CN107438039A - 一种同频同时的数字信号抵消方法及装置 - Google Patents

一种同频同时的数字信号抵消方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同频同时的数字信号抵消方法及装置，该方法包括：将从发射链路获取的信号转换为发射数字信号；从接收链路获取接收数字信号；利用所述发射数字信号，对所述接收数字信号中混入的同频发射干扰信号进行抵消。通过对同频的发射干扰信号进行抵消，解决了全双工系统收发同频而导致的发射信号严重影响接收信号接收的问题。

Description

一种同频同时的数字信号抵消方法及装置
技术领域
本发明涉及数字信号抵消技术领域，尤其涉及一种同频同时的数字信号抵消方法及装置。
背景技术
无线通信业务了需求激增与频谱资源紧缺的外在矛盾，正驱动无线通信标准的内在变革。提升频分双工(Frequency Division Duplex，FDD)与时分双工(Time Division Duplexing，TDD)的频谱效率，并消除其对频谱资源利用方式的差异性，成为第五代移动通信系统(5thgeneration mobile networks，5G)通信革新的一个目标。基于自干扰抑制理论和技术的同频同时全双工成为实现这一目标的解决方案，它从理论极限上可提升一倍的频谱效率。
全双工又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息的信息交互方式。同时同频全双工体制涉及的通信理论与工程技术研究已全面展开，形成了空域、射频域、数字域联合的自干扰抑制技术路线。业界对应用场景、全双工组网、自干扰抑制、无线资源管理等关键技术方向进行了研究和评估；搭建了全双工长期演进(Long Term Evolution,LTE)和无线局域网(Wireless LAN，WLAN)系统测试平台，目前能够实现110dB以上的自干扰抑制能力，正在努力尝试从点对点全双工通信向多站多用户现实网络环境拓展。
全双工技术的实用化进程中，尚需解决的问题和技术挑战包括：大功率动态自干扰信号的抑制，多天线射频域自干扰抑制电路的小型化，全双工体制下的网络新架构与干扰消除机制，与FDD/TDD半双工体制的共存和演进策略。
总的来看，全双工最大限度的提升了网络和设备收发设计的自由度，可消除FDD和TDD差异性，具备潜在的网络频谱效率提升能力，它可应用多种场景，但复杂度和应用条件不尽相同，相关芯片产业还不够成熟，需要逐阶段推进。
图1是现有技术提供的发射-接收同频收发带来的接收干扰问题示意图，如图1所示，发射对接收的影响主要是天线口的发射信号从空间耦合进入接收通道，在图1中B点的信号由两部分组成，即接收信号和STX1，STX1主要包括发射信号STX、TX底噪和互调。由于全双工系统收发同频，发射信号会严重影响到接收信号的接收。
发明内容
根据本发明实施例提供的技术方案解决的技术问题是全双工系统收发同频而导致发射信号严重影响接收信号的接收。
根据本发明实施例提供的一种同频同时的数字信号抵消方法，包括：
将从发射链路获取的信号转换为发射数字信号；
从接收链路获取接收数字信号；
利用所述发射数字信号，对所述接收数字信号中混入的同频发射干扰信号进行抵消。
优选地，所述将从发射链路获取的信号转换为发射数字信号的步骤包括：
从发射链路功率放大器的环形器获取发射信号；
将所述发射信号进行包括模数转换的处理，得到发射数字信号。
优选地，所述将从发射链路获取的信号进行包括模数转换的处理，得到发射数字信号的步骤还包括：
对所述发射数字信号进行自杂散抵消处理，得到消除自杂散的发射数字信号。
优选地，从接收链路获取的接收数字信号是经过自阻塞抵消处理后得到的信号。
优选地，所述利用所述发射数字信号，对所述接收数字信号中混入的同频发射干扰信号进行抵消的步骤包括：
根据所述发射数字信号和所述接收数字信号，确定干扰抵消参数；
