CN105763494B - 一种自适应无线全双工模拟自干扰消除方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自适应无线全双工模拟自干扰消除方法及系统，有助于提高消除自干扰信号的性能。所述方法包括：获取对消信号和接收信号；将对消信号和接收信号接入微处理器；通过微处理器对接入的信号进行处理；反馈调节对消信号的相位和幅度，直至所述对消信号与所述接收信号中的自干扰信号的相位相反、幅度相等。所述系统包括：获取单元，用于获取对消信号和接收信号；接入单元，用于将所述对消信号和接收信号接入微处理器；处理单元，用于通过所述微处理器对接入的信号进行处理；调节单元，用于反馈调节所述对消信号的相位和幅度，直至所述对消信号与所述接收信号中的自干扰信号的相位相反、幅度相等。本发明适用于全双工通信技术领域。

Description

一种自适应无线全双工模拟自干扰消除方法及系统

技术领域

本发明涉及全双工通信技术领域，特别是指一种自适应无线全双工模拟自干扰消除方法及系统。

背景技术

随着科学的进步和无线通信技术的飞速发展，无线通信频谱资源紧张并且分配问题越来越紧张的情况下。当前的无线网络架构的通信方式主要有三种：单工、半双工及全双工。全双工通信是指发送设备和接收设备双方在发送的同时也可以接收信息的一种通信方式。全双工通信方式中可以分为频分双工(Frequency Division Multiple Access，FDMA)和时分双工(Time Division Multiple Access，TDMA)。频分双工是利用频率来分割信号的收发的，上传和下载使用不同的频段，即频率偏移(Frequency Offset)。时分双工是利用时间段来分割信号的收发的，即一段时间接收，一段时间发射，交替进行，时分双工通信在上下行不对称的网络中，有明显的优点，它可以动态调整上行和下行的带宽来分配不同的上传和下载速率。

无线通信技术日新月异，无线通信领域正着手研究另一个项无线通信方式，学术界称其为同时同频无线全双工通信。按照字面的意思理解即是收发双方在同一频率下，同时进行收发数据。倘若按照以上的设想，同时同频无线全双工通信能够应用于无线通信领域，那么将会对现有的无线通信领域产生以下的影响：

(1)缓解无线频谱资源紧张的急切问题。从原理上来讲，同时同频无线全双工通信的带宽是FDMA带宽的一半，容量是TDMA的两倍。这将给我们的通信带来很大的改观。在无线点对点全双工通信系统中，在保持双向信道系统88％的可靠性这一条件下，可以达到其它普通双工通信系统容量的1.84倍。

(2)多跳网络中端到端延迟的问题可以得到有效地缓解。

(3)星形网络结构中由于介质访问控制(Media Access Control，MAC)调度带来的网络拥塞等问题可以得到有效的缓解。

(4)可以有效地缓解现有网络中存在的终端隐藏的问题。

无线同时同频全双工通信提出的时间并不算长，然而，无线同时同频全双工通信技术一旦成熟，对无线通信领域将是一场深刻的革新，这将是无线通信领域继FDMA,TDMA,码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)的另一种通信方式。

实现上述问题涉及到种种因素，但是，实现其关键因素是如何降低和消除同时同频通信时的自干扰信号。造成上述自干扰信号的原因是其信号来源是发射信号和接收信号属于同一频率信号，在一个同时具有接收天线和发射天线的设备上，发射天线不能距离接收天线太近的距离，否则，接收到的信号将是前一级发射信号和后一级发射信号的叠加，这就导致了信号的混叠现象，对设备的接收造成了干扰。综上所述，自干扰消除是解决同时同频无线全双工通信的一个关键因素所在。

概括起来，目前无线全双工模拟自干扰消除的架构包括以下四种：(1)第一种是天线式干扰消除，即在接收天线接收的时候进行消除；(2)第二种是前馈式干扰消除，即天线接收后进行自干扰消除；(3)第三种是平衡网络干扰消除，利用设计使电路的对成型把接收到的信号进行模拟消除；(4)第四种是反射系数调节干扰消除法，调节发射末级的器件反射系数的大小以实现单天线全双工收发数据。以上方法通过手动操作消除接收信号中的自干扰型号，操作连续性差，速度慢，失误率高及调节性能低下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自适应无线全双工模拟自干扰消除方法及系统，以解决现有技术所存在的手动操作连续性差，速度慢，失误率高及调节性能低下的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种自适应无线全双工模拟自干扰消除方法，包括：

