CN113014277A - 一种降低通信和雷达激励信号误差干扰的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低通信和雷达激励信号误差干扰的系统及方法，该系统可以保留传统反向散射通信和雷达系统中常用的射频干扰对消模块，使得系统在接收终端反馈信号的同时不容易被激励终端的射频信号或其它射频信号所饱和。该系统可以不用高精度时钟源，降低了发射器和系统的成本和功耗；同时通过数字干扰消除子系统的构建，灵活调节时延相位的尺寸参数，降低无线通信信道的多普勒效应和多径效应对输入信号的干扰，从而提高终端反馈信号的信噪比，提高发射器到终端的激励距离，减小对射频干扰对消模块精度和性能的要求，同时通过兼容射频干扰对消模块来增强系统的适应性，适用于收发一体和收发分离架构的反向散射通信和雷达侦测。

Description

一种降低通信和雷达激励信号误差干扰的系统及方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种降低通信和雷达激励信号误差干扰的系统及方法。

背景技术

为了降低物联网通信终端复杂度、成本和功耗，增加终端的部署密度，通常希望采用反向散射通信的方式进行物联网通信(如RFID等)，其工作原理和雷达反射信号的工作原理类似，目标终端不主动发射射频信号，而是通过反射射频激励(其它来源的)信号并在反射中叠加自身反馈信号(雷达为被动叠加信号)的方式来完成通信过程。由于去掉了主动发射的高功耗射频模块，反向散射通信大幅度降低了通信终端的成本和功耗，也因此具有广阔的应用前景。

若要实现反向散射通信或者雷达，其主要问题之一在于目标终端不主动发射射频信号，而是反射射频激励信号，由于激励信号源和终端间的距离导致其叠加的终端反馈信号的能量大大低于激励信号，因此激励信号在接收端相对于终端反馈信号而言是一种干扰。如何去掉这种干扰就是反向散射通信或者雷达能否实现的一个关键因素。

对于反向散射通信或雷达，可以采用多种信号作为射频激励信号。其射频激励信号干扰除了激励信号本身外，还有激励信号的各种误差导致的干扰，比如激励信号的相位噪声、频偏、空间多径等误差。为了能够识别终端反馈信号，终端反馈信号通常和激励信号本身在频率、时间、相位、幅度上有一定差异，从而激励信号本身通常比较容易在接收端消除掉，但是由于激励信号的相位噪声、频偏、空间多径等误差和终端反馈信号可能处于相同频率、相同时刻，而终端反馈信号在能量上通常远远小于激励信号，导致激励信号的相位噪声、频偏、空间多径等误差不容易在接受端被消除掉，且对终端反馈信号会产生较大干扰，导致信噪比降低，限制发射器到终端的激励距离。

为了减小反向散射通信或雷达侦测中射频激励信号误差的干扰，提高发射器到终端的距离，现有技术方案通常采用高精度时钟源，包括高精度晶振、高精度VCO和PLL，使得激励信号源产生的激励信号具有更小的相位噪声、频偏等误差。

该技术方案的问题在于激励端射频电路成本高、功耗大。

为了减小反向散射通信或雷达侦测中射频激励信号误差的干扰，提高发射器到终端的距离，现有技术方案通常采用射频干扰对消技术。该技术在接收端引入复制的高精度激励信号(通常为接收器和发射器共用时钟源，对应收发一体式雷达和反向散射通信收发共站；或者通过有线连接传输复制的激励信号，对应收发分离式雷达和反向散射通信收发分离架构)，并且在模拟射频电路上调节复制的激励信号的时延和幅度，使其和空口接收的激励信号幅度相同，相位相反，从而同时减小激励信号及其相位噪声、频偏误差的干扰。

该技术方案的问题在于模拟射频时延和幅度调节电路的精度有限，难以实现多幅度多时延/相位的条件，从而难以实现对射频激励信号相位噪声和频偏误差的消除，导致即使消除了射频激励信号本身，其附带误差仍然可能较大且会降低终端反馈信号的信噪比，并且相应射频器件成本较高、体积较大、集成度较差。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种降低通信和雷达激励信号误差干扰的系统及方法解决了发射器的射频激励对终端反馈信号产生较大干扰的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种降低通信和雷达激励信号误差干扰的系统，包括：接收器和发射器；

