CN112134586A - 收发装置及收发设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种收发设备及应用在该收发设备中的收发装置，收发装置包括发送天线和接收天线。发送天线用于将本地信号发送至对端的接收天线。接收天线用于接收对端发送天线发射的有用信号。所述发送天线和所述接收天线其中之一在所述发送天线和所述接收天线其中另一的干扰消除面上。其中，所述干扰消除面是指使得所述发送天线所产生的干扰信号得到抵消的面。本申请将全双工通信技术与磁感通信相结合，提高了磁感通信的吞吐，且能够避免自干扰。

Description

收发装置及收发设备
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及通信产品中的收发装置及收发设备。
背景技术
磁感通信具有安全性高、成本低、功耗小等优点，但相比于传统的射频通信，常工作于频率较低的频段，如13.56MHz，进而导致系统效率和吞吐受到了带宽的约束，传输速率较低，从而限制了磁感通信的应用场景。
将磁感通信与全双工技术相结合，可以提升系统吞吐。但全双工技术中会存在信号自干扰的问题，即本地接收天线在接收通信对端发送天线的有用信号时，也接收本地发送天线发射的信号。因此，如何有效地抑制自干扰信号而保证全双工的正常通信，是业界一直追求的目标。
发明内容
本申请的目的在于提供一种收发装置以及收发设备，可以提高收发设备之间的通信效率且能够对自干扰信号实现有效的抑制。
上述目标和其他目标将通过独立权利要求中的特征来达成。进一步的实现方式在从属权利要求、说明书和附图中体现。
第一方面，本申请实施例公开一种收发装置，包括发送天线和接收接天。所述发送天线用于将本地信号发送至对端的接收天线。所述接收天线用于接收对端发送天线发射的有用信号。其中，所述发送天线和所述接收天线其中之一在所述发送天线和所述接收天线其中另一的干扰消除面上；其中，所述干扰消除面是指使得所述发送天线所产生的干扰信号得到抵消的面。
这里，本地信号是指收发设备本身产生的且需要发送至另一收发设备的信号。对端是指与该收发设备相通信的另一收发设备。
第一方面所描述的技术方案，由于包括发送天线和接收天线，即采用全双工技术，进而可以提升收发设备的通信效率。此外，还将所述发送天线和所述接收天线其中之一设置在所述发送天线和所述接收天线其中另一的干扰消除面上，进而可以有效的消除本地发送天线所产生的干扰信号，实现了对自干扰信号的有效抑制。
根据第一方面，在一实施方式中，所述发送天线和所述接收天线其中之一为呈8字形的线圈；所述发送天线和所述接收天线其中另一为呈轴对称状的线圈；所述呈轴对称状的线圈的中心位于所述呈8字形的线圈的干扰消除面上。本实施方式中，由于发送天线和接收天线都是线圈，且不需要间隔较远的距离，进而对收发装置尺寸的要求较小。此外，相较于射频系统中基于天线消除的隔离方法，即需要采用两根发送天线，且二者与接收天线的距离相差半个波长的方案，本方案中的8字形线圈实则为一个线圈，即仅需要一条发射通路，实现上更加简单。
在一实施方式中，所述呈轴对称状的线圈所在的平面与所述呈8字形线圈的两个线圈的中心点的连线平行。如此，可以保证对所述发送天线所产生的干扰信号的消除效果。在另一实施方式中，还可以限定为，所述呈轴对称状的线圈所在的平面与所述呈8字形线圈所在的平面平行。
上述实施例中，由于收发设备之间的线圈结构互相对应但不同，因此相互通信的两个收发设备需要进行配对，即具有相同结构的收发设备之间不能相互通信。因此，在一实施方式中，所述呈轴对称状的线圈也为8字形线圈。两个所述8字形线圈中的至少一个在另一个的干扰消除面上。如此，可以避免收发设备之间需要配对的问题，提高了收发设备的适用性。
在一实施方式中，所述呈8字形的线圈以8字的中心点对称分布，且位于中心点两侧的线圈的匝数相同。所述8字形线圈的干扰消除面为所述8字形线圈的两个线圈的中心点连线的垂直平分面。这样，可以方便天线的设计以及位置摆放，提高生产生时的装配效率。
在一实施方式中，所述发送天线和所述接收天线其中之一为一对并排且间隔设置的线圈；所述一对并排且间隔设置的线圈互为轴对称；所述发送天线和所述接收天线其中另一独立线圈；所述独立线圈的中心位于所述一对并排且间隔设置的线圈的干扰消除面上。其中，所述一对并排且间隔设置的线圈在同一平面上。本实施方式中，由于所述发送天线和所述接收天线之一为一对并排且间隔设置的线圈，即为两个单独的线圈，这样可以方便天线的位置摆放，使得收发装置的适用性更好，可以根据安装环境具体的空间情况，来调节每个线圈的位置。
在一实施方式中，所述独立线圈呈轴对称状，且所述独立线圈所在的平面与所述一对并排且间隔设置的线圈中的两个线圈的中心点的连线平行。如此，可以保证对发送天线所产生干扰信号的消除效果。此外，在另一实施方式中，还可限定，所述独立线圈呈轴对称状，且所述独立线圈所在的平面与所述一对并排且间隔设置的线圈所在的平面平行。如此，可以降低收发装置的厚度，有利于收发设备朝着轻薄化的方向发展。
在一实施方式中，所述独立线圈所在的平面与所述一对并排且间隔设置的线圈中的两个线圈的中心点的连线垂直。在本实施方式中，所述独立线圈的形状可以是任意形状且不要求是对称状的，这样便于天线的多样化设计，使得收发装置的适用性更高。
在一实施方式中，当所述发送天线为所述一对并排且间隔设置的线圈时，所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的匝数相同，且通过所述每个线圈的电流的大小值相同但方向相反。或者，当所述接收天线为所述一对并排且间隔设置的线圈时，所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的匝数相同，且所述接收天线所产生的电信号为其中一个线圈所产生的电信号与另一个线圈所产生的电信号移相180°之后的和。这样可以将所述发送天线所产生的干扰信号消除，且便于天线的设计和安装。
