CN110808748A - 一种大功率自干扰模拟域消除装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大功率自干扰模拟域消除装置，其包括自干扰信号采集模块、干扰对消模块和功率反馈检测模块；其中，自干扰信号采集模块从发射端分离出一部分发射信号得到自干扰信号；干扰对消模块采用多级并串联的分路对自干扰信号进行幅度相位调整，完成对自干扰信号的重建，并将重建的自干扰信号与接收端的接收信号进行叠加消除。功率反馈检测模块用于对自干扰消除前后的发射端及接收端信号功率进行检测，并将检测结果反馈给干扰对消模块进行闭环控制。本发明可实时自适应调整干扰幅度，更加精确对准相位和幅度，使得消除更干净，更好的保护完全掩盖在自干扰中的有用信号；且对于全双工系统有着普适性，不需要针对多种全双工场景进行优化和改进。

Description

一种大功率自干扰模拟域消除装置

技术领域

本发明涉及全双工系统中的自干扰消除技术领域，特别是指一种大功率自干扰模拟域消除装置。

背景技术

全双工通信中，发射端会对接收端造成自干扰，由此造成的不良效果有：1.会造成接收端无法正常工作，自干扰信号功率比接收端有用信号高100dB左右，极端全双工通信系统中甚至可以达到150dB，不消除会影响通信系统正常工作；2.接收端高功率自干扰会对接收端ADC造成影响，过高的功率会使得ADC失常甚至损毁；

目前关于全双工自干扰问题的解决方案包括空域自干扰消除，模拟域自干扰消除和数字域自干扰消除三个方面。其中，空域自干扰消除主要通过在天线端利用环形器等器件进行一定的隔离，以及根据天线的固定波长设计发射天线和接收天线间的距离以抵消自干扰信号。数字域自干扰消除是通过在数字域构建与自干扰信号相同的信号，利用FPGA等芯片进行数字叠加消除。模拟域自干扰消除是通过在模拟域利用射频器件构建与自干扰信号幅度和相位均相同的射频信号与接收信号中的自干扰信号进行叠加消除。

不同的场景或者不同的设备会利用上述三种方法中的多种进行联合消除，但上述三种方法分别存在以下缺点：

1)传统的空域自干扰消除方法消除能力有限，效果依赖于环境特性较大，当环境变化时，传统的空域自干扰消除能力会显著下降。

2)传统数字域自干扰消除方法是在模拟信号经过ADC转为数字信号后进行的，但ADC输入信号功率有限制，超过一定功率的信号会对ADC转换精度造成影响，甚至损毁ADC，所以数字域消除的应用场景有限，只能应对输入功率较低的系统。

3)现有的模拟域自干扰消除方法消除能力有限，并且存在消除能力和有用信号功率损耗之间的一个相互权衡的问题；以及消除能力和射频器件总面积之间一个相互权衡的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大功率自干扰模拟域消除装置，以至少部分解决上述现有技术存在的缺点；针对模拟域自干扰消除构建创新消除架构，使模拟域自干扰实际消除能力最大化，同时使数字域自干扰消除部分发挥其最大优势，减少模拟域自干扰对其他模块的干扰。通过创新性设计电路架构，使模拟域自干扰消除能力极大提升的同时不会对要接收的有用信号造成影响。

为解决上述技术问题，本发明的大功率自干扰模拟域消除装置包括自干扰信号采集模块和干扰对消模块；其中，

所述自干扰信号采集模块用于从发射端分离出一部分发射信号，并对分离出的发射信号进行预处理，得到自干扰信号；

所述干扰对消模块用于采用多级并串联的分路对自干扰信号进行幅度相位调整，完成对自干扰信号的重建，并将重建后的自干扰信号与接收端的接收信号进行叠加，消除接收信号中的自干扰信号。

