一种基于MPPSK调制的共信道全双工系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于MPPSK调制的共信道全双工系统，该系统在射频端对收发信号进行正常隔离后，只需在数字基带完成对泄漏自干扰信号的对消：该对消方法在对MPPSK收发混叠信号冲击滤波、提取并乘以相干载波、带通滤波及数字化后进行，利用在正式通信前对起于调制器输出端、止于接收机ADC间的全部自干扰通路的初始信道估计结果重建自干扰抵消信号，再结合“冲击滤波‑乘以相干载波‑带通滤波‑相关解调”的“码率域滤波”与“双匹配滤波”方法进一步滤除残差并可靠解调出MPPSK接收信号。该系统无需射频自干扰对消，对ADC的动态范围及采样率要求低，且对自干扰信号隔离度高，结构简单、复杂度低，频谱效率高、解调性能好。

A MPPSK modulation based common channel full duplex system

The invention discloses a common channel full duplex MPPSK modulation system based on the system of normal isolation of the transceiver signal in the RF end, only in the completion of the digital baseband signal leakage self interference cancellation: the cancellation method in MPPSK receiving mixed signals, and multiplied by the shock filter extraction, coherent carrier bandpass filtering and digital communication, use in the official before the end, stop at the modulator output from the receiver of ADC among all the initial channel estimation results of the reconstruction of self interference channel self interference cancellation signal, combined with the \shock filter multiplied by band-pass filter coherent carrier demodulation\ domain filtering rate \and double matching filter method to filter out residual and reliable to demodulate MPPSK signal. The system needs no RF interference cancellation, low dynamic range and sampling rate of ADC, high isolation rate of self interference signal, simple structure, low complexity, high spectrum efficiency and good demodulation performance.

【技术实现步骤摘要】
一种基于MPPSK调制的共信道全双工系统
本专利技术属于数字通信中的抗干扰与解调领域，设计一种数字通信系统，具体的说，涉及一种基于MPPSK调制的共信道全双工系统。
技术介绍
双工技术是通信节点进行双向通信的关键，传统双工模式主要是频分双工(FDD)或时分双工(TDD)。频分双工系统使用相同时隙但不同频段来双向传输数据，从而利用滤波器的通带和禁带隔离上下链路间的干扰；时分双工使用相同频率但不同时隙完成双向传输，从而隔离上下行链路间的干扰。在隔离上行或下行链路过程中，这两种双工方法分别牺牲了频率资源或与之具有等效性的时间资源，为实现双工通信系统都付出了双份开销，导致两者的频谱效率低下。当今社会对无线数据业务需求日益增加，空间无线信道也日益拥挤，而频谱是宝贵的且有限的战略性资源，这就迫使人们不断寻求提高系统频谱利用率和抗干扰性能的新方法。1、现有的同频全双工技术鉴于传统双工技术低下的资源利用率，在无线通信频谱资源甚为匮乏的今天，自然会提出一个问题：是否可将FDD/TDD的资源开销减半？