在一实施方式中，当所述发送天线为所述一对并排且间隔设置的线圈时，所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的匝数相同，且通过所述每个线圈的电流的大小相同且方向相同。或者，当所述接收天线为所述一对并排且间隔设置的线圈时，所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的匝数相同，且接收天线所产生的电信号为所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈所产生的电信号之和。这样可以将所述发送天线所产生的干扰信号消除，且便于天线的设计和安装。
在一实施方式中，所述独立线圈的中心点与所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的中心点在一条直线上。这样使得独立线圈的尺寸不受限制，且一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的尺寸及通电电流的大小及方向也不受限制，更好的提高了收发装置的适用性。
在一实施方式中，所述干扰消除面为所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的中心点连线的垂直平分面。如此，可方便天线的安装。
在一实施方式中，所述发送天线为发送线圈；所述接收天线为接收线圈；所述发送线圈和所述接收线圈之一的中心点在所述发送线圈和所述接收线圈其中另一的中垂线上；所述发送线圈所在的平面和所述接收线圈所在的平面相垂直；其中，所述发送线圈的中垂线为经过所述发送线圈的中心点且与所述发送线圈所在的平面垂直的直线；所述接收线圈的中垂线为经过所述接收线圈的中心点且与所述接收线圈所在的平面垂直的直线。本实施方式中，由于发送天线和接收天线均为独立的线圈，且发送天线不会对所述接收天线产生干扰，因此，线圈的尺寸和形状不会受到限制，提高了收发装置的适用性，且结构简单。
理想情况下，通过上述各个实施例中的天线的摆放可以消除发送天线所产生的干扰信号，但在实际应用中，还会存在部分干扰信号。因此，为了对干扰信号达到更好的消除效果，在一实施方式中，所述收发装置还包括用于对所述接收天线接收到的有用信号进行模拟消除的模拟消除模块；所述模拟消除模考包括增益控制模块和加法器模块；所述增益控制模块用于对发送的模拟信号进行增益控制；所述加法器模块与所述增益控制模块电连接，用于在接收到模拟形式的所述有用信号时消除所述发送天线所发送的模拟信号。
为了对残留的干扰信号进一步消除，在一实施方式中，所述收发装置还包括数字消除模块；所述数字消除模块用于对所述接收天线接收到且经模数转换后的有用信号进行数字消除；所述数字消除模块包括信道估计模块及算法模块；所述信道估计模块用于估计信道响应；所述算法模块用于在接收到数字形式的所述有用信号时消除所述发送天线所发送信号的残留干扰信号。
第二方面，本申请实施例公开一种收发设备，所述收发设备包括处理器，所述收发设备还包括上述任意一实施例中所述的收发装置，所述收发装置与所述处理器电连接。
第三方面，本申请实施例公开一种收发装置，包括发送天线和接收天线。所述发送天线设置在所述接收天线的干扰消除面上，和/或所述接收天线设置在所述发送天线的干扰消除面上，以抵消所述发送天线所产生的干扰信号。
在一实施方式中，所述发送天线呈8字形的线圈架构。所述接收天线呈轴对称状的线圈架构；所述发送天线的中心位于所述接收天线的对称轴上，且所述发送天线对称分布在所述对称轴的两侧，以使所述接收天线位于所述发送天线的干扰消除面上。
在一实施方式中，所述发送天线呈一对并排且间隔设置的线圈架构，且所述一对并排且间隔设置的线圈互为轴对称。所述接收天线为独立线圈架构。所述独立线圈的中心位于所述发送天线的干扰消除面上。
在一实施方式中，所述发送天线为发送线圈。所述接收天线为接收线圈。所述发送线圈中心点在所述接收线圈的中垂线上；所述发送线圈所在的平面和所述接收线圈所在的平面相垂直。所述接收线圈的中垂线为经过所述接收线圈的中心点且与所述接收线圈所在的平面垂直的直线。
其中，在所述第三方面所记载的方案中，所述发送天线的架构和所述接收天线的架构也可以互换。即，第三方面中各个实施例的收发装置中的发送天线的架构也可以是接收天线的架构，接收天线的架构也可以是发送天线的架构。
第四方面，本申请实施例公开一种通信系统，所述通信系统包括网络设备和上述的收发设备。
第五方面，本申请实施例公开一种通信系统，所述通信系统包括移动终端和上述的收发设备。
附图说明
为了说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1为磁感通信的原理图。
图2为磁感通信发送与接收端的等效电路。
图3A为本申请一实施例中的通信系统的架构示意图。
图3B为本申请另一实施例中的通信系统的架构示意图。
图4为本申请一实施例中的收发设备的结构框图。
图5为本申请一实施例中的收发装置的结构框图。
图6A为本申请第一实施方式中的发送天线和接收天线的结构示意图。
图6B为本申请第二实施方式中的发送天线和接收天线的结构示意图。
图7为图6A中发送天线和接收天线的参数示意图。
图8A为本申请第三实施例中的发送天线和接收天线的立体结构示意图。
图8B为本申请第三实施例中的发送天线和接收天线的俯视图。
图9A为本申请第四实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。
图9B为本申请第五实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。
图10为图9B中的发送天线和接收天线的干扰分析原理图。
图11A为本申请第六实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。