获取对消信号和接收信号；

将所述对消信号和接收信号接入微处理器；

通过所述微处理器对接入的所述对消信号和接收信号进行处理；

根据处理结果反馈调节所述对消信号的相位和幅度，直至所述对消信号与所述接收信号中的自干扰信号的相位相反、幅度相等。

可选地，所述获取对消信号包括：

通过信号源发送发射信号至功分器；

通过所述功分器对所述发射信号进行功率分配分出小部分能量作为对消信号，并将所述对消信号接入反相器；

将通过反相器调相后的所述对消信号接入增益控制芯片。

可选地，所述将所述对消信号和接收信号接入微处理器包括：

对所述对消信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述对消信号接入微处理器；

对所述接收信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述接收信号接入微处理器。

可选地，所述将所述对消信号和接收信号接入微处理器包括：

将所述对消信号的能量分成不相等的两路，第一路对消信号具有小部分能量，第二路对消信号具有大部分能量；

对所述第一路对消信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述第一路对消信号接入微处理器；

将所述接收信号的能量分成不相等的两路，第一路接收信号具有小部分能量，第二路接收信号具有大部分能量；

对所述第一路接收信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述第一路接收信号接入微处理器；

通过合路器将所述第二路接收信号和所述第二路对消信号进行功率合成；

将合成后的信号接入频谱仪。

可选地，所述反馈调节所述对消信号的相位和幅度包括：

通过数/模转换电路将所述微处理器输出的处理结果进行数模转换；

根据转换结果控制运算放大器电路的输出电压；

根据运算放大器电路的所述输出电压控制所述反相器调节所述对消信号的相位；

根据处理结果，通过所述微处理器的6路控制口控制所述增益控制芯片调节所述对消信号的幅度。

另一方面，本发明实施例还提供一种自适应无线全双工模拟自干扰消除系统，包括：

获取单元：用于获取对消信号和接收信号；

接入单元：用于将所述对消信号和接收信号接入微处理器；

处理单元：用于通过所述微处理器对接入的所述对消信号和接收信号进行处理；

调节单元：用于根据处理结果反馈调节所述对消信号的相位和幅度，直至所述对消信号与所述接收信号中的自干扰信号的相位相反、幅度相等。

可选地，所述获取单元包括：

发送模块：用于通过信号源发送发射信号至功分器；

第一分配模块：用于通过所述功分器对所述发射信号进行功率分配分出小部分能量作为对消信号，并将所述对消信号接入反相器；

第一接入模块：用于将通过反相器调相后的所述对消信号接入增益控制芯片。

可选地，所述接入单元包括：

第一采样模块：用于对所述对消信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述对消信号接入微处理器；

第二采样模块：用于对所述接收信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述接收信号接入微处理器。

可选地，所述接入单元包括：

第二分配模块：用于将所述对消信号的能量分成不相等的两路，第一路对消信号具有小部分能量，第二路对消信号具有大部分能量；

第三采样模块：用于对所述第一路对消信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述第一路对消信号接入微处理器；

第三分配模块：用于将所述接收信号的能量分成不相等的两路，第一路接收信号具有小部分能量，第二路接收信号具有大部分能量；

第四采样模块：用于对所述第一路接收信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述第一路接收信号接入微处理器；

合成模块：用于通过合路器将所述第二路接收信号和所述第二路对消信号进行功率合成；

第二接入模块：用于将合成后的信号接入频谱仪。

可选地，所述调节单元包括：

转换模块：用于通过数/模转换电路将所述微处理器输出的处理结果进行数模转换；

电压输出模块：用于根据转换结果控制运算放大器电路的输出电压；

第一调节模块：用于根据运算放大器电路的所述输出电压控制所述反相器调节所述对消信号的相位；

第二调节模块：用于根据处理结果，通过所述微处理器的6路控制口控制所述增益控制芯片调节所述对消信号的幅度。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过微处理器对接入的所述对消信号及所述接收信号进行处理，并根据处理结果反馈调节所述对消信号的相位和幅度，直至所述对消信号的相位与所述接收信号中的自干扰信号的相位相反，所述对消信号的幅度与所述接收信号中的自干扰信号的幅度相等。这样，通过微处理器的处理结果自适应调节所述对消信号的相位和幅度，解决了在自干扰信号消除过程中由于手动操作连续性差，速度慢，失误率高的问题，从而能够提高消除自干扰信号的性能。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的自适应无线全双工模拟自干扰消除方法流程图；

图2为本发明实施例提供的模/数转换电路原理图；

图3为本发明实施例提供的数/模转换电路原理图；

图4为本发明实施例提供的运算放大器电路原理图；

图5为本发明实施例二提供的自适应无线全双工模拟自干扰消除系统的结构示意图；

图6为图5中101的详细结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的手动操作连续性差，速度慢，失误率高及调节性能低下的问题，提供一种自适应无线全双工模拟自干扰消除方法及系统。