所述接收器分别与发射器和终端通信连接；

所述终端与发射器通信连接。

进一步地：接收器包括：数字处理器、第一ADC采集模块、第二ADC采集模块、滤波器和接收天线；

所述数字处理器分别与第一ADC采集模块的输出端和第二ADC采集模块的输出端连接；

所述第一ADC采集模块的输入端分别与滤波器的输出端和第二ADC采集模块的输入端连接；

所述滤波器的输入端与接收天线连接；

所述发射器包括：频率源和变频器；

所述频率源的输出端与变频器的输入端连接；

所述频率源用于分别向变频器、终端以及接收天线发射射频激励；

所述终端用于接收射频激励，同时根据接收的射频激励产生反馈信号，并将反馈信号发送至接收天线；

所述变频器用于根据接收到的射频激励产生与射频激励异频的第二射频激励，并将其通过无线通信的方式传输给接收天线；

所述接收天线用于接收射频激励、反馈信号和第二射频激励。

进一步地：接收器包括：数字处理器、第一ADC采集模块、第二ADC采集模块和接收天线；

所述数字处理器分别与第一ADC采集模块的输出端和第二ADC采集模块的输出端连接；

所述第二ADC采集模块的输入端与接收天线连接；

所述发射器包括：功分器和频率源；

所述频率源的输出端与功分器的输入端连接；

所述频率源用于分别向功分器、终端以及接收天线发射射频激励；

所述终端用于接收射频激励，同时接收的射频激励产生反馈信号，并将反馈信号发送至接收天线；

所述功分器用于根据接收到的射频激励产生与射频激励同频的第一射频激励，并将其通过有线通信的方式传输给第一ADC采集模块；

所述接收天线用于接收射频激励和反馈信号。

进一步地：接收器包括：数字处理器、第一ADC采集模块、第二ADC采集模块、第一滤波器、第二滤波器、第一接收天线和第二接收天线；

所述数字处理器分别与第一ADC采集模块的输出端和第二ADC采集模块的输出端连接；

所述第一ADC采集模块的输入端分别与第一滤波器的输出端连接；

所述第一滤波器的输入端与第一接收天线连接；

所述第二ADC采集模块的输入端与第二滤波器的输出端连接；

所述第二滤波器的输入端与第二接收天线连接；

所述发射器包括：变频器和频率源；

所述频率源的输出端与变频器的输入端连接；

所述频率源用于分别向变频器、终端、第一接收天线和第二接收天线发送射频激励；

所述变频器用于根据接收到的射频激励产生与射频激励异频的第二射频激励，并将第二射频激励通过无线通信的方式传输给第一接收天线和第二接收天线；

所述终端用于接收射频激励，同时根据接收的射频激励产生反馈信号，并将反馈信号分别发送至第一接收天线和第二接收天线；

所述第一接收天线用于接收射频激励、第二射频激励和反馈信号；

所述第二接收天线用于接收第二射频激励、射频激励和反馈信号。

进一步地：数字处理器包括：均衡器、幅度时延调节器、处理单元、解调器和误差处理单元；

所述均衡器的输出端与幅度时延调节器的第一输入端连接，其输入端与误差处理单元的输出端连接；

所述幅度时延调节器的输出端与处理单元的第一输入端连接，其第二输入端接收第一AD采集模块的输出信号，并将该信号命为第一输入信号；

所述处理单元的输出端分别与解调器的输入端和误差处理单元的输入端连接，其第二输入端接收第二AD采集模块的输出信号，并将该信号命为第二输入信号。

进一步地：处理单元为减法器。

进一步地：处理单元为混频器。

一种降低通信和雷达激励信号误差干扰的方法，包括以下步骤：

S1、控制终端不发射反馈信号，将第一输入信号输入幅度时延调节器进行幅度和时延调节，得到参考激励；

S2、将第二输入信号和参考激励输入处理单元进行处理，得到残差信号；

S3、将残差信号输入误差处理单元，采用误差计算方法对残差信号进行迭代，得到误差信号；

S4、将误差信号输入均衡器进行均衡操作，得到迭代控制信号；

S5、通过迭代控制信号调节参考激励的幅度和相位；

S6、判断误差信号是否小于设定的阈值，若是，则保持迭代控制信号调节参考激励的幅度和相位的尺度参数不变，完成数字干扰消除子系统的构建，跳转至步骤S7，若否，则跳转至S1；

