CN104935540A - 一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，包括信号发射步骤和信号接收步骤，主要通过信号预校正、非线性及相噪提取、射频干扰重建、数字干扰抵消完成自干扰信号抵消，在发送端设置信号预校正模块和调整器模块，设置射频干扰重建单元、数字干扰抵消模块，同时提取发射的非线性自干扰及预校正信号的非线性自干扰。本发明适用于同时同频全双工环境下，联合发送端和接收端消除同时同频干扰，将自干扰抵消性能做到极限，不仅使频谱利用率翻倍，且改善系统的通信质量，提高通信设备在同时同频的环境下工作的稳定性与可靠性。

Description

一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域中去除干扰的方法，特别是涉及一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法。

背景技术

当前无线通信系统采用时分双工或者频分双工的方法进行双向通信。时分双工系统，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。频分双工系统，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。

当今社会对无线数据业务需求日益增加，空间无线信道拥挤程度却愈发突出，这迫使人们不断寻求新方法来提高频谱资源利用率和设备抗干扰性能。如果无线通信设备使用相同时间、相同频率的全双工技术来发射和接收无线信号，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，无线通信设备的发送端和接收端同时同频工作时，会使发送端产生的发送信号进入接收端的接收通道，形成自信号干扰，该自干扰强度远远强于接收端收到的来自远端无线通信设备信号的强度，从而严重影响接收端对远端无线设备发送信号的接收。通常情况，这将会降低接收端的灵敏度，增加误码率，导致通信性能下降；严重情况下，接收端接收通道将被堵塞，导致接收功能完全丧失，甚至烧毁接收机前端。

为了实现同频同时传输，提高无线通信的频谱效率，有效的干扰消除技术至关重要，现有技术领域已出现了相关的干扰消除方法。

如中国专利申请号200710162086.8公开了一种共站址干扰消除系统和方法。该专利公开的技术方案中，将共站址干扰基站的发射信号，作为干扰抵消信号，传输到接收基站进行时延、幅度和相位调整，然后通过与接收天线接收的干扰信号相加，完成抵消。然而，该方法只考虑了射频接收端对自干扰信号的调整，并且没有考虑多径、非线性和相噪等因素对干扰的有效消除。

中国专利申请号200610113054.4公开了一种适用于同频同时隙双工的干扰消除方法。该专利所公开的技术方案中，通过接收机中设置信号预处理和天线布放的方法来进行干扰抵消。按照该方法，信号预处理需要系统协议配合，设置无线终端停止发送信号的特殊时隙，接收天线需要尽可能放置在干扰发射天线辐射的极小点位置，在具体实施时操作麻烦。

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。该专利所公开的技术方案中，面积有限或体积有限的单个载体内的多个设备增加数字 接口和模拟接口，在各个设备接收流程中通过模拟干扰抑制和数字干扰抑制来完成干扰抵消。然而，该方法没有考虑联合发送端进行射频自干扰消除，并且也没有消除自干扰中非线性和相位噪声的影响。

综上，现有自干扰抵消技术方案，没有考虑在存在非线性、相位噪声、多径下，如何将自干扰抵消做到极限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，它联合发送端和接收端消除同时同频自干扰，提高频谱利用率，将自干扰抵消性能提升到极致，从而使通信设备在同时同频的环境下工作得更为稳定。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，它包括信号发射步骤，所述信号发射步骤包括以下多个子步骤：

S101：基带发射信号处理单元将待发送的多路信号处理后，得到多路数字信号B＝(b₁,b₂,...,b_M)，其中，b₁,b₂,...,b_M分别代表天线单元发送端发送的第1、第2直至第M个发送数据，M为发送天线数目；

S102：多路数字信号B分别送往第一数模转换器、第一调整器模块、信道估计模块、信号预校正模块和数字干扰抵消模块中；

S103：送入第一数模转换器中的多路数字信号B进行数模转换后，再传送至第一射频发射通道，得到天线单元发送端待发送的一路或多路射频信号S＝(s₁,s₂,...,s_M)，其中，s₁,s₂,...,s_M分别代表天线单元发送端待发送的第1、第2直至第M个待发送数据，一路或多路射频信号S还传送至射频干扰重建单元；

S104：第一调整器模块对多路数字信号B进行调整后的信号，经过第二数模转换器形成抵消信号其中，分别代表第1、第2直至第M个抵消信号；

S105：根据天线单元接收端接收到的自干扰信号R＝(r₁,r₂,...,r_L)获得射频自干扰抵消后的信号该信号依次经过第一射频接收通道和第二模数转换器转换后得到射频抵消后的数字信号并送入信道估计模块中，其中，r₁,r₂,...,r_L分别代表天线单元接收端接收到的第1、第2直至第L个接收数据，分别代表第1、第2直至第L个射频自干扰抵消后信号，分别代表第1、第2直至第L个射频抵消后的数字信号，L为接收天线数目；

S106：信道估计模块根据待发送的数字信号B和射频抵消后的数字信号R_b，通过信道估计的方式获取发射端与接收端之间的多径无线信道特性 $\tilde{h}=\left[\begin{array}{cccc}{\tilde{h}}_{\mathrm{1,1}}& {\tilde{h}}_{\mathrm{1,2}}& ...& {\tilde{h}}_{1,L}\\ {\tilde{h}}_{\mathrm{2,1}}& {\tilde{h}}_{\mathrm{2,2}}& ...& {\tilde{h}}_{2,L}\\ ...& ...& ...& ...\\ {\tilde{h}}_{M,1}& {\tilde{h}}_{M,2}& ...& {\tilde{h}}_{M,L}\end{array}\right];$

