CN106464292B

CN106464292B - 无线全双工系统和方法

Info

Publication number: CN106464292B
Application number: CN201580031071.0A
Authority: CN
Inventors: 迈克·默荷
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2035-06-18
Also published as: CN106464292A; US20150372799A1; US9614658B2; WO2015192792A1

Abstract

一种用于确定无线全双工自干扰的方法、无线全双工系统及全双工无线系统，该方法包括由第一无线发射机和天线发送第一信号，由第一无线接收机和所述天线接收所述第一信号的反射。所述方法还可以包括根据所述第一信号和所述第一信号的反射估计信道以生成估计的信道，以及根据所估计的信道确定第二信号。此外，所述方法包括由第二无线发射机发送所述第二信号，以及除去所述第一信号的反射的自干扰分量，以生成经校正的信号。

Description

无线全双工系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于无线通信的系统和方法，并且，尤其涉及一种用于无线全双工的系统和方法。

背景技术

在无线通信领域中，理想的是从同一个天线或相同的多个天线发送和接收。当传输和接收同时发生在同一无线信道上时，可以实现高效率。在同一信道上进行发送和接收被称为全双工。发射信号功率高同时接收信号功率低可能导致发射信号到接收信号的自干扰，其中，自干扰是由发射信号向接收信号路径的泄漏产生的。这种泄漏可能是由于来自天线的发射信号、RF链中其它组件或来自本地环境的反射。也就是说，接收信号包含所需信号加上自干扰。

发明内容

一种用于确定无线全双工的自干扰的示例性方法包括：由第一无线发射机和天线发送第一信号，以及由第一无线接收机和所述天线接收所述第一信号的反射。所述方法还包括根据所述第一信号和所述第一信号的反射进行估计以生成估计的信道，以及根据所估计的信道确定第二信号。此外，所述方法包括由第二无线发射机发送所述第二信号，以及去除所述第一信号的反射的自干扰分量以生成经校正的信号。另外，所述方法包括由第二无线接收机接收所述经校正的信号。

一种示例性无线全双工系统包括：天线，以及耦合到所述天线的第一发射机，其中所述第一发射机被配置成将第一信号施加给所述天线，并且其中所述天线被配置成发送所述第一信号。所述无线全双工系统还包括，耦合到所述天线的第一接收机，其中所述第一接收机被配置成接收所述第一信号的反射，以及耦合到所述第一接收机的信道估计模块，其中所述信道估计模块被配置成根据所述第一信号的反射和所述第一信号估计信道。此外，所述全双工系统包括第二发射机和所述信道估计模块，其中所述第二发射机被配置成根据所估计的信道确定第二信号，并且其中所述第二发射机被配置成将所述第二信号施加到耦合器，并且所述耦合器耦合到所述第二发射机，其中所述耦合器被配置成去除所述第二信号的反射的自干扰分量以生成经校正的信号。另外，所述全双工系统包括耦合到所述天线的第二接收机，其中所述天线被配置成接收所述经校正的信号。

一种示例性全双工无线系统包括：天线，所述天线被配置成发送第一信号，以及接收所述第一信号的反射。所述天线还被配置成发送第二信号，以及去除所述第一信号的反射的自干扰分量以生成经校正的信号，并且接收所述经校正的信号。所述全双工无线系统还包括耦合到所述天线的处理器，以及计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储由所述处理器执行的程序，所述程序包括用于根据所述第一信号和所述第一信号的反射来估计信道以产生估计的信道的指令。

上述内容已相当广泛地概述了本发明的一个实施例的特征，以便可以更好地理解之后的本发明的详细描述。以下将描述本发明实施例的附加的特征和优点，其形成本发明的主题。本领域技术人员应当理解，可以容易地利用所公开的概念和特定实施例作为基础，用于执行出于与本发明相同目的的修改或设计其它结构或过程。本领域技术人员还应当理解，这样的等效构造并不脱离本发明的精神和范围。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参照结合附图进行的以下描述，其中：

图1示出了用于进行数据通信的无线网络的示意图；

图2示出了用于无线全双工的天线系统的框图；

图3示出了确定无线全双工自干扰的一种示例性方法的流程图；

图4示出了自干扰抑制关于时隙数(即时间)的相关性估计的图表；

图5示出了自干扰抑制关于时隙数的频率估计的图表；

图6示出了自干扰抑制关于时隙数的最小二乘估计的图表；以及

图7示出了无线全双工自干扰的一种示例性系统的框图。

不同附图中对应的标号和符号通常指代相对应的部件，除非另有说明。附图被绘制成清楚地说明实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。

