CN105099495B - 一种收发共用天线的同时同频全双工终端及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种收发共用天线的同时同频全双工终端及其通信方法，同时同频全双工终端包括中央处理器、射频发射接收器、发射模块、接收模块和天线模块；中央处理器输出的发射数据经射频发射接收器调制获得射频信号，所述发射模块对所述射频信号进行功率放大后输出发射信号给所述天线模块的天线发射；所述天线模块接收基站信号并与自干扰信号组合成混合信号；接收模块对所述发射信号进行幅度和相位调整生成采样信号，对混合信号进行延迟后与所述采样信号进行混合消扰，从而可将自干扰信号消除，确保良好的通信质量；天线模块包括一天线，发射和接收共用一根天线，解决了现有用多天线导致成本高、天线放置要求高的问题。

Description

一种收发共用天线的同时同频全双工终端及其通信方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及的是一种收发共用天线的同时同频全双工终端及其通信方法。

背景技术

CCFD（Co-frequency Co-time Full Duplex，同频同时全双工）无线通信设备使用相同的时间、相同的频率，同时发射和接收无线信号，使得无线通信链路的频谱效率提高了一倍。

现有的5G备选技术的同时同频全双工终端的天线均采用多天线方案，用多个天线来实现天线干扰消除和射频干扰消除的目的。多天线成本较高，且要求终端有足够的空间并按要求放置这些天线，如空间摆放实现天线对消等，这给终端设计带来很多困难，不但增加成本，还会增大终端体积。同时，CCFD发射机的发射信号会对本地接收机产生干扰，使用CCFD的首要工作是抑制强自干扰。自干扰消除能力将直接影响CCFD系统的通信质量。

本发明提出了发射和接收共用同一根天线的同时同频全双工终端，使同时同频全双工的发射和接收在共用一根天线的情况下解决同频自干扰消除问题。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种收发共用天线的同时同频全双工终端及其通信方法，以达到同时同频全双工终端的发射和接收共用一根天线并实现自干扰抑制消除的目的。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种收发共用天线的同时同频全双工终端，包括中央处理器和射频发射接收器，其还包括发射模块、接收模块和天线模块；所述天线模块包括一天线；

所述中央处理器输出的发射数据经射频发射接收器调制获得射频信号，所述发射模块对所述射频信号进行功率放大后输出发射信号给所述天线模块的天线发射；

所述天线模块接收基站信号并与自干扰信号组合成混合信号；所述接收模块对所述发射信号进行幅度和相位调整生成采样信号，对所述混合信号进行延迟后与所述采样信号进行混合消扰，输出的接收信号由所述射频发射接收器解调后传输给所述中央处理器。

所述的收发共用天线的同时同频全双工终端中，所述天线模块还包括合路器；所述合路器的第一端连接发射模块，所述合路器的第二端连接所述接收模块，所述合路器的第三端连接天线；

所述合路器将发射信号传输给天线进行发射，及将天线接收的基站信号和自干扰信号组合成混合信号输出给所述接收模块。

所述的收发共用天线的同时同频全双工终端中，所述接收模块包括延时器、可调衰减器、可调移相器和信号混合器；

所述延时器用于对混合信号进行延时生成延时信号；

所述可调衰减器用于对发射信号进行幅度衰减生成衰减信号；

所述可调移相器用于对所述衰减信号进行移相生成采样信号；

所述信号混合器用于将采样信号与延时信号进行混合以消除自干扰，输出接收信号。

所述的收发共用天线的同时同频全双工终端中，所述采样信号的幅度与自干扰信号的幅度相等，相位相反且相位差为π。

所述的收发共用天线的同时同频全双工终端中，所述发射模块为功率放大器。

所述的收发共用天线的同时同频全双工终端中，所述中央处理器还用于实时控制可调衰减器的幅度调整和可调移相器的相位调整。

一种采用所述的收发共用天线的同时同频全双工终端的通信方法，其包括：

A、中央处理器输出的发射数据经射频发射接收器调制获得射频信号，发射模块对所述射频信号进行功率放大后输出发射信号给天线模块的天线发射；

B、天线模块接收基站信号并与自干扰信号组合成混合信号；接收模块对发射信号进行幅度和相位调整生成采样信号，对混合信号进行延迟后与所述采样信号进行混合消扰，输出的接收信号由射频发射接收器解调后传输给中央处理器。

