CN103701480A - 无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置 - Google Patents

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    • H04B1/50—Circuits using different frequencies for the two directions of communication
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Abstract

本发明公开了一种无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置，包括：信号发射端、180度功率分配器、第一环形器、第二环形器、第一天线、第二天线、功率合成器和信号接收端，信号发射端通过180度功率分配器将发送信号分成功率相等相位相反的两路对称信号，两路反相信号分别经由两个环行器，然后通过连接在环行器上的天线发射出去，两根天线接收到的信号经由环行器，然后通过功率合成器组合在一起，到达信号接收端，通过对称电路实现对模拟自干扰信号的消除。本发明结构简单，可以有效的消除模拟自干扰信号的强度。

Description

无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置。
背景技术
在无线通信中，每一台无线收发机都需要发送自身的信号和接收别人的信号，发送和接收信号同时进行，称之为双工技术。目前无线通信中采用的时分复用和频分复用实现双工技术。所谓时分复用，是指将连续时间分为许多小的时隙，在同一频带上不同的时隙上发送或者接收信号；而频分复用是将频率分段，采用不同的频带同时发送和接收信号；因此时分复用和频分复用都是半双工技术。无线全双工通信是指无线收发机在同一频带上同时发送和接收信号。
相比于半双工技术，全双工技术可以有效地提高频率的利用率并增强无线收发机的功能。实现无线全双工通信技术需要消除自身发射信号对需要接收的信号的影响。由于数字模拟转换器的限制，需要在数字模拟转换器之前对自干扰信号进行充分的消除。
无线全双工通信作为一种新兴技术，目前国内尚未有相关研究成果发表，国外以斯坦福大学为代表，对无线全双工通信进行了一定的研究，在代表成果（ACM Sigcomm,2013,“full duplex radios”)中，采用多路衰减器和延时线组成的电路重构干扰信号，然后进行叠加消除，并配合复杂的算法调节，最终能实现较好的模拟自干扰消除，但是采用器件较多且实现的复杂度很高，不便于实际利用。
由于无线全双工通信对自干扰信号的消除量要求极高，现有模拟信号消除技术不能适应无线全双工通信的要求或者设计复杂，采用有源器件带来非线性干扰，消除效果不理想。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置，通过对称电路的设计，完全采用无源器件实现。信号发射端通过180度功率分配器将发送信号分成功率相等相位相反的两路对称信号，两路反相信号分别经由两个环行器，然后通过连接在环行器上的天线发射出去，两根天线接收到的信号经由环行器，然后通过功率合成器组合在一起，到达信号接收端。由于自干扰信号通过180度功率分配器分成功率相等相位相反的两路信号，两路反相信号经过全完对称的电路后经过功率合成器叠加进入信号接收端，从而实现对模拟自干扰信号的消除。
本发明的具体技术解决方案如下：
一种无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置，特点在于其构成包括：信号发射端、180度功率分配器、第一环形器、第二环形器、第一天线、第二天线、功率合成器和信号接收端；
所述的信号发射端与180度功率分配器的输入端连接，该180度功率分配器将发送信号分成功率相等、相位相反的两路对称信号分别由180度功率分配器的第一输出端和第二输出端输出，第一路发送信号进入第一环行器的1号端口，然后由第一环行器的2号端口输出，通过连接在第一环行器2号端口上的第一天线发射出去，第二路发送信号进入第二环行器的1号端口，然后由第二环行器的2号端口输出，通过连接在第二环行器2号端口上的第二天线发射出去；
所述的第一天线接收到的第一路接收信号进入第一环行器的2号端口，然后经由第一环行器的3号端口输出后，进入功率合成器的第一输入端，所述的第二天线接收到的第二路接收信号进入第二环行器的2号端口，然后由第二环行器的3号端口输出后，进入功率合成器的第二输入端，所述的第一路接收信号和第二路接收信号经功率合成器合并为一路，由功率合成器的输出端输出，并由信号接收端接收。
与现有技术相比，本发明的有益效果是结构简单，能够对模拟自干扰信号进行充分的消除，满足无线全双工通信的要求。
附图说明
图1是本发明无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置的结构示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明适用于无线全双工通信收发机中模拟自干扰信号的消除，参考图1可知，无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置结构对称，信号发射端发送的信号经过对称电路到达信号接收端时可以得到有效的消除，电路中采用的环行器和天线相同。
