子模块和Q路增益子模块相连，信道/延时估计单元的输出端通过控制接口分别连接I路增益子模块和Q路增益子模块，I路增益子模块的输出端与加法器A的输入端相连，Q路增益子模块的输出端与加法器B的输入端相连。
所述的数字对消单元由数字延时器A、增益/延时校正模块和除法器组成，数字延时器A的输入端分别连接数字信号发射处理单元的输出端和信道/延时估计单元的输出端，数字延时器A的输出端分别与增益/延时校正模块和除法器相连，增益/延时校正模块的输入端分别与信道/延时估计单元、第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2相连，增益/延时校正模块的输出端与除法器相连，通过除法器输出数字对消信号。
所述的信道/延时估计单元包括数字延时器B、延时估计模块和信道估计模块，数字延时器B的输入端与数字信号发射处理单元的输出端相连，输出端分别连接延时估计模块和信道估计模块，延时估计模块的输入端分别连接第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2，输出端连接信道估计模块和数字延时器B，延时估计模块还输出时延估计参数，信道估计模块的输入端与数字对消单元的输出端相连，并输出信道估计参数。
所述的控制接口采用逻辑接口或数字模拟转换接口。乘法器采用射频乘法器。
一种平坦衰落环境下全双工自干扰对消方法，它包括一个信号发射步骤和一个信号接收步骤。
所述信号发射包括如下子步骤：
S101：数字信号发射处理，原始信号b(i)通过数字信号发射处理单元处理后，得到数字发射信号tx(n)，数字发射信号tx(n)分别送往信号/延时估计单元、数字对消单元和数模转换器DAC，其中，b(i)代表发射天线第i个符号持续时间内发射的信号；
S102：数模转换器DAC对数字发射信号tx(n)进行数模转换，并经过射频发射通道得到射频发射信号s(t)；
S103：射频发射信号s(t)通过天线单元的发射端发射出去，与此同时，射频发射信号s(t)还送入模拟对消单元。
所述信号接收包括如下子步骤：
S201：天线单元的接收端将收到的和信号r(t)送入耦合器；
S202：耦合器对和信号r(t)进行耦合处理，输出相位相差π/2、时延相同的两路信号，即I路信号r'(t)和Q路信号r″(t)，并分别送入I路接收通道和Q路接收通道；
S203：模拟对消单元中的延时模块接收步骤S103送入的射频发射信号s(t)，并根据信道/延时估计单元输出的时延估计参数τ(k)，对射频发射信号s(t)进行延时处理，得到射频延时信号d(t)，并分别送入射频干扰重建模块、I路接收通道和Q路接收通道；
S204：射频干扰重建模块将射频延时信号d(t)和信道/延时估计单元输出的信道估计参数h(k)联合得到I路重建信号lc(t)和Q路重建信号
I路重建信号lc(t)送入I路接收通道的加法器A中，Q路重建信号
送入Q路接收通道的加法器B中；
S205：I路接收通道的乘法器A将耦合器输出的I路信号r'(t)和延时模块输出的射频延时信号d(t)进行运算得到I路自混频信号rl(t)，I路自混频信号rl(t)送入加法器A中，在加法器A中与射频干扰重建模块输出的I路重建信号lc(t)进行加法运算，得到I路模拟对消后的自混频信号rc(t)，并送入低通滤波器A中；Q路接收通道的乘法器B将耦合器输出的Q路信号r″(t)和延时模块输出的射频延时信号d(t)进行运算得到Q路自混频信号Q路自混频信号
送入加法器B中，在加法器B中与射频干扰重建模块输出的Q路重建信号
进行加法运算，得到Q路模拟对消后的自混频信号
并送入低通滤波器B中；
S206：低通滤波器A对I路模拟对消后的自混频信号rc(t)进行滤波处理，得到模拟对消后的I路零中频信号rlp(t)，I路零中频信号rlp(t)再依次经过射频接收通道A和第一模数转换器ADC1的处理，得到I路数字采样信号I(n)，并送入数字对消单元中；低通滤波器B对Q路模拟对消后的自混频信号