进一步地，所述大功率自干扰模拟域消除装置还包括功率反馈检测模块；

所述功率反馈检测模块用于对自干扰消除前后的发射端及接收端信号功率进行检测，并将检测结果反馈给所述干扰对消模块进行闭环控制。

进一步地，所述自干扰信号采集模块包括第一耦合器和滤波器；

所述第一耦合器用于从发射端分离出一部分发射信号，所述滤波器用于对所述第一耦合器分离出的发射信号进行滤波处理，得到自干扰信号。

进一步地，干扰对消模块包括功分器、自干扰重建单元和合路器；其中，

所述自干扰重建单元包括多条并联的调整分路，每一调整分路至少包括一个用于对待处理信号进行幅度相位调整的幅相调整子单元，且其中至少一条调整分路包括多个串联的幅相调整子单元；

所述功分器用于将自干扰信号分成多路，并将分成的多路自干扰信号一一对应传送至所述自干扰重建单元的多条调整分路中；所述合路器用于将所述自干扰重建单元的多条调整分路的输出进行合路以后输出，与接收端的接收信号进行叠加，消除接收信号中的自干扰信号。

进一步地，自干扰重建单元包括两条并联的调整分路，其中一条调整分路包括一个幅相调整子单元，另一条调整分路包括两个串联的幅相调整子单元。

进一步地，所述幅相调整子单元按照信号传输方向依次包括射频开关、用于对待处理信号进行功率衰减调整的功率衰减器及用于对待处理信号进行相位调整的移相器。

进一步地，所述功率反馈检测模块用于对自干扰消除前后的发射端及接收端信号功率进行检测，并将检测结果反馈给所述自干扰重建单元，对幅相调整子单元进行微调。

进一步地，所述功率反馈检测模块包括第二耦合器、低噪声放大器、衰减器、功率检波器、ADC及主控芯片；其中，

所述第二耦合器用于提取出待检测信号，依次经过所述低噪声放大器及衰减器后，通过所述功率检波器将待检测信号转化为电压值，再利用所述ADC转化为数字信号后传入所述主控芯片计算待检测信号的功率值。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

与现有的全双工自干扰消除架构相比，本发明的大功率自干扰模拟域消除装置设计的架构可实时自适应调整干扰幅度，更加精确对准相位和幅度，使得消除更干净，更好的保护完全掩盖在自干扰中的有用信号；且本发明的消除装置对于全双工系统有着普适性，不需要针对多种全双工场景进行优化和改进。

附图说明

图1为本发明实施例提供的大功率自干扰模拟域消除装置框架图；

图2为本发明实施例提供的自干扰信号采集模块框架图；

图3为本发明实施例提供的干扰对消模块框架图；

图4为本发明实施例提供的功率反馈检测模块框架图。

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。

本实例提供一种大功率自干扰模拟域消除装置，如图1所示，本发明的大功率自干扰模拟域消除装置从发射端耦合出一部分发射信号，即接收端所说的自干扰信号，经过幅度相位与延时处理以后与接收端的包含有用信号的大功率自干扰信号进行叠加消除。

具体地，本发明的大功率自干扰模拟域消除装置包括自干扰信号采集模块和干扰对消模块；其中，所述自干扰信号采集模块用于从发射端分离出一部分发射信号，并对分离出的发射信号进行预处理，得到自干扰信号；所述干扰对消模块用于采用多级并串联的分路对自干扰信号进行幅度相位调整，完成对自干扰信号的重建，并将重建后的自干扰信号与接收端的接收信号进行叠加，消除接收信号中的自干扰信号。

进一步地，所述大功率自干扰模拟域消除装置还包括功率反馈检测模块；所述功率反馈检测模块用于对自干扰消除前后的发射端及接收端信号功率进行检测，并将检测结果反馈给所述干扰对消模块进行闭环控制。