图11B为本申请第七实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。
图12A为本申请第八实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。
图12B为本申请第九实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。
图13A为本申请第十实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。
图13B为本申请第十一实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。
图14为本申请另一实施例中的收发设备的结构框图。
图15为图14中的模拟消除模块的结构框图。
图16为图14中的数字消除模块的结构框图。
具体实施方式
本申请的实施方式部分使用的术语仅用于对本申请的具体实施例进行解释，而非旨在限定本申请。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括复数表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，本申请中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个所列出项目的任何或所有可能组合。
本申请提供一种收发设备以及应用于收发设备中的收发装置，通过将磁感通信和全双工通信技术结合来提高收发设备之间的通信效率且能够对全双工技术中的自干扰信号实现有效的抑制。
磁感通信(Magnetic Induction，MI)是一种利用磁场来传递信息的近场通信技术，其在水下无线传感器网络(Underwater Sensor Networks,UWSNs)和地下无线传感器网络中(Wireless Underground Sensor Networks,WUSNs)展现出信道不变性(不受空-时信道环境参数变换影响)、时延可忽略性及远覆盖距离性。其中，磁感通信依靠近场的磁场变化，而传统的射频通信，则依靠的是电磁波的远场辐射。
电磁场的特性变化取决于与天线的距离，通常分为两个部分：近场和远场。近场区又可以称为反应区，在反应区中，电场和磁场是最强的，并且可以单独测量。根据天线的种类，某一种场会成为主导，例如磁感通信中通常采用的线圈近场区能量主要存在于磁场中，而电场极其微弱。远场区又可以称为辐射区，在辐射区内，电磁场开始向外辐射，电场和磁场耦合在一起，相互支持相互产生。近场和远场的交界并不是突变的，因此近场和远场的边界也没有明确的定义。通常，近场区范围是波长级的，可以为数个波长以内的范围。
全双工(full duplex，FD)技术作为第五代移动网络(5th Generation MobileNetworks，5G)的关键技术，可以实现同时同频的发送和接收，提升系统效率，减小系统时延，实现吞吐的加倍。因此，在磁感通信场景中采用全双工技术，既可以保留磁感通信的优点，又可以实现系统吞吐的提升。但全双工技术由于收发同时同频，且全双工通信节点的收发天线相隔的距离远小于有效信号的传播路径，进而导致本地发送信号会对本地接收信号产生强烈的自干扰。因此，如何抑制强自干扰以保证全双工通信系统性能和吞吐是采用全双工通信技术的首要任务。
下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。
请参阅图1，图1为磁感通信的原理图。在电感线圈周围的近场区，能量主要以磁场的形式存在，近场磁场的特性与磁偶极子的静态磁场相似。如图1所示，发送天线10和接收天线20均可采用电感线圈。在发送线圈上加载已调制信号的交变电流，会在发送线圈近场范围产生一个变化的磁场，如图1中虚线表示的区域，变化的磁场在接收线圈处会产生变化的磁通量，由于接收线圈具有一个闭合回路，变化的磁通量使得接收线圈产生感应电动势和感应电流，进而被接收和解调。
请参阅图2，图2为磁感通信发送端与接收端的等效电路。如图2所示，Us为电源电压，可以理解为待发送的已调电信号。Zt和Zr为发送线圈和接收线圈的自阻抗。Z’t和Z’r为接收线圈与发送线圈相互影响产生的等效阻抗。ZL为负载阻抗。UM为接收线圈的感应电动势，可以看做接收的电信号。它们之间的关系如下式：
Zt＝Rt+jωLt
Zr＝Rr+jωLr
Figure BDA0002085638970000061
Figure BDA0002085638970000062
Figure BDA0002085638970000063
Figure BDA0002085638970000064
其中，Rt和Lt为发送线圈的电阻和自感，Rr和Lr为接收线圈的电阻和自感，M为互感，Nt和Nr为发送线圈和接收线圈的匝数，at和ar为发送线圈和接收线圈的半径，r为发送线圈与接收线圈之间的距离，w为交流电频率。
请参阅图3A，图3A为本申请一实施例中的通信系统的架构示意图。如图3A所示，通信系统900包括多个收发设备200。其中，多个收发设备200之间能够相互通信。在本申请实施例中，所述多个收发设备200中包括多个移动终端S及一个网路设备W。
请参阅图3B，在另一实施例中，所述多个收发设备200包括一个移动终端S和多个网络设备W。因此，在本申请实施例中，所述多个收发设备200的类型以及各个类型的数量不做限定，只要多个收发设备200之间能够进行通信即可。