进行滤波处理，得到模拟对消后的Q路零中频信号
Q路零中频信号
再依次经过射频接收通道B和第二模数转换器ADC2的处理，得到Q路数字采样信号Q(n)，并送入数字对消单元中；低通滤波器A和低通滤波器B的通带截止频率不小于当前通信带宽BW，通带指标由具体通信要求确定；
S207：数字对消单元根据接收的I路数字采样信号I(n)、Q路数字采样信号Q(n)，以及数字信号发射处理单元传送的数字发射信号tx(n)、信道/延时估计单元输出的时延估计参数τ(k)和信道估计参数h(k)，进行数字对消处理，得到数字对消信号rx(n)；
S208：信道/延时估计单元利用数字对消单元输出的数字对消信号rx(n)、I路数字采样信号I(n)、Q路数字采样信号Q(n)和数字信号发射处理单元输出的数字发射信号tx(n)进行自干扰信道的延时、增益和相移估计，得到新的时延估计参数τ(k)和信道估计参数h(k)，并分别送入延时模块、射频干扰重建模块和数字对消单元，再返回步骤S203，重复执行，直到对消效果达到最佳，完成自干扰对消，其中，k表示第k次估计操作，本次估计得到的时延估计参数τ(k)和信道估计参数h(k)是将数字对消信号rx(n)中的残余自干扰特性和第k-1次的自干扰特性进行累积而成；
S209：数字信号接收处理单元对完成自干扰对消后的数字对消信号rx(n)进行接收处理，得到远端发射机业务信息的估计值
步骤S101所述的数字发射信号tx(n)在送入数模转换器DAC之前还包括一个通过数字上变频器DUC对数字发射信号tx(n)进行数字上变频处理的步骤。
步骤S202所述的I路信号r'(t)和Q路信号r″(t)相位相差π/2是指I路信号r'(t)和Q路信号r″(t)的相位差属于集合{π(1/2+k),k＝0,±1,±2...}。
本发明的有益效果是：
（1）在接收部分采用零中频技术，不仅减少了接收机内的元器件，节省成本，使得整个接收机的体积减小，另外，使得对消减法在零频处理，有效降低了射频减法对延时和相位的敏感性；
（2）通过乘法器实现了自干扰信号的自混频，将自干扰信号降维成包络信号，大大降低了自干扰信号对消时对延时器件的精度要求，对硬件误差容忍度高，方便器件选型，易实现；
（3）接收部分采用自干扰信号自混频，使得杂散信号也自混频到零频，只要杂散信号和自干扰信号频点间隔不小于信号带宽，经过低通滤波器之后杂散会得到极大抑制，几乎不需要再设计专门的电路来进行自干扰信号的杂散消除，降低了结构的复杂度；
（4）在乘法器之后设计加法器，自干扰信号的相位噪声由于差频得到了极大抑制，从而几乎不需要专门的电路来进行自干扰信号的相噪消除，降低了结构的复杂度；
（5）I路接收通道和Q路接收通道相互独立，且其结构具有对称性，有利于整个设备的集成，对于通道不平衡也方便在数字域进行校正；
（6）对延时和增益进行综合考虑，使得模数转换器ADC需要的模拟对消能力可以方便的折算为延时器和增益器的步长，使得系统设计和性能预算更方便。
附图说明
图1为本发明全双工收发机的原理框图；
图2为射频干扰重建模块的原理框图；
图3为数字对消单元的原理框图；
图4为信道/延时估计单元的原理框图；
图5为天线单元的一种实现框图；
图6为天线单元的另一种实现框图；
图7为现有的天线对消的实现框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种平坦衰落环境下全双工收发机，它包括天线单元、数字信号发射处理单元、数字信号接收处理单元、信道/延时估计单元、控制接口、模拟对消单元和数字对消单元，数字信号发射处理单元接收原始信号b(i)，数字信号发射处理单元的输出通过数模转换器DAC与射频发射通道相连，数字信号发射处理单元的输出还分别与信道/延时估计单元和数字对消单元相连，射频发射通道的输出端与天线单元的发射端相连，射频发射通道的输出端也与模拟对消单元相连。
