CN104716980A - 一种同时同频全双工射频多子带自干扰消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同时同频全双工射频多子带自干扰消除方法，是提高宽带射频自干扰抵消性能的有效方法。其步骤是：首先将发送信号分为两路，一路送给发送天线向外辐射无线信号，另一路则送给射频抵消单元；进入射频抵消单元的信号被若干个并行的带通滤波器分为多个子带信号，并进行射频自干扰信号重构；最后将重构的射频自干扰信号与天线接收的自干扰信号进行抵消处理，同时通过幅度调整算法模块调整各模块的衰减系数，达到最佳的自干扰抵消效果。本发明适用于同时同频全双工射频自干扰消除方法，相对现有技术和方法，该方法将宽带射频自干扰信号划分为多个窄带信号，且需要调整的参数只有幅度衰减一项，故实现简单、可靠，性能更佳。

Description

一种同时同频全双工射频多子带自干扰消除方法

一技术领域

本发明涉及一种同时同频全双工自干扰消除方法，特别是一种同时同频全双工射频多子带自干扰消除方法。

二背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，无线频谱资源紧缺的问题日益突出。传统的无线双工通信方式主要有频分双工(FDD，Frequency Division Duplexing)或时分双工(TDD，Time Division Duplexing)，这些双工通信方式实际上使用了两个相对独立的通信信道。同时同频全双工技术(CCFD，Co-time Co-frequency Full-Duplex)，由于发送、接收信号均同时使用同一频段，频谱效率在理论上最大可提升一倍，正是这一特点，使CCFD成为5G无线通信的候选技术之一。CCFD技术首先要解决的是对强自干扰的抑制或消除，其手段主要有：天线消除、射频消除和数字消除。射频消除是在模数转换前的射频前端实施，由于接收端接收的自干扰信号强度远远大于有用接收信号，为防止射频接收通道阻塞，必须对自干扰信号进行射频消除，使之降到尽可能低的水平，并保证有用接收信号能够通过模数转换，进入后续数字干扰消除及解调处理流程。

目前，已有不少文献涉及到射频消除技术。

如中国专利申请号201210035077.3公开了一种单个载体中多种电磁设备间同时同频工作的方法。其通过增加数字接口和模拟接口，且各设备在接收流程中通过模拟干扰抑制和数字干扰抑制技术去消除干扰影响。该方法给出了一种单个载体中多种电磁设备间同时同频干扰抑制机制以及初步实现流程，但具体实现方案没有指出，且系统比较复杂。

中国专利申请号201310586566.2公开了一种同频全双工自干扰抵消装置。其通过功率检测模块和控制模块来调整对自干扰信号的抵消。该方法实际上是一种在射频域进行的自干扰抵消技术，但其对延迟传输线没有进行自适应调整，应用场合受限。

中国专利申请号201310395221.9公开了一种同时同频全双工多抽头射频自干扰抵消系统及方法，其通过模式识别模块和调整算法模块的联合控制延时模块和多抽头射频干扰重建滤波器的幅度、时延和相位等参数，以达到最优的自干扰抵消效果。该方法由于在射频域调整的参数较多，受限于现有技术和器件水平，其具体实现上难度较大且成本较高。

综上所述，现有射频自干扰抵消技术大多只在理论上进行了有益的探讨，对具体实现的难度和复杂度考虑较少。当射频信号带宽较窄时，虽然可以取得一定的自干扰抵消效果，但当射频信号带宽较宽时，由于模拟元器件甚至电路板等都不具备理想的理论特性，其残存的电感、电容值和非线性等因素将使接收端的自干扰射频信号，相对于原射频信号，发生畸变和扭曲，导致实际自干扰抵消效果欠佳，故现有射频自干扰抵消技术需要进行进一步完善和改进。

三发明内容

本发明的目的是为了提高宽带射频信号自干扰抵消性能以及降低具体实现的复杂度，提出利用若干个并行的带通滤波器，将宽带射频信号分成多个窄带射频信号，并且采用时延固定、只调整幅度衰减系数的方法来进行射频自干扰抵消处理。本发明实现方案简单、可靠，提高了射频信号自干扰抵消性能，特别适合宽带射频信号的自干扰抵消。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种同时同频全双工射频多子带自干扰消除系统，它包括基带发送信号处理单元、数模转换器DAC、发送射频通道、发送天线、带通滤波器、自干扰重建模块、累加器、接收射频通道、模数转化器ADC、幅度调整算法模块以及基带接收信号处理单元等部分。其实现的步骤为：