所述的收发共用天线的同时同频全双工终端的通信方法中，所述步骤B具体包括：

B1、天线模块接收基站信号并与自干扰信号组合成混合信号；

B2、接收模块对发射信号进行幅度衰减生成衰减信号；

B3、对所述衰减信号进行移相生成采样信号；

B4、将采样信号与延时信号进行混合以消除自干扰，输出接收信号并传输至射频发射接收器；

B5、射频发射接收器对所述接收信号进行解调后传输给中央处理器。

所述的收发共用天线的同时同频全双工终端的通信方法中，所述采样信号的幅度与自干扰信号的幅度相等，相位相反且相位差为π。

相较于现有技术，本发明提供的收发共用天线的同时同频全双工终端及其通信方法，中央处理器输出的发射数据经射频发射接收器调制获得射频信号，所述发射模块对所述射频信号进行功率放大后输出发射信号给所述天线模块的天线发射；所述天线模块接收基站信号并与自干扰信号组合成混合信号；接收模块对所述发射信号进行幅度和相位调整生成采样信号，对所述混合信号进行延迟后与所述采样信号进行混合消扰，从而可将自干扰信号消除，确保良好的通信质量；天线模块包括一天线，发射和接收共用一根天线，解决了现有用多天线导致成本高、天线放置要求高的问题。

附图说明

图1是本发明提供的收发共用天线的同时同频全双工终端的结构框图。

图2是本发明提供的收发共用天线的同时同频全双工终端的应用实施例示意图。

图3是本发明提供的收发共用天线的同时同频全双工终端的通信方法流程图。

具体实施方式

本发明提供一种收发共用天线的同时同频全双工终端及其通信方法，同时同频全双工终端的发射和接收共用同一根天线，即发射通道与接收通道通过合路器与共用的天线连接；在接收通道上增加延时器以实现对接收到的自干扰信号和采样信号进行时延同步；还能根据收到的信号实时控制采样通道的幅度调整和相位调整，以使自干扰消除性能最佳。同时同频全双工也是下一代5G通信的备选关键技术，本发明为对5G技术及专利的提前布局，实现了对现有CCFD技术的改进。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1和图2，本发明提供的收发共用天线的同时同频全双工终端与CCFD基站通讯，该同时同频全双工终端包括中央处理器10、射频发射接收器20、发射模块30、接收模块40和天线模块50。所述中央处理器10连接射频发射接收器20，发射模块30连接射频发射接收器20和天线模块50，接收模块40连接射频发射接收器20和天线模块50; 所述天线模块包括一根天线。

所述中央处理器10将发射数据传给射频发射接收器20，射频发射接收器10对发射数据进行调制后经TX端口输出已调制的射频信号，发射模块30对该射频信号进行功率放大后传输频率为fc的发射信号Sr（t）给天线模块50发射给CCFD基站。

所述天线模块50接收CCFD基站发送的频率为fc的基站信号R（t）、并与自干扰信号组合成混合信号。所述接收模块40一方面对发射信号Sr（t）进行衰减、移相生成采样信号aSr（t+Δt+π），另一方面对混合信号进行延迟后与所述采样信号aSr（t+Δt+π）进行混合消扰，生成接收信号R1（t+Δt）并传输至射频发射接收器20的RX端口。射频发射接收器20对接收信号R1（t+Δt）解调处理传输给中央处理器10。

其中，所述发射模块30为功率放大器。所述接收模块40包括延时器410、可调衰减器420、可调移相器430和信号混合器440。所述天线模块50包括合路器510和天线520。本实施例定义发射通道为从射频发射接收器20的TX端口开始、经发射模块30至合路器510的第一端为止；接收通道为从合路器510的第二端开始、经延时器410、信号混合器440至射频发射接收器20的RX端口为止；采样通道为从发射模块的输出端开始，经可调衰减器420、可调移相器430至信号混合器440的负输入端-为止。

