一种基于单通道自干扰对消的认知无线电装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于单通道自干扰对消的认知无线电装置及方法，包括显示控制单元（1）、认知无线电协议处理单元（2）、通信发射组件、观测反馈组件、通信接收组件、认知接收组件、干扰消除组件、第一自干扰对消单元（12）、第二自干扰对消单元（17）、第一功分器（11）、发射天线（9）和接收天线（10）。本发明专利技术通过自干扰抵消技术，在认知接收通道和通信接收通道减去耦合的发射信号，实现接收通道与发射通道同时同频工作；同时，针对认知无线电装置认知接收和通信接收两个通道需要分别进行自干扰消除的需求，提出了一种单通道自干扰生成抵消的方法，提高了认知无线电频谱感知效率和接收范围。

A cognitive radio device and method based on single channel self interference cancellation

【技术实现步骤摘要】
一种基于单通道自干扰对消的认知无线电装置及方法
本专利技术涉及认知无线电装置，特别是涉及一种基于单通道自干扰对消的认知无线电装置及方法。
技术介绍
传统认知无线电装置为了避免通信发射通道对通信接收通道和频谱感知接收通道的干扰采用两种方式：1.发射通道与接收通道分时进行工作，在时域上避免发射信号对接收通道的干扰；2.发射通道与接收通道工作在不同的频率，在频域上避免发射信号对接收通道的干扰。时分工作模式中，认知无线电感知通道无法在通信信号发射时同时工作，遗漏信道变化或碰撞的情况，导致需要采用等待超时和随机回退重传等低效率机制来避免信道认知错误的问题。频分工作模式中，设置认知无线电感知通道与通信发射通道不同的工作频率，同时为了避免通信发射信号的带外杂散对接收通道灵敏度的影响，认知接收通道与发射通道工作频率还要考虑保护间隔，一般需要间隔1~2个通信信道，导致认知无线电感知通道在发射通道工作频率附近无法正常接收信号。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于单通道自干扰对消的认知无线电装置及方法，有效提高了认知无线电频谱感知效率和接收范围。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于单通道自干扰对消的认知无线电装置，包括显示控制单元、认知无线电协议处理单元、通信发射组件、观测反馈组件、通信接收组件、认知接收组件、干扰消除组件、第一自干扰对消单元、第二自干扰对消单元、第一功分器、发射天线和接收天线；所述通信发射组件的输入端与认知无线电协议处理单元连接，通信发射组件的输出端通过耦合器与发射天线连接；所述第一功分器的输入端与接收天线连接，第一功分器的输出端分别与第一自干扰对消单元和第二自干扰对消单元连接，所述第一干扰对消单元的输出端与通信接收组件连接，所述第二自干扰对消单元的输出端与认知接收组件连接，所述通信接收组件和认知接收组件的输出端均与认知无线电协议处理单元连接，所述认知无线电协议处理单元还与显示控制单元连接；所述观测反馈组件的输入端与耦合器连接，观测反馈组件的输出端与干扰消除组件连接；所述干扰消除组件的输入端还与通信接收组件和认知接收组件的输出端连接，干扰消除组件的输出端分别与通信发射组件、第一自干扰对消单元和第二自干扰对消单元连接；所述显示控制单元，用于在无线通信发射过程中，供用户发送信源至认知无线电协议处理单元；在无线通信接收过程中，接收认知无线电协议处理单元发送来的通信数据，对数据进行业务恢复，最终向用户进行显示或播放；在认知无线电频谱感知过程中，接收认知无线电协议处理单元发送来的频谱感知数据，显示频谱监测的相关信息；所述认知无线电协议处理单元，用于在无线通信发射过程中，根据认知接收组件获得的有效频率资源，数据进行路由寻址、频率资源分配和组帧处理，并将组帧数据发送至通信发射组件；在无线通信接收过程中，接收来自通