一种窄带全双工系统的二维天线对消方法技术方案

本发明专利技术公开一种窄带全双工系统的二维天线对消方法。其基于相位抵消原理的自干扰消除上增设N对发射天线，在窄带全双工系统中，在近端全双工节点处由N副发射天线和一副接收天线构成一个圆形的天线布阵结构，接收天线在圆心处，发射天线分布在两个以接收天线为圆心的同心圆上，且两两在一条直径成对分布，每一对中，其中之一距离圆心的距离为d，另一个距离圆心的距离是d+λ/2，达到一条路径长度与另一条相比相差信号载波波长一半的奇数倍，即使得相位相差π，满足相互对消的原理，发送信号从发射天线处经功分器分为N份，同时同频发送出去，在接收天线处使自干扰信号相消叠加，明显减少对接收端有用信号的干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，尤其涉及一种窄带全双工系统的二维天线对消方法。
技术介绍
今天无线设备的使用越来越普遍。日益增长的无线多媒体服务需求和有限的无线频谱资源，以及用户们对无线网络速度及可靠性实用性越来越高的需求，使得人们越来越专注于研制更高传输速率和更经济有效的无线网络系统。如何提高有限频谱资源的利用率，是现在无线通信系统的主要研究目标，在过去的几十年里，研究者们着力于研究节约无线资源或最大化利用无线资源的各种技术与方法，各种各样的无线通信系统应运而生。但如何在双工领域增强频谱利用率的技术还是有待于提高。在无线系统中，一个最基本的概念是无线通信设备不能在相同的频带同时发送与接收数据，即工作于单信道全双工模式。这是由于在每一个节点有两根天线，一根天线用于发送信号，一根天线用于接收信号，当系统工作于同频全双工模式时，接收天线信号会受到自己发射天线发送信号的干扰，由于无线信号在传输过程中会随着距离的增加而迅速衰减，则本来要接收的远距离目标信号将会完全淹没在本发射天线的发送信号(称之为自干扰信号)里。一般的双向通信系统，两个节点在相同的频带同时发送和接收信号，如附图1所示，节点1的发射天线TX1发射的信号在该节点接收天线RX1处会产生干扰，这个信号比来自节点2发射天线TX2的目标信号高15—100dB。由于大部分现代通信系统都是数字化处理接收信号来解码信号，这就需要使用模数转换器(Analog-to-DigitalConverter,简称ADC)将射频接收信号转化为数字信号。但是在这种情况下，强干扰信号将占据接收信号处理链路中ADC的大部分动态范围，使得有用信号的量化噪声太大，有用信号淹没在量化噪声里，信息丢失。可见设计单通道全双工无线通信系统所面临的巨大的挑战是如何在射频接收信号通过ADC采样之前尽可能消除接收机的强自干扰信号。2010年9月，美国斯坦福大学SachinKatti等人在国际会议MobiCom‘10上，演示了他们在论文里给出的实验结果，指出采用天线消除技术结合自干扰消除技术可以在802.15.4个域网的2.4GHz频段实现单信道全双工无线通信，该技术可使近端干扰衰减多达60dB。其中干扰消除包括射频干扰消除和数字干扰消除两种自干扰消除技术。后来的研究针对收发天线之间的距离、收发天线的指向及天线的放置位置等方面进行了天线对消的性能的提高。据已有的全双工天线对消技术，假设发射源的基带信号是x[t],经过两根发射天线之后，导致其振幅分别被缩放了A1和A2，在到达接收天线之前，两组信号分别产生了和的衰减以及和的相移，那么最终接收天线接收到的叠加信号为：A1Att1x[t]ej(2πfct+φ1)+A2Att2x[t]ej(2πfct+φ2)]]>接收到的信号功率为：P[y(t)]=y(t)*y(t)‾]]>理论上来说，应该有但实际上，要在接收天线处保证两组信号相同的幅度很困难，因为两组信号通过不同的路径到达接收天线难免会产生失真或畸变。如果两组发射信号的相位差是理想情况，则会有φ2＝φ1+π，但由于我们针对的是窄带信号，发射信号并不是单一频率，而是有一定带宽，且又是实际系统，所以还是存在幅度和相位误差。这些幅度匹配的误差和相位匹配的误差就会对天线对消技术的性能造成影响，使其效果下降。我们知道不论是在振幅匹配还是相位匹配即距离匹配上，很小的误差就会产生很大的影响，使得对消技术性能下降。同时信号从发射天线到接收天线的传输过程中，经历不同的信道特性，也会严重影响信号的幅度和相位，造成抵消信号的相对幅度和相位发生改变，从而造成天线对消技术的性能下降。