模拟对消单元包括延时模块、耦合器、射频干扰重建模块、乘法器、加法器和低通滤波器，天线单元的接收端与耦合器相连，耦合器的一路输出通过乘法器A和加法器A与低通滤波器A相连，耦合器的另一路输出通过乘法器B和加法器B与低通滤波器B相连，射频发射通道的输出端与延时模块的信号输入端相连，延时模块的输出端分别与乘法器A、乘法器B和射频干扰重建模块的输入端相连，射频干扰重建模块的输出端分别与加法器A和加法器B相连，低通滤波器A的输出端通过射频接收通道A与第一模数转换器ADC1相连，低通滤波器B的输出端通过射频接收通道B与第二模数转换器ADC2相连，第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2的输出端分别连接数字对消单元，第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2的输出端也分别与信道/延时估计单元相连，数字对消单元的输出端分别与数字信号接收处理单元和信道/延时估计单元相连，信道/延时估计单元的参数输出端分别与控制接口和数字对消单元相连，控制接口的输出端分别与延时模块和射频干扰重建模块的控制端相连。
根据实际需求，在数字信号发射处理单元与数模转换器DAC之间设置数字上变频器DUC，用于对数字信号发射处理单元输出的信号进行上变频处理。
数字信号发射处理单元负责处理原始信号b(i)，数字信号接收处理单元负责对数字对消信号rx(n)进行处理，得到远端发射机业务信息的估计值信道/延时估计单元根据接收的多个信号产生信道估计参数和时延估计参数；模拟对消单元中用于完成模拟对消，其中，延时模块根据信道/延时估计单元输出的时延估计参数对射频发射信号进行延时处理；耦合器负责对天线单元接收端接收的信号进行处理，得到满足相位差的两路信号；射频干扰重建模块根据信道/延时估计单元输出的信道估计参数进行信号重建；乘法器和加法器用于进行自干扰对消运算；数字对消单元用于完成数字对消处理。
延时模块可以是延时器件和移相器件的组合，延时器件实现大步进延时，而移相器件实现残余延时。
天线单元可以是分离天线，即包括发射端天线和接收端天线，如图5所示，天线单元也可是采用环形器实现复用的共用天线，如图6所示。
低通滤波器和加法器的位置可以调换，实现先滤波后相减，或者先相减后滤波。具体位置根据选型器件的功率承受能力来选择。
所述耦合器可以采用输出信号满足相位差的一个或者多个移相器来实现。也可以在射频延时信号d(t)输出的支路上进行移相，或者将上述两种情况综合实现。
所述射频接收通道A所处的I路接收通道与射频接收通道B所处的Q路接收通道的结构相互对称。I路接收通道和Q路接收通道非对称的时候需要结合实际考虑时延误差。
如图2所示，所述的射频干扰重建模块包括平方器、I路增益子模块和Q路增益子模块，延时模块的输出端与平方器的输入端相连，平方器的输出端分别与I路增益子模块和Q路增益子模块相连，信道/延时估计单元的输出端通过控制接口分别连接I路增益子模块和Q路增益子模块，I路增益子模块的输出端与加法器A的输入端相连，Q路增益子模块的输出端与加法器B的输入端相连。平方器可以采用平方律器件，也可以采用输出信号p(t)的基带等于输入信号d(t)包络的平方的其他任何器件和结构，即满足lp[p(t)]＝lp[d2(t)]的任何器件和结构，其中，lp()表示低通滤波或者是取包络。平方器输出信号p(t)，I路增益子模块和Q路增益子模块负责对信号p(t)乘上一个系数来生成I路重建信号lc(t)和Q路重建信号
系数值由信道估计参数h(k)得到。