信接收组件的组帧数据，根据认知无线电MAC层和网络层协议对接收数据进行CRC校验、筛选和排队处理，最后将数据送往显示控制单元；在认知无线电频谱感知过程中，接收认知接收组件的频谱感知数据，根据认知无线电MAC层和网络层协议对无线信道进行分析和管理，控制无线通信相关单元的工作频率和发射功率，同时将频谱分析数据送往显示控制单元；所述通信发射组件，用于在无线通信发射过程中，接收来自认知无线电协议处理单元的组帧数据，根据通信物理层协议对数据进行速率匹配、编码和调制处理，并根据干扰消除组件提供的预畸变参数对调制后的基带信号进行处理，并将处理得到的信号进行数模转换、上变频、滤波、放大后经耦合器传输给发射单元进行发射；所述第一自干扰对消单元，用于通过来自干扰消除组件的信号对从第一功分器接收到的信号进行抑制，并传输给通信接收组件；所述通信接收组件，用于在无线通信接收过程中，对第一自干扰对消单元输出的信号进行下变频、滤波和模数转换后，检测残余在通信接收通道中的自干扰信号，将检测的结果发送到干扰消除组件；同时，模数转换后的信号进行同步、解调、解码和组帧处理，并将组帧数据传输至认知无线电协议处理单元；所述第二自干扰对消单元，用于通过来自干扰消除组件的信号对从第一功分器接收到的信号进行抑制，并传输给认知接收组件；所述认知接收组件，用于在认知无线电频谱感知过程中，对第二自干扰对消单元输出的信号进行下变频、滤波和模数转换后，检测残余在认知接收通道中的自干扰信号，将检测的结果发送给干扰消除组件；并对接收的空间无线电基带信号进行频谱分析、信号识别和信道占用度分析处理，并将处理结果发送至认知无线电协议处理单元；所述观测反馈组件，用于在离线发射自干扰对消过程中，通过耦合器从通信发射组件中获取训练发射信号的部分能量，经下变频、滤波和模数转换后，与通信发射基带数字信号处理单元的原始训练信号进行相减，获得发射通道模拟信号处理部分产生的杂散信号，并送往干扰消除组件；所述干扰消除组件，用于在离线发射自干扰对消过程中，根据来自认知接收组件、通信接收组件和观测反馈组件的信息，并送入通信发射组件、第一自干扰对消单元和第二自干扰对消单元进行自干扰消除。其中，所述通信发射组件包括：通信发射信号基带处理单元、通信发射DAC、第一变频单元、第一低通滤波器和功率放大器；所述通信发射信号处理单元，用于接收来自认知无线电协议处理单元的组帧数据，根据通信物理层协议对数据进行速率匹配、编码和调制处理，并根据干扰消除组件提供的预畸变参数对调制后的基带信号进行处理，为了降低功率放大器谐波杂散；通信发射信号基带处理单元的输出端通过通信发射DAC与第一变频单元连接，由第一变频单元将接收到的信号上变频到发射频率，并传输给第一低通滤波器进行变频的二次谐波抑制，并将抑制后的信号经功率放大器和耦合器传输给发射天线。所述通信接收组件包括：第二变频单元、第二低通滤波器、通信接收ADC和通信接收基带信号处理单元；所述第二变频单元的输入端与第一自干扰对消单元连接，用于将来自第一自干扰对消单元的信号进行下变频，并将得到的信号通过第二低通滤波器抑制二次谐波后送往通信接收ADC单元进行模数转换，模数转换得到的信号传输给通信接收基带信号处理单元；所述通信接收基带信号处理单元，用于接收来自通信接收ADC单元的数字信号，并检测残余在通信接收通道中的自干扰信号，将检测的结果发送给自干扰消除组件；同时对接收的通信信号进行同步、解调、解码和组帧处理，并将组帧数据传输至认知无线电协议处理单元。