进一步地，如图2所示，上述自干扰信号采集模块包括第一耦合器和滤波器；其中，所述第一耦合器用于在不影响系统总发射功率的情况下，从发射端耦合出一部分发射信号，这部分信号就是对于接收端的自干扰信号，而在将提取出的信号送入接收端作为参考信号之前，为了获得纯净的带内自干扰信号，需要通过所述滤波器对所述第一耦合器耦合出的发射信号进行简单的信号滤波分离，滤除信号中高阶谐波信号等其余干扰，得到发射端自干扰信号。与此同时，通过功率反馈检测模块对耦合出的信号进行功率检测，从而采集发射功率的延时，以便后级信号应变内部强干扰造成功率突变等情况。

上述干扰对消模块如图3所示，该模块为本装置核心创新部分，其采用多级并串联的分路对自干扰信号进行幅度相位延时处理，其包括功分器、自干扰重建单元和合路器；其中，所述自干扰重建单元包括多条并联的调整分路，每一调整分路至少包括一个用于对待处理信号进行幅度相位调整的幅相调整子单元，且其中至少一条调整分路包括多个串联的幅相调整子单元；

所述功分器用于将自干扰信号分成多路，并将分成的多路自干扰信号一一对应传送至自干扰重建单元的多条调整分路中；合路器用于将自干扰重建单元的多条调整分路的输出进行合路以后输出，与接收端的接收信号进行叠加，消除接收信号中的自干扰信号。同时采用如图4所示的功率反馈检测模块采集消除自干扰后的信号功率值，对干扰对消模块的相位幅度调整进行实时控制。

具体地，在本实施例中，自干扰重建单元包括两条并联的调整分路，其中一条调整分路包括一个幅相调整子单元，另一条调整分路包括两个串联的幅相调整子单元，如图3所示。所述幅相调整子单元按照待处理信号的传输方向依次包括射频开关、用于对待处理信号进行功率衰减调整的功率衰减器及用于对待处理信号进行相位调整的移相器。

对自干扰信号进行重建时，首先利用功分器将自干扰信号分成两路，一路通过串联分路进行调整，一路通过并联分路进行调整。其中，串联分路的幅相调节采用两组相同的幅相调节子单元串联起来，这一路是为了消除多径效应主径中的大功率自干扰信号。而并联分路中的幅相调节子单元则是应对其他径的低功率自干扰信号。最终通过合路器将两路合路以后输出与接收信号进行叠加消除，实现自干扰信号的对消，并利用功率反馈检测模块进行功率检测，以反馈消除效果，送给自干扰重建单元进行闭环控制。

而且，此处需要说明的是，本实施例的消除装置，在构建自干扰抵消信号时“从发射端耦合出一部分发射信号，经过幅度相位与延时处理以后与接收端的含有有用信号的大功率自干扰信号进行叠加消除”中，对于幅度相位与延时的处理，即自干扰重建单元可以做以下拓展：

1)变化串联不同幅相调节单元支路的个数，针对自干扰信号功率与功率衰减器的量级比，做出不同串联个数的优化扩展；

2)变化并联不同幅相调节单元支路的个数，针对不同应用场景的多径效应强弱，做出并联数目的优化；

进一步地，上述功率反馈检测模块如图4所示，包括第二耦合器、低噪声放大器、衰减器、功率检波器、ADC及主控芯片；

该功率反馈检测模块比较灵活，可以配合算法进行多点功率检测，在想要进行功率检测的检测点，利用第二耦合器分离出来一小部分想要检测的信号，依次经过所述低噪声放大器及衰减器后，经过简单的滤波处理，通过功率检波器将信号功率值转化为电压值，再利用ADC转化为数字信号，传入主控芯片进行处理与分析，计算待检测信号的功率值。该功率反馈检测模块用在发射端，接收端的叠加消除前后，以及幅相调节单元。通过采集发射端、接收端以及幅相调节单元的功率在主控芯片中利用估计算法可以简单预测下一时刻的功率值，并以此对幅相调整子单元中的功率衰减器进行微调处理。