第一，基带发送信号经过数模转换和射频通道后分为两路，一路送给发送天线向外辐射无线信号，另一路则送给射频抵消单元进行处理；

第二，进入射频抵消单元的模拟信号经过若干个并行的带通滤波器被分为多个子带信号，并在幅度调整算法模块的控制下，调整自干扰重建模块中的衰减系数，以达到最优的射频信号重构；

第三，各子带重构的射频信号经过叠加后与天线接收的自干扰信号进行抵消处理，并经射频通道和模数转换后反馈给幅度调整算法模块，幅度调整算法模块根据抵消效果调整各模块的衰减系数，由此完成射频自干扰抵消的闭环控制过程。

本发明的有益效果为：1、利用多个并行的带通滤波器，将宽带射频信号分成多个窄带射频信号分别进行自干扰抵消处理，该方法能有效抑制宽带射频自干扰信号；2、采用时延固定、只调整幅度衰减系数的方法来进行射频自干扰抵消处理，该方法实现简单，可靠。

四附图说明

图1为同时同频全双工射频多子带自干扰消除方法的系统框图；

图2为发送基带单元框图；

图3为接收基带单元框图。

五具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

1、图1给出了同时同频全双工射频多子带自干扰消除方法的系统框图。

一种同时同频全双工射频多子带自干扰消除系统，它包括基带发送信号处理单元、数模转换器DAC、发送射频通道、发送天线、带通滤波器、自干扰重建模块、累加器、接收射频通道、模数转化器ADC、幅度调整算法模块以及基带接收信号处理单元等部分。其中，发送射频通道的输出分别和发送天线以及若干个带通滤波器相连，控制模块对所有自干扰重建模块中的幅度衰减系数进行调节和控制。

具体的，自干扰重建模块包括若干个固定延时器、若干个幅度衰减器以及累加器等。经过带通滤波器产生的子带自干扰射频信号，被分为多路，以不同的固定延时参数进行延时处理，并在幅度调整算法模块的控制下，不断调节各路延时信号的幅度衰减系数，使重构的信号更接近真实自干扰射频信号，从而达到射频抵消效果最佳。

2、其信号处理流程如下：

基带数字信号d_b(k)∈{0，1}经过基带发送处理单元中的调制后，其输出为d_m(k)∈{-1，1}，然后，经过脉冲成型、数模转换DAC后，输出时域连续信号a_s(t)可以表示为

$a_s\left(t\right)=\underset{k=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{d}_m\left(k\right)g(t-\mathrm{kT})---\left(1\right)$

其中k为离散时间变量，T为发送符号周期，t为连续时间变量，g(t)为成型脉冲。在经过发送射频通道的变频、滤波后，则射频输出信号x_s(t)为

$x_s\left(t\right)=\sqrt{2P_s}{a}_s\left(t\right)\cos (2\mathrm{\π}{f}_{c}t+{\mathrm{\φ}}_s)---\left(2\right)$

其中P_s为发送信号功率，f_c为发射载波频率，φ_s为发射载波初始相位。

远端通信节点的发射信号x_f(t)可表示为

$x_f\left(t\right)=\sqrt{2P_f}{a}_f\left(t\right)\cos (2\mathrm{\π}{f}_{c}t+{\mathrm{\φ}}_f)---\left(3\right)$

其中

$a_f\left(t\right)=\underset{k=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{\mathrm{fm}}\left(k\right)g(t-\mathrm{kT})---\left(4\right)$