所述认知接收组件包括：第三变频单元、第三低通滤波器、认知接收ADC和认知接收基带数字信号处理单元；所述第三变频单元的输入端与第二自干扰对消单元连接，用于将来自第二自干扰对消单元的信号进行下变频，并将得到的信号通过第三低通滤波器抑制二次谐波后送往认知接收ADC单元进行模数转换，模数转换得到的信号传输给通认知接收基带数字信号处理单元；所述认知接收基带数字信号处理单元，用于接收来自认知接收ADC单元的数字信号，检测残余在认知接收通道中的自干扰信号，将检测的结果发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单通道自干扰对消的认知无线电装置，其特征在于：包括显示控制单元（1）、认知无线电协议处理单元（2）、通信发射组件、观测反馈组件、通信接收组件、认知接收组件、干扰消除组件、第一自干扰对消单元（12）、第二自干扰对消单元（17）、第一功分器（11）、发射天线（9）和接收天线（10）；/n所述通信发射组件的输入端与认知无线电协议处理单元（2）连接，通信发射组件的输出端通过耦合器（8）与发射天线（9）连接；所述第一功分器（11）的输入端与接收天线（10）连接，第一功分器的输出端分别与第一自干扰对消单元（12）和第二自干扰对消单元（17）连接，所述第一干扰对消单元（12）的输出端与通信接收组件连接，所述第二自干扰对消单元（17）的输出端与认知接收组件连接，所述通信接收组件和认知接收组件的输出端均与认知无线电协议处理单元（2）连接，所述认知无线电协议处理单元（2）还与显示控制单元（1）连接；/n所述观测反馈组件的输入端与耦合器（8）连接，观测反馈组件的输出端与干扰消除组件连接；所述干扰消除组件的输入端还与通信接收组件和认知接收组件的输出端连接，干扰消除组件的输出端分别与通信发射组件、第一自干扰对消单元（12）和第二自干扰对消单元（17）连接；/n所述显示控制单元（1），用于在无线通信发射过程中，供用户发送信源至认知无线电协议处理单元（2）；在无线通信接收过程中，接收认知无线电协议处理单元（2）发送来的通信数据，对数据进行业务恢复，最终向用户进行显示或播放；在认知无线电频谱感知过程中，接收认知无线电协议处理单元（2）发送来的频谱感知数据，显示频谱监测的相关信息；/n所述认知无线电协议处理单元（2），用于在无线通信发射过程中，根据认知接收组件获得的有效频率资源，数据进行路由寻址、频率资源分配和组帧处理，并将组帧数据发送至通信发射组件；在无线通信接收过程中，接收来自通信接收组件的组帧数据，根据认知无线电MAC层和网络层协议对接收数据进行CRC校验、筛选和排队处理，最后将数据送往显示控制单元（1）；在认知无线电频谱感知过程中，接收认知接收组件的频谱感知数据，根据认知无线电MAC层和网络层协议对无线信道进行分析和管理，控制无线通信相关单元的工作频率和发射功率，同时将频谱分析数据送往显示控制单元（1）；/n所述通信发射组件，用于在无线通信发射过程中，接收来自认知无线电协议处理单元（2）的组帧数据，根据通信物理层协议对数据进行速率匹配、编码和调制处理，并根据干扰消除组件提供的预畸变参数对调制后的基带信号进行处理，并将处理得到的信号进行数模转换、上变频、滤波、放大后经耦合器（8）传输给发射单元进行发射；/n所述第一自干扰对消单元（12），用于通过来自干扰消除组件的信号对从第一功分器（11）接收到的信号进行抑制，并传输给通信接收组件；/n所述通信接收组件，用于在无线通信接收过程中，对第一自干扰对消单元（12）输出的信号进行下变频、滤波和模数转换后，检测残余在通信接收通道中的自干扰信号，将检测的结果发送到干扰消除组件；同时，模数转换后的信号进行同步、解调、解码和组帧处理，并将组帧数据传输至认知无线电协议处理单元（2）；/n所述第二自干扰对消单元（17），用于通过来自干扰消除组件的信号对从第一功分器（11）接收到的信号进行抑制，并传输给认知接收组件；/n所述认知接收组件，用于在认知无线电频谱感知过程中，对第二自干扰对消单元（17）输出的信号进行下变频、滤波和模数转换后，检测残余在认知接收通道中的自干扰信号，将检测的结果发送给干扰消除组件；并对接收的空间无线电基带信号进行频谱分析、信号识别和信道占用度分析处理，并将处理结果发送至认知无线电协议处理单元（2）；/n所述观测反馈组件，用于在离线发射自干扰对消过程中，通过耦合器（8）从通信发射组件中获取训练发射信号的部分能量，经下变频、滤波和模数转换后，与通信发射基带数字信号处理单元（3）的原始训练信号进行相减，获得发射通道模拟信号处理部分产生的杂散信号，并送往干扰消除组件；/n所述干扰消除组件，用于在离线发射自干扰对消过程中，根据来自认知接收组件、通信接收组件和观测反馈组件的信息，并送入通信发射组件、第一自干扰对消单元（12）和第二自干扰对消单元（17）进行自干扰消除。