CN106575972A - 无线全双工系统和方法 - Google Patents

Abstract

在一种实施方案中，用于校准全双工无线系统的方法包括：由第一无线发射机发送第一信号，以及由第一无线接收机接收所述第一信号的第一版本。所述方法还包括由第二无线接收机接收所述第一信号的第二版本，以及由第二无线发射机发送第二信号。此外，所述方法包括由第一无线接收机接收所述第二信号的接收版本，以及根据所述第一信号的第一版本、所述第一信号的第二版本和所述第二信号的接收版本，确定从所述第二无线发射机到所述第一无线接收机的响应。

Description

无线全双工系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2014年8月15日提交的申请号为14/460,946、名称为“无线全双工系统和方法”的美国专利申请的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。

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，尤其涉及一种无线全双工系统和方法。

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，实现了高效率。在同一信道上进行发送和接收被称为同一信道上的全双工。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。也就是说，接收信号包含所需信号加上自干扰。当天线进行发送时，发射信号的一部分弹回，并且作为自干扰被接收机接收。由于发射信号的功率高得多，需要抑制的程度高。为了达到这种水平的抑制，由测量和消除系统引入的失真可以得到补偿。

发明内容

一种用于校准全双工无线系统的示例性方法包括：由第一无线发射机发送第一信号，以及由第一无线接收机接收所述第一信号的第一版本。所述方法还包括由第二无线接收机接收所述第一信号的第二版本，以及由第二无线发射机发送第二信号。此外，所述方法包括由第一无线接收机接收所述第二信号的接收版本，以及根据所述第一信号的第一版本、所述第一信号的第二版本和所述第二信号的所述接收版本，确定从所述第二无线发射机到所述第一无线接收机的响应。

一种示例性的无线全双工系统包括，天线和耦合至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。所述系统还包括耦合至所述天线的第一接收机，其中所述第一接收机被配置成从传输系统接收所述第一信号的一部分的反射，以及第二发射机，其中所述第二发射机被配置成通过发送第二信号消除所述第一信号的反射。此外，所述系统包括耦合至所述天线的第二接收机，其中所述第二接收机被配置成对所述第一信号的反射进行采样，以及耦合至所述第二发射机的输入端的均衡器，其中所述均衡器被配置成补偿从所述第二接收机到所述第二发射机的响应。

一种示例性的全双工无线收发机包括天线，所述天线被配置成发送第一信号，接收所述第一信号的第一版本，以及接收所述第一信号的第二版本。所述天线还被配置成发送第二信号，以及接收所述第二信号的第三版本。所述全双工无线收发机还包括处理器，以及计算机可读存储介质，其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的第一版本、所述第一信号的第二版本和所述第二信号的第三版本来确定响应的指令。

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下文中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，其形成本发明的权利要求的主题。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，修改或设计其它结构或过程，用于执行出于与本发明相同的目的。本领域技术人员还应当理解，这种等效构造并不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更完整的理解本发明及其优点，现在结合附图参考以下描述，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示出了天线系统的框图；

图3示出了确定天线的响应的一种示例性方法的流程图；

图4示出了校准和均衡之前自干扰抑制关于时隙时间的图表；

图5示出了校准和均衡之后自干扰抑制关于时隙时间的图表；以及

图6示出了通用计算机系统的一种示例性框图。

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，其不一定按比例绘制。

具体实施方式

首先，应当理解，尽管以下提供了一个或多个实施例的示例性实现，所公开的系统和/或方法可以使用任何数目的技术来实施，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该示例性实施方式、附图和以下示出的技术，包括本文中所示出和描述的示范性设计和实施，其可以在所附权利要求的范围及其等同方案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UE104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(虚线)和/或下行链路(点划线)连接来提供无线接入的组件，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。UE104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。在一些实施方案中，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。全双工天线在相同射频上同时进行发送和接收。干扰消除系统，如那些用于在相同射频上全双工传输(RF)的系统，需要非常精确的测量以实现高抑制，例如100dB。可以使用校准技术获得所需的精度。一个实施例包含主无线发射机和接收机以及次级测量-消除接收机和发射机。为了达到最大抑制，通常希望能确定在电路内由次级测量-消除接收机和发射机所造成的失真。另一种方法是单独测量次级测量-消除接收机和发射机。校准涉及开发补偿机制从而最小化测量过程中由次级测量-消除接收机和发射机所造成的失真。一个实施例测量以下各子系统的响应：主发射机-次级接收机、主发射机-主接收机、以及次级发射机-主接收机。通过处理这些测量结果，估计整体次级系统，次级发射机-次级接收机的响应。适当的补偿可直接使用最小二乘法根据这些测量结果来计算。所述次级子系统在电路内被校准，而没有对单独部件或次级子系统进行测量。