在一些实施方式中，所述网络设备W可以是一种部署在无线接入网中为终端设备提供无线通信功能的装置。所述网络设备W可以包括各种形式的宏基站，微基站(也称为小站)，中继站，接入点等。例如GSM(Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统)或CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)网络中的BTS(BaseTransceiver Station，基站收发信台)，WCDMA(Wideband Code Division MultipleAccess，宽带码分多址)中的NB(NodeB)，LTE(Long Term Evolution，长期演进)中的eNB或eNodeB(Evolutional NodeB)。在其他实施方式中，所述网络设备W还可以是CRAN(CloudRadio Access Network，云无线接入网络)场景下的无线控制器，未来5G网络中的基站设备或者未来演进的PLMN网络中的网络设备，传输接收节点(Transmission and ReceptionPoint，TRP)，甚至可以是可穿戴设备及车载设备等，在此并不限定。
需要说明的是，在采用不同的无线接入技术的系统中，网络设备的名称可能会有所不同。
在一些实施例中，所述移动终端S可以包括各种具有无线通信功能的手持设备、车载设备、可穿戴设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备。例如，所述移动终端S还可以是移动站(Mobile Station，MS)、用户单元(subscriber unit)、蜂窝电话(cellular phone)、智能电话(smart phone)、无线数据卡、个人数字助理(PersonalDigital Assistant，PDA)电脑、平板型电脑、无线调制解调器(modem)、手持设备(handset)、膝上型电脑(laptop computer)、机器类型通信(Machine TypeCommunication,MTC)终端等，在此并不限定。
需要说明的是，上述举例只是为了对收发设备200进行说明，并不对收发设备200进行限定，只要具有接收功能和发送功能的设备均属于以上所述的收发设备200。
请参阅图4，图4为本申请一实施例中的收发设备的结构框图。如图4所示，收发设备200包括收发装置100以及与所述收发装置100通信连接的处理器300。所述收发装置100用于发送和接收通信信号以使得所述收发设备200和其他收发设备200之间实现通信。所述处理器300用于产生相应的通信信号并通过所述收发装置100进行发送，且所述处理器300还用于对所述收发装置100所接收到的通信信号进行解析，并控制所述收发设备200执行相应的动作。
处理器300可以包括一个或多个处理单元，例如：处理器300可以包括应用处理器(application processor，AP)，调制解调处理器，图形处理器(graphics processingunit，GPU)，图像信号处理器(image signal processor，ISP)，控制器，存储器，视频编解码器，数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，基带处理器，和/或神经网络处理器(neural-network processing unit，NPU)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。在一些实施例中，收发设备200也可以包括一个或多个处理器300。
其中，控制器可以是收发设备200的神经中枢和指挥中心。控制器可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，完成取指令和执行指令的控制。
处理器300中还可以设置存储器，用于存储指令和数据。在一些实施例中，处理器300中的存储器为高速缓冲存储器。该存储器可以保存处理器300刚用过或循环使用的指令或数据。如果处理器300需要再次使用该指令或数据，可从所述存储器中直接调用。避免了重复存取，减少了处理器300的等待时间，因而提高了收发设备200的效率。
在一些实施例中，处理器300可以包括一个或多个接口。接口可以包括集成电路(inter-integrated circuit，I2C)接口，集成电路内置音频(inter-integrated circuitsound，I2S)接口，脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)接口，通用异步收发传输器(universal asynchronous receiver/transmitter，UART)接口，移动产业处理器接口(mobile industry processor interface，MIPI)，通用输入输出(general-purposeinput/output，GPIO)接口，用户标识模块(subscriber identity module，SIM)接口，和/或通用串行总线(universal serial bus，USB)接口等。
需要说明的是，本申请实施例示意的结构并不构成对收发设备200的具体限定。在本申请另一些实施例中，收发设备200可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。
请参阅图5，图5为本申请一实施例中的收发装置的结构框图。如图5所示，所述收发装置100包括发送天线10、接收天线20、数模转换模块30、第一放大模块40、第二放大模块50以及模数转换模块60。
在本实施方式中，所述处理器300用于响应特定的的指令而产生数字信号。其中，所述特定的指令根据收发设备200当前的使用状态而确定。例如，当收发设备200为一移动终端(如手机)时，且当前用户正在使用即时通信软件(如微信)与另一用户进行通信时，所述特定指令可以是用户输入的文字或者用户所输入的语音。所述处理器300响应该用户输入的特定指令并将该指令转化成相应的数字信号而输出。
所述数模转换模块20用于将数字信号转换成模拟信号。其中，所述数模转换模块20可以是一数字模拟转换器(D/A转换器)。
所述第一放大模块40用于对经所述数模转换模块20所转换的模拟信号进行放大。