S7、通过数字干扰消除子系统对携带终端反馈信号的第二输入信号进行处理，降低无线通信信道的多普勒效应和多径效应对第二输入信号的干扰。

进一步地：步骤S3中误差计算方法包括：频谱分析方法和滤波方法。

一种降低通信和雷达激励信号误差干扰的系统及方法，系统中可以保留传统反向散射通信和雷达系统中的射频干扰对消模块，使得系统接收的终端反馈信号不容易被第四射频激励所饱和。

本系统无需采用高精度时钟源，降低发射器的成本和功耗。

同时通过数字干扰消除子系统的构建，灵活调节时延相位的尺寸参数，降低无线通信信道的多普勒效应和多径效应对输入信号的干扰，从而提高终端反馈信号的信噪比，提高发射器到终端的激励距离，减小对射频干扰对消模块精度和性能的要求，同时通过兼容射频干扰对消模块来增强系统的适应性，适用于收发一体和收发分离架构的反向散射通信和雷达侦测。

附图说明

图1为实施例1的系统框图；

图2为实施例2的系统框图；

图3为实施例3的系统框图；

图4为实施例4的系统框图；

图5为实施例5的系统框图；

图6为实施例6的系统框图；

图7为数字干扰消除子系统的系统框图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

一种降低通信和雷达激励信号误差干扰的系统，包括：接收器和发射器；

所述接收器分别与发射器和终端通信连接；

所述终端与发射器通信连接。

实施例1：

如图1所示，接收器包括：数字处理器、第一ADC采集模块、第二ADC采集模块、滤波器和接收天线；

所述数字处理器分别与第一ADC采集模块的输出端和第二ADC采集模块的输出端连接；

所述第一ADC采集模块的输入端分别与滤波器的输出端和第二ADC采集模块的输入端连接；

所述滤波器的输入端与接收天线连接；

所述发射器包括：频率源和变频器；

所述频率源的输出端与变频器的输入端连接；

所述频率源用于分别向变频器、终端以及接收天线发射射频激励；

所述终端用于接收射频激励，同时根据接收的射频激励产生反馈信号，并将反馈信号发送至接收天线；

所述变频器用于根据接收到的射频激励产生与射频激励异频的第二射频激励，并将其通过无线通信的方式传输给接收天线；

所述接收天线用于接收射频激励、反馈信号和第二射频激励。

频率源发射射频激励，终端和接收器的接收天线均会接收射频激励，而有用信号是终端根据接收的射频激励发射的反馈信号，那么，接收器接收到的射频激励对于反馈信号来说是一种干扰，因此，采用变频器将射频激励转换为与之异频的第二射频激励，接收天线对第二射频激励、反馈信号和射频激励进行接收，然后发送给滤波器，经滤波器分离出第二射频激励，再发送至第一ADC采集模块，携带反馈信号和射频激励的信号发送至第二ADC采集模块，第一ADC采集模块和第二ADC采集模块将信号发送给数字处理器处理。