实施例一

参看图1所示，本发明实施例提供的一种自适应无线全双工模拟自干扰消除方法，包括：

S101：获取对消信号和接收信号；

S102：将所述对消信号和接收信号接入微处理器；

S103：通过所述微处理器对接入的所述对消信号和接收信号进行处理；

S104：根据处理结果反馈调节所述对消信号的相位和幅度，直至所述对消信号与所述接收信号中的自干扰信号的相位相反、幅度相等。

本发明实施例所述的自适应无线全双工模拟自干扰消除方法，通过微处理器对接入的所述对消信号及所述接收信号进行处理，并根据处理结果反馈调节所述对消信号的相位和幅度，直至所述对消信号的相位与所述接收信号中的自干扰信号的相位相反，所述对消信号的幅度与所述接收信号中的自干扰信号的幅度相等。这样，通过微处理器的处理结果自适应调节所述对消信号的相位和幅度，解决了在自干扰信号消除过程中由于手动操作连续性差，速度慢，失误率高的问题，从而能够提高消除接收信号中自干扰信号的性能。

在前述自适应无线全双工模拟自干扰消除方法的具体实施方式中，可选地，所述获取对消信号包括：

通过信号源发送发射信号至功分器；

通过所述功分器对所述发射信号进行功率分配分出小部分能量作为对消信号，并将所述对消信号接入反相器；

将通过反相器调相后的所述对消信号接入增益控制芯片。

本发明实施例中，例如，可以通过信号源发送一个发射信号给功分器，所述功分器接收到所述发射信号后，将所述发射信号的能量分为不相等的两路输出，所述两路输出包括：第一路发射信号和第二路发射信号，具有大部分能量的第一路发射信号接入发射天线，通过发射天线发出，第二路发射信号作为对消信号接入反相器，由于所述对消信号只含有少部分能量，所以需要将通过反相器调相后的所述对消信号接入增益控制芯片把所述对消信号的电压幅度调大。

在前述自适应无线全双工模拟自干扰消除方法的具体实施方式中，可选地，所述将所述对消信号和接收信号接入微处理器包括：

对所述对消信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述对消信号接入微处理器；

对所述接收信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述接收信号接入微处理器。

本发明实施例中，例如，可以通过第一检波器将所述对消信号的功率转变为电压幅度供第一模/数转换电路采样,并将采样后的所述对消信号接入微处理器，所述电压幅度反映的是所述对消信号功率的大小；通过所述第二检波器将所述接收信号的功率转变为电压幅度供第二模/数转换电路采样，并将采样后的所述接收信号接入微处理器，所述电压幅度反映的是所述接收信号功率的大小。

在前述自适应无线全双工模拟自干扰消除方法的具体实施方式中，可选地，所述将所述对消信号和接收信号接入微处理器包括：

将所述对消信号的能量分成不相等的两路，第一路对消信号具有小部分能量，第二路对消信号具有大部分能量；

对所述第一路对消信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述第一路对消信号接入微处理器；

将所述接收信号的能量分成不相等的两路，第一路接收信号具有小部分能量，第二路接收信号具有大部分能量；

对所述第一路接收信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述第一路接收信号接入微处理器；

通过合路器将所述第二路接收信号和所述第二路对消信号进行功率合成；

将合成后的信号接入频谱仪。

本发明实施例中，例如，可以通过第一耦合器将由增益控制芯片输出的所述对消信号的能量分为不等的两路，将具有大部分能量的第二路对消信号接入合路器，同时将具有小部分能量的第一路对消信号接入第一检波器，通过所述第一检波器将所述第一路对消信号的功率转变为电压幅度供第一模/数转换电路采样，并将采样后的所述第一路对消信号接入微处理器，参看图2所示，所述模/数转换电路可以采用AD_TLC549芯片，通过所述第一模/数转换电路把所述第一路对消信号对应的电压幅度的模拟量转换为8位电压幅度的数字量，所述电压幅度反映的是所述第一路对消信号功率的大小。