利用所述干扰抵消参数，对所述接收数字信号中的同频发射干扰信号进行消除。
优选地，所述干扰抵消参数包括所述接收数字信号和所述发射数字信号的时延、以及相位、幅度增益和均衡滤波参数，所述利用所述干扰抵消参数，对所述接收数字信号中的同频发射干扰信号进行消除的步骤包括：
通过分别利用所述接收数字信号的时延、相位、幅度增益和均衡滤波参数，分别对所述接收数字信号进行时延补偿、相位补偿、相位补偿和滤波处理，得到经过补偿的接收数字信号；
通过利用所述发射数字信号的时延，对所述发射数字信号进行时延补偿，得到经过补偿的发射数字信号；
通过将所述经过补偿的接收数字信号与所述经过补偿的发射数字信号进行合路处理，得到消除同频发射干扰信号的接收数字信号。
根据本发明实施例提供的存储介质，其存储用于实现上述同频同时的数字信号抵消方法的程序。
根据本发明实施例提供的一种同频同时的数字信号抵消装置，包括：
发射数字信号获取模块，用于将从发射链路获取的信号转换为发射数字信号；
接收数字信号获取模块，用于从接收链路获取接收数字信号；
干扰消除模块，用于利用所述发射数字信号，对所述接收数字信号中混入的同频发射干扰信号进行抵消。
所述发射数字信号获取模块将从发射链路获取的信号转换为发射数字信号从发射链路功率放大器的环形器获取发射信号，并将所述发射信号进行包括模数转换的处理，得到发射数字信号。
优选地，所述发射数字信号获取模块对所述发射数字信号进行自杂散抵消处理，得到消除自杂散的发射数字信号。
优选地，所述接收数字信号获取模块从接收链路获取的接收数字信号是经过自阻塞抵消处理后得到的信号。
优选地，所述干扰消除模块根据所述发射数字信号和所述接收数字信号，确定干扰抵消参数，并利用所述干扰抵消参数，对所述接收数字信号中的同频发射干扰信号进行消除。
优选地，所述干扰抵消参数包括所述接收数字信号和所述发射数字信号的时延、以及相位、幅度增益和均衡滤波参数，所述干扰消除模块通过分别利用所述接收数字信号的时延、相位、幅度增益和均衡滤波参数，分别对所述接收数字信号进行时延补偿、相位补偿、相位补偿和滤波处理，得到经过补偿的接收数字信号，并通过利用所述发射数字信号的时延，对所述发射数字信号进行时延补偿，得到经过补偿的发射数字信号，然后通过将所述经过补偿的接收数字信号与所述经过补偿的发射数字信号进行合路处理，得到消除同频发射干扰信号的接收数字信号。
本发明实施例提供的技术方案具有如下有益效果：
通过对同频发射干扰信号进行抵消，解决了全双工系统收发同频而导致的发射信号严重影响接收信号接收的问题。
附图说明
图1是现有技术提供的发射-接收同频收发带来的接收干扰问题示意图；
图2是本发明实施例提供的同频同时的数字信号抵消方法流程图；
图3是本发明实施例提供的同频同时的数字信号抵消装置框图；
图4是本发明实施例提供的全双工技术方案原理框图；
图5是本发明实施例提供的发射干扰数字链路抵消方案示意图；
图6是本发明实施例提供的干扰抵消算法总体处理流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图2是本发明实施例提供的同频同时的数字信号抵消方法流程图，如图2所示，步骤包括：
步骤S101：将从发射链路获取的信号转换为发射数字信号，并从接收链路获取接收数字信号。
其中，从发射链路功率放大器的环形器获取发射信号，将该发射信号耦合回来，并经过射频声表滤波、本振混频、抗混叠滤波、VGA增益调整、低通滤波及模数转换处理后，得到发射数字信号。为了有效进行信号抵消，还可以对所述发射数字信号进行自杂散抵消处理，得到消除自杂散的发射数字信号。
其中，从接收链路获取的接收数字信号是经过自阻塞抵消处理后得到的信号，具体地说，天线收到接收信号后，通过在模拟域对该接收信号进行自阻塞抵消处理，降低接收通道中的发射干扰信号，然后将经自阻塞抵消处理的接收信号经由低噪声放大器的放大处理和模数转换器的转换处理后，得到经自阻塞抵消处理的接收数字信号。
