CN104506209A - 一种基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于耦合线紧耦合器的自干扰信号消除方法和系统，所述方法包括：发射信号通过紧耦合器的输入端port1接入，通过紧耦合器的直通端port2将发射信号的第二信号发射出去，同时通过紧耦合器的耦合作用将发射信号的第一信号接入紧耦合器的耦合端port3；通过调节耦合端port3的反射系数，使得耦合端反射到隔离端port4的第四信号与泄漏到隔离端port4的所有信号幅度相等、相位相反，从而达到消除自干扰信号的目的。本发明所提供的方法和系统，实现了全双工射频自干扰信号消除系统的小型化、简单化，且对宽带而言具有良好的自干扰信号消除效果。

Description

一种基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法和系统

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种新型的全双工自干扰射频信号消除技术，具体涉及一种基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法和系统。

背景技术

传统的无线通信双工模式，主要有频分双工和时分双工两种。时分双工(TDD)，即无线通信系统的接收和传送是在同一频段的不同时隙，用时间来分离接收与传送信道的双工模式；频分双工(FDD)，即无线通信系统的接收和传送是同一时间但分离在两个不同的频率信道上，用频段来分离接收与传送信道的双工模式。近年来，出现了一种全新的技术，即同时同频全双工通信。同时同频全双工通信模式的无线通信设备可在同一频段、相同的时间进行发射和接收无线信号。在频谱资源日益紧张的今天，同时同频全双工通信模式从理论上把频谱利用率提高了一倍，因此极具研究价值。

同时同频全双工通信模式在实现中由于发射和接收使用同一频段且在相同时间进行，通信装置的发射设备同时也是接收设备，所以通信装置本身的发射信号会被自身的接收设备接收，形成“自干扰信号”，这一自干扰信号严重影响了通信装置接收远端的信号，因此，实现全双工通信必须消除自干扰信号，才能成功接收到远端的信号。

目前，国内外已经有很多学者对全双工射频模拟消除技术进行了一系列的研究。其中包括斯坦福大学的基于消除芯片的三天线消除架构和基于射频巴伦消除的双天线消除架构，但是这两种架构都不利于系统的小型化，同时对宽带消除效果较差；纽约大学的单天线平衡网络架构，实现体积小，但是对正交混合网络要求较高，不利于技术的产品化。

发明内容

本发明提供了一种基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法和系统，以实现全双工射频自干扰信号消除系统的小型化，且具有良好的宽带消除效果。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法，所述方法包括：

发射信号通过紧耦合器的输入端接入，通过紧耦合器的直通端将发射信号的第二信号发射出去，同时通过紧耦合器的耦合作用将发射信号的第一信号接入紧耦合器的耦合端；

调节所述耦合端的反射系数，使得耦合端反射到隔离端的第四信号与泄漏到隔离端的所有信号幅度相等、相位相反，消除自干扰信号。

上述方案中，所述泄漏到隔离端的所有信号，包括：

发射信号泄漏到隔离端的第三信号，第二信号泄漏到隔离端的第五信号。

上述方案中，所述调节所述耦合端的反射系数，通过耦合端的匹配网络进行反射系数调节。

上述方案中，所述调节所述耦合端的反射系数，包括：

得到紧耦合器耦合端的反射系数与直通参数、隔离参数、耦合参数、直通端的反射系数的关系式，并根据所述关系式得到耦合端的理论反射系数；

根据所述理论反射系数调节所述耦合端的反射系数。

上述方案中，所述得到紧耦合器耦合端的反射系数与直通参数、隔离参数、耦合参数、直通端的反射系数的关系式，并根据所述关系式得到耦合端的理论反射系数，包括如下步骤：

步骤S221，设定所述紧耦合器的直通参数、隔离参数、耦合参数分别为T、I、C，紧耦合器四个端口的入射波为a₁、a₂、a₃、a₄，发射波为b₁、b₂、b₃、b₄；

紧耦合器的散射矩阵为 $\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\\ b_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0& T& C& I\\ T& 0& I& C\\ C& I& 0& T\\ I& C& T& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\\ a_3\\ a_4\end{array}\right];$       式(1)