所述发送天线10用于对经所述第一放大模块40放大后的模拟信号进行发送，即所述发送天线10用于将本地信号发送至对端的接收天线。
所述接收天线20用于接收其他收发设备200所发送的通信信号，即接收天线20用于接收对端发送天线发射的有用信号。此外，所述接收天线20在接收对端发送天线发射的有用信号的同时还接收所述发送天线10所发送的本地信号，即所述接收天线20所接收到的有用信号存在本地的干扰信号。
其中，本地信号是指收发设备本身产生的且需要发送至另一收发设备的信号。对端是指与该收发设备相通信的另一收发设备。
所述第二放大模块50用于对所述接收天线20所接收到的有用信号进行放大。
所述模数转换模块60与所述第二放大模块50通信连接，用于将放大后的有用信号转换成数字信号。其中，所述模数转换模块60可以是一模数转换器(A/D转换器)。
本申请实施例中，为了消除发送天线10所发送的本地信号对接收天线20所接收到的有用信号的干扰，将所述发送天线10和所述接收天线20其中之一设置在所述发送天线10和所述接收天线20其中另一的干扰消除面上。其中，所述干扰消除面是指使得所述发送天线10所产生的干扰信号得到抵消的面。
下面将结合具体的实施例对如何将所述发送天线10和所述接收天线20其中之一放置于所述发送天线10和所述接收天线20其中另一的干扰消除面上，以及干扰消除的原理进行说明。其中，为了说明干扰消除的机制，以下各实施例不考虑其他收发设备200发送的有用信号，仅考虑本地发送天线10所产生的干扰信号。
请参阅图6A，图6A为本申请第一实施方式中的发送天线和接收天线的结构示意图。在本实施方式中，所述发送天线10A为一为呈8字形的线圈。所述接收天线20A为一呈轴对称状的线圈。所述接收天线20A的中心位于所述发送天线10A的干扰消除面X上。其中，所述呈轴对称状的线圈的形状不做限定，只要线圈本身呈轴对称状即可。例如，接收天线20A可以是呈轴对称状的圆形线圈、方形线圈、三角形线圈及梯形线圈等。
当位于8字形线圈的中心点两侧的两个线圈互为轴对称，且位于中心点两侧的线圈的匝数相同时，所述干扰消除面X为所述8字形线圈的两个线圈的中心点连线的垂直平分面，即所述干扰消除面X为由到所述呈8字形的线圈的两侧的线圈的中心点的距离相等的点所组成的平面。可以理解，当所述发送天线10的两侧的线圈的匝数或者尺寸不同时，所述干扰消除面可能呈一曲面。
请参阅图6B，图6B为本申请第二实施方式中的发送天线和接收天线的结构示意图。在本实施方式中，所述发送天线10B为一呈轴对称状的线圈。所述接收天线20B为一为呈8字形的线圈。所述发送天线10B的中心位于所述接收天线20B的干扰消除面X上。在本实施方式中，所述发送天线10B和第一实施方式中的接收天线20A的结构参数类似，所述接收天线20B和第一实施方式中的发送天线10A的结构参数类似，在此不再赘述。
下面以图6A中的发送天线10A和接收天线20A的结构为例，对发送天线10A所产生的干扰信号的消除原理进行说明。
表1
Figure BDA0002085638970000091
如上表1所示，假设发送天线10A的8字形线圈的中心的两侧的线圈的匝数为N1，半径为r1，通过所述发送天线10的电流为I1。其中，流过8字形线圈的中心的两侧的线圈的电流的大小相等但方向相反。假设接收天线20A的线圈的匝数为N2，半径为r2，具体如图7所示，则所述发送天线10A中的每个线圈在所述接收天线20A上所产生的磁通量分别为：
Figure BDA0002085638970000092
Figure BDA0002085638970000093
φ＝φ1+φ2＝0
由以上公式可以看出，所述发送天线10A的8字形线圈中的每个线圈在所述接收天线20上所产生的磁通量分别为φ1和φ2，由于φ1和φ2的方向相反，因此，所述发送天线10A在所述接收天线20A上所产生的磁通量恒为0，进而使得所述接收天线20A不会产生感应电动势，即发送天线10A对所述接收天线20A不产生干扰信号。
同理，当所述发送天线10B和所述接收天线20B为第二实施方式中的结构时，所述发送天线10B在所述接收天线20B产生两部分相等的磁通量，磁通量的变化使它们产生相等的感应电动势，而由于接收天线20B为8字形线圈，其中每个感应线圈所产生的感应电动势方向是相反的，两个等值反向的感应电动势相互抵消，因此发送天线10B对接收天线20B也不产生干扰信号。
由以上分析可知，理想情况下只要对发送天线10和接收天线20其中之设置在其中另一的干扰消除面上即可实现天线之间的隔离，相比于射频全双工天线隔离方案，本申请只需保证圆形线圈位于8字形线圈的干扰消除面上，且二者不需要间隔较远的距离，进而对收发装置100的尺寸的要求较小。而射频系统中基于天线消除的隔离方法，则需要采用两根发送天线，且二者与接收天线的距离相差半个波长。此外，本方案中的8字形线圈实则为一个线圈，仅需要一条发射通路，实现上更加简单。
上述第一实施例和第二实施例中，当收发设备200需要与其他收设备进行通信时，需要通信对端的收发设备的天线与本地收发设备200中的天线进行配对。例如，当本地收发设备200的发送天线10为呈8字形的线圈，则要求对端的收发设备的接收天线20为呈8字形的线圈，若对端收发设备的发送天线为呈8字形的线圈，则不能进行相互通信，进而限制了收发设备200的应用场景。
为解决上述问题，本申请还提供第三实施例，请参阅图8A及图8B，其中图8A为本申请第三实施例中的发送天线和接收天线的立体结构示意图，图8B为本申请第三实施例中的发送天线和接收天线的俯视图。在本实施方式中，所述发送天线10C和所述接收天线20C均为8字形的线圈，即第一实施例和第二实施例中的呈对称状的线圈也为8字形线圈。本实施方式中，所述发送天线10C在所述接收天线20C的干扰消除面上；或者，所述接收天线20C在所述发送天线10C的干扰消除面上；或者，所述发送天线10C在所述接收天线20C的干扰消除面上，且所述接收天线20C在所述发送天线10C的干扰消除面上。本实施例中的干扰消除的原理与第一实施方式中的干扰消除原理类似，在此不再赘述。本实施方式中，由于两个天线均为8字形线圈，可以避免收发设备之间需要配对的问题，进而提高了收发设备的适用性。