实施例2：

如图2所示，接收器包括：数字处理器、第一ADC采集模块、第二ADC采集模块和接收天线；

所述数字处理器分别与第一ADC采集模块的输出端和第二ADC采集模块的输出端连接；

所述第二ADC采集模块的输入端与接收天线连接；

所述发射器包括：功分器和频率源；

所述频率源的输出端与功分器的输入端连接；

所述频率源用于分别向功分器、终端以及接收天线发射射频激励；

所述终端用于接收射频激励，同时接收的射频激励产生反馈信号，并将反馈信号发送至接收天线；

所述功分器用于根据接收到的射频激励产生与射频激励同频的第一射频激励，并将其通过有线通信的方式传输给第一ADC采集模块；

所述接收天线用于接收射频激励和反馈信号。

频率源发射射频激励，功分器对射频激励进行复制得到第一射频激励，并通过有线的方式传输给第一ADC采集模块；终端接收射频激励，并根据射频激励发射反馈信号；接收天线接收射频激励和反馈信号，并发送至第二ADC采集模块，通过第二ADC采集模块和第一ADC采集模块采集信号发送至数字处理器。

实施例3：

如图3所示，接收器包括：数字处理器、第一ADC采集模块、第二ADC采集模块、第一滤波器、第二滤波器、第一接收天线和第二接收天线；

所述数字处理器分别与第一ADC采集模块的输出端和第二ADC采集模块的输出端连接；

所述第一ADC采集模块的输入端分别与第一滤波器的输出端连接；

所述第一滤波器的输入端与第一接收天线连接；

所述第二ADC采集模块的输入端与第二滤波器的输出端连接；

所述第二滤波器的输入端与第二接收天线连接；

所述发射器包括：变频器和频率源；

所述频率源的输出端与变频器的输入端连接；

所述频率源用于分别向变频器、终端、第一接收天线和第二接收天线发送射频激励；

所述变频器用于根据接收到的射频激励产生与射频激励异频的第二射频激励，并将第二射频激励通过无线通信的方式传输给第一接收天线和第二接收天线；

所述终端用于接收射频激励，同时根据接收的射频激励产生反馈信号，并将反馈信号分别发送至第一接收天线和第二接收天线；

所述第一接收天线用于接收射频激励、第二射频激励和反馈信号；

所述第二接收天线用于接收第二射频激励、射频激励和反馈信号。

频率源发射射频激励，终端根据接收到的射频激励产生反馈信号，变频器根据接收的射频激励产生第二射频激励；第二接收天线接收第二射频激励、反馈信号和射频激励，并发送至第二滤波器；第一接收天线接收射频激励、第二射频激励和反馈信号，那么对于反馈信号来说，第二接收天线接收的射频激励为干扰信号；第一接收天线将接收到的信号发送至第一滤波器，第一滤波器将射频激励和反馈信号滤出，仅输出第二射频激励；第二滤波器接收第二接收天线输出的第二射频激励、反馈信号和射频激励，通过第二滤波器滤出第二射频激励，将携带反馈信号和射频激励的信号发送至第二ADC采集模块；数字处理器处理第二ADC采集模块和第一ADC采集模块传输的数字信号。

实施例4：

如图4所示，接收器包括：数字处理器、第一ADC采集模块、第二ADC采集模块、滤波器、射频干扰对消模块和接收天线；

所述数字处理器分别与第一ADC采集模块的输出端和第二ADC采集模块的输出端连接；

所述第一ADC采集模块的输入端分别与滤波器的输出端、射频干扰对消模块的第一输入端和第二ADC采集模块的输入端连接；

所述滤波器的输入端与射频干扰对消模块的输出端连接；

所述射频干扰对消模块的第二输入端与接收天线连接；

所述发射器包括：频率源和变频器；

所述频率源的输出端与变频器的输入端连接；

所述频率源用于分别向变频器、终端以及接收天线发射射频激励；

所述终端用于接收射频激励，同时根据接收的射频激励产生反馈信号，并将反馈信号发送至接收天线；

所述变频器用于根据接收到的射频激励产生与射频激励异频的第二射频激励，并将其通过无线通信的方式传输给接收天线；

所述接收天线用于接收射频激励、反馈信号和第二射频激励。

频率源发射射频激励，终端和接收器的接收天线均会接收射频激励，而有用信号是终端根据接收的射频激励发射的反馈信号，那么，接收器接收到的射频激励对于反馈信号来说是一种干扰，因此，采用变频器将射频激励转换为与之异频的第二射频激励，接收天线对第二射频激励、反馈信号和射频激励进行接收，然后发送给射频干扰对消模块，降低无线通信信道的多普勒效应和多径效应对信号的部分干扰，经滤波器分离出第二射频激励，再分别发送至第一ADC采集模块和射频干扰对消模块，作为射频干扰对消模块的参考信号，携带反馈信号和射频激励的信号发送至第二ADC采集模块，第一ADC采集模块和第二ADC采集模块将信号发送给数字处理器处理。