具体实施方式

一开始就应当理解，尽管以下提供了一个或多个实施例的说明性实现，所公开的系统和/或方法可以使用任何数目的技术来实现，无论是目前已知的或存在的技术。本公开不应以任何方式限制于以下示出的示例性实施方式、附图和技术，包括本文中示出和描述的示例设计和实现，而是可以在本公开的范围及其等价物的全部范围内进行修改。

图1示出了用于数据通信的网络100。网络100包括具有覆盖区域106的通信控制器102，多个用户设备(UE)，包括UE 104和UE 105，以及回程网络108。两个UE被描绘出来，但是可以存在更多的UE。通信控制器102可以是能够提供无线接入的任何组件，特别是通过建立与UE 104和UE 105的上行链路(短划线)和/或下行链路(点划线)连接来提供无线接入，诸如基站、增强基站(eNB)、接入点、微微小区、毫微微小区以及其它无线功能的设备。UE 104和UE 105可以是能够与通信控制器102诸如蜂窝电话、智能电话、平板电脑、传感器等，建立无线连接的任何组件。回程网络108可以是允许数据在通信控制器102和远程终端之间交换的任何组件或组件的集合。在一些实施例中，网络100可以包括各种其它的无线设备，例如继电器、毫微微小区等。网络100可以是蜂窝网络或WiFi网络。

UE 104和105以及通信控制器102可以包含全双工天线，其同时进行发送和接收。全双工天线可能会受到自干扰，其中，由发射机发送的信号与由接收机接收到的信号发生干扰。在一个实施例中，对自干扰进行了估计和抵消。发射信号是以其原始形式已知的，但可通过传输过程经历失真，从而使自干扰与原始形式是显著不同的。这些失真可被称为信道。一个实施例中对自干扰进行数字采样。样本可以是信号的复合基带或通带表示。然后，使用最小二乘算法通过比较自干扰和原始形式来估计信道。然后，所估计的信道被施加到原始信号，并从总的所需加自干扰信号中减去。因此，降低了自干扰的同时对所需的接收信号的影响最小。

关于全双工天线的干扰对消的其他细节由提交于2013年1月11日并发表于2015年2月25日的题为“用于无分工双工或全双工操作的干扰对消”、专利号为8,964,608的美国专利公开，其通过引用的方式并入本文。

图2示出了天线环境110的框图。发送的基带模块112包含所发送的基带信号，其为已知信号y_o。

主发射机114是无线发射机，其发送来自基带模块112的基带信号y_o。主发射机114可包含滤波器、上转换器、放大器或可以在无线发射机中使用的其它设备。主发射机114生成被施加到天线118用于传输的射频交流电流。在一个示例中，基带信号具有重复性的方面，诸如具有循环前缀的正交频分复用(OFDM)。

发射信号通过隔离模块116馈送到天线118。然后，天线118基于所施加的信号发送无线波。隔离模块116提供了发射信号对使用相同的天线，天线118所接收到的信号的一些隔离或抑制。因此，隔离模块116提供了对自干扰的一些初始抑制。在一个示例中，隔离模块116是三端口的RF组件，被称为环行器(circulator)。利用理想环行器，从主发射机114发送的信号将仅在天线118的方向上传播，并从天线118接收到的信号将仅在从天线118到主接收机126的方向上传播。利用实际环行器，在路径之间存在一些泄漏。因为，发射信号比接收信号强很多，即使少量泄漏会引起显著的自干扰。可选地，隔离模块116为有源隔离器。

天线118反射一部分发射信号。此外，天线118收集来自本地物体的发射信号的反射。这些反射导致原始信号的失真，并从而导致自干扰。在一个示例中，发射信号的约5-10％被反射。因为发射信号可能具有比接收信号高得多的功率，自干扰带来了显著的问题。自干扰是发射信号的线性失真变型。

次级接收机120接收由主发射机114发送的信号，并且在隔离模块116的接收端口处对自干扰进行采样。

信道估计模块122使用最小二乘信道估计来估计信道。作为一个示例，这种最小二乘算法可以处理来自基带模块112的已知信号的2000个样本，将其与天线118接收到的2000个样本进行比较。基于基带信号y_o和来自次级接收机120的接收信号进行信道估计。接收信号可以被建模为：

y＝Xh+n，

其中，x＝{x₀，x₁，...，x_N-1}是原始信号的一组样本，y＝{y₀，y₁，y₂，...y_N-1}是相应的一组被采样的接收信号，h＝{h₀，h₁，...h_M-1}是要被估计的信道，并且n＝{n₀，n₁，...，n_N-1}表示未知的接收的期望的信号和噪音的作用。数据矩阵X定义为：