如图3所示，所述的数字对消单元由数字延时器A、增益/延时校正模块和除法器组成，数字延时器A的输入端分别连接数字信号发射处理单元的输出端和信道/延时估计单元的输出端，数字延时器A的输出端分别与增益/延时校正模块和除法器相连，增益/延时校正模块的输入端分别与信道/延时估计单元、第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2相连，增益/延时校正模块的输出端与除法器相连，通过除法器输出数字对消信号。增益/延时校正模块需要根据延时估计参数τ(k)和信道估计参数h(k)在模拟器件部分的精度误差并结合数字发射信号tx(n)来消除残余自干扰，并且包括I路接收通道和Q路接收通道在非对称的情况时的通道误差校正。数字延时器A除了校准信道时延，还用于校准射频发射通道和射频接收通道的时延τc，其中τc认为是常数通过测量得到，延时采用移位寄存器法、信号重采样或者滤波器重采样来实现。
如图4所示，所述的信道/延时估计单元包括数字延时器B、延时估计模块和信道估计模块，数字延时器B的输入端与数字信号发射处理单元的输出端相连，输出端分别连接延时估计模块和信道估计模块，延时估计模块的输入端分别连接第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2，输出端连接信道估计模块和数字延时器B，延时估计模块还输出时延估计参数，信道估计模块的输入端与数字对消单元的输出端相连，并输出信道估计参数。
图3中的数字延时器A和图4中的数字延时器B可以在数字域采用移位寄存器联合信号重采样或滤波器重采样的方法实现，数字延时器A和图4中的数字延时器B可以根据需求选择合并。
所述的控制接口采用逻辑接口或数字模拟转换接口。乘法器采用射频乘法器。
一种平坦衰落环境下全双工自干扰对消方法，它包括一个信号发射步骤和一个信号接收步骤。
所述信号发射包括如下子步骤：
S101：数字信号发射处理，数字信号发射处理单元对原始信号b(i)进行必要的基带处理，得到数字发射信号tx(n)，数字发射信号tx(n)分别送往信号/延时估计单元、数字对消单元和数模转换器DAC，当在数字信号发射单元与数模转换器DAC之间设置有数字上变频器DUC时，数字发射信号tx(n)在送入数模转换器DAC之前先通过数字上变频器DUC进行数字上变频处理；其中，数字发射信号tx(n)既可以是单倍采样率信号也可以是经过上采样后的高倍采样率信号，b(i)代表发射天线第i个符号持续时间内发射的信号；
S102：数模转换器DAC对数字发射信号tx(n)进行数模转换，并经过射频发射通道得到射频发射信号s(t)；
S103：射频发射信号s(t)通过天线单元的发射端发射出去，与此同时，射频发射信号s(t)还送入模拟对消单元。
所述信号接收包括如下子步骤：
S201：天线单元的接收端将收到的和信号r(t)送入耦合器，其中，和信号r(t)为泄露到天线单元接收端的自干扰信号和远端有用信号rxR(t)的和；
S202：耦合器对和信号r(t)进行耦合处理，输出相位相差π2、时延相同的两路信号，即I路信号r'(t)和Q路信号r″(t)，并分别送入I路接收通道和Q路接收通道；所述的I路信号r'(t)和Q路信号r″(t)相位相差π2是指I路信号r'(t)和Q路信号r″(t)的相位差属于集合{π(1/2+k),k＝0,±1,±2...}；
S203：模拟对消单元中的延时模块接收步骤S103送入的射频发射信号s(t)，并根据信道/延时估计单元输出的时延估计参数τ(k)，对射频发射信号s(t)进行延时处理，得到射频延时信号d(t)，并分别送入射频干扰重建模块、I路接收通道和Q路接收通道；
S204：射频干扰重建模块将射频延时信号d(t)进行平方增益处理，联合信道/延时估计单元输出的信道估计参数h(k)，得到I路重建信号lc(t)和Q路重建信号I路重建信号lc(t)送入I路接收通道的加法器A中，Q路重建信号
送入Q路接收通道的加法器B中；