虽然，上述各实施例中将所述呈轴对称状的线圈的中心放置于所述呈8字形的线圈的干扰消除面上，可将所述发送天线10在所述接收天线20上所产生的的干扰信号消除，但是由于天线是摆放在立体空间内的，若呈轴对称状的线圈相对于呈8字形线圈的位置状态任意变化，将导致对发送天线10所产生的干扰信号的消除达不到理想效果，即还是会存在干扰信号。因此，为了保证对发送天线10所产生的干扰信号的消除效果，在一实施方式中，所述呈轴对称状的线圈所在的平面与所述呈8字形线圈的两个线圈的中心点的连线平行；或者，所述呈轴对称状的线圈所在的平面与所述呈8字形线圈所在的平面平行。
此外，在一实施方式中，位于所述呈8字形的线圈的中心点两侧的线圈互为轴对称且位于中心点两侧的线圈的匝数相同。所述8字形线圈的干扰消除面为所述8字形线圈的两个线圈的中心点连线的垂直平分面。如此，便于对天线的设计以及摆放。
请参阅图9A，图9A为本申请第四实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。如图9A所示，在本实施方式中，所述发送天线10D为一对并排且间隔设置的线圈。其中，一对并排且间隔设置的线圈在同一平面上。所述接收天线20D为一独立线圈。所述接收天线20D的中心位于所述发送天线10D的干扰消除面X上。其中，所述独立线圈呈轴对称状，所述一对并排且间隔设置的线圈的参数相同，且通过所述一对并排且间隔设置的线圈的电流的大小相等但方向相反。其中，所述线圈的参数相同包括每个线圈的匝数以及半径相同。如此，可以将发送天线10D在接收天线20D上所产生的干扰信号消除。在本实施方式中，干扰消除的原理与第一实施例中的干扰消除原理类似，在此不再赘述。
需要说明的是，在本实施方式中，对端的接收天线需要和本地的发送天线10D的结构对应，且对端的发送天线需要和本地的接收天线20D的结构相对应。
请再参阅图9B，其为本申请第五实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。如图9B所示，所述接收天线20E为一对并排且间隔设置的线圈。所述发送天线10E为一独立线圈。所述发送天线10E的中心位于所述接收天线20E的干扰消除面X上。其中，所述一对并排且间隔设置的线圈的匝数和半径相同。且所述独立线圈呈轴对称状。
请参阅图10，其为图9B中的发送天线和接收天线的干扰分析原理图。在本实施方式中，由于接收天线20E为一对并排且间隔设置的线圈，因此需要对如何利用双线圈消除干扰，得到目标信号做出说明。其中，接收天线20E的接收线圈受各个发送线圈的影响如图10所示。M11为对端发送天线的一个线圈与本地接收天线20E中的一个线圈之间的互感；M12为对端发送天线的该一个线圈与本地接收天线20E中的另一个线圈之间的互感；M21为对端发送天线的另一个线圈与本地接收天线20E中的该一个线圈之间的互感；M22为对端发送天线的另一个线圈与本地接收天线20E中的另一个线圈之间的互感；M31为本地发送天线10E与本地接收天线20E中的一个线圈之间的互感；M32为本地发送天线10E与本地接收天线20E中的另一个线圈之间的互感，因此，本地接收天线20E的两个接收线圈感应的磁通量分别为：
φ1＝M11·I1+M21·I2+M31·I3
φ2＝M22·I2+M12·I1+M32·I3
其中，M11＝M12，M12＝M21，M31＝M32，且I2＝-I1。则接收天线20E的两个线圈产生的感应电动势分别为:
Figure BDA0002085638970000111
Figure BDA0002085638970000112
将E2的相位旋转180°并与E1相加，可得总的感应电动势为：
Figure BDA0002085638970000113
因此，可以将接收天线20E中的两个线圈接收的电信号其中之一移相180°并相加，从而可以消除发送天线10E的干扰信号，进而达到将发送天线10E与接收天线20E隔离的效果。
从上述第四和第五实施例可以看出，将所述发送天线10和所述接收天线20其中之一设置为一对并排且间隔设置的线圈，并将所述发送天线10和所述接收天线20其中另一设置为为呈轴对称状的线圈，且所述一对并排且间隔设置的线圈互为轴对称。然后将所述呈轴对称状的线圈的中心位于所述一对并排且间隔设置的线圈的干扰消除面上，也可消除发送天线10所产生的干扰信号。
为了保证对发送天线10所产生的干扰信号的消除效果以及方便天线的设计，在一实施方式中，所述独立线圈所在的平面与所述一对并排且间隔设置的线圈中的两个线圈的中心点的连线平行。此外，在另一实施方式中，还可限定，所述独立线圈所在的平面与所述一对并排且间隔设置的线圈所在的平面平行。其中，所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的对称轴在同一条直线上。如此，可以降低收发装置的厚度，有利于收发设备朝着轻薄化的方向发展。
当所述发送天线为所述一对并排且间隔设置的线圈时，所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的匝数相同，且通过所述每个线圈的电流的大小值相同但方向相反，即可消除发送天线10所产生的干扰信号。当所述接收天线为所述一对并排且间隔设置的线圈时，所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的匝数相同，且所述接收天线所产生的电信号为其中一个线圈所产生的电信号与另一个线圈所产生的电信号移相180°之后的和，如此即可消除发送天线10E所产生的干扰信号。