步骤S222，设定直通端的反射系数为Γ_A，则a₂＝Γ_A·b₂；     式(2)

步骤S223，令耦合端的理论反射系数为Γ，则a₃＝Γ·b₃；     式(3)

步骤S224，由式(2)和式(3)将式(1)变为：

$\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}^2\mathrm{\Γ}+\frac{{(T+\mathrm{C\ΓI})}^2{\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}& (1+\mathrm{C\Γ\Γ})+\frac{(C+\mathrm{T\ΓI})(T+\mathrm{C\ΓI}){\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}\\ (I+\mathrm{C\Γ\Γ})+\frac{(C+\mathrm{T\ΓI})(T+\mathrm{C\ΓI}){\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}& {\mathrm{T\Γ}}^2+\frac{{(C+\mathrm{T\Γ\Γ})}^2{\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_4\end{array}\right];$

步骤S225，令

(I)+(CΓT)+(TΓ_AC)+(CΓIΓ_AC)+(TΓ_AIΓT)+(CΓIΓ_AIΓT)+(TΓ_AIΓIΓ_AC)+...＝0

                                               式(4)

步骤S226，取式(4)前五项并变形则得耦合端的理论反射系数Γ：

$\mathrm{\Γ}=-\frac{I+T{\mathrm{\Γ}}_{A}C}{\mathrm{CT}+\mathrm{CI}{\mathrm{\Γ}}_{A}C+T{\mathrm{\Γ}}_A\mathrm{IT}}.$

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除系统，所述系统包括：

紧耦合器，用于通过所述紧耦合器的输入端接入发射信号，通过紧耦合器的直通端将发射信号的第二信号发射出去，同时通过紧耦合器的耦合作用将发射信号的第一信号接入紧耦合器的耦合端；

反射系数调节模块，用于调节所述耦合端的反射系数，使得耦合端反射到隔离端的第四信号与泄漏到隔离端的所有信号幅度相等、相位相反，消除自干扰信号。

上述方案中，所述泄漏到隔离端的所有信号，包括：

发射信号泄漏到隔离端的第三信号，第二信号泄漏到隔离端的第五信号。

上述方案中，所述反射系数调节模块，用于通过耦合端的匹配网络进行反射系数调节。

上述方案中，所述反射系数调节模块进一步包括：

理论值计算子模块，得到紧耦合器耦合端的反射系数与直通参数、隔离参数、耦合参数、直通端的反射系数的关系式，并根据所述关系式得到耦合端的理论反射系数；

调节子模块，用于根据得出的耦合端理论反射系数调节所述耦合端的反射系数。

所述紧耦合器形成为两个对称几字形结构，该对称几字形结构的四个端部延伸出的微带线形成为紧耦合器的四个端口，其中：端口微带线的宽度w_m＝2.725mm，端口微带线的长度l_m＝12mm，几字形结构横向微带线的宽度w₁＝1.148mm，几字形结构纵向微带线的宽度w₂＝0.94mm，几字形结构一侧边长l₁＝19.8mm，几字形高度l₂＝9.9mm，两个几字形结构间隙s₁＝0.117mm，几字形宽度s₂＝2mm。

本发明提供了一种基于紧耦合器的自干扰信号消除方法，包括：发射信号通过紧耦合器的输入端接入，通过紧耦合器的直通端将发射信号的第一信号发射出去，同时通过紧耦合器的耦合作用将发射信号的第二信号接入紧耦合器的耦合端；通过调节耦合端的反射系数，使得耦合端反射到隔离端的第四信号与泄漏到隔离端的所有信号幅度相等、相位相反，从而达到消除自干扰信号的目的。采用本发明所提供的方法，实现了全双工射频自干扰信号消除系统的小型化，无需空间上的隔离消除，易于集成，实现结构简单，且对宽带而言具有良好的自干扰信号消除效果。