为了解决现有同时同频全双工终端的天线为多天线方案导致成本较高，增加设计难度和终端体积的问题，本实施例的同时同频全双工终端的发射通道和接收通道共用天线520。则所述合路器510的第三端连接天线520，所述合路器510的第一端连接发射模块30的输出端，所述合路器510的第二端连接延时器410的输入端；发射模块30的输入端连接射频发射接收器20的TX端口；延时器410的输出端连接信号混合器440的正输入端+；可调衰减器420连接发射模块30的输出端、可调移相器430、中央处理器10和天线模块50。可调移相器430连接信号混合器440的负输入端-和中央处理器10。信号混合器440的输出端连接射频发射接收器的RX端口。

所述天线520的通道CH_天线（即从合路器的第三端至天线520之间的通道）传输的信号包括本机发射信号S(t)和接收到的基站信号R(t)，即CH_天线=S(t)+R(t)。合路器510的第二端输出的混合信号包括天线520接收经合路器后的第一基站信号R1(t)，由发射模块30输出给合路器的发射信号及天线进入接收通道的自干扰信号S1(t)，即合路器510与延时器410之间传输的信号为CH1=R1(t)+S1(t)。

所述延时器410对混合信号、即第一基站信号R1(t)和自干扰信号S1(t)进行延时生成延时信号[R1（t+Δt）+ S1(t+△t)]。延时是为了实现进入接收通道的自干扰信号和第一基站信号的时延同步。

所述可调衰减器420对发射信号Sr（t）进行幅度衰减生成衰减信号aSr（t）。所述可调移相器430对所述衰减信号aSr（t）进行移相生成采样信号aSr（t+Δt+π）。所述信号混合器440将采样信号aSr（t+Δt+π）与延时信号[R1（t+Δt）+ S1(t+△t)]进行混合以消除自干扰，输出接收信号R1（t+Δt）。

为了使接收通道和采样通道混合后的信号能完全消除自干扰，则延时信号中表示自干扰的信号S1(t+△t)与采样信号aSr(t+△t+π)必须能相互抵消且不能有信号余留。因此，衰减、移相的目的即是使采样信号aSr(t+△t+π)的幅度与自干扰信号的幅度相等，相位相反且相位差为π。则表示自干扰的信号S1(t+△t)与采样信号aSr(t+△t+π)混合的结果为：S1(t+△t)+aSr(t+△t+π)= S1(t+△t)-aSr(t+△t)=0。由此可知，延时信号与采样信号混合的结果为：R1(t+△t)+S1(t+△t)+aSr(t+△t+π) =R1(t+△t)。这样由信号混合器440混合后，表示自干扰的信号S1(t+△t)被采样信号aSr(t+△t+π)完全抵消掉，只剩下表示正真的接收数据的接收信号R1（t+Δt），从而达到了自干扰消除的目的，实现同时同频全双工通信。

接收信号R1（t+Δt）传输至射频发射接收器20的RX端口。射频发射接收器20对接收信号R1（t+Δt）进行解调处理后传输给中央处理器10。中央处理器10会实时控制采样通道的幅度调整和相位调整，以使自干扰消除性能最佳。

基于上述的收发共用天线的同时同频全双工终端，本发明还提供一种收发共用天线的同时同频全双工终端的通信方法，请一并参阅图3，所述通信方法包括：

S100、中央处理器输出的发射数据经射频发射接收器调制获得射频信号，发射模块对所述射频信号进行功率放大后输出发射信号给天线模块的天线进行发射；

S200、天线模块接收基站信号并与自干扰信号组合成混合信号；接收模块对发射信号进行幅度和相位调整生成采样信号，对混合信号进行延迟后与所述采样信号进行混合消扰，输出的接收信号由射频发射接收器解调后传输给中央处理器。