步骤S102：利用所述发射数字信号，对所述接收数字信号中混入的同频发射干扰信号进行抵消。
其中，根据所述发射数字信号和所述接收数字信号，确定干扰抵消参数，所述干扰抵消参数包括所述接收数字信号和所述发射数字信号的时延、以及相位、幅度增益和均衡滤波参数。然后利用所述干扰抵消参数，对所述接收数字信号中的同频发射干扰信号进行消除。具体地说，通过分别利用所述接收数字信号的时延、相位、幅度增益和均衡滤波参数，分别对所述接收数字信号进行时延补偿、相位补偿、相位补偿和滤波处理，得到经过补偿的接收数字信号，并通过利用所述发射数字信号的时延，对所述发射数字信号进行时延补偿，得到经过补偿的发射数字信号，通过将所述经过补偿的接收数字信号与所述经过补偿的发射数字信号进行合路处理，得到消除同频发射干扰信号的接收数字信号。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括步骤S101和步骤S102。其中，所述的存储介质可以为ROM/RAM、磁碟、光盘等。
图3是本发明实施例提供的同频同时的数字信号抵消装置框图，如图3所示，包括发射数字信号获取模块、接收数字信号获取模块和干扰消除模块。
发射数字信号获取模块用于将从发射链路获取的信号转换为发射数字信号。所述发射数字信号获取模块从发射链路环形器耦合回来的信号，将所述信号经过射频链路、低通滤波及模数转换等，得到发射数字信号。为提高后续处理过程中的干扰消除质量，还可以在模数转换之后对所述发射数字信号进行自杂散抵消处理，得到消除自杂散的发射数字信号。
接收数字信号获取模块用于从接收链路获取接收数字信号。为避免后续处理过程中，阻塞低噪声放大器和整个接收链路，从接收链路获取的接收数字信号可以是经过自阻塞抵消处理后得到的信号。
干扰消除模块，用于利用所述发射数字信号，对所述接收数字信号中混入的同频发射干扰信号进行抵消。所述干扰消除模块根据所述发射数字信号和所述接收数字信号，确定干扰抵消参数，所述干扰抵消参数包括所述接收数字信号和所述发射数字信号的时延、以及相位、幅度增益和均衡滤波参数，通过分别利用所述接收数字信号的时延、相位、幅度增益和均衡滤波参数，分别对所述接收数字信号进行时延补偿、相位补偿、相位补偿和滤波处理，得到经过补偿的接收数字信号，并通过利用所述发射数字信号的时延，对所述发射数字信号进行时延补偿，得到经过补偿的发射数字信号，然后通过将所述经过补偿的接收数字信号与所述经过补偿的发射数字信号进行合路处理，得到消除同频发射干扰信号的接收数字信号。
本发明实施例提供一种软硬件协同设计，即软硬件协同的在同频同时系统的数字信号抵消方法及装置，其内容包括协调整个系统功能的软硬件实现，同步进行系统功能及实现评估，从而完成合理高效的系统设计。具体结合图4至图6进一步描述。
图4是本发明实施例提供的全双工技术方案原理框图，如图4所示，为了消除图1所示的干扰信号，提出了图4的全双工的原理框图，从上往下依次有4个通道，分别是下行发射通道、发射干扰数字抵消参考通道、发射干扰信号射频抵消通道和上行接收通道。较之传统的收发信机架构，本实施例提供的全双工技术方案架构增加两个抵消通道，即发射干扰数字抵消参考通道和发射干扰信号射频抵消通道，这两个处理通道分别用于消除接收进来的同频发射干扰信号。如图4所示，发射干扰信号射频抵消点位于接收之前，例如在低噪声放大器LNA之前，属于模拟抵消，主要降低接收通道中的发射干扰信号，以避免其阻塞低噪声放大器和整个接收链路。发射干扰数字抵消参考通道主要接收发射链路中功放输出耦合回来的发射信号，然后在逻辑处理单元中利用数字处理算法实现对接收链路接收进来的发射干扰信号进行抵消。