新兴的同频全双工技术给出了肯定的答案。总体而言，同频全双工系统按其同一端使用天线的数量，可分为多天线同频全双工系统(也称天线分离型)和单天线同频全双工系统(也称天线共享性)，前者在同一端的收发使用不同的天线，而后者则共用一副天线进行收发。1)研究现状北京大学焦秉立教授早在2006年首次提出了同频同时全双工(CFDD)概念，此后持续进行了同频同时全双工的研究，且于2013年6月率先实现了同频同时双工单小区试验演示系统，该系统包括一个基站和两个移动终端：基站工作方式为同频同时全双工，其覆盖直径为100米，终端为TDD模式，其带宽效率为TDD系统的两倍。此外，电子科技大学唐友喜教授团队在2013年1月18日完成了4G中的同时同频全双工(CFDD)技术实验验证：在相同的时间及频率资源条件下，使4G空中接口提高了一倍的频谱效率，是国内第一个4GFFD实验床测试场景，完成了从理论研究到工程实现的跨越。华为、大唐电信、中国电信北京科学院等企事业单位也参与了相关研究与技术验证。2010年9月，美国斯坦福大学SachinKatti等人指出采用天线对消技术并结合自干扰对消技术可以在802.15.4个域网的2.4GHz频段实现单信道全双工无线通信(SCFD)，其中采用的干扰对消包括射频干扰对消和数字干扰对消两种干扰对消技术，据称可消除多达73dB的泄漏干扰信号，通信距离达到2m左右。2010年底，美国奥斯汀大学的MelissaDuarte的研究表明在2.4GHz频段范围，采用天线分离和合理的干扰对消技术组合方案，可以使得近端自干扰衰减高达80dB左右。2011年6月，美国莱斯大学的Melissa和Achaleshwar给出了基于FPGA的单信道全双工无线通信系统完整的硬件设计电路，同时给出了采用该实验电路所获得的关于物理层研究的实验结果，证实了在2.4GHz频段范围内，通过发射天线与接收天线的合理配置和射频自干扰对消方案，能够对消达78dB的自干扰信号，实现单信道全双工通信的目标。2012年，美国纽约理工大学M.E.Knox通过采用基于平衡馈线网络的环形器设计在天线端同时取得了多达40-45dB的自干扰抑制和较低的插入损耗，并结合射频或数字自干扰对消技术，率先实现了基于单天线的同频全双工系统。其他国外科研院所也取得了一定进展。2)关键技术同频全双工系统需在相同的时间和频带发送与接收信号，这必然会使同一端节点的发射信号泄漏并落入接收通道形成对有用接收信号的干扰，我们将这种泄露的发射信号称为自干扰信号，该自干扰信号的强度将远远大于来自远端发射天线的有用接收信号，一般认为将超出60dB-120dB(即信干比在-120dB与-60dB之间)，从而严重影响对远端无线设备发送信号的接收，导致接收灵敏度降低、通信性能恶化；严重情况下，接收通道将被堵塞导致接收功能完全丧失，甚至烧毁接收机前端。因此，研究可实现的自干扰对消技术是实现同频全双工无线通信系统的第一步也是最为关键的一步。总体来说自干扰对消技术可分为三大类：天线(也称空间)自干扰对消、射频(也称模拟电路)自干扰对消、数字基带自干扰对消，如图1所示，为获取更高的自干扰信号隔离度、更优的通信性能，现有全双工系统一般都综合采用这3种技术，这不可避免也增加了系统的复杂度。①天线(空间)自干扰对消对于多天线同频全双工系统，由于收发天线分离，则若可使发射天线的发射信号尽可能少地落入接收天线，则即可达到一定程度的自干扰消除效果，已有的技术包括：收发天线分离、采用分布式天线、直接屏蔽自干扰信号、采用鞭式极化天线、配备多发射或接收天线使得多路自干扰信号之和为零。对于单天线同频全双工系统，因收发共用一副天线，因此并不适用上述天线分离办法，通常采用极化分离(例如振子天线发射采用垂直极化、接收采用水平极化；面天线发射采用左圆极化、接收采用右圆极化；反之亦然)，或波束分离(例如相控阵天线分别指派不同的波束用于发射和接收)，但这都将极大地增加天线的体积和复杂性，且在收发完全同频时的隔离效果也很不理想。另外就是采用“双工器”，通常为所谓的“环形器”(Cirucator)，分离原理在于利用磁场偏置铁氧体材料的各向异性特性，使得其电磁波的传输只能沿单方向环行，反方向是隔离的，也即发送信号只能沿着“Tx→天线”的方向发射出去，而不能再反向传输至接收节点，如此便可有效隔离发送信号对接收信号的自干扰，如图1(c)或图2所示。但受限于物理电路、工艺实现、阻抗难匹配等因素，环形器的隔离度并不会太高。另外，环形器也可使用所谓的“定向耦合器”来实现。