X的定义中n的值可以是零，以及对于k＜0是x_k。在另一示例中，n的值是任何小于N-M的正整数。在一个示例中，仅使用样本的一部分。当基带信号具有重复性方面时，数据矩阵X可以被实现为一个循环矩阵，这可以简化一些计算。

然后，使用最小二乘算法可以解出h。在一个示例中，发射信号使用已知序列，所以部分计算可以预先进行计算。可选地，发送信号不是先验已知的，而是仅在传输时已知的。h的维度M影响信道估计的准确度和实现的复杂度。假设M大到足以表征该信道，信道估计的准确度与N/M成正比。对于一些实施例，计算的复杂度与NM²成正比，一旦h是已知的，则将其施加到原始信号样本x⁽¹⁾的下一模块，以获得所估计的自干扰y⁽²⁾。从接收信号减去或消去该估计的自干扰，以获得要被馈送到主接收机126的信号r。即：

如果使用数字域进行信道估计，要被发送的信号被转换回模拟域，并且由次级发射机124发送，用于对消耦合。这种对消可在基带或通带频率上发生。

所发射的信号随后由主接收机126接收。

辅助路径还可以包括例如均衡器的装置，以最小化辅助路径所造成的失真。均衡器可放置在次级接收机120和次级发射机124之间。

图3示出了减少无线全双工中的自干扰的方法的流程图130。最初，在步骤132中，主发射机发送基带信号。基带信号的副本被提供给信道估计模块122。可选地，可以采用通带信号。信号由天线发射，通过隔离模块，该隔离模块提供发射信号和接收信号之间的隔离。

然后，在步骤134中，次级接收机接收步骤132中所发送的信号并对其进行采样。接收信号由信道造成失真。接收信号也通过隔离模块。

接着，在步骤136，对信道进行估计。这是通过使用已知的发射信号和接收信号完成的。可以使用最小二乘法。

在步骤138中，信号由次级发射机发送。这样做是考虑到在步骤134中所估计的信道。

最后，在步骤140，从隔离模块的接收端口处的信号中减去步骤138中所发送的信号，并且由主接收机接收该差值。

在一个示例实施例中，每个时隙重复一次该过程。随着每个时隙的新的估计，硬件特性的微小变化可以快速地被检测到。这有助于保持高度的准确性。在适合于不期望硬件(信道)特性快速改变的情况的另一种实施方式中，在重新估计该信道之前，信道可以在一个时隙内进行估计并且相同的信道估计可被用于多个后续时隙。

通过以规则的间隔发送已知信号，一些计算可以被预先计算并存储。这降低了实现复杂度。

在一个实施例中，系统具有两个或更多个天线，其中天线的一个子集用于进行发送，天线的另一子集用于进行接收。如果存在从发射天线到接收天线的显著干扰，可使用自干扰对消。

图4示出了图表150，自干扰的抑制关于时隙数的图表，表示另一种基于相关性技术的自干扰算法。该图表显示了该算法在多径衰落中不连续的性能。对于该图，多径延迟分布在约300纳秒处是指数分布的；没有发射机和接收机的损害(impairment)；并且，相对于自干扰，UE的信号功率电平为-60dBr。

图5示出了自干扰的抑制关于时隙数的图表160，表示一种假设正交频分复用(OFDM)信号格式的估计频域中的信道的算法。点162用于表示算法在记忆因子为0.5时的结果，点164用于表示在记忆因子为0.99时的结果。利用这种算法，向良好的信道估计的收敛较慢。对于该图，多径信道是静态的；多径延迟分布在约300纳秒处是指数分布的；没有发射机和接收机的损害；并且，相对于自干扰，UE的信号功率电平为-60dBr。

图6示出了抑制关于时隙数的图表170，表示最小二乘估计。多径衰落方面具有良好的性能，衰落速率为3Hz。多径延迟分布在约300纳秒处是指数分布的。主发射机中存在线性失真。相对于自干扰，UE的信号功率电平为-60dBr。

图7示出了可用于实施本文所公开的装置和方法的处理系统270的框图。特定装置可使用所有示出的组件，或仅使用组件的子集，并且集成度可能会因设备而不同。此外，装置可包含一个组件的多个实例，例如多个处理单元、处理器、存储器、下变频器，上变频器等。该处理系统可以包含一个或多个处理组件及其相关联的存储器。在一个实施例中，定向耦合器272、射频(RF)定向耦合器用于对包含自干扰加上所需信号的接收信号进行采样。