S107：信号预校正模块根据信道特性对待发送的数字信号B进行畸变处理，得到预校正后的数字信号A＝(a₁,a₂,...,a_L)，其中，a₁,a₂,...,a_L分别代表第1、第2直至第L个预校正后的数字信号；

S108：预校正后的数字信号A送入第二调整器模块，同时数字信号A也依次通过第三数模转换器和第二射频发射通道输出预校正的射频信号其中，分别代表第1、第2直至第L个预校正的射频信号；

S109：第二调整器模块对预校正后的数字信号A进行调整后的信号，经过第四数模转换器形成抵消信号其中，分别代表第1、第2直至第L个抵消信号。

本发明所提出的方法还包括信号接收步骤，所述信号接收步骤包括以下多个子步骤：

S201：天线单元的接收端接收到发射端的自干扰信号R＝(r₁,r₂,...,r_L)；

S202：射频干扰重建单元对天线单元发送端输入的一路或多路射频信号S进行调整，输出调整后的射频干扰重建信号其中，分别代表第1、第2直至第L个调整后的射频干扰重建信号；

S203：射频干扰重建信号S_I、预校正的射频信号A_r和天线单元接收端收到的自干扰信号R一同送入第一加法器中，进行射频自干扰抵消，得到射频自干扰抵消后的信号  $R_c=(r_c^1,r_c^2,...,r_c^L);$

S204：射频干扰重建单元根据信号R_c对射频干扰抵消性能进行评估，并根据评估结果获得针对一路或多路射频信号S的调整值，进入步骤S202，重复执行，直到抵消效果达到最佳，完成射频干扰抵消；

S205：一路或多路射频信号S送入第一射频反馈通道，得到输出信号S_b＝(s_b1,s_b2,...,s_bM)，其中，s_b1,s_b2,...,s_bM分别代表第1、第2直至第M个输出信号；

S206：第一射频反馈通道输出的信号S_b＝(s_b1,s_b2,...,s_bM)和第一调整器模块经第二数模转换器后形成的抵消信号一同送入第二加法器中，对输出信号S_b中线性成分进行抵消，再经第一放大器得到抵消后的信号S_c＝(s_c1,s_c2,...,s_cM)，其中，s_c1,s_c2,...,s_cM分别代表第1、第2直至第M个抵消后的信号；

S207：第一调整器模块根据信号S_c对抵消性能进行评估，并根据评估结果获得针对多路数字信号B的调整值，对多路数字信号B进行调整后得到抵消信号进入步骤S206，重复执行，直到抵消效果达到最佳，完成对输出信号S_b中线性成分的抵消；

S208：预校正的射频信号A_r送入第二射频反馈通道，得到输出信号A_b＝(a_b1,a_b2,...,a_bL)，其中，a_b1,a_b2,...,a_bL分别代表第1、第2直至第L个输出信号；

S209：第二射频反馈通道输出的信号A_b＝(a_b1,a_b2,...,a_bL)和第二调整器模块经第四数模转换器形成的抵消信号一同送入第三加法器中，对输出信号A_b中线性成分进行抵消，再经第二放大器得到抵消后的信号A_c＝(a_c1,a_c2,...,a_cL)，其中，a_c1,a_c2,...,a_cL分别代表第1、第2直至第L个抵消后的信号；

S210：第二调整器模块根据信号A_c对抵消性能进行评估，并根据评估结果获得针对数字信号A的调整值，对数字信号A进行调整后得到抵消信号进入步骤S209，重复执行，直到抵消效果达到最佳，完成对信号A_b中线性成分的抵消；

S211：待发送的数字信号B、预校正后的数字信号A、抵消后的数字信号R_b、抵消后的信号S_c和抵消后的信号A_c一同送入数字干扰抵消单元；

S212：数字干扰抵消单元对射频抵消后的数字信号R_b进行数字干扰抵消，得到数字干扰抵消后的信号完成数字干扰抵消，其中，分别代表第1、第2直至第L个数字干扰抵消后的信号。

所述的天线单元包括一根或多根天线，所述天线单元的发送端和接收端共用一根天线或分别设置有发送端天线和接收端天线。

所述天线单元的发送端和接收端的工作频段完全重合或部分重合。

所述步骤S103中的一路或多路射频信号S还传送至射频干扰重建单元，是指将一路或多 路射频信号S分别耦合一路后送入射频干扰重建单元。

步骤S202所述的调整包括时延调整、幅度调整和相位调整，所述的射频干扰重建单元对输入的一路或多路射频信号S进行调整，是将输入的一路或多路射频信号中的每一路再分为L路，然后对分路后的每一路信号进行单独的时延调整、幅度调整和相位调整。

所述步骤S106中信道估计的方式包括非盲估计和盲估计，非盲估计是利用已知的信号，联合接收端接收的信号获取无线信道瞬时特性或者统计特性的信道估计，盲估计是利用接收端的接收信号获取无线信道统计特性的信道估计。

所述步骤S212中的数字干扰抵消包括线性数字干扰重建和抵消、非线性干扰以及相位噪声干扰重建和抵消。

所述的线性数字干扰重建和抵消是针对自干扰信号的线性部分进行干扰重建和抵消，具体包括以下多个子步骤：

①数字干扰抵消模块利用发送的数字信号B和预校正后的数字信号A，对射频自干扰抵消后的数字信号R_b进行信道估计，输出信道特性值；

②利用线性数字干扰重建模块根据信道特性值对待发送的数字信号B进行线性数字干扰重建，得到线性数字干扰重建后的信号 ${\tilde{R}}_{\mathrm{linear}}=({\tilde{r}}_{\mathrm{linear}}^1,{\tilde{r}}_{\mathrm{linear}}^2,...,{\tilde{r}}_{\mathrm{linear}}^L),$ 其中，分别代表第1、第2直至第L个线性数字干扰重建后的信号；