附图说明

图1是本发明优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法的流程图；

图2是本发明优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法的原理图；

图3是本发明另一优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法的流程图；

图4是本发明优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除系统的结构示意图；

图5是图4所示紧耦合器的入射波和反射波示意图；

图6是图4所示紧耦合器的印制电路板尺寸示意图；

图7是图4所示反射系数调节模块内部结构示意图；

图8是本发明优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除系统实现通信方A自干扰信号消除过程示意图；

图9是本发明优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除系统实现通信方A的信号收发示意图；

图10是本发明优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除系统在同时同频全双工点对点通信中的工作原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1是本发明优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法的流程图。

如图1所示，本实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法，包括如下步骤：

步骤S11，发射信号通过紧耦合器的输入端接入，通过紧耦合器的直通端将发射信号的第二信号发射出去，同时通过紧耦合器的耦合作用将发射信号的第一信号接入紧耦合器的耦合端。

在本步骤中，发射信号在通过紧耦合器的过程中，分割为三个信号，第一信号1、第二信号2和第三信号3。每个信号携带有相应的能量。其中，第一部分为第二信号，传输到紧耦合器的直通端，用于正常传输；第二部分为第一信号，通过紧耦合器的耦合作用接入到紧耦合器的耦合端；第三部分为第三信号，由于系统或紧耦合器自身结构泄漏到隔离端，从而形成的自干扰信号。同时，在第二信号从紧耦合器的直通端进行发射的时候，由于直通端与天线的不匹配及紧耦合器的耦合作用，也会有一部分能量泄漏到隔离端，这里称之为第五信号。

步骤S12，调节所述耦合端的反射系数，使得耦合端反射到隔离端的第四信号与泄漏到隔离端的所有信号幅度相等、相位相反，消除自干扰信号。

本步骤中所述泄漏到隔离端的所有信号，即步骤S12中所述的发射信号泄漏到隔离端的第三信号和第二信号泄漏到隔离端的第五信号。这两种泄漏的信号形成自干扰信号。

通过调节耦合端的反射系数，耦合端的第一信号反射到隔离端的信号得到调节，得到第四信号，调节后的第四信号，与第三信号和第五信号的幅度相等、相位相反，第四信号和第三信号、第五信号在隔离端口相叠加，相互抵消，也就是抵消掉了自干扰信号，从而无需空间上的隔离消除，易于集成，可以实现自干扰信号消除系统的小型化和简单化。

图2是本发明优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法的原理图。

如图2所示，本实施例中，发射信号通过输入端Port1接入紧耦合器后，信号的能量分为三部分，其中图中所示标号为②的能量通过直通端Port2的天线发射出去，标号为①的能量通过紧耦合器的耦合作用进入可调反射系数的耦合端Port3，标号为③的能量泄露一部分能量即能量④到紧耦合器的隔离端Port4；与此同时，直通端的能量②也可能由于其端口与天线不匹配引起信号即能量泄露到隔离端Port4，反射的能量标号为⑤；此时通过紧耦合器耦合端的匹配网络来调节其反射系数，使得耦合端反射到隔离端的能量④与能量③和能量⑤的信号幅度相等、相位相反，能量④与能量③和能量⑤在隔离端口相叠加，达到相消的目的。

图3是本发明另一优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法的流程图。

如图3所示，本实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法,包括如下步骤：

步骤S21，发射信号通过紧耦合器的输入端接入，通过紧耦合器的直通端将发射信号的第二信号发射出去，同时通过紧耦合器的耦合作用将发射信号的第一信号接入紧耦合器的耦合端。