技术实现思路
针对已存的天线对消技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可以明显减少对接收端有用信号的干扰的窄带全双工系统的二维天线对消方法。该窄带全双工系统的二维天线对消方法是在二维空间上于一个节点设置N对发送天线，每对发送天线在距离上相差信号载波波长一半的奇数倍，使得自干扰信号在接收天线处相消叠加,从而使两个发送天线发送而来的信号得到一定的消除。其可以得到更大的自干扰信号衰减，使得窄带全双工系统中存在的自干扰问题得到更好的解决。为了实现上述的目的，本专利技术一种窄带全双工系统的二维天线对消方法的基本思路是，在全双工节点设置2N(N≥2)根发射天线(组成N对发射天线)和1根接收天线。全双工节点将发射信号通过功分器把信号等分成2N份，然后分别通过2N根发射天线发射，每对发射天线分布在以接收天线为圆心的一条半径上。由于N≥2，意味着半径数目为2条及以上。要求半径平分以接收天线为圆心的圆，例如：当N＝2时，共有2对发射天线分别位于2条半径上，这2条半径平分整个圆，所以它们相差180度，也就是在同一条直径上；当N＝3时，共有3对发射天线分别位于3条半径上，这3条半径平分整个圆，所以它们相差120度；当N＝4时，共有4对发射天线分别位于4条半径上，这4条半径平分整个圆，所以它们相差90度；以此类推。每对发射天线中的2根发射天线距离位于圆心的接收天线相差信号载波波长一半的奇数倍，且各对天线上的2根发射天线分别位于以接收天线为圆心的同心圆上，这样N对发射天线发射的信号在接收天线处满足相互对消的原理，使得自干扰信号得到更好的消除。假设发射源的基带信号是x[t],经过2N根发射天线之后，导致其振幅分别被缩放了A11和A12、A21和A22、……AN1和AN2，在到达接收天线之前，N组信号分别产生了和和和的衰减以及和和和的相移。按照我们的设计，在接收端，接收到的叠加信号为：：y(t)=A11Att11x[t]ej(2πfct+φ11)+A12Att12x[t]ej(2πfct+φ12)+......+AN1AttN1x[t]ej(2πfct+φN1)+AN2AttN2x[t]ej(2πfct+φN2)]]>N＝2，3，4……接收到的信号功率为：P[y(t)]=y(t)*y(t)‾]]>本专利技术有如下优点：本技术是在基于相位抵消原理的自干扰消除上增设N对发射天线。在窄带全双工系统中，在近端全双工节点处由N副发射天线和一副接收天线构成一个圆形的天线布阵结构，接收天线在圆心处，发射天线分布在两个以接收天线为圆心的同心圆上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种窄带全双工系统的二维天线对消方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)全双工节点的发射信号经数模转换，再经上变频器生成射频发射信号；射频发射信号送入全双工节点的功率分配器，功率分配器输出信号送入发射天线；(2)进行全双工节点天线布置；其中，全双工节点天线布置如下：在全双工节点共设置2N(N≥2)根发射天线(组成N对发射天线)和1根接收天线；全双工节点的每对发射天线分布在以接收天线为圆心的圆的一条半径上；半径数目大于等于2，且半径平分以接收天线为圆心的圆；当N＝2时，共有2对发