③用射频自干扰抵消后的数字信号R_b减去线性数字干扰重建后的信号，从而完成自干扰信号线性部分的数字干扰抵消。

所述非线性干扰以及相位噪声干扰重建和抵消，将根据抵消后的信号S_c、抵消后的信号A_c、待发送的数字信号B、预校正后的数字信号A以及抵消后的数字信号R_b进行非线性干扰以及相位噪声干扰重建和抵消，具体包括以下多个子步骤：

①根据抵消后的信号S_c和抵消后的信号A_c，对数字信号R_b中包含的系统引入的非线性和相位噪声特性进行估计；

②根据非线性和相位噪声特性估计值，结合信号S_c、信号A_c、信号B和信号A对数字信号R_b中包含的非线性干扰以及相位噪声干扰进行重建，得到非线性数字干扰重建后的信号  ${\tilde{R}}_{\mathrm{nonlinear}}=({\tilde{r}}_{\mathrm{nonlinear}}^1,{\tilde{r}}_{\mathrm{nonlinear}}^2,...,{\tilde{r}}_{\mathrm{nonlinear}}^L)$ 和相位噪声干扰重建后的信号 ${\tilde{R}}_{\mathrm{phase}}=({\tilde{r}}_{\mathrm{phase}}^1,{\tilde{r}}_{\mathrm{phase}}^2,...,{\tilde{r}}_{\mathrm{phase}}^L),$ 其中，分别代表第1、第2直至第L个非线性数字干扰重建后的信号， 分别代表第1、第2直至第L个相位噪声干扰重建后的信号；

③用射频自干扰抵消后的数字信号R_b减去非线性干扰以及相位噪声干扰重建后的信号 和信号从而完成自干扰信号非线性以及相位噪声部分的数字干扰抵消。

本发明的有益效果是：在天线单元的发送端设置信号预校正模块和调整器模块，设置射频干扰重建单元、数字干扰抵消模块，同时提取发射的非线性自干扰及预校正信号的非线性自干扰，在同时同频全双工环境下联合天线单元的发送端和接收端消除同时同频干扰，将自干扰抵消性能做到极限，不仅使频谱利用率翻倍，且改善系统的通信质量，提高通信设备在同时同频的环境下工作的稳定性。

附图说明

图1为基于本发明自干扰抵消方法的一系统结构框图；

图2为本发明中射频干扰重建单元的结构框图；

图3为本发明中数字干扰抵消模块的结构框图；

图4为本发明中天线单元单发单收的一种实现框图；

图5为本发明中天线单元单发单收的另一种实现框图；

图中，1-发送端天线，2-接收端天线，3-收发天线，4-环形器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例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。

本发明提出了一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，如图1所示，在发射端，基带发送信号处理模块将待发送的数字信号送入信号第一调整器模块、预校正模块和数字干扰抵消模块，待发送的射频信号送入射频干扰重建单元和第一射频反馈通道。第一调整器模块输出的信号经过第二数模转换器形成第一射频反馈通道的抵消信号。信号预校正模块输出的信号通过第三数模转换器及第二射频发射通道形成预校正的射频信号。预校正的射频信号送入第二射频反馈通道。信号预校正模块输出的信号通过第二调整器模块和第四数模转换器形成第二射频反馈通道的抵消信号。在接收端，天线接收的自干扰信号减去预校正的射频信号及射频干扰重建单元处理后的射频信号，完成射频自干扰抵消，抵消后的信号送入数字干扰抵消模块，联合待发送的数字信号、第一调整器模块与第一射频反馈通道的抵消信号、第二调整器模块与第二射频反馈通道的抵消信号以及预校正后的数字信号一起完成数字干扰抵消。

一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，它包括一个信号发射步骤和一个信号接收步骤，假设采用BPSK调制，发送端共发送N个数据符号，发送端天线数目为M＝1，接收端天 线数目L＝1。

信号发射包括如下步骤：

S101：基带发射信号处理单元将待发送的信号处理后，得到数字信号b(i)。

S102：数字信号b(i)分别送往第一数模转换器(DACⅠ)、信道估计模块、信号预校正模块、第一调整器模块和数字干扰抵消模块中。

S103：送入第一数模转换器(DACⅠ)中的数字信号b(i)进行数模转换后，再传送至第一射频发射通道，得到天线单元发送端待发送的射频信号s(t)，该射频信号s(t)还传送至射频干扰重建单元，射频信号s(t)表示为：

其中，表示取实部；E_S是发射功率；T_S是一个数据符号周期；g(t)为基带成型脉冲；f₀表示射频频点；b(i)是发射天线第i个符号持续时间内发射的信号。

S104：第一调整器模块对数字信号b(i)进行幅度、相位、时延调整，调整后的信号经过第二数模转换器形成抵消信号其中，为幅度调整值、为相位调整值、为时延调整值。

S105：根据天线单元接收端接收到的自干扰信号r(t)获得射频自干扰抵消后的信号r_c(t)，该信号依次经过第一射频接收通道和第二模数转换器转换后得到射频抵消后的数字信号r_b(i)并送入信道估计模块中。

S106：信道估计模块根据待发送的数字信号b(i)和射频抵消后的数字信号r_b(i)，通过信道估计的方法获取发射端与接收端之间的多径信道特性在多径信道中，信道特性可以通过以下方式表示：