S205：I路接收通道的乘法器A将耦合器输出的I路信号r'(t)和延时模块输出的射频延时信号d(t)进行运算得到I路自混频信号rl(t)，I路自混频信号rl(t)送入加法器A中，在加法器A中与射频干扰重建模块输出的I路重建信号lc(t)进行相减（或反向相加），得到I路模拟对消后的自混频信号rc(t)，并送入低通滤波器A中；Q路接收通道的乘法器B将耦合器输出的Q路信号r″(t)和延时模块输出的射频延时信号d(t)进行运算得到Q路自混频信号
Q路自混频信号
送入加法器B中，在加法器B中与射频干扰重建模块输出的Q路重建信号
进行相减（或反向相加），得到Q路模拟对消后的自混频信号
并送入低通滤波器B中；由于自混频和平方操作均有高频分量产生，因此需要低通滤波器来进行进一步处理；
S206：低通滤波器A对I路模拟对消后的自混频信号rc(t)进行滤波处理，得到模拟对消后的I路零中频信号rlp(t)，I路零中频信号rlp(t)再依次经过射频接收通道A和第一模数转换器ADC1的处理，得到I路数字采样信号I(n)，并送入数字对消单元中；低通滤波器B对Q路模拟对消后的自混频信号进行滤波处理，得到模拟对消后的Q路零中频信号
Q路零中频信号
再依次经过射频接收通道B和第二模数转换器ADC2的处理，得到Q路数字采样信号Q(n)，并送入数字对消单元中；
S207：数字对消单元根据接收的I路数字采样信号I(n)、Q路数字采样信号Q(n)，以及数字信号发射处理单元传送的数字发射信号tx(n)、信道/延时估计单元输出的时延估计参数τ(k)和信道估计参数h(k)，进行数字对消处理，得到数字对消信号rx(n)；
S208：信道/延时估计单元利用数字对消单元输出的数字对消信号rx(n)、I路数字采样信号I(n)、Q路数字采样信号Q(n)和数字信号发射处理单元输出的数字发射信号tx(n)进行自干扰信道的延时、增益和相移估计，得到新的时延估计参数τ(k)和信道估计参数h(k)，并分别送入延时模块、射频干扰重建模块和数字对消单元，再返回步骤S203，重复执行，直到对消效果达到最佳，完成自干扰对消，其中，k表示第k次估计操作，本次估计得到的时延估计参数τ(k)和信道估计参数h(k)是将数字对消信号rx(n)中的残余自干扰特性和第k-1次的自干扰特性进行累积而成；
S209：数字信号接收处理单元对完成自干扰对消后的数字对消信号rx(n)进行接收处理，包括数字信号发射处理单元的逆过程和必要的时频同步等，得到远端发射机业务信息的估计值
具体的，信道/延时估计单元中的延时估计模块和信道估计模块均可以采用盲估计和非盲估计的方法，延时估计模块采用数字对消之前的信号I(n)和Q(n)进行延时估计，信道估计模块采用数字对消之后的信号rx(n)进行信道估计。
具体的，在信号发射的过程中，如果在数字信号发射处理单元中对原始信号b(i)做了某些处理，如加密、信源编码、纠错解码、信道编码、交织、上采样等，则在信号接收的过程中，也会做相对应的反处理，如解密、解码、去交织、下采样等。
Claims (10)
1.一种平坦衰落环境下全双工收发机，其特征在于：它包括天线单元、数字信号发射处理单元、数字信号接收处理单元、信道/延时估计单元、控制接口、模拟对消单元和数字对消单元，数字信号发射处理单元接收原始信号b(i)，数字信号发射处理单元的输出通过数模转换器DAC与射频发射通道相连，数字信号发射处理单元的输出还分别与信道/延时估计单元和数字对消单元相连，射频发射通道的输出端与天线单元的发射端相连，射频发射通道的输出端也与模拟对消单元相连；
