專利名稱：一種基于多接收天線的自干擾消除系統(tǒng)及消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及一種基于多接收天線的自干擾消除系統(tǒng)及消除方法。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，傳統(tǒng)雙エ方式主要分為頻分雙エFDD和時(shí)分雙エTDD兩種。近年來新提出的一種收發(fā)信道使用相同頻率、相同時(shí)隙的雙エ方式越來越受到重視。與傳統(tǒng)雙エ方式收、發(fā)信道需要正交分開不同，同頻同時(shí)隙雙エ可以在ー個(gè)信道上復(fù)用兩個(gè)方向的通信信道，因而頻譜效率將可提高一倍。在這種同頻同時(shí)雙エ系統(tǒng)中，發(fā)射天線對(duì)于接收天線的干擾是影響系統(tǒng)性能進(jìn)ー步提升的主要瓶頸。目前主要使用自適應(yīng)濾波、天線隔離等方法來解決上述問題。

在以往提出的利用多天線波束成型降低全雙エ系統(tǒng)收、發(fā)自干擾的方法中，一般采用發(fā)射天線與接收天線間距一段距離放置，利用波束成型技術(shù)使發(fā)射天線陣在接收天線方向上形成零増益的發(fā)射方向圖，或者使接收天線陣在發(fā)射天線方向形成零増益的接收方向圖來減少彼此之間的干擾。這些方法的缺點(diǎn)是會(huì)在零増益方向上產(chǎn)生盲區(qū)。如果目標(biāo)節(jié)點(diǎn)處于該方向上，則會(huì)影響正常的收、發(fā)通信。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種新的自干擾消除系統(tǒng)及消除方法，可以利用多個(gè)接收天線的射頻信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單而有效地干擾消除，同時(shí)減少因消除干擾方向的信號(hào)而引起的對(duì)目標(biāo)信號(hào)接收方向性増益的影響。本發(fā)明的ー個(gè)目的在于提供一種基于多接收天線的自干擾消除系統(tǒng)。本發(fā)明的自干擾消除系統(tǒng)包括一根發(fā)射天線和K根接收天線；以及與K根接收天線相連接的干擾消除裝置，干擾消除裝置進(jìn)ー步包括K個(gè)分路器、K個(gè)反相器、K個(gè)合路器、選擇器和調(diào)解器；K根接收天線在以發(fā)射天線為圓心的圓上等距離排列，相鄰接收天線間的距離為等間距，形成天線陣列；K根接收天線的信號(hào)分別傳輸至K個(gè)分路器；K個(gè)分路器中的每ー個(gè)分別將所對(duì)應(yīng)的接收天線的信號(hào)分成兩路，一路輸入反相器，反相器的輸出與相鄰的接收天線經(jīng)分路器后的直接輸出信號(hào)共同輸入至合路器進(jìn)行信號(hào)合井；由K根接收天線產(chǎn)生的K路合并信號(hào)輸入至選擇器；選擇器選擇最強(qiáng)的一路信號(hào)輸入至調(diào)解器；其中，K為彡2的自然數(shù)。K根接收天線在以發(fā)射天線為圓心的圓上等距離排列，相鄰天線間距離為d，因而相鄰兩個(gè)接收天線與圓心所成扇角度數(shù)為2 /K。在同頻同時(shí)雙エ系統(tǒng)中，發(fā)射天線發(fā)出的信號(hào)對(duì)于K個(gè)接收天線來說為干擾信號(hào)，由于發(fā)射天線與接收天線距離很近，因此發(fā)射天線會(huì)對(duì)接收天線產(chǎn)生巨大的干擾信號(hào)，為此需要將發(fā)射信號(hào)在接收天線上造成的自干擾消除，以便能夠接收功率相對(duì)較低的目標(biāo)信號(hào)。由于K根接收天線與發(fā)射天線等距，所以到達(dá)每根接收天線的干擾信號(hào)同幅同相。在實(shí)際中，可以通過校準(zhǔn)擺放位置使得每根接收天線收到同幅同相的干擾信號(hào)。因此任選兩根相鄰的接收天線的信號(hào)，將其中一路信號(hào)經(jīng)分路器后輸入至反相器后進(jìn)行相位反轉(zhuǎn)，再與另外ー根的經(jīng)分路器后的直接輸出信號(hào)輸入至合路器進(jìn)行信號(hào)合并，即能夠有效地消除同頻同時(shí)雙エ系統(tǒng)的自干擾，同時(shí)避免了在接收天線射頻端做復(fù)雜的信號(hào)處理。將接收天線中的每相鄰兩根接收天線的信號(hào)進(jìn)行反相對(duì)消合并，這樣共可以生成K路合并信號(hào)。由于上述K個(gè)合并信號(hào)形成了 K個(gè)不同的接收方向圖，當(dāng)接收方向圖在目標(biāo)信號(hào)方向増益較強(qiáng)時(shí)，才能夠接收到較強(qiáng)的目標(biāo)信號(hào)。接下來，將K路合并信號(hào)輸入至選擇器，選擇器從K路合并信號(hào)中選擇包含目標(biāo)信號(hào)最強(qiáng)的一路信號(hào)輸入至調(diào)解器進(jìn)行后續(xù)的解調(diào)，以確保目標(biāo)信號(hào)接收強(qiáng)度。不失一般性的，分析兩根相鄰天線，以第一根接收天線接收的信號(hào)相位做為參考相位。設(shè)第一根接收天線和第二根接收天線接收到的信號(hào)X1U)和x2(t)分別為X1 (t) = I (t) +S(t) +N1 (t)(I)