$p\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{N_{\mathrm{path}}}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_l{e}^{j{\mathrm{\θ}}_l}\mathrm{\δ}(t-{\mathrm{\τ}}_l)=q\left(t\right)+h\left(t\right);$

其中，p(t)为发送到接收的总信道特性；q(t)为发送到接收的主径信道特性，  $q\left(t\right)={\mathrm{\α}}_0{e}^{j{\mathrm{\θ}}_0}\mathrm{\δ}(t-{\mathrm{\τ}}_0);$ h(t)为发送到接收的其它多径信道特性， $h\left(t\right)=\underset{l=1}{\overset{N_{\mathrm{path}}}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_l{e}^{j{\mathrm{\θ}}_l}\mathrm{\δ}(t-{\mathrm{\τ}}_l),N_{\mathrm{path}}+1$ 为发送到接收之间的多径数；α_l为发送到接收之间第l条路径的衰减；θ_l为发送到接收之间第l条路径的相偏；τ_l为发送到接收之间第l条路径的时延。

信道估计的方法包括非盲估计和盲估计，非盲估计是利用已知的信号，即送入信道估计模块Ⅰ的待发送的数字信号b(i)，联合接收端接收的信号获取无线信道瞬时特性或者统计特性的信道估计，盲估计是利用接收端的接收信号获取无线信道统计特性的信道估计。无线信道特性可以是无线信道的时域特性，也可以是无线信道的频域特性。

S107：信号预校正模块根据信道特性对待发送的数字信号b(i)进行畸变处理，得到预校正后的数字信号a(i)：

$a\left(i\right)=b\left(i\right)*\tilde{h}\left(i\right);$

其中，*表示卷积；G为常数；h(i)为h(t)的采样表示，h(i)＝h(iT)，T是采样周期。

信号的畸变处理可以是时域滤波处理，也可以是频域滤波处理。信号预校正模块将输出被校正的信号。

S108：预校正后的数字信号a(i)送入第二调整器模块中，同时数字信号a(i)还依次通过第三数模转换器(DACⅢ)和第二射频发射通道输出预校正的射频信号 

S109：第二调整器模块对预校正后的数字信号a(i)进行幅度、相位、时延调整，调整后的信号经过第四数模转换器形成抵消信号其中，为幅度调整值、为相位调整值、为时延调整值。

至此，完成发射步骤。

所述信号接收包括如下步骤：

S201：天线单元的接收端接收到发射端的自干扰信号r(t)，表示为：

r(t)＝s(t)*p(t)+w(t)；

其中，r(t)表示接收端天线收到的自干扰信号；w(t)表示引入的噪声。

S202：射频干扰重建单元根据控制模块输出的时延、幅度和相位调整值，对发送端输入的射频信号s(t)进行时延、幅度和相位调整，如图2所示，输出调整后的射频干扰重建信号s_I(t)：

$s_I\left(t\right)=s(t+{\mathrm{\τ}}_r){\mathrm{\α}}_r{e}^{j{\mathrm{\θ}}_r};$

其中，τ_r表示对s(t)进行的时延调整；α_r表示对s(t)进行的幅度调整；θ_r表示对s(t)进行的相位调整。

S203：射频干扰重建信号s_I(t)、预校正的射频信号a_r(t)和天线单元接收端收到的自干扰信号r(t)一同送入第一加法器中，进行射频自干扰抵消，得到射频自干扰抵消后的信号r_c(t)：

r_c(t)＝r(t)-s_I(t)-a_r(t)。

射频自干扰抵消中的减，是通过耦合器或者合路器来实现的。

S204：射频干扰重建单元根据r_c(t)对射频干扰抵消性能进行评估，并根据评估结果获得针对s(t)的调整值，通过控制模块输出调整值，进入步骤S203，重复执行，直到抵消效果达到最佳，完成射频干扰抵消。

S205：射频发射信号s(t)送入第一射频反馈通道，得到输出信号 其中，为s(t)经第一射频反馈通道后的幅度变化、为s(t)经第一射频反馈通道后的相位变化、为s(t)经第一射频反馈通道后的时延变化、s_nolinear(t)为s(t)经第一射频发射通道后产生的非线性、s_phn(t)为s(t)经第一射频发射通道后产生的相噪、表征了s_b(t)中的线性部分；

S206：第一射频反馈通道输出的信号s_b(t)和第一调整器模块经第二数模转换器后形成的抵消信号一同送入第二加法器中，对s_b(t)中线性成分进行抵消，再经第一放大器得到抵消后的信号：

S207：第一调整器模块根据s_c(t)对抵消性能进行评估，并根据评估结果获得针对b(i)的幅度、相位、时延调整值，对b(i)进行调整后得到抵消信号进入步骤S206，重复执行，直到抵消效果达到最佳，完成对s_b(t)中线性成分的抵消；

S208：预校正的射频信号a_r(t)送入到第二射频反馈通道处理后，得到输出信号 其中，为a_r(t)经第二射频反馈通道后的幅度变化、为a_r(t)经第二射频反馈通道后的相位变化、为a_r(t)经第二射频反馈通道后的时延变化、a_r,nolinear(t)为a_r(t)经第二射频发射通道后产生的非线性、a_r,phn(t)为a_r(t)经第二射频发射通道后产生的相噪、表征了a_b(t)中的线性部分。

S209：第二射频反馈通道输出的信号a_b(t)和第二调整器模块经第四数模转换器后形成的抵消信号一同送入第三加法器中，对a_b(t)中线性成分进行抵消，再经第二放大器得到抵消后的信号：