本步骤与图1所示实施例的步骤S11相同。

步骤S22，获取紧耦合器耦合端的反射系数与直通参数、隔离参数、耦合参数、直通端的反射系数的关系式，并根据所述关系式得到耦合端的理论反射系数。

步骤S23，根据所述理论反射系数Γ，调节所述耦合端的反射系数，使得耦合端反射到隔离端的第四信号与泄漏到隔离端的所有信号幅度相等、相位相反，消除自干扰信号。

图4是图3所示实施例中紧耦合器的入射波和反射波示意图。

参见图4，紧耦合器四个端口port1,port2,port3,port4,的入射波为a₁、a₂、a₃、a₄，发射波为b₁、b₂、b₃、b₄；

紧耦合器的散射矩阵为 $\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\\ b_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0& T& C& I\\ T& 0& I& C\\ C& I& 0& T\\ I& C& T& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\\ a_3\\ a_4\end{array}\right];$         式(1)

步骤S22中进一步包括如下步骤：

步骤S221，设定所述紧耦合器的直通参数、隔离参数、耦合参数分别为T、I、C。

步骤S222，设定直通端即紧耦合器的第二个端口的反射系数为Γ_A，则a₂＝Γ_A·b₂；                            式(2)

步骤S223，令耦合端即紧耦合器的第三个端口的理论反射系数为Γ，则a₃＝Γ·b₃；                           式(3)

步骤S224，由式(2)和式(3)将式(1)变为：

$\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}^2\mathrm{\Γ}+\frac{{(T+\mathrm{C\ΓI})}^2{\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}& (1+\mathrm{C\Γ\Γ})+\frac{(C+\mathrm{T\ΓI})(T+\mathrm{C\ΓI}){\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}\\ (I+\mathrm{C\Γ\Γ})+\frac{(C+\mathrm{T\ΓI})(T+\mathrm{C\ΓI}){\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}& {\mathrm{T\Γ}}^2+\frac{{(C+\mathrm{T\Γ\Γ})}^2{\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_4\end{array}\right];$

步骤S225，由于理想状态下紧耦合器的第四个端口即隔离端的能量为零，因此，令步骤S224步骤中所得系数矩阵的第一行第二列的系数为0，即S₂₁＝0，变形后即得

(I)+(CΓT)+(TΓ_AC)+(CΓIΓ_AC)+(TΓ_AIΓT)+(CΓIΓ_AIΓT)+(TΓ_AIΓIΓ_AC)+...＝0

                                            式(4)

步骤S226，取式(4)前五项并变形则得耦合端的理论反射系数Γ：

$\mathrm{\Γ}=-\frac{I+T{\mathrm{\Γ}}_{A}C}{\mathrm{CT}+\mathrm{CI}{\mathrm{\Γ}}_{A}C+T{\mathrm{\Γ}}_A\mathrm{IT}}.$

这里仅选取了前五项，是进行计算的简化和近似，在实际操作中，也可以根据需要进行项数的选择，如选取前七项。

图5是本发明优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除系统的结构示意图。

如图5所示，本实施例基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除系统，包括：

紧耦合器01，用于通过所述紧耦合器的输入端011接入发射信号，通过紧耦合器的直通端012将发射信号的第二信号发射出去，同时通过紧耦合器的耦合作用将发射信号的第一信号接入紧耦合器的耦合端013。

这里所述紧耦合器01具有四个端口，即输入端011、直通端012、耦合端013、隔离端014。

反射系数调节模块02，用于调节所述耦合端的反射系数，使得耦合端013反射到隔离端014的第四信号与泄漏到隔离端014的所有信号总和的信号幅度相等、相位相反，消除自干扰信号。

这里所述泄漏到隔离端014的所有信号，包括发射信号泄漏到隔离端的第三信号，以及第二信号泄漏到隔离端的第五信号。

图6是图5所示紧耦合器的印制电路板尺寸示意图。

如图6所示，本实施例中，设定紧耦合器的中心频率为2.65GHz，在选取适宜的介质板后，根据紧耦合器相关的理论计算，利用微波仿真软件先进设计系统ADS计算，并通过制作出实物产品进行测试，得到本发明所述紧耦合器的耦合微带线的线宽、线长和线间距的各个几何尺寸。