实施例5：

如图5所示，接收器包括：数字处理器、第一ADC采集模块、第二ADC采集模块、射频干扰对消模块和接收天线；

所述数字处理器分别与第一ADC采集模块的输出端和第二ADC采集模块的输出端连接；

所述第一ADC采集模块的输入端与射频干扰对消模块的第一输入端连接；

所述第二ADC采集模块的输入端与射频干扰对消模块的输出端连接；

所述射频干扰对消模块的第二输入端与接收天线连接；

所述发射器包括：功分器和频率源；

所述频率源的输出端与功分器的输入端连接；

所述频率源用于分别向功分器、终端以及接收天线发射射频激励；

所述终端用于接收射频激励，同时接收的射频激励产生反馈信号，并将反馈信号发送至接收天线；

所述功分器用于根据接收到的射频激励产生与射频激励同频的第一射频激励，并将其通过有线通信的方式传输给第一ADC采集模块和射频干扰对消模块；

所述接收天线用于接收射频激励和反馈信号。

频率源发射射频激励，功分器对射频激励进行复制得到第一射频激励，并通过有线的方式传输给第一ADC采集模块和射频干扰对消模块；第一射频激励作为射频干扰对消模块的参考信号；终端接收射频激励，并根据射频激励发射反馈信号；接收天线接收射频激励和反馈信号，并发送给射频干扰对消模块，射频干扰对消模块能够消除输入信号的无线通信信道的多普勒效应和多径效应的部分干扰，经处理后发送至第二ADC采集模块，通过第二ADC采集模块和第一ADC采集模块采集信号发送至数字处理器。

实施例6：

如图6所示，接收器包括：数字处理器、第一ADC采集模块、第二ADC采集模块、第一滤波器、第二滤波器、射频干扰对消模块、第一接收天线和第二接收天线；

所述数字处理器分别与第一ADC采集模块的输出端和第二ADC采集模块的输出端连接；

所述第一ADC采集模块的输入端分别与第一滤波器的输出端和射频干扰对消模块的第一输入端连接；

所述第一滤波器的输入端与第一接收天线连接；

所述第二ADC采集模块的输入端与射频干扰对消模块的输出端连接；

所述射频干扰对消模块的第二输入端与第二滤波器的输出端连接；

所述第二滤波器的输入端与第二接收天线连接；

所述发射器包括：变频器和频率源；

所述频率源的输出端与变频器的输入端连接；

所述频率源用于分别向变频器、终端、第一接收天线和第二接收天线发送射频激励；

所述变频器用于根据接收到的射频激励产生与射频激励异频的第二射频激励，并将第二射频激励通过无线通信的方式传输给第一接收天线和第二接收天线；

所述终端用于接收射频激励，同时根据接收的射频激励产生反馈信号，并将反馈信号分别发送至第一接收天线和第二接收天线；

所述第一接收天线用于接收射频激励、第二射频激励和反馈信号；

所述第二接收天线用于接收第二射频激励、射频激励和反馈信号。

频率源发射射频激励，终端根据接收到的射频激励产生反馈信号，变频器根据接收的射频激励产生第二射频激励；第二接收天线接收第二射频激励、反馈信号和射频激励，并发送给射频干扰对消模块；第一接收天线接收射频激励、第二射频激励和反馈信号，那么对于反馈信号来说，第二接收天线接收的射频激励为干扰信号；第一接收天线将接收到的信号发送至第一滤波器，第一滤波器将射频激励和反馈信号滤出，仅输出第二射频激励，并将第二射频激励分别输出给第一ADC采集模块和射频干扰对消模块，经第一滤波器后的第二射频激励用作射频干扰对消模块的参考信号；第二滤波器接收第二接收天线输出的第二射频激励、反馈信号和射频激励，通过第二滤波器滤出第二射频激励，将携带反馈信号和射频激励的信号发送至射频干扰对消模块，通过射频干扰对消模块对信号消除部分干扰，然后发送至第二ADC采集模块；数字处理器处理第二ADC采集模块和第一ADC采集模块传输的数字信号。