发射干扰数字抵消链路方案主要在数字域处理接收频带内混入的发射信号和发射底噪等干扰信号，为了不影响正常接收信号，需要精确的抵消方式，所以优先考虑在数字域进行处理。发射干扰数字抵消需要引入一个接收链路作为参考通道，该接收参考链路的信号源是从发射通道功放的环行器之后耦合回来的，最后在逻辑处理单元中根据接收参考链路接收回来的发射信号与接收链路接收到数字信号通过数字抵消算法把接收链路接收到的发射干扰抵消掉，从而降低接收链路的干扰功率。
图5是本发明实施例提供的发射干扰数字链路抵消方案示意图，如图5所示，本实施例提供的软硬件协同的数字信号抵消装置包括逻辑处理单元和信号处理器。逻辑处理单元从接收参考通道得到从发射功放输出耦合回来的经过射频声表滤波、本振混频、抗混叠滤波、VGA增益调整、低通滤波及ADC采样的数字信号(即发射数字信号)，并从接收通道获取经由ADC采样的接收数字信号，然后将采集的发射数字信号和接收数字信号发送给信号处理器。信号处理器根据得到的发射数字信号和接收数字信号，进行时延搜索，确定能够使发射数字信号和接收数字信号的数据对齐最优的时延值；其次根据所确定的时延值，对发射数字信号和接收数字信号进行相位和幅度增益的对齐处理，得到相位和幅度增益参数；然后根据对齐后的发射数字信号和接收数字信号，计算均衡滤波系数等参数；最后信号处理器将时延值、相位和幅度增益参数、均衡滤波系数发送至逻辑处理单元。逻辑处理单元根据收到的时延值、相位和幅度增益参数、均衡滤波系数等参数，对发射数字信号和接收数字信号进行相应的包括时延补偿的处理，以便最终实现对接收数字信号中的同频发射干扰信号的消除的目的。
具体包括如下步骤：
逻辑处理单元采集数据样本；
信号处理器根据系统采集的样本数据，进行模型寻优，找到样本数据对齐最优的时延值；
信号处理器根据计算的时延值，对采集的样本数据进行增益和相位对齐；
信号处理器利用对齐之后的样本数据，求取抵消均衡滤波系数；
信号处理器将求取的时延值、增益值、均衡滤波器系数配置到逻辑处理单元；
逻辑处理单元内部进行数字信号抵消处理。
发射数字抵消处理链路方案如图5所示，由接收参考通道(即参考通道)及逻辑处理单元和信号处理器共同完成的数字抵消处理。接收参考通道需要从发射功放输出把发射信号耦合回来，经过射频链路、低通滤波及模数采样把从发射耦合回来的信号转换成数字信号，然后在逻辑处理器中实现干扰抵消的数字处理算法。
发射干扰数字抵消算法利用接收参考通道与接收通道接收到的干扰信号均为发射信号的同源信号特性，把接收参考通道接收的数字信号与接收通道接收的信号进行一系列算法处理，求取接收参考通道接收的数字信号经过一系列传输信道变为接收干扰信号的信道失真参数。
数字干扰抵消算法的实现方案框架如图5所示，具体实现分为两个部分：一部分为数字信号处理单元，实现参数提取，通过对逻辑处理单元采集接收参考链路和接收链路接收到的数字信号进行算法处理提取两者之间的时延、相位，幅度增益及均衡滤波器等参数，并配置给逻辑处理单元干扰抵消算法处理模块由逻辑处理器完成实时干扰抵消；另一部分为逻辑处理单元实现干扰抵消实时处理，这部分主要包括接收参考链路和接收链路的数据采集，时延补偿，增益相位补偿，均衡滤波处理及干扰抵消处理。
图6是本发明实施例提供的干扰抵消算法总体处理流程图，如图4所示，软硬件协同的数字信号抵消包括以下步骤：
步骤S201：信号处理器启动逻辑处理单元进行样本采集；
步骤S202：逻辑处理单元进行样本采集；
步骤S203：信号处理器读取采集的样本数据；
步骤S204：对采集的样本数据进行时延搜索；
步骤S205：样本数据时延对齐之后，进行增益和相位对齐；
步骤S206：根据处理之后的样本数据，进行均衡参数求取；
步骤S207：数据校验。
步骤S208：将量化模型参数更新到FPGA模块中，以供逻辑处理单元内部进行信号抵消处理。
其中，所述信号处理器可以是数字信号处理器DSP，逻辑处理单元可以是逻辑处理器，例如现场可编程逻辑阵列FPGA。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种同频同时的数字信号抵消方法，包括：