如图6所示，本发明所述紧耦合器通过耦合微带线形成为两个对称几字形结构，对称几字形结构的四个端部延伸出的微带线形成为紧耦合器的四个端口，即输入端011、直通端012、耦合端013、隔离端014。

其中，端口微带线的宽度w_m＝2.725mm，端口微带线的长度l_m＝12mm，几字形结构横向微带线的宽度w₁＝1.148mm，几字形结构纵向微带线的宽度w₂＝0.94mm，几字形结构一侧边长l₁＝19.8mm，几字形高度l₂＝9.9mm，两个几字形结构间隙s₁＝0.117mm，几字形宽度s₂＝2mm。

图7是图5所示反射系数调节模块内部结构示意图。

如图7所示，所述反射系数调节模块02包括：

理论值计算子模块021，用于得到紧耦合器耦合端的反射系数与直通参数、隔离参数、耦合参数、直通端的反射系数的关系式，并根据所述关系式得到耦合端的理论反射系数。

调节子模块022，用于根据耦合端理论反射系数调节所述反射系数。

理论值计算子模块021得到紧耦合器耦合端的反射系数与直通参数、隔离参数、耦合参数、直通端的反射系数的关系式并根据所述关系式得到耦合端的理论反射系数的过程包括如下步骤：

步骤S221，设定所述紧耦合器的直通参数、隔离参数、耦合参数分别为T、I、C；紧耦合器四个端口的入射波为a₁、a₂、a₃、a₄，发射波为b₁、b₂、b₃、b₄。

紧耦合器的散射矩阵为 $\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\\ b_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0& T& C& I\\ T& 0& I& C\\ C& I& 0& T\\ I& C& T& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\\ a_3\\ a_4\end{array}\right];$          式(1)

步骤S222，设定直通端即紧耦合器的第二个端口的反射系数为Γ_A，则a₂＝Γ_A·b₂；                              式(2)

步骤S223，令耦合端即紧耦合器的第三个端口的理论反射系数为Γ，则a₃＝Γ·b₃；                            式(3)

步骤S224，由式(2)和式(3)将式(1)变为：

$\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}^2\mathrm{\Γ}+\frac{{(T+\mathrm{C\ΓI})}^2{\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}& (1+\mathrm{C\Γ\Γ})+\frac{(C+\mathrm{T\ΓI})(T+\mathrm{C\ΓI}){\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}\\ (I+\mathrm{C\Γ\Γ})+\frac{(C+\mathrm{T\ΓI})(T+\mathrm{C\ΓI}){\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}& {\mathrm{T\Γ}}^2+\frac{{(C+\mathrm{T\Γ\Γ})}^2{\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_4\end{array}\right];$

步骤S225，由于理想状态下紧耦合器的第四个端口即隔离端的能量为零，因此，令步骤S224步骤中所得系数矩阵的第一行第二列的系数为0，即S₂₁＝0，变形后即得

(I)+(CΓT)+(TΓ_AC)+(CΓIΓ_AC)+(TΓ_AIΓT)+(CΓIΓ_AIΓT)+(TΓ_AIΓIΓ_AC)+...＝0

                                               式(4)

步骤S226，取式(4)前五项并变形则得耦合端的理论反射系数Γ：

$\mathrm{\Γ}=-\frac{I+T{\mathrm{\Γ}}_{A}C}{\mathrm{CT}+\mathrm{CI}{\mathrm{\Γ}}_{A}C+T{\mathrm{\Γ}}_A\mathrm{IT}}.$

这里仅选取了前五项，是进行计算的简化和近似，在实际操作中，也可以根据需要进行项数的选择，如选取前七项。

图8是本发明优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除系统实现通信方A自干扰信号消除过程示意图。

