在单天线同时同频全双工通信中消除单对偶阵元自/互干扰的方法技术

本发明专利技术公开了在单天线同时同频全双工通信中消除单对偶阵元自/互干扰的方法，我们通过建立单天线单阵元辅助射频通道的数字表示，设计相关器，同时将主射频信道的干扰信号经过模拟反相器，产生一个幅度相同、相位相差π的信号，两路信号可以在经过环形器后相叠加，基于对称原理，在理想情况下，使得正阵元给负阵元产生的互干扰与负阵元给正阵元产生的互干扰可相互对消，然后通过提取自干扰主分量相对于辅助信号的延迟、相移、幅度，利用以上三维信息在数字域对辅助信号进行预加权(三维精确控制)，再通过射频域加法器实现了自干扰对消(跨域自干扰抵消)，进而有效提升了通信的频谱效率，使得频谱效率更高。

A method for eliminating single / dual element self / interference in single antenna simultaneous frequency duplex communication

The invention discloses a method for eliminating self/mutual interference of single dual array element in full duplex communication of the same frequency with a single antenna. By establishing a digital representation of the auxiliary radio frequency channel of single antenna and single array element, a correlator is designed. At the same time, the interference signal of the main radio frequency channel is passed through an analog inverter to produce a same amplitude and phase difference. The two signals of PI can be superimposed after passing through the loop. Based on the principle of symmetry, the mutual interference produced by the positive element to the negative element and the mutual interference produced by the negative element to the positive element can be cancelled under ideal conditions. Then the delay, phase shift and amplitude of the self-interference principal component relative to the auxiliary signal can be extracted. Using the above three-dimensional information in the digital domain to pre-weigh the auxiliary signal (three-dimensional accurate control), and then through the RF domain adder to achieve self-interference cancellation (cross-domain self-interference cancellation), thus effectively improving the spectrum efficiency of communication, making the spectrum efficiency higher.

【技术实现步骤摘要】
在单天线同时同频全双工通信中消除单对偶阵元自/互干扰的方法
本专利技术涉及消除单对偶阵元自/互干扰的方法，具体涉及在单天线同时同频全双工通信中消除单对偶阵元自/互干扰的方法，属于通信