本实施例的消除装置的工作时序分为前期训练阶段和正常通信阶段。训练阶段存在于设备出厂阶段及通信空闲阶段。在训练阶段，接收端不接收远端基站或者终端发射的有用信号，接收天线收到的信号仅为发射端的信号，即接收链路中全部为装置的自干扰信号。在正常通信阶段，发射端和接收端正常收发信号，保持训练阶段控制算法得出的最优值，最好的消除系统中的自干扰信号。

综上，本实施例的消除装置的核心创新点可概括如下：

1)创新性的采用多级串联并联的自干扰重建单元，从而针对大功率自干扰信号，使得模拟域自干扰消除和数字域自干扰消除可以很好的对接；

2)利用灵活的功率反馈检测模块，在多点检测的时候利用估计算法配合发射端的数据可以预测下一时刻的接收端自干扰信号的功率值，从而使重建的自干扰信号更加准确。

此外，需要说明的是，本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

此外，需要说明的是，在本文中，诸如第一、第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大功率自干扰模拟域消除装置，其特征在于，所述大功率自干扰模拟域消除装置包括自干扰信号采集模块和干扰对消模块；其中，

所述自干扰信号采集模块用于从发射端分离出一部分发射信号，并对分离出的发射信号进行预处理，得到自干扰信号；

所述干扰对消模块用于采用多级并串联的分路对自干扰信号进行幅度相位调整，完成对自干扰信号的重建，并将重建后的自干扰信号与接收端的接收信号进行叠加，消除接收信号中的自干扰信号。

2.如权利要求1所述的大功率自干扰模拟域消除装置，其特征在于，所述大功率自干扰模拟域消除装置还包括功率反馈检测模块；

所述功率反馈检测模块用于对自干扰消除前后的发射端及接收端信号功率进行检测，并将检测结果反馈给所述干扰对消模块进行闭环控制。

3.如权利要求1所述的大功率自干扰模拟域消除装置，其特征在于，所述自干扰信号采集模块包括第一耦合器和滤波器；

所述第一耦合器用于从发射端分离出一部分发射信号，所述滤波器用于对所述第一耦合器分离出的发射信号进行滤波处理，得到自干扰信号。

4.如权利要求2所述的大功率自干扰模拟域消除装置，其特征在于，所述干扰对消模块包括功分器、自干扰重建单元和合路器；其中，

所述自干扰重建单元包括多条并联的调整分路，每一调整分路至少包括一个用于对待处理信号进行幅度相位调整的幅相调整子单元，且其中至少一条调整分路包括多个串联的幅相调整子单元；

所述功分器用于将自干扰信号分成多路，并将分成的多路自干扰信号一一对应传送至所述自干扰重建单元的多条调整分路中；所述合路器用于将所述自干扰重建单元的多条调整分路的输出进行合路以后输出，与接收端的接收信号进行叠加，消除接收信号中的自干扰信号。

5.如权利要求4所述的大功率自干扰模拟域消除装置，其特征在于，所述自干扰重建单元包括两条并联的调整分路，其中一条调整分路包括一个幅相调整子单元，另一条调整分路包括两个串联的幅相调整子单元。

6.如权利要求5所述的大功率自干扰模拟域消除装置，其特征在于，所述幅相调整子单元按照信号传输方向依次包括射频开关、用于对待处理信号进行功率衰减调整的功率衰减器及用于对待处理信号进行相位调整的移相器。

7.如权利要求6所述的大功率自干扰模拟域消除装置，其特征在于，所述功率反馈检测模块用于对自干扰消除前后的发射端及接收端信号功率进行检测，并将检测结果反馈给所述自干扰重建单元，对幅相调整子单元进行微调。

8.如权利要求2所述的大功率自干扰模拟域消除装置，其特征在于，所述功率反馈检测模块包括第二耦合器、低噪声放大器、衰减器、功率检波器、ADC及主控芯片；其中，

所述第二耦合器用于提取出待检测信号，依次经过所述低噪声放大器及衰减器后，通过所述功率检波器将待检测信号转化为电压值，再利用所述ADC转化为数字信号后传入所述主控芯片计算待检测信号的功率值。

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