S210：第二调整器模块根据a_c(t)对抵消性能进行评估，并根据评估结果获得针对a(i)的幅度、相位、时延调整值，对a(i)进行调整后得到抵消信号进入步骤S209，重复执行，直到抵消效果达到最佳，完成对a_b(t)中线性成分的抵消；

S211：待发送的数字信号b(i)、预校正后的数字信号a(i)、抵消后的数字信号r_b(i)、抵消后的信号s_c(t)和抵消后的信号a_c(t)一同送入数字干扰抵消单元。

S208：数字干扰抵消模块对抵消后的数字信号r_b(i)进行两次数字干扰抵消，其一为线性数字干扰重建和抵消，其二为非线性干扰以及相位噪声干扰重建和抵消，如图3所示。射频自干扰抵消后的信号r_b(i)可表示为：

r_b(i)＝r_linear(i)+r_nonlinear(i)+r_phase(i)+w(i)；

其中，r_linear(i)为射频自干扰抵消后剩余自干扰信号线性部分的数字表示；r_nonlinear(i)为射频自干扰抵消后非线性引起的干扰信号分量；r_phase(i)为射频自干扰抵消后相位噪声引起的干扰信号分量；w(i)为噪声。

所述的线性数字干扰重建和抵消针对自干扰信号的线性部分进行干扰重建和抵消，数字干扰抵消模块对射频干扰抵消后的数字信号r_b(i)进行信道估计，再通过线性数字干扰重建模块，得到线性数字干扰重建后的信号具体包括如下子步骤：

①数字干扰抵消模块利用发送的数字信号b(i)和预校正后的数字信号a(i)，通过信道估计对射频自干扰抵消后的数字信号r_b(i)进行信道估计，输出信道特性值；

②线性数字干扰重建模块根据信道特性值对待发送的数字信号b(i)进行线性数字干扰重建，得到线性数字干扰重建后的信号

③用射频自干扰抵消后的数字信号r_b(i)减去线性数字干扰重建后的信号从而完成自干扰信号线性部分的数字干扰抵消。

所述非线性干扰以及相位噪声干扰重建和抵消，将根据抵消后的信号s_c(t)、抵消后的信号a_c(t)、待发送的数字信号b(i)、预校正后的数字信号a(i)以及抵消后的数字信号r_b(i)进行非线性干扰以及相位噪声干扰重建和抵消，具体包括如下子步骤：

①根据抵消后的信号s_c(t)和抵消后的信号a_c(t)，对数字信号r_b(i)中包含的系统引入的非线性和相位噪声特性进行估计；

②根据非线性和相位噪声特性估计值，结合信号s_c(t)、信号a_c(t)、信号r_b(i)和信号a(i)对数字信号r_b(i)中包含的非线性干扰以及相位噪声干扰进行重建，得到重建后的信号 和

③用射频自干扰抵消后的数字信号r_b(i)减去非线性干扰以及相位噪声干扰重建后的信号 和从而完成自干扰信号非线性以及相位噪声部分的数字干扰抵消。

数字干扰重建后的信号和送入加法器Ⅳ，与射频自干扰抵消后 的数字信号r_b(i)进行数字干扰抵消，最终得到数字干扰抵消后的信号r_d(i)，表示为：

$r_d\left(i\right)=r_d\left(i\right)-{\tilde{r}}_{\mathrm{linear}}\left(i\right)-{\tilde{r}}_{\mathrm{nonlinear}}\left(i\right)-{\tilde{r}}_{\mathrm{phase}}\left(i\right).$

至此，完成接收步骤。

如图1所示，为实现上述自干扰抵消，本发明提供一种同时同频全双工极限自干扰抵消系统，它包括天线单元、基带信号处理单元、射频干扰重建单元、第一射频发射通道、第二射频发射通道、第一射频反馈通道、第二射频反馈通道和第一射频接收通道。

基带信号处理单元的第一发送端通过第一射频发射通道分别与天线单元的发送端、射频干扰重建单元的输入端和第一射频反馈通道的输入端连接，第一射频反馈通道的输出端与基带信号处理单元的第一反馈端连接，射频干扰重建单元的输出端和天线单元的接收端均通过第一加法器与第一射频接收通道的输入端连接，第一射频接收通道的输出端与基带信号处理单元的接收端连接。

基带信号处理单元的第二发送端与第二射频发射通道的输入端连接，第二射频发射通道输出端与第二射频反馈通道的输入端连接，还通过第一加法器与第一射频接收通道的输入端连接，第二射频反馈通道的输出端与基带信号处理单元的第二反馈端连接。

如图5所示，所述的天线单元包括收发天线3，所述天线单元的发送端和接收端共用该收发天线3，该收发天线3通过环行器4分别与天线单元的发送端和接收端连接。

如图4所示，所述的天线单元包括多根天线，所述天线单元的发送端和接收端分别设置有发送端天线1和接收端天线2，发送端天线1与天线单元的发送端连接，接收端天线2与天线单元的接收端连接。

如图1所示，所述基带信号处理单元包括基带发射信号处理单元、基带接收信号处理单元、信道估计模块、信号预校正模块、数字干扰抵消模块、第一调整器模块和第二调整器模块。

基带发射信号处理单元的输出端分别与基带信号处理单元的第一发送端、第一调整器模块、信道估计模块、信号预校正模块和数字干扰抵消模块的输入端连接，基带发射信号处理单元还与基带接收信号处理单元相互连接。