所述步骤S200具体包括：

步骤201、天线模块接收基站信号并与自干扰信号组合成混合信号；

步骤202、接收模块对发射信号进行幅度衰减生成衰减信号；

步骤203、对所述衰减信号进行移相生成采样信号；

步骤204、将采样信号与延时信号进行混合以消除自干扰，输出接收信号并传输至射频发射接收器；

步骤205、射频发射接收器对所述接收信号进行解调后传输给中央处理器。具体请参见上述实施例。

综上所述，本发明的发射和接收共用一根天线来实现同时同频全双工终端与CCFD基站的通讯，解决了现有用多天线导致成本高、天线放置要求高的问题；同时，通过对混合信号进行延时，对发射信号进行幅度和相位调整，使混合信号中的自干扰信号和采样信号的幅度相等，相位相反且相位差为π，从而可将自干扰信号消除，确保良好的通信质量；还实时控制可调衰减器的幅度调整和可调移相器的相位调整，使自干扰消除性能达到最佳。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种收发共用天线的同时同频全双工终端，包括中央处理器和射频发射接收器，其特征在于，还包括发射模块、接收模块和天线模块；所述天线模块包括一天线；

所述中央处理器输出的发射数据经射频发射接收器调制获得射频信号，所述发射模块对所述射频信号进行功率放大后输出发射信号给所述天线模块的天线发射；

所述天线模块接收基站信号并与自干扰信号组合成混合信号；所述接收模块对所述发射信号进行幅度和相位调整生成采样信号，对所述混合信号进行延迟后与所述采样信号进行混合消扰，输出的接收信号由所述射频发射接收器解调后传输给所述中央处理器；

所述接收模块包括延时器、可调衰减器、可调移相器和信号混合器；

所述延时器用于对混合信号进行延时生成延时信号；

所述可调衰减器用于对发射信号进行幅度衰减生成衰减信号；

所述可调移相器用于对所述衰减信号进行移相生成采样信号；

所述信号混合器用于将采样信号与延时信号进行混合以消除自干扰，输出接收信号；

延时是为了实现进入接收通道的自干扰信号和第一基站信号的时延同步；衰减、移相的目的是使采样信号的幅度与自干扰信号的幅度相等，相位相反且相位差为π。

2.根据权利要求1所述的收发共用天线的同时同频全双工终端，其特征在于，所述天线模块还包括合路器；所述合路器的第一端连接所述发射模块，所述合路器的第二端连接所述接收模块，所述合路器的第三端连接天线；

所述合路器将发射信号传输给天线进行发射，及将天线接收的基站信号和自干扰信号组合成混合信号输出给所述接收模块。

3.根据权利要求1所述的收发共用天线的同时同频全双工终端，其特征在于，所述发射模块为功率放大器。

4.根据权利要求2所述的收发共用天线的同时同频全双工终端，其特征在于，所述中央处理器还用于实时控制可调衰减器的幅度调整和可调移相器的相位调整。

5.一种采用权利要求1所述的收发共用天线的同时同频全双工终端的通信方法，其特征在于，包括：

A、中央处理器输出的发射数据经射频发射接收器调制获得射频信号，发射模块对所述射频信号进行功率放大后输出发射信号给天线模块的天线发射；

B、天线模块接收基站信号并与自干扰信号组合成混合信号；接收模块对发射信号进行幅度和相位调整生成采样信号，对混合信号进行延迟后与所述采样信号进行混合消扰，输出的接收信号由射频发射接收器解调后传输给中央处理器。

6.根据权利要求5所述的收发共用天线的同时同频全双工终端的通信方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

B1、天线模块接收基站信号并与自干扰信号组合成混合信号；

B2、接收模块对发射信号进行幅度衰减生成衰减信号；

B3、对所述衰减信号进行移相生成采样信号；

B4、将采样信号与延时信号进行混合以消除自干扰，输出接收信号并传输至射频发射接收器；

B5、射频发射接收器对所述接收信号进行解调后传输给中央处理器。

7.根据权利要求6所述的收发共用天线的同时同频全双工终端的通信方法，其特征在于，所述采样信号的幅度与自干扰信号的幅度相等，相位相反且相位差为π。