模拟对消单元包括延时模块、耦合器、射频干扰重建模块、乘法器、加法器和低通滤波器，天线单元的接收端与耦合器相连，耦合器的一路输出通过乘法器A和加法器A与低通滤波器A相连，耦合器的另一路输出通过乘法器B和加法器B与低通滤波器B相连，射频发射通道的输出端与延时模块的信号输入端相连，延时模块的输出端分别与乘法器A、乘法器B和射频干扰重建模块的输入端相连，射频干扰重建模块的输出端分别与加法器A和加法器B相连，低通滤波器A的输出端通过射频接收通道A与第一模数转换器ADC1相连，低通滤波器B的输出端通过射频接收通道B与第二模数转换器ADC2相连，第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2的输出端分别连接数字对消单元，第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2的输出端也分别与信道/延时估计单元相连，数字对消单元的输出端分别与数字信号接收处理单元和信道/延时估计单元相连，信道/延时估计单元的参数输出端分别与控制接口和数字对消单元相连，控制接口的输出端分别与延时模块和射频干扰重建模块的控制端相连。
2.根据权利要求1所述的一种平坦衰落环境下全双工收发机，其特征在于：它还包括数字上变频器DUC，数字上变频器DUC置于数字信号发射处理单元与数模转换器DAC之间，用于对数字信号发射处理单元输出的信号进行上变频处理。
3.根据权利要求1所述的一种平坦衰落环境下全双工收发机，其特征在于：所述射频接收通道A所处的I路接收通道与射频接收通道B所处的Q路接收通道的结构相互对称。
4.根据权利要求1所述的一种平坦衰落环境下全双工收发机，其特征在于：所述的射频干扰重建模块包括平方器、I路增益子模块和Q路增益子模块，延时模块的输出端与平方器的输入端相连，平方器的输出端分别与I路增益子模块和Q路增益子模块相连，信道/延时估计单元的输出端通过控制接口分别连接I路增益子模块和Q路增益子模块，I路增益子模块的输出端与加法器A的输入端相连，Q路增益子模块的输出端与加法器B的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的一种平坦衰落环境下全双工收发机，其特征在于：所述的数字对消单元由数字延时器A、增益/延时校正模块和除法器组成，数字延时器A的输入端分别连接数字信号发射处理单元的输出端和信道/延时估计单元的输出端，数字延时器A的输出端分别与增益/延时校正模块和除法器相连，增益/延时校正模块的输入端分别与信道/延时估计单元、第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2相连，增益/延时校正模块的输出端与除法器相连，通过除法器输出数字对消信号。
6.根据权利要求1所述的一种平坦衰落环境下全双工收发机，其特征在于：所述的信道/延时估计单元包括数字延时器B、延时估计模块和信道估计模块，数字延时器B的输入端与数字信号发射处理单元的输出端相连，输出端分别连接延时估计模块和信道估计模块，延时估计模块的输入端分别连接第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2，输出端连接信道估计模块和数字延时器B，延时估计模块还输出时延估计参数，信道估计模块的输入端与数字对消单元的输出端相连，并输出信道估计参数。
7.根据权利要求1所述的一种平坦衰落环境下全双工收发机，其特征在于：所述的控制接口采用逻辑接口或数字模拟转换接口。
8.一种平坦衰落环境下全双工自干扰对消方法，其特征在于：它包括一个信号发射步骤和一个信号接收步骤，所述信号发射包括如下子步骤：
S101：数字信号发射处理，原始信号b(i)通过数字信号发射处理单元处理后，得到数字发射信号tx(n)，数字发射信号tx(n)分别送往信号/延时估计单元、数字对消单元和数模转换器DAC，其中，b(i)代表发射天线第i个符号持续时间内发射的信号；
S102：数模转换器DAC对数字发射信号tx(n)进行数模转换，并经过射频发射通道得到射频发射信号s(t)；
S103：射频发射信号s(t)通过天线单元的发射端发射出去，与此同时，射频发射信号s(t)还送入模拟对消单元；