基带接收信号处理单元的输入端与数字干扰抵消模块的输出端连接，数字干扰抵消模块的输入端分别与基带信号处理单元的接收端、基带信号处理单元的第一反馈端、基带信号处理单元的第二反馈端和信号预校正模块的输出端连接。

第一调整器模块的输入端还与基带信号处理单元的第一反馈端连接，第一调整器模块的输出端和第一射频反馈通道的输出端通过第二加法器与基带信号处理单元的第一反馈端连接。

第二调制器模块的输入端分别与信号预校正模块的输出端和基带信号处理单元的第二反馈端连接，第二调制器模块的输出端和第二射频反馈通道的输出端通过第三加法器与基带信号处理单元的第一反馈端连接。

信道估计模块的输入端还与基带信号处理单元的接收端连接，信道估计模块的输出端与信号预校正模块输入端连接，信号预校正模块的输出端还与基带信号处理单元的第二发送端连接。

如图3所示，所述数字干扰抵消模块包括非线性及相噪干扰重建模块、线性数字干扰重建模块和第四加法器。

第四加法器的输入端分别与非线性及相噪干扰重建模块的输出端、线性数字干扰重建模块的输出端和基带信号处理单元的接收端连接，第四加法器的输出端分别与基带接收信号处理单元的输入端、非线性及相噪干扰重建模块的输入端和线性数字干扰重建模块的输入端连接。

非线性及相噪干扰重建模块的输入端还分别与信号预校正模块的输出端、基带发射信号处理单元的输出端、基带信号处理单元的第一反馈端、基带信号处理单元的第二反馈端和基带信号处理单元的接收端连接。

线性数字干扰重建模块的输入端还分别与信号预校正模块的输出端、基带发射信号处理单元的输出端和基带信号处理单元的接收端连接。

所述第一加法器的输出端还与射频干扰重建单元的输入端连接。

如图2所示，所述射频干扰重建单元包括时延调整模块、调幅模块、调相模块和控制模块，控制模块分别与依次串联的时延调整模块、调幅模块和调相模块的控制端连接，时延调整模块的输入端与射频干扰重建单元的输入端连接，调相模块的输出端与射频干扰重建单元的输出端连接。

如图1所示，所述第二加法器与基带信号处理单元的第一反馈端之间还设置有串联的第一放大器和第三模数转换器ADCⅢ，所述第二加法器与第一调整器模块的输出端之间还设置有第二数模转换器DACⅡ。

如图1所示，所述第三加法器与基带信号处理单元的第二反馈端之间还设置有第二放大器和第一模数转换器ADCⅠ。所述第三加法器与第二调整器模块的输出端之间还设置有第四数模转换器DACⅣ。

如图1所示，所述第一射频发射通道的输入端与基带信号处理单元的第一发送端之间设置有第一数模转换器DACⅠ。

如图1所示，所述第二射频发射通道的输入端与基带信号处理单元的第二发送端之间设 置有第三数模转换器DACⅢ。

如图1所示，第一射频接收通道的输出端与基带信号处理单元的接收端之间设置有第二模数转换器ADCⅡ。

本发明中，发送端和接收端同时工作，通信频点均为f₀。

基带发射信号处理单元，用于产生待发送的数字信号。

信道估计模块，用于自干扰信道特性获取。

信号预校正模块，根据自干扰信道特性对待发送的数字信号进行预校正。

DACⅠ、DACⅡ、DACⅢ和DACⅣ，用于数字信号到模拟信号转变。

ADCⅠ、ADCⅡ和ADCⅢ，用于模拟信号到数字信号的转变。

射频发射通道Ⅰ和射频发射通道Ⅱ，用于射频发射处理。

射频接收通道Ⅰ、射频反馈通道Ⅰ和射频反馈通道Ⅱ，用于射频接收处理。

天线单元，用于无线信号的发送和接收。

射频干扰重建单元，用于进行射频自干扰信号重建。

调整器模块Ⅰ，用于产生射频反馈通道Ⅰ输出信号的抵消信号。

调整器模块Ⅱ，用于产生射频反馈通道Ⅱ输出信号的抵消信号。

加法器Ⅰ，用于射频自干扰信号抵消。

加法器Ⅱ，用于调整器模块Ⅰ输出信号与射频反馈通道Ⅰ输出信号的抵消。

加法器Ⅲ，用于调整器模块Ⅱ输出信号与射频反馈通道Ⅱ输出信号的抵消。

数字干扰抵消模块，用于数字自干扰重建和数字自干扰抵消。

基带接收信号处理单元，对自干扰抵消后信号进行其它接收处理。

上述技术方案中，主要通过信号预校正、非线性及相噪提取、射频干扰重建、数字干扰抵消完成自干扰信号抵消。信号预校正主要由信道估计模块、信号预校正模块、DACⅢ和第二射频发射通道完成，非线性及相噪提取主要由第一调整器模块、第二调整器模块、第一射频反馈通道、第二射频反馈通道、第二加法器、第三加法器完成，射频干扰重建主要由射频干扰重建单元完成，数字干扰抵消主要由数字干扰抵消模块完成。

如图4、图5所示，天线单元包括一根或多根天线，所述天线单元的发送端和接收端共用一根收发天线3或分别设置发送端天线1和接收端天线2，共用收发天线3是通过环形器4来实现的。如图4为天线单元单发单收的一种实现框图，根据图4能实现发送端和接收端独立使用天线，如图5为天线单元单发单收的另一种实现框图，根据图5发送端和接收端通过环形器4共用收发天线3。