本发明实施例中，例如，所述接收信号可以通过接收天线接收，并可以通过第二耦合器将所述接收信号的能量分为不等的两路，将具有小部分能量的第一路接收信号发送至第二检波器，通过所述第二检波器将所述第一路接收信号的功率转变为电压幅度供第二模/数转换电路采样，并将采样后的所述第一路接收信号接入微处理器，所述电压幅度反映的是所述第一路接收信号功率的大小；同时将具有大部分能量的第二路接收信号接入合路器，通过所述合路器将所述第二路接收信号和所述第二路对消信号进行功率合成，从而消除了第二路接收信号中的自干扰信号，合成后的信号通过第三耦合器接入频谱仪，通过所述频谱仪能够观测到所述第二路对消信号消除所述第二路接收信号中自干扰信号的性能，即：能够观测到所述对消信号消除所述接收信号中自干扰信号的性能，所述采样后的合成信号的电压幅度反映的是消除自干扰信号后的第二路接收信号的功率的大小，同样反映了消除自干扰信号后的接收信号的功率的大小。

在前述自适应无线全双工模拟自干扰消除方法的具体实施方式中，可选地，所述反馈调节所述对消信号的相位和幅度包括：

通过数/模转换电路将所述微处理器输出的处理结果进行数模转换；

根据转换结果控制运算放大器电路的输出电压；

根据运算放大器电路的所述输出电压控制所述反相器调节所述对消信号的相位；

根据处理结果，通过所述微处理器的6路控制口控制增益控制芯片调节所述对消信号的幅度。

本发明实施例中，以第一路对消信号和第一路接收信号接入所述微处理器为例，通过所述微处理器比较所述第一路接收信号中的自干扰信号与所述第一路对消信号的相位是否相反，若否，则根据所述微处理器的处理结果反馈调节所述对消信号的相位，具体的步骤为：通过所述微处理器输出一个数字量结果并发送至数/模转换电路，参看图3所示，所述数/模转换电路可以采用DACTLC5616芯片，通过所述数模转换电路把微处理器输出的数字量结果转变成模拟量，根据该模拟量控制运算放大器电路的输出电压，参看图4所示为本发明实施例提供的运算放大器电路原理图，所述输出电压的范围包括：0V-13V，反相器根据运算放大器电路的所述输出电压控制0-450度的相位，直至所述第一路对消信号的相位与第一路接收信号中的自干扰信号的相位相反，并通过微处理器比较所述第一路接收信号中的自干扰信号与所述第一路对消信号的幅度是否相等，若不相等，则根据所述微处理器的处理结果，通过所述微处理器的6路控制口反馈控制增益控制芯片六路电平高低，从而反馈调节所述对消信号的幅度，直至所述第一路对消信号的幅度与所述第一路接收信号中的自干扰信号的幅度相等，即：所述第一路接收信号中的自干扰信号与所述第一路对消信号的功率相等，因为第一检波器及第二检波器是通过衡量电压幅度来比较功率的大小，其中，所述增益控制芯片六路电平高低能过通过所述增益控制芯片的发光二极管(Light EmittingDiode，LED1)-LED6来观测，至此整个调节过程完成，此时，通过所述频谱仪能观测到所述第二路接收信号的电压幅度为最小值时，即表明所述第二路接收信号的功率为最小值。

本发明实施例中，该微处理器通过给两路采样电路(第一模/数转换电路、第二模/数转换电路)固定的时钟信号，片选和使能信号，从而驱动两路采样电路开始工作，读取两路采样电路的采样信号。

实施例二

本发明还提供一种自适应无线全双工模拟自干扰消除系统的具体实施方式，由于本发明提供的自适应无线全双工模拟自干扰消除系统与前述自适应无线全双工模拟自干扰消除方法的具体实施方式相对应，该自适应无线全双工模拟自干扰消除系统可以通过执行上述方法具体实施方式中的流程步骤来实现本发明的目的，因此上述自适应无线全双工模拟自干扰消除方法具体实施方式中的解释说明，也适用于本发明提供的自适应无线全双工模拟自干扰消除系统的具体实施方式，在本发明以下的具体实施方式中将不再赘述。

参看图5所示，本发明实施例还提供一种自适应无线全双工模拟自干扰消除系统，包括：

获取单元101：用于获取对消信号和接收信号；

接入单元102：用于将所述对消信号和接收信号接入微处理器；

处理单元103：用于通过所述微处理器对接入的所述对消信号和接收信号进行处理；

调节单元104：用于根据处理结果反馈调节所述对消信号的相位和幅度，直至所述对消信号与所述接收信号中的自干扰信号的相位相反、幅度相等。

本发明实施例所述的适应无线全双工模拟自干扰消除系统，通过微处理器对接入的所述对消信号及所述接收信号进行处理，并根据处理结果反馈调节所述对消信号的相位和幅度，直至所述对消信号的相位与所述接收信号中的自干扰信号的相位相反，所述对消信号的幅度与所述接收信号中的自干扰信号的幅度相等。这样，通过微处理器的处理结果自适应调节所述对消信号的相位和幅度，解决了在自干扰信号消除过程中由于手动操作连续性差，速度慢，失误率高的问题，从而能够提高消除接收信号中自干扰信号的性能。