图2示出了天线系统110的框图。消除系统包含接收机120、缓冲器128、缓冲器130、均衡器132和发射机124。发射机114，即主发射机，能够访问缓冲器122。基带信号112位于缓冲器122中，缓冲器122为发射机114的输入缓冲器。可选地，也可以使用带通信号。

发射机114将信号从缓冲器122经隔离器模块116传递到天线118。隔离器模块116将发射信号和接收信号分开，因为它们使用相同的天线，天线118。隔离器的一个示例是被称为环行器的三端口RF装置。环行器是将发射信号从主发射机114传递到天线118、将接收信号从天线118传递到主接收机126，并试图最小化从主发射机118传递到主接收机126的发射信号量的定向装置。也就是说，隔离器模块116抑制来自接收信号路径的发射信号，但是这种抑制不是完美的，并且在接收路径上可能存在显著的自干扰。接收机120，即次级接收机，对发射机114所发送的信号的反射，即自干扰进行采样。该反射可以来自传输系统。传输系统包含天线、天线和其他元件之间的连接，以及传输介质。然后，接收机120将采样的信号放置在缓冲器128中，缓冲器128是接收机120的输出缓冲器。接收机126，即主接收机，还对于置于缓冲器134的自干扰进行采样。缓冲器134是接收机126的输出缓冲器。

然后，发射机114，即主发射机，例如通过将缓冲器122设置成零而被禁用。测试信号，例如，由接收机120接收的缓冲器128中的信号，被输入到缓冲器130中，缓冲器130是发射机124的输入缓冲器。均衡器132用于均衡次级路径；该均衡器最初被设置为整体(unity)，即全通函数。该测试信号通过均衡器132被传递到发射机124。发射机124发送测试信号，该测试信号由接收机126接收，并置于缓冲器134中。在此期间，天线系统110对于传入消息可以是关闭的。

主发射机失真为H₀(f)，次级接收机失真为H₁(f)，次级发射机失真为H₂(f)，主接收机失真为H₃(f)。H₁(f)和H₂(f)不能够被隔离为利用模块110中的可用的接入点进行单独测量。然而，次级系统的响应可以由均衡器132根据其他系统的响应来确定。该响应可以使用最小二乘估计来补偿。发射机114、接收机120、发射机124以及接收机126可包含滤波器、上变频器、下变频器、放大器或其它设备。

图3示出了对次级天线系统进行校准的方法的流程图140。在校准过程中，天线系统可以对传入业务关闭。最初，在步骤142，主发射机使用天线发送测试信号。创建测试信号x₀并将其插入主发射机的输入缓冲器，以由主发射机发送。同时，次级发射机的输入缓冲器被复位，所以次级发射机的输出是零。

接着，在步骤144中，次级接收机接收步骤142中所发送的信号的样本。这些样本被收集在次级接收机的输出缓冲器中。所接收的信号由y₀₁表示。

另外，在步骤146，主接收机126接收样本。这些接收的样本被放置在主接收机的输出缓冲器中，并且由y₀₃表示。

然后，在步骤146，次级发射机发送由次级接收机接收的样本。来自次级接收机的输出缓冲器中的样本被传递到次级接收机的输入缓冲器，并通过均衡器。同时，主发射机的输入缓冲器被复位，因此从主发射机的输出是零。

接下来，在步骤150，步骤146中所发送的信号被主接收机接收并采样。这些样本被放置在主接收机的输出缓冲器中，并且由y₀₁₂₃表示。在一个实施例中，步骤148和150是在步骤142、144和146之后进行的。