其中P_f为远端通信节点的发送信号功率，f_c为发射载波频率，φ_f为发射载波初始相位，d_fm(k)∈{-1，1}为远端通信节点的调制后符号序列。

设自节点射频发送信号带宽为2B，其经过带通滤波器后为

$\begin{array}{c}{x}_s^1\left(t\right)=\sqrt{2P_s}{a}_s\left(t\right)\cos (2\mathrm{\π}{f}_c^{1}t+{\mathrm{\φ}}_s)\\ x_s^2\left(t\right)=\sqrt{2P_s}{a}_s\left(t\right)\cos (2\mathrm{\π}{f}_c^2+{\mathrm{\φ}}_s)\\ ...\\ x_s^N\left(t\right)=\sqrt{2P_s}{a}_s\left(t\right)\cos (2\mathrm{\π}{f}_c^N+{\mathrm{\φ}}_s)\end{array}---\left(5\right)$

其中N为带通滤波器的数目，为各子带发射载波中心频率。

$\begin{array}{c}{f}_c^1=f_c-\frac{2(N-1)B}{N}\\ f_c^2=f_c-\frac{2(N-3)B}{N}\\ ...\\ f_c^{N-1}{f}_c+\frac{2(N-3)B}{N}\\ f_c^N=f_c+\frac{2(N-1)}{N}B\end{array}---\left(6\right)$

经自干扰重建模块后，其重建信号为

${\hat{r}}_s\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{x}}_s^i\left(t\right)---\left(7\right)$

$\begin{array}{c}{\hat{x}}_s^1\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{si}}^1{x}_s^1(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{si}}^1)\\ {\hat{x}}_s^2\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{si}}^2{x}_s^2(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{si}}^2)\\ ...\\ {\hat{x}}_s^N\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{si}}^N{x}_s^N(t-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{si}}^N)\end{array}---\left(8\right)$

其中M为延时、衰减处理的数目，为固定延时参数，为可变幅度衰减系数。

在接收天线处接收的信号为

r(t)＝r_f(t)+n_f(t)+r_s(t)+n_s(t)(9)

＝K_fx_f(t-τ_f)+n_f(t)+K_sx_s(t-τ_s)+n_s(t)

其中K_f和K_s、τ_f和τ_s、n_f(t)和n_s(t)分别为远端通信节点的发送信号以及自干扰信号的幅度衰减因子、传播时延和接收噪声。

经过射频抵消后的信号为

$\begin{array}{c}{\hat{r}}_f\left(t\right)=r\left(t\right)-{\hat{r}}_s\left(t\right)\\ =K_f{x}_f(t-{\mathrm{\τ}}_f)+n_f\left(t\right)+[K_s{x}_s(t-{\mathrm{\τ}}_s)-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{x}}_s^i\left(t\right)+n_s\left(t\right)]\end{array}---\left(10\right)$

信号经过接收射频通道以及模数转换器ADC后分为两路，一路基带处理单元进行滤波、解调，另一路则反馈给幅度调整算法模块，幅度调整算法模块首先进行FFT运算，并评估各子带的射频抵消性能，根据评估结果，产生幅度调整值去控制自干扰重建模块中的衰减器，使自干扰信号抵消性能达到最优。具体算法可以采用梯度下降及模拟退火等算法。

Claims (3)

1.一种同时同频全双工射频多子带自干扰消除方法，其步骤为：第一，基带发送信号经过数模转换和射频通道后分为两路，一路送给发送天线向外辐射无线信号，另一路则送给射频抵消单元进行处理；第二，进入射频抵消单元的模拟信号经过多个并行的带通滤波器被分为多个子带信号，并在幅度调整算法模块的控制下，调整自干扰重建模块中的衰减系数，来进行射频自干扰信号重构；第三，各子带重构的射频自干扰信号经过叠加后与天线接收的自干扰信号进行抵消处理，并经射频通道和模数转换后反馈给幅度调整算法模块，幅度调整算法模块根据抵消效果调整各模块的衰减系数，来提高射频自干扰抵消性能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：幅度调整算法模块首先进行FFT运算，并评估各子带的射频抵消性能，根据评估结果，产生幅度调整值去控制自干扰重建模块中的衰减器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：自干扰重建模块采用时延固定、只调整幅度衰减系数的方法来进行射频自干扰信号重构。自干扰重建模块是由多个并行的、具有不同时延参数的信号传输线和相应的幅度衰减器组成，其幅度衰减器由幅度调整算法模块控制。