值得注意的是，天线技术对自干扰的隔离度与其插入损耗成正比，虽然已有成果在极端情况下可取得对自干扰信号高达50-60dB的抑制，但它对发射信号和对有用接收信号的损失也更多，且高隔离度的获取通常需同时结合上述几种天线分离技术或在环形器的基础上搭建平衡馈线网络等，这也使得全双工系统的天线环节变得较为复杂。综合考虑，我们一般认为现有天线域技术可将自干扰信号的强度降低20-40dB。②射频(模拟电路)自干扰对消射频自干扰对消技术是利用泄露自干扰信号的先验知识，在发射环节预先保留一份发射信号的副本，然后在接收环节向总的模拟接收信号(包括自干扰信号与期望接收信号)中减去该参考抵消信号，并不断调整该参考抵消信号的衰减和相位，使其与接收到的自干扰信号一致，从而求得较理想的对消自干扰信号，图3给出了射频对消的典型结构。现有的射频自干扰对消方法可细分以下几种：a)基于RF发射链路的自干扰对消(又称平行无线链路对消)：它在发射机数字基带电路产生基准信号并上变频，通过估计从发端上变频后到接收端下变频前的射频自干扰信道来重建自干扰抵消信号。b)基于相位抵消原理的射频自干扰对消：指通过两条或多条路径来发射信号，信号碰撞后处于相加增强或相减对消模式来加强信号或者削弱信号。c)基于矢量调制原理的射频自干扰对消:一般将输入信号被分成相差90°的同相分量与正交分量，同相分量与正交分量分别使用单独的变量放大器来进行尺度变换，然后对矢量调制器不断调整输入信号的幅度与相位，以合成干扰对消基准信号所需的幅度与相位。d)基于信号反转原理的射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MPPSK调制的共信道全双工系统，包括对称的近端通信节点(1)和远端通信节点(2)，任意一端通信节点的发射端和接收端共用一副天线(3)，所述天线(3)的射频端对收发信号通过一隔离器(4)进行隔离，其特征在于：所述的任意一端的通信节点还包括有一MPPSK调制器和一数字基带自干扰对消模块；所述数字基带自干扰对消模块主要包括下变频器、冲击滤波器、窄带带通滤波器、带通滤波器、模数转换器(ADC)和自干扰信道估计器；首先，接收的MPPSK混叠信号经过所述下变频器变频后分成两路，一路进入所述冲击滤波器，另一路进入所述窄带带通滤波器，将两路输出波形相乘后依次经所述带通滤波和所述模数转换器(ADC)输出；然后，所述自干扰信道估计器以在正式通信前对起于发端的所述MPPSK调制器的输出端、止于收端的所述模数转换器间的全部自干扰通路的初始信道估计结果重建自干扰信号，所述的模数转换器(ADC)输出与所述自干扰信号完成数字干扰对消；所述共信道全双工系统是指允许同频点、同天线、同极化、同波束、同时间的单天线全双工系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于MPPSK调制的共信道全双工系统，包括对称的近端通信节点(1)和远端通信节点(2)，任意一端通信节点的发射端和接收端共用一副天线(3)，所述天线(3)的射频端对收发信号通过一隔离器(4)进行隔离，其特征在于：所述的任意一端的通信节点还包括有一MPPSK调制器和一数字基带自干扰对消模块；所述数字基带自干扰对消模块主要包括下变频器、冲击滤波器、窄带带通滤波器、带通滤波器、模数转换器(ADC)和自干扰信道估计器；首先，接收的MPPSK混叠信号经过所述下变频器变频后分成两路，一路进入所述冲击滤波器，另一路进入所述窄带带通滤波器，将两路输出波形相乘后依次经所述带通滤波和所述模数转换器(ADC)输出；然后，所述自干扰信道估计器以在正式通信前对起于发端的所述MPPSK调制器的输出端、止于收端的所述模数转换器间的全部自干扰通路的初始信道估计结果重建自干扰信号，所述的模数转换器(ADC)输出与所述自干扰信号完成数字干扰对消；所述共信道全双工系统是指允许同频点、同天线、同极化、同波束、同时间的单天线全双工系统。2.根据权利要求1所述的一种基于MPPSK调制的共信道全双工系统，其特征在于：所述的任意一端的通信节点还包括一数模转换器(DAC)，所述自干扰信道估计器以在正式通信前对起于发端的所述数模转换器(DAC)的输出端、止于收端的所述模数转换器(ADC)间的全部自干扰通路的初始信道估计结果重建自干扰信号，所述的模数转换器(ADC)输出与所述自干扰信号完成数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王继武，吴乐南，卢从慧，
申请(专利权)人：苏州东奇信息科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32