请参阅图11A，其为本申请第六实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。在本实施方式中，与第五实施例(图9B)中不同的是，所述发送天线10F所在的平面和所述接收天线20F中的两个线圈的中心点的连线垂直，且所述独立线圈的中心点与所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的中心点在一条直线上。
需要说明的是，在本实施方式中，由于发送天线10F和接收天线20F正交放置而非平行放置，发送天线10F在接收天线20F中的每个线圈所产生的磁通量为磁感应强度在与磁感线方向垂直平面上的线圈投影面积上的积分，如下式：
Φ＝NBScosθ
其中，B为接收天线20F处的磁感应强度，S为接收天线20F中每个线圈的面积，θ为收发线圈之间的角度。因此线圈的摆放角度决定了通过其自身磁通量的大小。当两个天线正交放置时(即上式中的θ＝90°)，发送天线10F产生的磁感线无法通过接收天线20F的线圈，因此，接收天线20F处受发送天线10F影响的感应电动势为0，即不受发送天线10F的干扰。因此，在本实施方式中，可以不限定所述独立线圈呈轴对称状，进而便于天线朝多样化发展。其中，接收天线20F的每个线圈的对称轴在一条直线上，例如，每个线圈的对称抽与y轴重合，且每个线圈还可以绕y轴转动。
请参阅图11B，其为本申请第七实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图，与第四实施例(图9A)不同的是，所述接收天线20G所在的平面和所述发送天线10G中的两个线圈的中心点的连线垂直，且所述独立线圈的中心点与所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的中心点在一条直线上。本实施例中的对发送天线10G所产生的干扰信号的消除原理与第六实施例(图11A)类似，在此不再赘述。
需要说明的是，在第七实施例中，由于发送天线10G对接收天线20G不产生干扰，因此，对施加于发送天线10G的两个线圈的电流的大小和方向不做限定。
请参阅图12A，其为本申请第八实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图，与第七实施例(图11B)不同的是，所述接收天线20H所在的平面与所述一对并排且间隔设置的线圈中的两个线圈的中心点的连线垂直，但所述接收天线20H的中心点并未与发送天线10H的两个线圈的中心点在一条直线上。在本实施方式中，为了使垂直于接收天线20H方向的磁感应强度相互抵消，则需要所述发送天线10H的每个线圈的匝数相同，且通过所述每个线圈的电流的大小相同且方向相同。
请参阅图12B，其为本申请第九实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图，与第六实施例(图11A)不同的是，所述发送天线10I所在的平面与所述接收天线20H的两个线圈的中心点的连线垂直，但所述发送天线10I的中心点并未与接收天线20I的两个线圈的中心点在一条直线上。所述接收天线20I中的每个线圈的匝数相同，且接收天线20I所产生的电信号为所述接收天线20I中每个线圈所产生的电信号之和。本实施例中由于发送天线10I在接收天线20I的每个线圈所产生的磁通量相同，当方向相反，即两个线圈所产生的电信号的大小相同但方向相反，进而使得接收天线20I因发送天线10I所产生的电信号相抵消，即能够将所述发送天线10I所产生的干扰消除。
在上述第四至第九实施例中，所述干扰消除面为所所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的中心点连线的垂直平分面，进而可方便天线的设计及摆放。
请参阅图13A，其为本申请第十实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。如图13A所示，在本实施方式中，所述发送天线10J为发送线圈。所述接收天线20J为接收线圈。所述接收线圈的中心点在所述发送线圈的中垂线上。所述发送线圈所在的平面和所述接收线圈所在的平面相垂直。其中，所述发送线圈的中垂线为经过所述发送线圈的中心点且与所述发送线圈所在的平面垂直的直线。本实施例中的发送天线10J的所产生的干扰信号的消除原理与第六实施例(图11A)类似，在此不再赘述。
请参阅图13B，其为本申请第十一实施例中的发送天线和接收天线的结构示意图。如图13B所示，在本实施方式中，所述发送天线10K为发送线圈。所述接收天线20K为接收线圈。所述发送线圈的中心点在所述接收线圈的中垂线上。所述发送线圈所在的平面和所述接收线圈所在的平面相垂直。其中，所述接收线圈的中垂线为经过所述接收线圈的中心点且与所述接收线圈所在的平面垂直的直线。本实施例中的发送天线10K的所产生的干扰信号的消除原理与第六实施例(图11A)类似，在此不再赘述。
从第十实施例和第十一实施例可以看出，只要所述发送线圈和所述接收线圈之一的中心点在所述发送线圈和所述接收线圈其中另一的中垂线上，且所述发送线圈所在的平面和所述接收线圈所在的平面相垂直，即可消除发送天线10所产生的干扰信号。在该两个实施例中，所述发送天线10和所述接收天线20的形状不做限定。
上述第一至第十一实施例中，虽然可以通过对发送天线10和发送天线20的设计及位置摆放来消除发送天线10对接收天线20所产生的干扰，但在实际应用中，还会存在部分干扰信号。因此，请参阅图14，在一些实施例中，为了对本地发送天线10对本地接收天线20所产生的干扰信号的进一步消除，所述收发装置100还包括模拟消除模块70和数字消除模块80。其中，所述模拟消除模块70用于对所述接收天线20接收到的有用信号进行模拟消除。所述数字消除模块80用于对所述接收天线20接收到且经模数转换后的有用信号进行数字消除。
请参阅图15，其为本申请一实施例中的模拟消除模块的结构框图。具体地，所述模拟消除模70包括增益控制模块71和加法器模块72。所述增益控制模块71用于对所述发送天线10所发送的模拟信号进行增益控制。所述加法器模块72与所述增益控制模块71电连接，用于在接收到模拟形式的所述有用信号时消除所述发送的模拟信号。