技术介绍
无线同时同频双源全双工传输指的是在同一个无线物理信道上由两个源节点到两个目的节点的信号的传输，其中至少有一个节点既为源节点又为目的节点。无线同时同频双源全双工是近几年来在小尺度通信环境下可以被实用化的一种有效提升通信频谱效率的技术。相比于传统的半双工(同一频段同一时隙上只有一个源节点发送数据和一个目的节点接收数据)，无线同时同频双源全双工理论上可以提升1倍的频谱效率，从而从本质上增加无线网络扩容的能力。更有利的是，无线同时同频双源全双工模式可以取代频分双工和时分双工这两种传统的半双工模式，实现双工方式的统一，从而为无缝统一的通信提供有效途径。同时同频双源全双工作为方式统一、比传统半双工频谱效率更高的双工模式，受到学术界与工业界的广泛关注。然而，随着人们对大容量、高兼容性通信的需求与日俱增，例如目前一些可穿戴的智能设备(智能手表、智能眼镜、智能手机等)，如何实现频谱效率更高、如何更好地消除未来无线通信中的自/互干扰、如何实现双工方式统一传输成为下一代无线通信(5G)迫切需要解决的问题。同时同频全双工通信的本地功率泄露会导致严重的自干扰，因此有效的消除同频环路自干扰是全双工得以应用的前提。在无线同时同频双源全双工通信中，抑制和抵消通信中的自/互干扰技术基本可以归纳为三种：(1)传播域自干扰抑制技术，该技术主要是在空间域利用射频技术大幅度削弱自干扰，从而避免接收端射频放大器的输入端产生“压制性自干扰”；(2)模拟域自干扰抵消技术，该技术是在接收端降低自干扰，从而避免模数转换器的输入被自干扰压制；(3)数字域自干扰抵消技术，该技术主要对残余自干扰进行精确刻画重构并消除，同时克服射频放大器的失真、模数转换器的非线性、收发晶振相位误差等因素对自干扰的影响。上述三种技术有一个共同的特点，就是都要求收发天线不能是同一根天线，即都是围绕多天线展开的，这样做的目的是为了不给发射天线产生本天线回路自干扰，但由于收发不共用天线，明显浪费了部分天线资源。针对日益紧缺的天线和带宽资源，探索收发天线共用一根天线(即围绕单天线展开)且不以天线为置换资源换取全双工频谱效率提升的全双工自/互干扰消除的方法，对未来无线通信有着关键的作用。此外，上述三种技术还有一个共同的特点，那就是都不适用于大尺度通信情形，例如传输距离为1公里的通信。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种适用于大尺度通信情形、在单天线同时同频全双工通信中消除单对偶阵元自/互干扰的方法。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：在单天线同时同频全双工通信中消除单对偶阵元自/互干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：一、建立针对正负阵元主射频通道的等效基带模型正负阵元主射频通道即信号通道，建立针对该正负阵元主射频通道的等效基带模型，具体如以下公式所示：其中：Ip(t)表示正阵元主射频通道的脉冲响应；In(t)表示负阵元主射频通道的脉冲响应；L表示多径信道中的多径数目；al(t)表示第l路径的幅度响应；θl(t)表示第l路径的相移；τl表示第l路径的时延；δ(t-τl)表示当时延为τl时的冲击函数；j表示虚数的单位；将前已建立的针对正负阵元主射频通道的等效基带模型与环行器的信道进行卷积，得到环行器的信道新的表达式，具体如下：其中：*表示卷积；εab表示从正阵元的环行器的端口a到端口b的时延(ab∈{12,13,23})；表示从负阵元的环行器的端口a到端口b的时延(ab∈{12,13,23})；kab(t-εab)表示从正阵元的环行器的端口a到端口b的幅度响应(ab∈{12,13,23})；表示从负阵元的环行器的端口a到端口b的幅度响应(ab∈{12,13,23})；ωab(t-εab)表示从正阵元的环行器的端口a到端口b的相移(ab∈{12,13,23})；表示从负阵元的环行器的端口a到端口b的相移(ab∈{12,13,23})；hn,p(t-ηn,p)表示从负阵元的环行器到正阵元的环行器之间的无线信道的脉冲响应，ηn,p是其时延；hp,n(t-ηp,n)表示从正阵元的环行器到负阵元的环行器之间的无线信道的脉冲响应，ηp,n是其时延；二、设计相关器首先，将从环行器出来的两路信号用加法器进行叠加，完成第一步的自/互干扰抵消，公式如下：y(t)＝yp(t)+yn(t)+yu(t)*γ(t)＝x(t)*Ip(t)+x(t)*In(t)+yu(t)*γ(t)＝x(t)*[Ip(t)+In(t)]+yu(t)*γ(t)其中：y(t)表示正负阵元经过加法器的输出信号；x(t)表示本地已知的干扰信号；yp(t)表示正的信号、yn(t)表示负的信号、yu(t)表示有用信号；γ(t)表示从正负阵元的环行器的端口2到端口3之间的信道脉冲响应；然后，通过对信号y(t)进行A/D采样，其中，Ts表示采样周期，m表示采样点，y(m)表示采样后的离散信号；接下来，设计一条辅助射频通道，使其基带模型与主射频通道的基带模型类似，该辅助射频通道的脉冲响应用表示，当本地已知的干扰信号x(t)经过辅助射频通道之后得到输出信号z(t)：同样，对z(t)进行A/D采样，得到z(m)；为了去除主要的自干扰信号这部分，将两路信号做相关处理，在τ时刻y(t)与z(t)的互相关函数R(τ)为：最后，基于射频相关器的输出结果，自适应的调整辅助射频通道辅助信号的时延、幅度、相移，从而获取相关器的强相关结果，此时对应单天线单阵元的自干扰主分量可被完全抵消，表达式为：其中：E表示期望。本专利技术的有益之处在于：1、收发天线共用一根天线，节省了部分天线和带宽资源；2、在保证不浪费天线资源的前提下，有效地消除了同时同频全双工通信中的自/互干扰，进而有效地提升了通信的频谱效率，使频谱效率更高；3、因为频谱效率更高，所以适用于大尺度通信情形。附图说明图1是本专利技术的单天线单对偶阵元的系统框图；图2是单天线单对偶阵元自/互干扰消除前后的对比图。具体实施方式在本专利技术提供的方法中，单天线单对偶阵元指收发共用一根天线，且其中配置一个正阵元与一个负阵元，正阵元与负阵元发射同一信号，二者相位相差180度。以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。本专利技术提供的在单天线同时同频全双工通信中消除单对偶阵元自/互干扰的方法，具体包括以下步骤：一、建立针对正负阵元主射频通道的等效基带模型正负阵元主射频通道即信号通道，建立针对该正负阵元主射频通道的等效基带模型，具体如以下公式所示：其中：Ip(t)表示正阵元主射频通道的脉冲响应；In(t)表示负阵元主射频通道的脉冲响应；L表示多径信道中的多径数目；al(t)表示第l路径的幅度响应；θl(t)表示第l路径的相移；τl表示第l路径的时延；δ(t-τl)表示当时延为τl时的冲击函数；j表示虚数的单位。图1是本专利技术的单天线单对偶阵元的系统框图。参照图1，当本地的正负阵元分别与一个环行器连接时，相当于接入了一个新的信道，将前已建立的针对正负阵元主射频通道的等效基带模型与环行器的信道进行卷积，得到环行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.在单天线同时同频全双工通信中消除单对偶阵元自/互干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：一、建立针对正负阵元主射频通道的等效基带模型正负阵元主射频通道即信号通道，建立针对该正负阵元主射频通道的等效基带模型，具体如以下公式所示：