如图7所示，针对实施例1～6的系统中所述的数字处理器包括：均衡器、幅度时延调节器、处理单元、解调器和误差处理单元；

所述均衡器的输出端与幅度时延调节器的第一输入端连接，其输入端与误差处理单元的输出端连接；

所述幅度时延调节器的输出端与处理单元的第一输入端连接，其第二输入端接收第一AD采集模块的输出信号，并将该信号命为第一输入信号；

所述处理单元的输出端分别与解调器的输入端和误差处理单元的输入端连接，其第二输入端接收第二AD采集模块的输出信号，并将该信号命为第二输入信号。

处理单元为减法器或混频器。

本发明实施例还提供了一种降低通信和雷达激励信号误差干扰的方法，包括以下步骤：

S1、控制终端不发射反馈信号，将第一输入信号输入幅度时延调节器进行幅度和时延调节，得到参考激励；

S2、将第二输入信号和参考激励输入处理单元进行处理，得到残差信号；

S3、将残差信号输入误差处理单元，采用误差计算方法对残差信号进行迭代，得到误差信号；

S4、将误差信号输入均衡器进行均衡操作，得到迭代控制信号；

S5、通过迭代控制信号调节参考激励的幅度和相位；

S6、判断误差信号是否小于设定的阈值，若是，则保持迭代控制信号调节参考激励的幅度和相位的尺度参数不变，完成数字干扰消除子系统的构建，跳转至步骤S7，若否，则跳转至S1；

S7、通过数字干扰消除子系统对携带终端反馈信号的第二输入信号进行处理，降低无线通信信道的多普勒效应和多径效应对第二输入信号的干扰。

步骤S3中误差计算方法包括：频谱分析方法和滤波方法。

本发明的有益效果为：一种降低通信和雷达激励信号误差干扰的系统及方法，系统中可以保留传统反向散射通信和雷达系统中的射频干扰对消模块，使得系统接收的终端反馈信号不容易被第四射频激励所饱和。

本系统无需采用高精度时钟源，降低发射器的成本和功耗。

同时通过数字干扰消除子系统的构建，灵活调节时延相位的尺寸参数，降低无线通信信道的多普勒效应和多径效应对输入信号的干扰，从而提高终端反馈信号的信噪比，提高发射器到终端的激励距离，减小对射频干扰对消模块精度和性能的要求，同时通过兼容射频干扰对消模块来增强系统的适应性，适用于收发一体和收发分离架构的反向散射通信和雷达侦测。

Claims (2)

1.一种降低通信和雷达激励信号误差干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、控制终端不发射反馈信号，将第一输入信号输入幅度时延调节器进行幅度和时延调节，得到参考激励；

S2、将第二输入信号和参考激励输入处理单元进行处理，得到残差信号；

S3、将残差信号输入误差处理单元，采用误差计算方法对残差信号进行迭代，得到误差信号；

S4、将误差信号输入均衡器进行均衡操作，得到迭代控制信号；

S5、通过迭代控制信号调节参考激励的幅度和相位；

S6、判断误差信号是否小于设定的阈值，若是，则保持迭代控制信号调节参考激励的幅度和相位的尺度参数不变，完成数字干扰消除子系统的构建，跳转至步骤S7，若否，则跳转至S1；

S7、通过数字干扰消除子系统对携带终端反馈信号的第二输入信号进行处理，降低无线通信信道的多普勒效应和多径效应对第二输入信号的干扰。

2.根据权利要求1所述的降低通信和雷达激励信号误差干扰的系统的方法，其特征在于，所述步骤S3中误差计算方法包括：频谱分析方法和滤波方法。

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