X2(I) = /(/) + S(l)exp( jA(p) + N2(I)2 ノ其中，I(t)表示自干擾信號(hào)，S(t)表示目標(biāo)信號(hào)，N1U)和N2(t)分別表示第一根接收天線和第二根接收天線的噪聲，Ap表示目標(biāo)信號(hào)到達(dá)兩根接收天線的相位差。對(duì)第二根接收天線的信號(hào)進(jìn)行相位反轉(zhuǎn)，并將兩個(gè)信號(hào)疊加后得到
Y(J) = .V1(Z)-^2(Z) = (I-Cxp(VA^)lV1(Z)+/V1(Z)-A^2(Z)( Iノ對(duì)于天線陣列，上式中的相位差A(yù)爐是目標(biāo)信號(hào)的入射角度的函數(shù)，可以表示為卸=2ti7《cos沒-cos((9-2ti/_A))//1，其中，R為接收天線陣半徑，入為波長(zhǎng)，0為目標(biāo)信號(hào)的
入射角。公式(3)中信號(hào)SJt)的系數(shù)(1-expOA^))即為接收天線合并信號(hào)后的方向性増益。接收天線在干擾消除后在令A(yù)p = Ti的入射角度0上可以實(shí)現(xiàn)最大増益，而在令A(yù)爐=0的入射角度0上則增益為零。本發(fā)明的另ー個(gè)目的在于提供一種基于多接收天線的自干擾消除方法。本發(fā)明的自干擾消除方法，具體包括以下步驟I)在同頻同時(shí)收發(fā)系統(tǒng)中，采用ー根發(fā)射天線和K根接收天線，將K根接收天線在以發(fā)射天線為圓心的圓上等間距擺放，形成天線陣列，利用天線陣列常用的校準(zhǔn)方法，使得每相鄰兩根接收天線收到的自身發(fā)射天線的信號(hào)是同幅同相的；2)對(duì)每根接收天線上獲得的信號(hào)經(jīng)分路器后，輸入至反相器進(jìn)行相位反轉(zhuǎn)，再與其相鄰的接收天線經(jīng)分路器后的直接輸出信號(hào)輸入至合路器進(jìn)行信號(hào)合并，這樣共產(chǎn)生K路合并信號(hào)；3)將K路合并信號(hào)輸入至選擇器，選擇器從K路合并信號(hào)中選擇包含目標(biāo)信號(hào)最強(qiáng)的一路信號(hào)輸入至調(diào)解器進(jìn)行后續(xù)的解調(diào)，其中，K為> 2的自然數(shù)。其中，在步驟2)中，相鄰的接收天線的合并可以是順時(shí)針相鄰，也可以是逆時(shí)針相鄰。在步驟2)中，K根接收天線中的每ー根接收天線經(jīng)分路器后的直接輸出信號(hào)為X1⑴，與其相鄰的接收天線接收到的信號(hào)X2⑴，分別表示為
X1 (t) = I (t) +S (t) +N1 (t)(4)
X2 (0 = I(t) + S(t) expO'A^)+N2(t)(5)其中，I(t)表示自干擾信號(hào)，S(t)表示目標(biāo)信號(hào)，N1W和N2(t)分別表示這根接收天線和與其相鄰的接收天線的噪聲，Ap表示目標(biāo)信號(hào)到達(dá)兩根接收天線的相位差。對(duì)相鄰的接收天線的信號(hào)進(jìn)行相位反轉(zhuǎn)，并將兩個(gè)信號(hào)疊加合并后的合并信號(hào)Y (t)表示為
)(/) = ^V1(Z)-A2(Z) = (I —exp(ノAr/ ルS1(Z)十/V1(Z)-Tv2ひ)(6) 對(duì)于天線陣列，上式中的相位差A(yù)爐是目標(biāo)信號(hào)入射角度的函數(shù)，表示為卸=其中，R為接收天線陣半徑，X為波長(zhǎng)，0為目標(biāo)信號(hào)的入射角。在步驟3)中，采用包絡(luò)檢測(cè)的方法選擇最強(qiáng)的一路信號(hào)，即選擇信號(hào)包絡(luò)電平最高的一路信號(hào)進(jìn)行后續(xù)的解調(diào)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)之一是通過在K路干擾消除后的合并信號(hào)中選擇信號(hào)最強(qiáng)的一路信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的方式，獲得了 K路信號(hào)中在目標(biāo)信號(hào)入射方向増益最強(qiáng)的一路信號(hào)，從而避免了由一對(duì)接收天線合并后所引起的目標(biāo)接收信號(hào)能量損失。本發(fā)明的方法消除了増益為0的方向，保證了接收信號(hào)能量的穩(wěn)定性。