信号从信号发射端1发送出来，首先经过180度功率分配器2，分为两路功率相等相位相反的信号。180度功率分配器2包括三个端口，一个端口供信号输入，两个端口供信号输出，两路输出信号与输入信号相比，仅有幅度和相位的变化，不产生非线性失真，两路输出信号功率相等，相位相反。
两路信号分别到达两个环行器1号端口，然后经达环行器2号端口输出，通过天线发射到空间中。环行器包括三个端口，每个端口都可以输入和输出信号，信号在理想环行器中只能单向流动，从前一个端口输入的信号只能从下一个端口输出。参考图1中，信号从环行器1号端口输入，只能从环行器2号端口输出，从环行器2号端口输入的信号，只能从环行器3号端口输出。
天线从空间中接收到的有用信号通过环形器2号端口输入，从环行器3号端口输出，最后经过功率合成器的输出端到达信号接收端。功率合成器包括三个端口，两个端口供信号输入，一个端口供信号输出，输出端口的输出信号是两个输入端口输入信号的线性叠加。
实际环行器中，有少量信号反相流动，参考图1中，少量发送信号经过环形器1号端口从环形器3号端口输出。由于采用相同的环形器和电路的对称性，两路发送反相信号经过传输线以及环行器1号端口到达环行器3号端口，产生的衰减和相移相同，所以到达功率合成器时依然功率相等相位相反，经过功率合成器的线性叠加，实现自干扰信号的消除。
天线在将信号发送到空间的过程中，会有少部分信号反射，反射的发送信号经过环行器2号端口从环形器3号端口输出。由于采用相同的天线、环形器以及电路的对称性，两路发送反相信号经过传输线以及环行器1号端口到达环行器2号端口，然后经过天线反射产生少量反射信号，两路反射信号经过传输线以及环行器2号端口到达环行器3号端口，最终两路信号产生的衰减和相移相同，所以到达功率合成器时依然功率相等相位相反，经过功率合成器的线性叠加，实现自干扰信号的消除。
由于天线同时接收信号，参考图1中，第一天线5会接收到第二天线6发射的自干扰信号，第二天线6会接收到第一天线5发射的自干扰信号。两根天线接收到的信号经过传输线以及环行器2号端口到达环行器3号端口，由于空间信道对称，两路反相信号经过空间分别到达接收天线时产生的衰减和相移相同，同时由于采用相同的天线、环形器以及电路的对称性，最终两路信号产生的衰减和相移相同，所以到达功率合成器时依然功率相等相位相反，经过功率合成器的线性叠加，实现自干扰信号的消除。
综上，本发明完全采用无源器件，通过对称电路的设计，实现对模拟自干扰信号的有效消除，从而满足无线全双工通信中对模拟自干扰信号的消除要求。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置，特征在于其构成包括：信号发射端（1）、180度功率分配器（2）、第一环形器（3）、第二环形器（4）、第一天线（5）、第二天线（6）、功率合成器（7）和信号接收端（8）；
所述的信号发射端与180度功率分配器的输入端连接，该180度功率分配器将发送信号分成功率相等、相位相反的两路对称信号分别由180度功率分配器的第一输出端和第二输出端输出，第一路发送信号进入第一环行器的1号端口，然后由第一环行器的2号端口输出，通过连接在第一环行器2号端口上的第一天线发射出去，第二路发送信号进入第二环行器的1号端口，然后由第二环行器的2号端口输出，通过连接在第二环行器2号端口上的第二天线发射出去；
所述的第一天线接收到的第一路接收信号进入第一环行器的2号端口，然后经由第一环行器的3号端口输出后，进入功率合成器的第一输入端，所述的第二天线接收到的第二路接收信号进入第二环行器的2号端口，然后由第二环行器的3号端口输出后，进入功率合成器的第二输入端，所述的第一路接收信号和第二路接收信号经功率合成器合并为一路，由功率合成器的输出端输出，并由信号接收端接收。
2.根据权利要求1所述的无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置,其特征在于：所述的180度功率分配器具有三个端口，一个端口供信号输入，两个端口供信号输出，两路输出信号与输入信号相比，仅有幅度和相位的变化，不产生非线性失真，两路输出信号功率相等，相位相反。
3.根据权利要求1所述的无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置,其特征在于：所述的环行器具有三个端口，每个端口都能够输入输出信号，信号在其中只能单向流动，从前一个端口输入的信号只能从下一个端口输出。
4.根据权利要求1或3所述的无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置,其特征在于：所述的第一环形器和第二环形器结构相同。
5.根据权利要求1所述的无线全双工单输入单输出通信模拟自干扰信号消除装置,其特征在于：所述的功率合成器具有三个端口，两个端口供信号输入，一个端口供信号输出，输出端口的输出信号是两个输入端口输入信号的线性叠加。
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