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于单通道自干扰对消的认知无线电装置，其特征在于：包括显示控制单元（1）、认知无线电协议处理单元（2）、通信发射组件、观测反馈组件、通信接收组件、认知接收组件、干扰消除组件、第一自干扰对消单元（12）、第二自干扰对消单元（17）、第一功分器（11）、发射天线（9）和接收天线（10）；
所述通信发射组件的输入端与认知无线电协议处理单元（2）连接，通信发射组件的输出端通过耦合器（8）与发射天线（9）连接；所述第一功分器（11）的输入端与接收天线（10）连接，第一功分器的输出端分别与第一自干扰对消单元（12）和第二自干扰对消单元（17）连接，所述第一干扰对消单元（12）的输出端与通信接收组件连接，所述第二自干扰对消单元（17）的输出端与认知接收组件连接，所述通信接收组件和认知接收组件的输出端均与认知无线电协议处理单元（2）连接，所述认知无线电协议处理单元（2）还与显示控制单元（1）连接；
所述观测反馈组件的输入端与耦合器（8）连接，观测反馈组件的输出端与干扰消除组件连接；所述干扰消除组件的输入端还与通信接收组件和认知接收组件的输出端连接，干扰消除组件的输出端分别与通信发射组件、第一自干扰对消单元（12）和第二自干扰对消单元（17）连接；
所述显示控制单元（1），用于在无线通信发射过程中，供用户发送信源至认知无线电协议处理单元（2）；在无线通信接收过程中，接收认知无线电协议处理单元（2）发送来的通信数据，对数据进行业务恢复，最终向用户进行显示或播放；在认知无线电频谱感知过程中，接收认知无线电协议处理单元（2）发送来的频谱感知数据，显示频谱监测的相关信息；
所述认知无线电协议处理单元（2），用于在无线通信发射过程中，根据认知接收组件获得的有效频率资源，数据进行路由寻址、频率资源分配和组帧处理，并将组帧数据发送至通信发射组件；在无线通信接收过程中，接收来自通信接收组件的组帧数据，根据认知无线电MAC层和网络层协议对接收数据进行CRC校验、筛选和排队处理，最后将数据送往显示控制单元（1）；在认知无线电频谱感知过程中，接收认知接收组件的频谱感知数据，根据认知无线电MAC层和网络层协议对无线信道进行分析和管理，控制无线通信相关单元的工作频率和发射功率，同时将频谱分析数据送往显示控制单元（1）；
所述通信发射组件，用于在无线通信发射过程中，接收来自认知无线电协议处理单元（2）的组帧数据，根据通信物理层协议对数据进行速率匹配、编码和调制处理，并根据干扰消除组件提供的预畸变参数对调制后的基带信号进行处理，并将处理得到的信号进行数模转换、上变频、滤波、放大后经耦合器（8）传输给发射单元进行发射；
所述第一自干扰对消单元（12），用于通过来自干扰消除组件的信号对从第一功分器（11）接收到的信号进行抑制，并传输给通信接收组件；
所述通信接收组件，用于在无线通信接收过程中，对第一自干扰对消单元（12）输出的信号进行下变频、滤波和模数转换后，检测残余在通信接收通道中的自干扰信号，将检测的结果发送到干扰消除组件；同时，模数转换后的信号进行同步、解调、解码和组帧处理，并将组帧数据传输至认知无线电协议处理单元（2）；
所述第二自干扰对消单元（17），用于通过来自干扰消除组件的信号对从第一功分器（11）接收到的信号进行抑制，并传输给认知接收组件；
所述认知接收组件，用于在认知无线电频谱感知过程中，对第二自干扰对消单元（17）输出的信号进行下变频、滤波和模数转换后，检测残余在认知接收通道中的自干扰信号，将检测的结果发送给干扰消除组件；并对接收的空间无线电基带信号进行频谱分析、信号识别和信道占用度分析处理，并将处理结果发送至认知无线电协议处理单元（2）；