将从发射链路获取的信号转换为发射数字信号；
从接收链路获取接收数字信号；
利用所述发射数字信号，对所述接收数字信号中混入的同频发射干扰信号进行抵消。
2.根据权利要求1所述的方法，所述将从发射链路获取的信号转换为发射数字信号的步骤包括：
从发射链路功率放大器的环形器获取发射信号；
将所述发射信号进行包括模数转换的处理，得到发射数字信号。
3.根据权利要求2所述的方法，所述将从发射链路获取的信号进行包括模数转换的处理，得到发射数字信号的步骤还包括：
对所述发射数字信号进行自杂散抵消处理，得到消除自杂散的发射数字信号。
4.根据权利要求1所述的方法，从接收链路获取的接收数字信号是经过自阻塞抵消处理后得到的信号。
5.根据权利要求1所述的方法，所述利用所述发射数字信号，对所述接收数字信号中混入的同频发射干扰信号进行抵消的步骤包括：
根据所述发射数字信号和所述接收数字信号，确定干扰抵消参数；
利用所述干扰抵消参数，对所述接收数字信号中的同频发射干扰信号进行消除。
6.根据权利要求5所述的方法，所述干扰抵消参数包括所述接收数字信号和所述发射数字信号的时延、以及相位、幅度增益和均衡滤波参数，所述利用所述干扰抵消参数，对所述接收数字信号中的同频发射干扰信号进行消除的步骤包括：
通过分别利用所述接收数字信号的时延、相位、幅度增益和均衡滤波参数，分别对所述接收数字信号进行时延补偿、相位补偿、相位补偿和滤波处理，得到经过补偿的接收数字信号；
通过利用所述发射数字信号的时延，对所述发射数字信号进行时延补偿，得到经过补偿的发射数字信号；
通过将所述经过补偿的接收数字信号与所述经过补偿的发射数字信号进行合路处理，得到消除同频发射干扰信号的接收数字信号。
7.一种同频同时的数字信号抵消装置，其特征在于，包括：
发射数字信号获取模块，用于将从发射链路获取的信号转换为发射数字信号；
接收数字信号获取模块，用于从接收链路获取接收数字信号；
干扰消除模块，用于利用所述发射数字信号，对所述接收数字信号中混入的同频发射干扰信号进行抵消。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述发射数字信号获取模块将从发射链路获取的信号转换为发射数字信号从发射链路功率放大器的环形器获取发射信号，并将所述发射信号进行包括模数转换的处理，得到发射数字信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述发射数字信号获取模块对所述发射数字信号进行自杂散抵消处理，得到消除自杂散的发射数字信号。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述接收数字信号获取模块从接收链路获取的接收数字信号是经过自阻塞抵消处理后得到的信号。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述干扰消除模块根据所述发射数字信号和所述接收数字信号，确定干扰抵消参数，并利用所述干扰抵消参数，对所述接收数字信号中的同频发射干扰信号进行消除。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述干扰抵消参数包括所述接收数字信号和所述发射数字信号的时延、以及相位、幅度增益和均衡滤波参数，所述干扰消除模块通过分别利用所述接收数字信号的时延、相位、幅度增益和均衡滤波参数，分别对所述接收数字信号进行时延补偿、相位补偿、相位补偿和滤波处理，得到经过补偿的接收数字信号，并通过利用所述发射数字信号的时延，对所述发射数字信号进行时延补偿，得到经过补偿的发射数字信号，然后通过将所述经过补偿的接收数字信号与所述经过补偿的发射数字信号进行合路处理，得到消除同频发射干扰信号的接收数字信号。
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