所述的发送端和接收端的工作频段完全重合或部分重合，发送端将M路射频信号输入天线单元，天线单元在接收端会输出L路信号，L路或者M路信号均指一路或者多路信号。

所述步骤S103中的射频信号s(t)(即M路)还传送至射频干扰重建单元，是将M路信号中的每一路射频信号s(t)分别耦合一路后送入射频干扰重建单元。耦合一路的操作可以通过耦合器或功分器来实现。

步骤202中所述的射频干扰重建单元对发送端输入的射频信号s(t)进行调整，是将输入的M路射频信号中的每一路再分为L路，然后对M×L路中的每一路信号进行单独的时延调整、幅度调整和相位调整。所述的分为L路的操作可以通过耦合器或功分器来实现。时延调整、幅度调整、相位调整是通过调整算法来实现，所述的调整算法是以射频自干扰抵消结果的功率最小化为目标，对时延、相位、幅度进行调整的，包含梯度下降算法。

Claims (9)

1.一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，其特征在于：它包括信号发射步骤，所述信号发射步骤包括以下多个子步骤：

S101：基带发射信号处理单元将待发送的多路信号处理后，得到多路数字信号B＝(b₁,b₂,...,b_M)，其中，b₁,b₂,...,b_M分别代表天线单元发送端发送的第1、第2直至第M个发送数据，M为发送天线数目；

S102：多路数字信号B分别送往第一数模转换器、第一调整器模块、信道估计模块、信号预校正模块和数字干扰抵消模块中；

S103：送入第一数模转换器中的多路数字信号B进行数模转换后，再传送至第一射频发射通道，得到天线单元发送端待发送的一路或多路射频信号S＝(s₁,s₂,...,s_M)，其中，s₁,s₂,...,s_M分别代表天线单元发送端待发送的第1、第2直至第M个待发送数据，一路或多路射频信号S还传送至射频干扰重建单元；

S104：第一调整器模块对多路数字信号B进行调整后的信号，经过第二数模转换器形成抵消信号其中，分别代表第1、第2直至第M个抵消信号；

S105：根据天线单元接收端接收到的自干扰信号R＝(r₁,r₂,...,r_L)获得射频自干扰抵消后的信号该信号依次经过第一射频接收通道和第二模数转换器转换后得到射频抵消后的数字信号并送入信道估计模块中，其中，r₁,r₂,...,r_L分别代表天线单元接收端接收到的第1、第2直至第L个接收数据，分别代表第1、第2直至第L个接收的射频自干扰抵消后信号，分别代表第1、第2直至第L个射频抵消后的数字信号，L为接收天线数目；

S106：信道估计模块根据待发送的数字信号B和射频抵消后的数字信号R_b，通过信道估计的方式获取发射端与接收端之间的多径无线信道特性 $\tilde{h}=\left[\begin{array}{cccc}{\tilde{h}}_{\mathrm{1,1}}& {\tilde{h}}_{\mathrm{1,2}}& ...& {\tilde{h}}_{1,L}\\ {\tilde{h}}_{\mathrm{2,1}}& {\tilde{h}}_{\mathrm{2,2}}& ...& {\tilde{h}}_{2,L}\\ ...& ...& ...& ...\\ {\tilde{h}}_{M,1}& {\tilde{h}}_{M,2}& ...& {\tilde{h}}_{M,L}\end{array}\right];$

S107：信号预校正模块根据信道特性对待发送的数字信号B进行畸变处理，得到预校正后的数字信号A＝(a₁,a₂,...,a_L)，其中，a₁,a₂,...,a_L分别代表第1、第2直至第L个预校正后的数字信号；

S108：预校正后的数字信号A送入第二调整器模块，同时数字信号A也依次通过第三数模转换器和第二射频发射通道输出预校正的射频信号其中，分别代表第1、第2直至第L个预校正的射频信号；

S109：第二调整器模块对预校正后的数字信号A进行调整后的信号，经过第四数模转换器形成抵消信号其中，分别代表第1、第2直至第L个抵消信号。

2.根据权利要求1所述的一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，其特征在于：它还包括信号接收步骤，所述信号接收步骤包括以下多个子步骤：

S201：天线单元的接收端接收到发射端的自干扰信号R＝(r₁,r₂,...,r_L)；

S202：射频干扰重建单元对天线单元发送端输入的一路或多路射频信号S进行调整，输出调整后的射频干扰重建信号其中，分别代表第1、第2直至第L个调整后的射频干扰重建信号；

S203：射频干扰重建信号S_I、预校正的射频信号A_r和天线单元接收端收到的自干扰信号R一同送入第一加法器中，进行射频自干扰抵消，得到射频自干扰抵消后的信号 $R_c=(r_c^1,r_c^2,...,r_c^L);$

S204：射频干扰重建单元根据信号R_c对射频干扰抵消性能进行评估，并根据评估结果获得针对一路或多路射频信号S的调整值，进入步骤S202，重复执行，直到抵消效果达到最佳，完成射频干扰抵消；

S205：一路或多路射频信号S送入第一射频反馈通道，得到输出信号S_b＝(s_b1,s_b2,...,s_bM)，其中，s_b1,s_b2,...,s_bM分别代表第1、第2直至第M个输出信号；

S206：第一射频反馈通道输出的信号S_b＝(s_b1,s_b2,...,s_bM)和第一调整器模块经第二数模转换器后形成的抵消信号一同送入第二加法器中，对输出信号S_b中线性成分进行抵消，再经第一放大器得到抵消后的信号S_c＝(s_c1,s_c2,...,s_cM)，其中，s_c1,s_c2,...,s_cM分别代表第1、第2直至第M个抵消后的信号；