【技术特征摘要】
1.在单天线同时同频全双工通信中消除单对偶阵元自/互干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：一、建立针对正负阵元主射频通道的等效基带模型正负阵元主射频通道即信号通道，建立针对该正负阵元主射频通道的等效基带模型，具体如以下公式所示：其中：Ip(t)表示正阵元主射频通道的脉冲响应；In(t)表示负阵元主射频通道的脉冲响应；L表示多径信道中的多径数目；al(t)表示第l路径的幅度响应；θl(t)表示第l路径的相移；τl表示第l路径的时延；δ(t-τl)表示当时延为τl时的冲击函数；j表示虚数的单位；将前已建立的针对正负阵元主射频通道的等效基带模型与环行器的信道进行卷积，得到环行器的信道新的表达式，具体如下：其中：*表示卷积；εab表示从正阵元的环行器的端口a到端口b的时延(ab∈{12,13,23})；表示从负阵元的环行器的端口a到端口b的时延(ab∈{12,13,23})；kab(t-εab)表示从正阵元的环行器的端口a到端口b的幅度响应(ab∈{12,13,23})；表示从负阵元的环行器的端口a到端口b的幅度响应(ab∈{12,13,23})；ωab(t-εab)表示从正阵元的环行器的端口a到端口b的相移(ab∈{12,13,23})；表示从负阵元的环行器的端口a到端口b的相移(ab∈{12,13,23})；hn,p(t-ηn,p)表示从负阵元的环行器到正阵元的环行器之间的无线信道的脉冲响应，ηn,p是其时...

【专利技术属性】
技术研发人员：程文驰，张汝铅，张海林，刘毅，秦凡，李丹萍，
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