圖I是本發(fā)明的基于多天線接收的自干擾消除系統(tǒng)的天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的自干擾消除系統(tǒng)的干擾消除裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的當(dāng)K=2，d=15 A時(shí)的實(shí)施例的信號(hào)接收幅度空間的方向圖；圖4是本發(fā)明的當(dāng)K=5，d=入 100入時(shí)的實(shí)施例的方向增益最小值-天線間距的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例詳描述本發(fā)明的實(shí)施方式。圖I給出了一根發(fā)射天線和3根接收天線形成的天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示K (K=3)根接收天線在以發(fā)射天線為圓心的圓上等距離排列，相鄰天線間距離為d，因而相鄰兩個(gè)接收天線與圓心所成扇角度數(shù)為2 /K，目標(biāo)信號(hào)的入射角為0。圖2是K為5的干擾消除裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，干擾消除裝置包括K個(gè)分路器I、K個(gè)反相器2、K個(gè)合路器、選擇器3和調(diào)解器4 ；K根接收天線的信號(hào)分別傳輸至K個(gè)分路器；K個(gè)分路器中的每ー個(gè)分別將接收天線的信號(hào)分成兩路，一路輸入反相器，反相器的輸出與相鄰的接收天線經(jīng)分路器后的直接輸出信號(hào)共同輸入至合路器進(jìn)行信號(hào)合井；由K根接收天線產(chǎn)生的K路合并信號(hào)輸入至選擇器；選擇器選擇最強(qiáng)的一路信號(hào)輸入至調(diào)解器；其中，K為彡2的自然數(shù)。圖3所示為K=2，d=15時(shí)的方向性增益圖。由圖3可以看出，接收天線在干擾消除后在令A(yù)p = 71的入射角度0上可以實(shí)現(xiàn)最大增益,而在令A(yù)爐=O的入射角度0上則增益為零。圖4是K=5, d=X IOOX時(shí)的方向增益最小值-天線間距的曲線圖。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)之一是通過在K路干擾消除后的信號(hào)中選擇信號(hào)最強(qiáng)的一路信號(hào)解調(diào)的方式，獲得了K路信號(hào)中在目標(biāo)信號(hào)入射方向増益最強(qiáng)的一路信號(hào)，從而避免了由一對(duì)接收天線合并后所引起的目標(biāo)接收信號(hào)能量損失。選取K=5，d=X 100X進(jìn)行了仿真，按照本發(fā)明提出的方法，每次選取信號(hào)最強(qiáng)的一路信號(hào)，記錄在0 360度的目標(biāo)信號(hào)入射方向上増益的最小值，結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，該方法消除了增益為0的方向，保證了接收信號(hào)能量的穩(wěn)定性。
最后需要注意的是，公布實(shí)施方式的目的在于幫助進(jìn)ー步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.ー種自干擾消除系統(tǒng)，其特征在于，所述消除系統(tǒng)包括一根發(fā)射天線和K根接收天線；以及與K根接收天線相連接的干擾消除裝置，干擾消除裝置進(jìn)ー步包括K個(gè)分路器(1)、K個(gè)反相器(2)、K個(gè)合路器、選擇器(3)和調(diào)解器(4);K根接收天線在以發(fā)射天線為圓心的圓上等距離排列，相鄰接收天線間的距離為等間距，形成天線陣列；K根接收天線的信號(hào)分別傳輸至K個(gè)分路器(I) ;K個(gè)分路器(I)中的每ー個(gè)分別將所對(duì)應(yīng)的接收天線的信號(hào)分成兩路，一路輸入反相器(2)，反相器(2)的輸出與相鄰的接收天線經(jīng)分路器(I)后的直接輸出信號(hào)共同輸入至合路器進(jìn)行信號(hào)合并；由K根接收天線產(chǎn)生的K路合并信號(hào)輸入至選擇器(3);選擇器(3)選擇最強(qiáng)的一路信號(hào)輸入至調(diào)解器(4);其中，K為彡2的自然數(shù)。