最后，在步骤152，确定次级系统的响应。样本y₀₃表示系统对输入x₀所期望的响应。样本y₀₁₂₃表示从主发射机到次级接收机到次级发射机到主接收机的整个系统的响应。期望的是，补偿或均衡y₀₁₂₃样本使它们匹配y₀₃样本。这可以使用最小二乘方法来完成。可选地，可以通过使用快速傅立叶变换(FFT)将样本转换为频域表示，来在频域中估计该均衡器。然而，利用频域的方法，仍然期望将方差最小化，如同利用时域最小二乘方法一样。

利用最小二乘方法，例如，一个数据矩阵被定义为：

n的值对于k＜0可以为0和y₀₁₂₃(k)。另外，n的值是任何小于N-M的正整数。

然后，在步骤154，均衡器补偿次级系统的响应。均衡器e定义为在最小二乘意义上解方程的矢量：

Y₀₁₂₃e＝y₀₃。

可以使用任何求解e的方法。e的维数M影响均衡器的性能和实现的复杂度。一旦e是已知的，其被作为均衡器132，即时域M抽头均衡器。

可以在没有输入信号到达天线118的静态系统中进行测量，因为时变的环境或外来信号可能影响补偿的精确度。

在一个实施方案中，基信号x₀相对于正常操作是衰减的，以避免主接收机饱和。可选地，在校正时将衰减切换到主接收机路径中，这不影响次级子系统中的与电平有关的失真，并且因此不影响补偿的最佳估计。

在另一个实施方案中，在频域中确定次级系统的响应。根据一对向量x₀和y₀₁₂₃，，可以确定系统H₀H₁H₂H₃(f)的总响应。此外，根据x₀和y₀₃可以估计子系统响应H₀H₃(f)。然后，次级子系统响应可以通过以下方程估计：

逆变换H₁H₂(f)提供了频域中所需的均衡器响应。

在其他实施方案中，加入额外的接入点，从而以不同的方式隔离系统的组件，并执行独立的测量。例如，可以在次级接收机和发射机连接到主信号路径的点处添加接入点；然而，在这些点处输入并测量的测试信号可能引入不能被补偿的其它失真。

图4示出了校准和均衡之前自干扰抑制关于时隙数的图表160。由于次级路径失真，抑制显著降低。图5示出了校准和均衡后自干扰抑制关于时隙数的图表170。次级路径均衡的抑制性能鲁棒性更好。

图6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，对于主发射机，在处理元件286中数字地生成信号。副本被保存在随机存取存储器280中，以用于信道估计。然后，使用数字-模拟转换器288将主发射信号转换为模拟形式，然后传递到上变频器296，上变频器296是RF上变频器，其也可放大信号。

在一个实施例中，射频(RF)定向耦合器272用于对信号进行采样，该信号包括自干扰加上所期望的信号。

此采样信号由下变频器274进行下变频，下变频器274是RF下变频器。

然后，下变频的信号进入计算模块298。下变频信号由模拟-数字转换器276转换成数字样本；这表示从主发射机到次级接收机的响应。

对主接收机的响应是使用下变频器294和模拟-数字转换器276以类似的方式获得的，下变频器294是RF下变频器。

均衡器的计算可以使用处理元件286。在一个示例中，处理元件286在自干扰消除系统中是与其他功能共用的。可选地，可以使用个人计算机282离线计算均衡器。在前一种情况下，处理元件286处理数字信号，处理元件286由控制器284组织并连接，控制器284将其程序存储在只读存储器278中，并将临时处理结果存储在随机存取存储器280。在个人计算机的情况下可使用类似的方法。

然后，为了通过减法电路估计次级发射机和主接收机之间的信道响应，利用数字-模拟转换器模块288将次级发射机输出从数字形式转换到模拟形式，并前进到上变频器290，变频器290是RF上变频器。

然后，将上变频信号传递到定向耦合器292，定向耦合器292是RF定向耦合器。

计算模块298还包括一个或多个网络接口296，其可以包括有线链路，例如以太网电缆等，和/或无线链路，以访问节点或不同的网络。网络接口296允许计算模块经由网络与远程单元进行通信。例如，网络接口可以经由一个或多个发射机/发射天线和一个或多个接收机/接收天线提供无线通信。在一个实施例中，处理单元连接到局域网或广域网，用于数据处理以及与远程设备如其它处理单元、互联网、远程存储设施等进行通信。

虽然本发明中已经提供了一些实施例，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，或者某些特征可以省略或不实施。