在前述自适应无线全双工模拟自干扰消除系统的具体实施方式中，参看图6所示，可选地，所述获取单元101包括：

发送模块1011：用于通过信号源发送发射信号至功分器；

第一分配模块1012：用于通过所述功分器对所述发射信号进行功率分配分出小部分能量作为对消信号，并将所述对消信号接入反相器；

第一接入模块1013：用于将通过反相器调相后的所述对消信号接入增益控制芯片。

在前述自适应无线全双工模拟自干扰消除系统的具体实施方式中，可选地，所述接入单元包括：

第一采样模块：用于对所述对消信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述对消信号接入微处理器；

第二采样模块：用于对所述接收信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述接收信号接入微处理器。

在前述自适应无线全双工模拟自干扰消除系统的具体实施方式中，可选地，所述接入单元包括：

第二分配模块：用于将所述对消信号的能量分成不相等的两路，第一路对消信号具有小部分能量，第二路对消信号具有大部分能量；

第三采样模块：用于对所述第一路对消信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述第一路对消信号接入微处理器；

第三分配模块：用于将所述接收信号的能量分成不相等的两路，第一路接收信号具有小部分能量，第二路接收信号具有大部分能量；

第四采样模块：用于对所述第一路接收信号进行功率转换并对转换结果进行采样，将采样后的所述第一路接收信号接入微处理器；

合成模块：用于通过合路器将所述第二路接收信号和所述第二路对消信号进行功率合成；

第二接入模块：用于将合成后的信号接入频谱仪。

在前述自适应无线全双工模拟自干扰消除系统的具体实施方式中，可选地，所述调节单元包括：

转换模块：用于通过数/模转换电路将所述微处理器输出的处理结果进行数模转换；

电压输出模块：用于根据转换结果控制运算放大器电路的输出电压；

第一调节模块：用于根据运算放大器电路的所述输出电压控制所述反相器调节所述对消信号的相位；

第二调节模块：用于根据处理结果，通过所述微处理器的6路控制口控制所述增益控制芯片调节所述对消信号的幅度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种自适应无线全双工模拟自干扰消除方法，其特征在于，包括：

获取对消信号和接收信号；

将所述对消信号和接收信号接入微处理器；

通过所述微处理器对接入的所述对消信号和接收信号进行处理；

根据处理结果反馈调节所述对消信号的相位和幅度，直至所述对消信号与所述接收信号中的自干扰信号的相位相反、幅度相等；

其中，所述获取对消信号包括：

通过信号源发送发射信号至功分器，所述功分器接收到所述发射信号后，将所述发射信号的能量分为不相等的两路输出，所述两路输出包括：第一路发射信号和第二路发射信号，具有大部分能量的第一路发射信号接入发射天线，通过发射天线发出，具有小部分能量的第二路发射信号作为对消信号接入反相器，其中，通过接收天线接收发射天线发射的信号得到接收信号；

将通过反相器调相后的所述对消信号接入增益控制芯片，以便将所述对消信号的电压幅度调大；

其中，所述将所述对消信号和接收信号接入微处理器包括：

通过第一耦合器将由增益控制芯片输出的所述对消信号的能量分成不相等的两路，第一路对消信号具有小部分能量，第二路对消信号具有大部分能量；

通过第一检波器对所述第一路对消信号进行功率转换，对转换结果进行采样，将采样后的所述第一路对消信号接入微处理器；

通过第二耦合器将所述接收信号的能量分成不相等的两路，第一路接收信号具有小部分能量，第二路接收信号具有大部分能量；

通过第二检波器对所述第一路接收信号进行功率转换，对转换结果进行采样，将采样后的所述第一路接收信号接入微处理器；

通过合路器将所述第二路接收信号和所述第二路对消信号进行功率合成；

将合成后的信号接入频谱仪；

其中，所述反馈调节所述对消信号的相位和幅度包括：

通过数/模转换电路将所述微处理器输出的处理结果进行数模转换；

根据转换结果控制运算放大器电路的输出电压；

根据运算放大器电路的所述输出电压控制所述反相器调节所述对消信号的相位，直至所述第一路对消信号的相位与第一路接收信号中的自干扰信号的相位相反；

根据处理结果，通过所述微处理器的6路控制口控制所述增益控制芯片六路电平高低，反馈调节所述对消信号的幅度，直至所述第一路对消信号的幅度与所述第一路接收信号中的自干扰信号的幅度相等。