S207：第一调整器模块根据信号S_c对抵消性能进行评估，并根据评估结果获得针对多路数字信号B的调整值，对多路数字信号B进行调整后得到抵消信号进入步骤S206，重复执行，直到抵消效果达到最佳，完成对输出信号S_b中线性成分的抵消；

S208：预校正的射频信号A_r送入第二射频反馈通道，得到输出信号A_b＝(a_b1,a_b2,...,a_bL)，其中，a_b1,a_b2,...,a_bL分别代表第1、第2直至第L个输出信号；

S209：第二射频反馈通道输出的信号A_b＝(a_b1,a_b2,...,a_bL)和第二调整器模块经第四数模转换器形成的抵消信号一同送入第三加法器中，对输出信号A_b中线性成分进行抵消，再经第二放大器得到抵消后的信号A_c＝(a_c1,a_c2,...,a_cL)，其中，a_c1,a_c2,...,a_cL分别代表第1、第2直至第L个抵消后的信号；

S210：第二调整器模块根据信号A_c对抵消性能进行评估，并根据评估结果获得针对数字信号A的调整值，对数字信号A进行调整后得到抵消信号进入步骤S209，重复执行，直到抵消效果达到最佳，完成对信号A_b中线性成分的抵消；

S211：待发送的数字信号B、预校正后的数字信号A、抵消后的数字信号R_b、抵消后的信号S_c和抵消后的信号A_c一同送入数字干扰抵消单元；

S212：数字干扰抵消单元对射频抵消后的数字信号R_b进行数字干扰抵消，得到数字干扰抵消后的信号完成数字干扰抵消，其中，分别代表第1、第2直至第L个数字干扰抵消后的信号。

3.根据权利要求1所述的一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，其特征在于：所述的天线单元包括一根或多根天线，所述天线单元的发送端和接收端共用一根天线或分别设置有发送端天线和接收端天线。

4.根据权利要求1所述的一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤S103中的一路或多路射频信号S还传送至射频干扰重建单元，是指将一路或多路射频信号S分别耦合一路后送入射频干扰重建单元。

5.根据权利要求2所述的一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤202的调整包括时延调整、幅度调整和相位调整，所述的射频干扰重建单元对输入的一路或多路射频信号S进行调整，是将输入的一路或多路射频信号中的每一路再分为L路，然后对分路后的每一路信号进行单独的时延调整、幅度调整和相位调整。

6.根据权利要求1所述的一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤S106中信道估计的方式包括非盲估计和盲估计，非盲估计是利用已知的信号，联合接收端接收的信号获取无线信道瞬时特性或者统计特性的信道估计，盲估计是利用接收端的接收信号获取无线信道统计特性的信道估计。

7.根据权利要求2所述的一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤S212中的数字干扰抵消包括线性数字干扰重建和抵消、非线性干扰以及相位噪声干扰重建和抵消。

8.根据权利要求7所述的一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，其特征在于：所述的线性数字干扰重建和抵消是针对自干扰信号的线性部分进行干扰重建和抵消，具体包括以下多个子步骤：

①数字干扰抵消模块利用发送的数字信号B和预校正后的数字信号A，对射频自干扰抵消后的数字信号R_b进行信道估计，输出信道特性值；

②利用线性数字干扰重建模块，根据信道特性值对待发送的数字信号B进行线性数字干扰重建，得到线性数字干扰重建后的信号 ${\tilde{R}}_{\mathrm{linear}}=({\tilde{r}}_{\mathrm{linear}}^1,{\tilde{r}}_{\mathrm{linear}}^2,...,{\tilde{r}}_{\mathrm{linear}}^L),$ 其中，分别代表第1、第2直至第L个线性数字干扰重建后的信号；

③用射频自干扰抵消后的数字信号R_b减去线性数字干扰重建后的信号从而完成自干扰信号线性部分的数字干扰抵消。

9.根据权利要求7所述的一种同时同频全双工极限自干扰抵消方法，其特征在于：所述非线性干扰以及相位噪声干扰重建和抵消，将根据抵消后的信号S_c、抵消后的信号A_c、待发送的数字信号B、预校正后的数字信号A以及抵消后的数字信号R_b进行非线性干扰以及相位噪声干扰重建和抵消，具体包括以下多个子步骤：

①根据抵消后的信号S_c和抵消后的信号A_c，对数字信号R_b中包含的系统引入的非线性和相位噪声特性进行估计；

②根据非线性和相位噪声特性估计值，结合信号S_c、信号A_c、信号B和信号A对数字信号R_b中包含的非线性干扰以及相位噪声干扰进行重建，得到非线性数字干扰重建后的信号 ${\tilde{R}}_{\mathrm{nonlinear}}=({\tilde{r}}_{\mathrm{nonlinear}}^1,{\tilde{r}}_{\mathrm{nonlinear}}^2,...,{\tilde{r}}_{\mathrm{nonlinear}}^L)$ 和相位噪声干扰重建后的信号 ${\tilde{R}}_{\mathrm{phase}}=({\tilde{r}}_{\mathrm{phase}}^1,{\tilde{r}}_{\mathrm{phase}}^2,...,{\tilde{r}}_{\mathrm{phase}}^L),$ 其中，分别代表第1、第2直至第L个非线性数字干扰重建后的信号，分别代表第1、第2直至第L个相位噪声干扰重建后的信号；

③用射频自干扰抵消后的数字信号R_b减去非线性干扰以及相位噪声干扰重建后的信号和信号从而完成自干扰信号非线性以及相位噪声部分的数字干扰抵消。