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，而不脱离本发明的范围。示出或讨论为彼此耦合或直接耦合或连通的其他物体可以电气地、机械地或以其他方式间接连接，或通过一些接口、设备或中间组件连通。在不脱离本文公开的精神和范围的前提下，本领域技术人员能够确定出其他改变、替换和变更的示例。

Claims (26)

1.一种用于校准全双工无线系统的方法，所述方法包括：

由第一无线发射机发送第一信号；

由第一无线接收机接收所述第一信号的第一版本；

由第二无线接收机接收所述第一信号的第二版本；

由第二无线发射机发送第二信号；

由第一无线接收机接收所述第二信号的接收版本；以及

根据所述第一信号的第一版本、所述第一信号的第二版本和所述第二信号的所述接收版本，确定从所述第二无线发射机到所述第一无线接收机的响应。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述全双工无线系统是用户设备。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述全双工无线系统是无线通信网络中的基础结构节点。

4.如权利要求1所述的方法，还包括使用最小二乘估计补偿所述响应。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一信号和所述第二信号是基带信号。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一信号和所述第二信号是带通信号。

7.如权利要求1所述的方法，还包括在发送所述第一信号之前使所述第一信号衰减。

8.如权利要求1所述的方法，还包括使所述第一信号的第一版本衰减。

9.如权利要求1所述的方法，其中，确定从所述第二无线发射机到所述第一无线接收机的响应，包括确定频域中的响应。

10.如权利要求1所述的方法，其中，当所述第一无线发射机发送所述第一信号时，所述第二无线发射机不进行发送。

11.如权利要求1所述的方法，其中，当所述第二无线发射机发送所述第二信号时，所述第一无线发射机不进行发送。

12.一种无线全双工系统，所述系统包括：

天线；

耦合至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；

耦合至所述天线的第一接收机，其中，所述第一接收机被配置成从传输系统接收所述第一信号的一部分的反射；

第二发射机，其中，所述第二发射机被配置成消除所述第一信号的反射并且发送第二信号；

耦合至所述天线的第二接收机，其中，所述第二接收机被配置成对所述第一信号的反射进行采样；以及

耦合至所述第二发射机的输入端的均衡器，其中，所述均衡器被配置成补偿从所述第二接收机到所述第二发射机的响应。

13.如权利要求12所述的系统，其中，所述系统是用户设备。

14.如权利要求12所述的系统，其中，所述系统是无线通信网络的基础结构节点。

15.如权利要求12所述的系统，其中，所述均衡器被配置成使用最小二乘估计补偿从所述第二接收机到所述第二发射机的响应。

16.如权利要求12所述的系统，还包括：

耦合至所述第一发射机的第一输入的第一缓冲器；

耦合至所述第一发射机的第一输出的第二缓冲器；

耦合至所述均衡器的第二输入的第三缓冲器；以及

耦合至所述均衡器的第二输出的第四缓冲器。

17.如权利要求12所述的系统，还包括耦合在所述第一发射机和天线之间并耦合在所述第一接收机和所述天线之间的隔离器。

18.如权利要求17所述的系统，其中，所述隔离器是无源隔离器。

19.如权利要求17所述的系统，其中，所述隔离器是有源隔离器。

20.如权利要求12所述的系统，其中，所述第二发射机被配置成在所述第一发射机发送所述第一信号时不进行发送。

21.如权利要求12所述的系统，其中，所述第一发射机被配置成在所述第二发射机发送所述第二信号时不进行发送。

22.如权利要求12所述的系统，其中，所述均衡器是时域M抽头均衡器。

23.如权利要求12所述的系统，其中，所述均衡器是频域均衡器。

24.一种全双工无线收发机，包括：

天线，所述天线被配置成

发送第一信号，

接收所述第一信号的第一版本，

接收所述第一信号的第二版本，

发送第二信号，并且

接收所述第二信号的第三版本；

处理器；以及

计算机可读存储介质，其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的第一版本、所述第一信号的第二版本和所述第二信号的第三版本来确定响应的指令。

25.如权利要求24所述的全双工无线收发信机，其中，所述用户设备包括所述全双工无线收发信机。

26.如权利要求24所述的全双工无线收发信机，其中，无线通信网络中的基础结构节点包括所述全双工无线收发信机。