所述信号接收包括如下子步骤：
S201：天线单元的接收端将收到的和信号r(t)送入耦合器；
S202：耦合器对和信号r(t)进行耦合处理，输出相位相差π/2、时延相同的两路信号，即I路信号r'(t)和Q路信号r″(t)，并分别送入I路接收通道和Q路接收通道；
S203：模拟对消单元中的延时模块接收步骤S103送入的射频发射信号s(t)，并根据信道/延时估计单元输出的时延估计参数τ(k)，对射频发射信号s(t)进行延时处理，得到射频延时信号d(t)，并分别送入射频干扰重建模块、I路接收通道和Q路接收通道；
S204：射频干扰重建模块将射频延时信号d(t)和信道/延时估计单元输出的信道估计参数h(k)联合得到I路重建信号lc(t)和Q路重建信号
I路重建信号lc(t)送入I路接收通道的加法器A中，Q路重建信号
送入Q路接收通道的加法器B中；
S205：I路接收通道的乘法器A将耦合器输出的I路信号r'(t)和延时模块输出的射频延时信号d(t)进行运算得到I路自混频信号rl(t)，I路自混频信号rl(t)送入加法器A中，在加法器A中与射频干扰重建模块输出的I路重建信号lc(t)进行加法运算，得到I路模拟对消后的自混频信号rc(t)，并送入低通滤波器A中；Q路接收通道的乘法器B将耦合器输出的Q路信号r″(t)和延时模块输出的射频延时信号d(t)进行运算得到Q路自混频信号
Q路自混频信号
送入加法器B中，在加法器B中与射频干扰重建模块输出的Q路重建信号
进行加法运算，得到Q路模拟对消后的自混频信号
并送入低通滤波器B中；
S206：低通滤波器A对I路模拟对消后的自混频信号rc(t)进行滤波处理，得到模拟对消后的I路零中频信号rlp(t)，I路零中频信号rlp(t)再依次经过射频接收通道A和第一模数转换器ADC1的处理，得到I路数字采样信号I(n)，并送入数字对消单元中；低通滤波器B对Q路模拟对消后的自混频信号进行滤波处理，得到模拟对消后的Q路零中频信号
Q路零中频信号
再依次经过射频接收通道B和第二模数转换器ADC2的处理，得到Q路数字采样信号Q(n)，并送入数字对消单元中；
S207：数字对消单元根据接收的I路数字采样信号I(n)、Q路数字采样信号Q(n)，以及数字信号发射处理单元传送的数字发射信号tx(n)、信道/延时估计单元输出的时延估计参数τ(k)和信道估计参数h(k)，进行数字对消处理，得到数字对消信号rx(n)；
S208：信道/延时估计单元利用数字对消单元输出的数字对消信号rx(n)、I路数字采样信号I(n)、Q路数字采样信号Q(n)和数字信号发射处理单元输出的数字发射信号tx(n)进行自干扰信道的延时、增益和相移估计，得到新的时延估计参数τ(k)和信道估计参数h(k)，并分别送入延时模块、射频干扰重建模块和数字对消单元，再返回步骤S203，重复执行，直到对消效果达到最佳，完成自干扰对消，其中，k表示第k次估计操作，本次估计得到的时延估计参数τ(k)和信道估计参数h(k)是将数字对消信号rx(n)中的残余自干扰特性和第k-1次的自干扰特性进行累积而成；
S209：数字信号接收处理单元对完成自干扰对消后的数字对消信号rx(n)进行接收处理，得到远端发射机业务信息的估计值
9.根据权利要求8所述的一种平坦衰落环境下全双工自干扰对消方法，其特征在于：所述的数字发射信号tx(n)在送入数模转换器DAC之前还包括一个通过数字上变频器DUC对数字发射信号tx(n)进行数字上变频处理的步骤。
10.根据权利要求8所述的一种平坦衰落环境下全双工自干扰对消方法，其特征在于：所述的I路信号r'(t)和Q路信号r″(t)相位相差π2是指I路信号r'(t)和Q路信号r″(t)的相位差属于集合{π(1/2+k),k＝0,±1,±2...}。
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