请参阅图16，其为本申请一实施例中的数字消除模块的结构框图。所述数字消除模块80包括信道估计模块81及算法模块82。所述信道估计模块81用于估计信道响应。所述算法模块82用于在接收到数字形式的所述有用信号时消除所述发送天线10所发送信号的残留干扰信号。
本申请实施例中的收发设备200及收发装置100将全双工技术和磁感通信相结合，不仅利用了磁感通信的优点，还提高了磁感通信的通信效率。此外，还通过对收发线圈的位置、角度和姿态进行设计，消除了全双工技术中的自干扰问题，这样使得在磁感通信中实现全双工技术更加简单且能达到更好的隔离效果。
以上是本申请实施例的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (16)

1.一种收发装置，其特征在于，包括：
发送天线，用于将本地信号发送至对端的接收天线；
接收天线，用于接收对端发送天线发射的有用信号；
其中，所述发送天线和所述接收天线其中之一在所述发送天线和所述接收天线其中另一的干扰消除面上；其中，所述干扰消除面是指使得所述发送天线所产生的干扰信号得到抵消的面。
2.如权利要求1所述的收发装置，其特征在于，所述发送天线和所述接收天线其中之一为呈8字形的线圈；所述发送天线和所述接收天线其中另一为呈轴对称状的线圈；所述呈轴对称状的线圈的中心位于所述呈8字形的线圈的干扰消除面上。
3.如权利要求2所述的收发装置，其特征在于，所述呈轴对称状的线圈所在的平面与所述呈8字形线圈的两个线圈的中心点的连线平行。
4.如权利要求2所述的收发装置，其特征在于，所述呈轴对称状的线圈也为8字形线圈；两个所述8字形线圈中的至少一个在另一个的干扰消除面上。
5.如权利要求2所述的收发装置，其特征在于，位于所述呈8字形的线圈的中心点两侧的线圈互为轴对称，且位于中心点两侧的线圈的匝数相同；所述8字形线圈的干扰消除面为所述8字形线圈的两个线圈的中心点连线的垂直平分面。
6.如权利要求1所述的收发装置，其特征在于，所述发送天线和所述接收天线其中之一为一对并排且间隔设置的线圈；所述一对并排且间隔设置的线圈互为轴对称；所述发送天线和所述接收天线其中另一为独立线圈；所述独立线圈的中心位于所述一对并排且间隔设置的线圈的干扰消除面上。
7.如权利要求6所述的收发装置，其特征在于，所述独立线圈呈轴对称状，且所述独立线圈所在的平面与所述一对并排且间隔设置的线圈中的两个线圈的中心点的连线平行。
8.如权利要求6所述的收发装置，其特征在于，所述独立线圈所在的平面与所述一对并排且间隔设置的线圈中的两个线圈的中心点的连线垂直。
9.如权利要求7所述的收发装置，其特征在于，当所述发送天线为所述一对并排且间隔设置的线圈时，所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的匝数相同，且通过所述每个线圈的电流的大小值相同但方向相反；或者，
当所述接收天线为所述一对并排且间隔设置的线圈时，所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的匝数相同，且所述接收天线所产生的电信号为其中一个线圈所产生的电信号与另一个线圈所产生的电信号移相180°之后的和。
10.如权利要求8所述的收发装置，其特征在于，当所述发送天线为所述一对并排且间隔设置的线圈时，所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的匝数相同，且通过所述每个线圈的电流的大小相同且方向相同；或者，
当所述接收天线为所述一对并排且间隔设置的线圈时，所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的匝数相同，且接收天线所产生的电信号为所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈所产生的电信号之和。
11.如权利要求8所述的收发装置，其特征在于，所述独立线圈的中心点与所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的中心点在一条直线上。
12.如权利要求6所述的收发装置，其特征在于，所述干扰消除面为所述一对并排且间隔设置的线圈中的每个线圈的中心点连线的垂直平分面。
13.如权利要求1所述的收发装置，其特征在于，所述发送天线为发送线圈；所述接收天线为接收线圈；所述发送线圈和所述接收线圈之一的中心点在所述发送线圈和所述接收线圈其中另一的中垂线上；所述发送线圈所在的平面和所述接收线圈所在的平面相垂直；其中，所述发送线圈的中垂线为经过所述发送线圈的中心点且与所述发送线圈所在的平面垂直的直线；所述接收线圈的中垂线为经过所述接收线圈的中心点且与所述接收线圈所在的平面垂直的直线。
14.如权利要求1-13任意一项所述的收发装置，其特征在于，所述收发装置还包括用于对所述接收天线接收到的有用信号进行模拟消除的模拟消除模块；所述模拟消除模考包括增益控制模块和加法器模块；所述增益控制模块用于对发送的模拟信号进行增益控制；所述加法器模块与所述增益控制模块电连接，用于在接收到模拟形式的所述有用信号时消除所述发送天线所发送的模拟信号。
15.如权利要求14所述的收发装置，其特征在于，所述收发装置还包括数字消除模块；所述数字消除模块用于对所述接收天线接收到且经模数转换后的有用信号进行数字消除；所述数字消除模块包括信道估计模块及算法模块；所述信道估计模块用于估计信道响应；所述算法模块用于在接收到数字形式的所述有用信号时消除所述发送天线所发送信号的残留干扰信号。
16.一种收发设备，所述收发设备包括处理器，其特征在于，所述收发设备还包括如权利要求1-15中任意一项所述的收发装置，所述收发装置与所述处理器电连接。
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