此采样信号由下变频器274，即RF下变频器进行下变频。

然后，在模拟-数字转换器276中，该下变频信号被转换成数字模块290中的数字样本。

该数字信号随后由处理单元286的多个处理元件处理，这些处理元件由控制器284被组织并连接。控制器284将其程序存储在只读存储器278中，并且将临时处理结果存储在随机存取存储器280。

数字信号处理的输出被数字-模拟转换器288转换回模拟形式。

接着，将模拟信号由上变频器290，即RF上变频器进行上变频。

最后，通过定向耦合器292，即RF定向耦合器，将上变频信号从主信号中减去。

监控个人计算机(PC)282可以耦合到处理单元286。

在一些实施例中，一些或所有部件可以在称为现场可编程门阵列(FPGA)或应用专用集成电路(ASIC)的装置中相结合。虽然本公开已提供了一些实施例，但是应当理解，所公开的系统和方法可能以许多其它具体的形式实现而不脱离本发明的精神或范围。本发明的示例应被认为是示例性的而不是限制性的，并非旨在限制于本文所给出的细节。例如，各种元件或组件可以结合或集成在另一系统中，或者可以省略或不实现某些特征。

此外，在各种实施例中描述和示出为分离的或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、模块、技术或方法结合或集成，而不脱离本公开的范围。示出或讨论为彼此耦合或直接耦合或连通的其他项可以电气地、机械地或以其他方式间接耦合或通过一些接口、设备或中间组件连通。其他改变、替换和变更的实例是由本领域技术人员确定的，并且可以在不脱离本文公开的精神和范围的前提下做出。

Claims

1.一种用于确定无线全双工的自干扰的方法，所述方法包括：

由第一无线发射机经由天线通过有源隔离器的发射端口发送第一信号；

由第一无线接收机通过有源隔离器的接收端口接收所述第一信号的反射；

根据所述第一信号和所述第一信号的反射进行信道估计；

根据所估计的信道以及全双工发射(TX)信号生成自干扰抑制信号；

经由所述天线同时发送全双工TX信号并且接收全双工接收(RX)信号；以及

由第二无线发射机发送所述自干扰抑制信号，从所述有源隔离器的所述接收端口处的所述全双工RX信号中减去发送的所述自干扰抑制信号，并且由所述第一无线接收机接收差值。

2.如权利要求1所述的方法，其中，估计所述信道包括执行最小二乘信道估计。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一信号是一个通带信号。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一信号是基带信号。

5.如权利要求1所述的方法，其中，估计所述信道包括连续地估计所述信道。

6.如权利要求1所述的方法，其中，估计所述信道包括间歇地估计所述信道。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述第一信号是先验信息已知的。

8.一种无线全双工系统，包括：

天线；

耦合到所述天线的有源隔离器；

耦合到所述有源隔离器的发射端口的第一无线发射机，其中，所述第一无线发射机被配置成经由所述天线通过所述有源隔离器的所述发射端口发送第一信号；

耦合到所述有源隔离器的接收端口的第一无线接收机，其中，所述第一无线接收机被配置成通过所述有源隔离器的所述接收端口接收所述第一信号的反射；

耦合到所述第一无线接收机的信道估计模块，其中，所述信道估计模块被配置成根据所述第一信号的反射和所述第一信号估计信道；

耦合到所述天线和所述信道估计模块的第二无线发射机，其中，所述第二无线发射机被配置成根据所估计的信道以及全双工发射(TX)信号生成自干扰抑制信号，经由所述天线同时发送全双工TX信号并且接收全双工接收(RX)信号，其中，所述第二无线发射机被配置成发送所述自干扰抑制信号，从所述有源隔离器的所述接收端口处的所述全双工RX信号中减去发送的所述自干扰抑制信号，并且由所述第一无线接收机接收差值。

9.如权利要求8所述的系统，其中，所述信道估计模块被配置成进行最小二乘估计。

10.如权利要求8所述的系统，其中，所述第一信号是一个通带信号。

11.如权利要求8所述的系统，其中，所述第一信号是基带信号。

12.如权利要求8所述的系统，其中，估计所述信道包括连续地估计所述信道。

13.如权利要求8所述的系统，其中，估计所述信道包括间歇地估计所述信道。

14.如权利要求13所述的系统，其中，所述第一信号是先验信息已知的。