射天线分别位于2条半径上，这2条半径平分整个圆，两条半径间相差180度，也就是在同一条直径上，当N＝3时，共有3对发射天线分别位于3条半径上，这3条半径平分整个圆，两相邻半径间相差120度，当N＝4时，共有4对发射天线分别位于4条半径上，这4条半径平分整个圆，两相邻半径间相差90度，以此类推；每对发射天线中的2根发射天线距离位于圆心的接收天线相差信号载波波长一半的奇数倍，且各对天线上的2根发射天线分别位于以接收天线为圆心的同心圆上；i、每个全双工节点共有2N根发射天线，其中N≥2；发射天线每2根组成1对发射天线，共有N对发射天线；ii、N对发射天线分别位于以接收天线为圆心的圆的N条半径上，且组成两个同心圆，每对发射天线中的2条天线分别位于不同的同心圆上；iii、N条半径平分以接收天线为圆心的圆，即任意相邻2条半径间的角度相等；iv、N对发射天线所在的2个同心圆，半径相差信号载波波长一半的奇数倍；在接收天线处，2个同心圆上的发射天线的发射信号到达位于圆心的接收天线的路径长度相差信号载波波长一半的奇数倍，发射信号在接收天线上相位差π，相消叠加，实现自干扰的天线对消；(3)全双工节点的射频发射信号通过功率分配器分成2N份，然后分别通过2N根发射天线发射，在该全双工节点的接收天线处，对自干扰天线对消；(4)接收天线接收其它全双工节点的有用信号及在接收天线处完成自干扰抵消后的本节点的发射信号，再通过噪声消除芯片进一步进行射频干扰抵消，得到自干扰更小的有用信号；(5)上述处理后的信号经过下变频处理到基带信号，然后模数变换到数字域，在数字域使用相关参考信号，进行干扰消除；(6)解码，得到期望信号。...

【技术特征摘要】
1.一种窄带全双工系统的二维天线对消方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)全双工节点的发射信号经数模转换，再经上变频器生成射频发射信号；射频
发射信号送入全双工节点的功率分配器，功率分配器输出信号送入发射天线；
(2)进行全双工节点天线布置；其中，全双工节点天线布置如下：在全双工节点
共设置2N(N≥2)根发射天线(组成N对发射天线)和1根接收天线；全
双工节点的每对发射天线分布在以接收天线为圆心的圆的一条半径上；半径
数目大于等于2，且半径平分以接收天线为圆心的圆；当N＝2时，共有2对
发射天线分别位于2条半径上，这2条半径平分整个圆，两条半径间相差180
度，也就是在同一条直径上，当N＝3时，共有3对发射天线分别位于3条半
径上，这3条半径平分整个圆，两相邻半径间相差120度，当N＝4时，共有
4对发射天线分别位于4条半径上，这4条半径平分整个圆，两相邻半径间
相差90度，以此类推；每对发射天线中的2根发射天线距离位于圆心的接收
天线相差信号载波波长一半的奇数倍，且各对天线上的2根发射天线分别位
于以接收天线为圆心的同心圆上；
i、每个全双工节点共有2N根发射天线，其中N≥2；发射天线每2根组
成1对发射天线，共有N对发射天线；
ii、N对发射天线分别位于以接收天线为圆心的圆的N条半径上，且组成
两个同心圆，每对发射天线中的2条天线分别位于不同的同心圆上；
iii、N条半径平分以接收天线为圆心的圆，即任意相邻2条半径间的角度
相等；
iv、N对发射天线所在的2个同心圆，半径相差信号载波波长一半的奇数
倍；在接收天线处，2个同心圆上的发射天线的发射信号到达位于圆
心的接收天线的路径长度相差信号载波波长一半的奇数倍，发射信号
在接收天线上相位差π，相消叠加，实现自干扰的天线对消；
(3)全双工节点的射频发射信号通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘龙伟，李文刚，唐李梅，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61