2.一種基于多接收天線的自干擾消除方法，其特征在于，所述自干擾消除方法，具體包括以下步驟 1)在同頻同時(shí)收發(fā)系統(tǒng)中，采用ー根發(fā)射天線和K根接收天線，將K根接收天線在以發(fā)射天線為圓心的圓上等間距擺放，形成天線陣列，利用天線陣列常用的校準(zhǔn)方法，使得每相鄰兩根接收天線收到的自身發(fā)射天線的信號(hào)是同幅同相的； 2)對(duì)每根接收天線上獲得的信號(hào)經(jīng)分路器后，輸入至反相器進(jìn)行相位反轉(zhuǎn)，再與其相鄰的接收天線經(jīng)分路器后的直接輸出信號(hào)輸入至合路器進(jìn)行信號(hào)合并，這樣共產(chǎn)生K路合并信號(hào)； 3)將K路合并信號(hào)輸入至選擇器，選擇器從K路合并信號(hào)中選擇包含目標(biāo)信號(hào)最強(qiáng)的一路信號(hào)輸入至調(diào)解器進(jìn)行后續(xù)的解調(diào)，其中，K為> 2的自然數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的消除方法，其特征在于，在步驟2)中，相鄰的接收天線的合并是順時(shí)針相鄰，或者是逆時(shí)針相鄰。
4.如權(quán)利要求2所述的消除方法，其特征在于，在步驟2)中，所述K根接收天線中的每ー根接收天線經(jīng)分路器后的直接輸出信號(hào)為X1 (t)，與其相鄰的接收天線接收到的信號(hào)X2 (t)，分別表示為 X1 (t) = I (t) +S(t) +N1 (t)(I)X it) = I(I)- S(t)exp( /A(p) H-N:if)、2,) 其中，I(t)表示自干擾信號(hào)，S(t)表示目標(biāo)信號(hào)，N1W和N2(t)分別表示這根接收天線和與其相鄰的接收天線的噪聲表示目標(biāo)信號(hào)到達(dá)兩根接收天線的相位差，對(duì)相鄰的接收天線的信號(hào)進(jìn)行相位反轉(zhuǎn)，并將兩個(gè)信號(hào)疊加合并后的合并信號(hào)Y(t)表示為r(,)=ズバ,)-ズ2ひ)ニ(I-exp(./ん觀(/) + 八,糾^(3) 對(duì)于天線陣列，上式中的相位差A(yù)p是目標(biāo)信號(hào)入射角度的函數(shù)，表示為 27^(0050-0:)5(0-271://0)//I，其中，R為接收天線陣半徑，入為波長(zhǎng)，0為目標(biāo)信號(hào)的入射角。
5.如權(quán)利要求2所述的消除方法，其特征在于，在步驟3)中，采用包絡(luò)檢測(cè)的方法選擇最強(qiáng)的一路信號(hào)，即選擇信號(hào)包絡(luò)電平最高的一路信號(hào)進(jìn)行后續(xù)的解調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多接收天線的自干擾消除系統(tǒng)及消除方法。本發(fā)明的自干擾消除系統(tǒng)包括一根發(fā)射天線和K根接收天線；K根接收天線在以發(fā)射天線為圓心的圓上等距離排列，相鄰接收天線間的距離為等間距；以及干擾消除裝置，干擾消除裝置進(jìn)一步包括K個(gè)分路器、K個(gè)反相器、K個(gè)合路器、選擇器和調(diào)解器。本發(fā)明可以利用多個(gè)接收天線的射頻信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單而有效地干擾消除，同時(shí)減少因消除干擾方向的信號(hào)而引起的對(duì)目標(biāo)信號(hào)接收方向性增益的影響。本發(fā)明通過在K路干擾消除后的合并信號(hào)中選擇信號(hào)最強(qiáng)的一路信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的方式，獲得了K路信號(hào)中在目標(biāo)信號(hào)入射方向增益最強(qiáng)的一路信號(hào)，消除了增益為0的方向，保證了接收信號(hào)能量的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H04B7/08GK102769487SQ20121016931
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者段曉輝, 焦秉立, 馬猛 申請(qǐng)人:北京大學(xué)