如图8所示，数字信号处理电路发出基带信号A，基带信号A经过数模转换后上变频到中频数据A并进入发射机，发射机对中频数据A上变频、放大、滤波，然后经过天线发射出去；由于同时同频进行收发，该数据信号A会在发射的同时被本机的接收机接收，成为自干扰信号A′。在本实施例中，中频数据A经过发射机的发射进入基于紧耦合器的自干扰信号消除系统，首先经过可调节反射系数的耦合线紧耦合器，进行射频模拟消除后得到消除后的自干扰信号A′，理想情况下A′为零，实际中要做到使其尽量小。实际操作的过程中，总是存在各种干扰情况使得无法达到理想情况，为了使自干扰信号A′尽量小，还可以对消除后的自干扰信号A′进行第二次消除，这里的第二次消除可以采用本发明的方法，也可以采用其他方法的射频消除和数字消除。

图9是本发明优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除系统实现通信方A的信号收发示意图。

如图9所示，数字信号处理电路在进行如图8所示的信号A的发射过程中，同时本机的接收机也在接收远端的发送的信号B，则自干扰信号A′会影响信号B的接收。通过基于紧耦合器的自干扰信号消除系统，使得接收机在同时接收自干扰信号A′和信号B的过程中，尽可能消除自干扰信号A′，从而获得良好的信号B。

图10是本发明优选实施例的基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除系统在同时同频全双工点对点通信中的信号收发示意图。

如图10所示，通信方A和通信方B，分别设有发射机与接收机，每个发射机都包含发射天线、射频发射电路和数模转换电路，接收机则包含接收天线、射频接收电路、模数转换电路；通信方A和通信方B各自的发射机和接收机共用一套数字信号处理电路。

同图9所示的通信方A获得信号B的过程相同，通信方B也是经过上述自干扰信号消除后，得到通信方A的数据信息，消除自身的自干扰信号B′，从而获得良好的信号A，从而实现了同时同频全双工通信。

采用本发明所提供的基于紧耦合器的自干扰信号消除系统，实现了全双工射频自干扰信号消除系统的小型化，无需空间上的隔离消除，易于集成，实现结构简单，且对宽带而言具有良好的自干扰信号消除效果。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤和模块可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括存储器、磁盘或光盘等。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除方法，发射信号在通过所述紧耦合器的过程中分割为第一信号、第二信号和第三信号，其特征在于，所述方法包括：

发射信号通过紧耦合器的输入端接入，通过紧耦合器的直通端将发射信号的第二信号发射出去，同时通过紧耦合器的耦合作用将发射信号的第一信号接入紧耦合器的耦合端；

调节所述耦合端的反射系数，使得耦合端反射到隔离端的第四信号与泄漏到隔离端的所有信号幅度相等、相位相反，消除自干扰信号。

2.根据权利要求1所述的全双工自干扰信号消除方法，其特征在于，所述泄漏到隔离端的信号包括：

发射信号泄漏到隔离端的第三信号，第二信号泄漏到隔离端的第五信号。

3.根据权利要求1所述的全双工自干扰信号消除方法，其特征在于，所述调节所述耦合端的反射系数，是通过耦合端的匹配网络进行反射系数调节。

4.根据权利要求1所述的全双工自干扰信号消除方法，其特征在于，所述调节所述耦合端的反射系数，包括：

获取紧耦合器耦合端的反射系数与直通参数、隔离参数、耦合参数、直通端的反射系数的关系式，并根据所述关系式得到耦合端的理论反射系数；

根据所述理论反射系数调节所述耦合端的反射系数。

5.根据权利要求4所述的全双工自干扰信号消除方法，其特征在于，所述获取紧耦合器耦合端的反射系数与直通参数、隔离参数、耦合参数、直通端的反射系数的关系式，并根据所述关系式得到耦合端的理论反射系数，包括如下步骤：