所述观测反馈组件，用于在离线发射自干扰对消过程中，通过耦合器（8）从通信发射组件中获取训练发射信号的部分能量，经下变频、滤波和模数转换后，与通信发射基带数字信号处理单元（3）的原始训练信号进行相减，获得发射通道模拟信号处理部分产生的杂散信号，并送往干扰消除组件；
所述干扰消除组件，用于在离线发射自干扰对消过程中，根据来自认知接收组件、通信接收组件和观测反馈组件的信息，并送入通信发射组件、第一自干扰对消单元（12）和第二自干扰对消单元（17）进行自干扰消除。


2.根据权利要求1所述的一种基于单通道自干扰对消的认知无线电装置，其特征在于：所述通信发射组件包括：通信发射信号基带处理单元（3）、通信发射DAC（4）、第一变频单元（5）、第一低通滤波器（6）和功率放大器（7）；
所述通信发射信号处理单元（3），用于接收来自认知无线电协议处理单元（2）的组帧数据，根据通信物理层协议对数据进行速率匹配、编码和调制处理，并根据干扰消除组件提供的预畸变参数对调制后的基带信号进行处理，为了降低功率放大器谐波杂散；
通信发射信号基带处理单元（3）的输出端通过通信发射DAC（4）与第一变频单元（5）连接，由第一变频单元（5）将接收到的信号上变频到发射频率，并传输给第一低通滤波器（6）进行变频的二次谐波抑制，并将抑制后的信号经功率放大器（7）和耦合器传输给发射天线（9）。


3.根据权利要求1所述的一种基于单通道自干扰对消的认知无线电装置，其特征在于：所述通信接收组件包括：第二变频单元（13）、第二低通滤波器（14）、通信接收ADC（15）和通信接收基带信号处理单元（16）；
所述第二变频单元（13）的输入端与第一自干扰对消单元（12）连接，用于将来自第一自干扰对消单元（12）的信号进行下变频，并将得到的信号通过第二低通滤波器（14）抑制二次谐波后送往通信接收ADC单元（15）进行模数转换，模数转换得到的信号传输给通信接收基带信号处理单元（16）；
所述通信接收基带信号处理单元（16），用于接收来自通信接收ADC单元（15）的数字信号，并检测残余在通信接收通道中的自干扰信号，将检测的结果发送给自干扰消除组件；同时对接收的通信信号进行同步、解调、解码和组帧处理，并将组帧数据传输至认知无线电协议处理单元（2）。


4.根据权利要求1所述的一种基于单通道自干扰对消的认知无线电装置，其特征在于：所述认知接收组件包括：第三变频单元（18）、第三低通滤波器（19）、认知接收ADC（20）和认知接收基带数字信号处理单元（21）；
所述第三变频单元（18）的输入端与第二自干扰对消单元（17）连接，用于将来自第二自干扰对消单元（17）的信号进行下变频，并将得到的信号通过第三低通滤波器（19）抑制二次谐波后送往认知接收ADC单元（20）进行模数转换，模数转换得到的信号传输给通认知接收基带数字信号处理单元（21）；
所述认知接收基带数字信号处理单元（21），用于接收来自认知接收ADC单元（20）的数字信号，检测残余在认知接收通道中的自干扰信号，将检测的结果发送给干扰消除组件；同时对接收的空间无线电基带信号进行频谱分析、信号识别和信道占用度分析处理，并将处理结果发送至认知无线电协议处理单元（2）。


5.根据权利要求1所述的一种基于单通道自干扰对消的认知无线电装置，其特征在于：所述观测反馈组件包括第四变频单元（22）、第四低通滤波器（23）、干扰观测ADC（24）和自干扰基带接收单元（25）；
所述第四变频单元（22），通过耦合器（8）从通信发射组件中获取训练发射信号的部分能量，进行下变频后，将得到的信号通过第四低通滤波器（23）抑制二次谐波，第四低通滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：马万治，刘颖，潘文生，邵士海，赵宏志，王传丹，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51