步骤S221，设定所述紧耦合器的直通参数、隔离参数、耦合参数分别为T、I、C，紧耦合器四个端口的入射波为a₁、a₂、a₃、a₄，发射波为b₁、b₂、b₃、b₄；

紧耦合器的散射矩阵为 $\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\\ b_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0& T& C& I\\ T& 0& I& C\\ C& I& 0& T\\ I& C& T& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\\ a_3\\ a_4\end{array}\right];$         式(1)

步骤S222，设定直通端的反射系数为Γ_A，则a₂＝Γ_A·b₂；    式(2)

步骤S223，令耦合端的理论反射系数为Γ，则a₃＝Γ·b₃；     式(3)

步骤S224，由式(2)和式(3)将式(1)变为：

$\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}^2\mathrm{\Γ}+\frac{{(T+\mathrm{C\ΓI})}^2{\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}& (1+\mathrm{C\Γ\Γ})+\frac{(C+\mathrm{T\ΓI})(T+\mathrm{C\ΓI}){\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}\\ (I+\mathrm{C\Γ\Γ})+\frac{(C+\mathrm{T\ΓI})(T+\mathrm{C\ΓI}){\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}& {\mathrm{T\Γ}}^2+\frac{{(C+\mathrm{T\Γ\Γ})}^2{\mathrm{\Γ}}_A}{1-I^2{\mathrm{\Γ\Γ}}_A}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_4\end{array}\right];$

步骤S225，令

(I)+(CΓT)+(TΓ_AC)+(CΓIΓ_AC)+(TΓ_AIΓT)+(CΓIΓ_AIΓT)+(TΓ_AIΓIΓ_AC)+...＝0

                               式(4)

步骤S226，取式(4)前五项并变形则得耦合端的理论反射系数Γ：

$\mathrm{\Γ}=-\frac{I+{\mathrm{T\Γ}}_{A}C}{\mathrm{CT}+\mathrm{CI}{\mathrm{\Γ}}_{A}C+{\mathrm{T\Γ}}_A\mathrm{IT}}.$

6.一种基于耦合线紧耦合器的全双工自干扰信号消除系统，发射信号在通过所述紧耦合器的过程中分割为第一信号、第二信号和第三信号，其特征在于，所述系统包括：

紧耦合器，用于通过所述紧耦合器的输入端接入发射信号，通过紧耦合器的直通端将发射信号的第二信号发射出去，同时通过紧耦合器的耦合作用将发射信号的第一信号接入紧耦合器的耦合端；

反射系数调节模块，用于调节所述耦合端的反射系数，使得耦合端反射到隔离端的第四信号与泄漏到隔离端的所有信号幅度相等、相位相反，消除自干扰信号。

7.根据权利要求6所述的全双工自干扰信号消除系统，其特征在于，所述泄漏到隔离端的信号包括：

发射信号泄漏到隔离端的第三信号，第二信号泄漏到隔离端的第五信号。

8.根据权利要求6所述的全双工自干扰信号消除系统，其特征在于，所述反射系数调节模块，用于通过耦合端的匹配网络进行反射系数调节。

9.根据权利要求6所述的全双工自干扰信号消除系统，其特征在于，所述反射系数调节模块进一步包括：

理论值计算子模块，用于得到紧耦合器耦合端的反射系数与直通参数、隔离参数、耦合参数、直通端的反射系数的关系式，并根据所述关系式得到耦合端的理论反射系数；

调节子模块，用于根据得出的耦合端理论反射系数调节所述耦合端的反射系数。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的全双工自干扰信号消除系统，所述紧耦合器形成为两个对称几字形结构，该对称几字形结构的四个端部延伸出的微带线形成为紧耦合器的四个端口，其中：

端口微带线的宽度w_m＝2.725mm，端口微带线的长度l_m＝12mm，几字形结构横向微带线的宽度w₁＝1.148mm，几字形结构纵向微带线的宽度w₂＝0.94mm，几字形结构一侧边长l₁＝19.8mm，几字形高度l₂＝9.9mm，两个几字形结构间隙s₁＝0.117mm，几字形宽度s₂＝2mm。