無線全雙工多輸入多輸出通信模擬自干擾信號消除裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線全雙工多輸入多輸出通信模擬自干擾信號消除裝置，收發(fā)機(jī)的每一路發(fā)射鏈路和接收鏈路共享兩根天線組成一個天線對，所述的兩根天線同時發(fā)送和接收信號，且對于每一路發(fā)射的信號，兩根天線分別發(fā)射功率相同相位相反的信號；多對所述的天線對以星形對稱形式擺放，即每對天線對的中點相交于一點；或者以鏡像對稱形式擺放，即每對天線對的中垂線重合。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，有效的消除模擬自干擾信號的強(qiáng)度，實現(xiàn)多輸入多輸出（MIMO）鏈路數(shù)量的拓展、實現(xiàn)對無線全雙工多輸入多輸出通信的模擬自干擾信號的消除。
【專利說明】無線全雙工多輸入多輸出通信模擬自干擾信號消除裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種無線全雙工多輸入多輸出通信模擬自干擾信號消除裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的無線通信采用頻分雙工和時分雙工，頻分雙工采用在不同頻段上同時上行和下行通信，而時分雙工采用把連續(xù)時間分為小的時隙，在同一頻段不同時隙上行和下行通信，因此頻分雙工和時分雙工本質(zhì)上都是半雙工通信。全雙工通信指的是在同一頻段上同時上行和下行通信。
[0003]相比于半雙工技術(shù)，全雙工技術(shù)可以有效地提高頻率的利用率并增強(qiáng)無線收發(fā)機(jī)的功能。實現(xiàn)無線全雙工通信技術(shù)需要消除自身發(fā)射信號對需要接收的信號的影響，稱之為自干擾信號消除。而其中的最大的難點在于對模擬自干擾信號的消除，即在信號進(jìn)入數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(ADC)之前的自干擾消除。
[0004]多輸入多輸出(MIMO)通信指的是同一收發(fā)機(jī)采用多根天線在同一時間進(jìn)行多個信號輸入和多個信號輸出的通信。多輸入多輸出通信也可有效的提高通信的速率，目前該技術(shù)已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用。而無線全雙工多輸入多輸出通信是指無線收發(fā)機(jī)在同一頻帶上同時進(jìn)行多路輸入和多路輸出，充分利用無線雙工通信和多輸入多輸出的優(yōu)點，進(jìn)一步提高通信速率和頻譜利用率，增強(qiáng)收發(fā)機(jī)的功能。
[0005]實現(xiàn)無線全雙工多輸入多輸出通信需要在收發(fā)機(jī)的每一路接收鏈路實現(xiàn)對所有發(fā)射天線發(fā)出的自干擾信號消除，相比于單輸入單輸出的無線雙工通信，自干擾信號的消除變得更加困難，而其中的模擬自干擾信號的消除是消除的重點。
[0006]目前無線全雙工多輸入多輸出通信在國內(nèi)尚未有相關(guān)研究成果，在國外僅有NEC實驗室提出了一種無線全雙工多輸入多輸出消除裝置(ACM, Mobicom，2012:257-268，“MIDU:enabling MIMO full duplex”),在該方法中，通過四根天線的相互垂直的擺放方法實現(xiàn)單輸入單輸出的模擬自干擾信號消除，實現(xiàn)一個3輸入3輸出的模擬自干擾信號消除需要12根天線，并且所有發(fā)射天線和接收天線的擺放必須相互垂直。實現(xiàn)該消除裝置需要的天線數(shù)量很多，且天線的擺放方式固定，不靈活，天線擺放占用空間較多，因此很難應(yīng)用到實際裝置中。
[0007]傳統(tǒng)的信號消除方法對于實現(xiàn)無線全雙工多輸入多輸出通信并不適用，因此實現(xiàn)無線全雙工多輸入多輸出通信模擬自干擾信號消除仍然是一個難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種無線全雙工多輸入多輸出通信模擬自干擾信號消除裝置。
[0009]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0010]一種無線全雙工多輸入多輸出通信模擬自干擾信號消除裝置，其特點在于:收發(fā)機(jī)的每一路發(fā)射鏈路和接收鏈路共享兩根天線組成一個天線對，所述的兩根天線同時發(fā)送和接收信號，且對于每一路發(fā)射的信號，兩根天線分別發(fā)射功率相同相位相反的信號；
[0011]多對所述的天線對以星形對稱形式擺放，即每對天線對的中點相交于一點；或者以鏡像對稱形式擺放，即每對天線對的中垂線重合。
[0012]所述的天線對包括:信號發(fā)射端(1)、180度功率分配器(2)、第一環(huán)形器(3)、第二環(huán)形器(4)、第一天線(5)、第二天線(6)、功率合成器(7)和信號接收端(8);
[0013]所述的信號發(fā)射端與180度功率分配器的輸入端連接，該180度功率分配器將發(fā)送信號分成功率相等、相位相反的兩路對稱信號分別由180度功率分配器的第一輸出端和第二輸出端輸出，第一路發(fā)送信號進(jìn)入第一環(huán)行器的I號端口，然后由第一環(huán)行器的2號端口輸出，通過連接在第一環(huán)行器2號端口上的第一天線發(fā)射出去，第二路發(fā)送信號進(jìn)入第二環(huán)行器的I號端口，然后由第二環(huán)行器的2號端口輸出，通過連接在第二環(huán)行器2號端口上的第二天線發(fā)射出去；
[0014]所述的第一天線接收到的第一路接收信號進(jìn)入第一環(huán)行器的2號端口，然后經(jīng)由第一環(huán)行器的3號端口輸出后，進(jìn)入功率合成器的第一輸入端，所述的第二天線接收到的第二路接收信號進(jìn)入第二環(huán)行器的2號端口，然后由第二環(huán)行器的3號端口輸出后，進(jìn)入功率合成器的第二輸入端，所述的第一路接收信號和第二路接收信號經(jīng)功率合成器合并為一路，由功率合成器的輸出端輸出，并由信號接收端接收。
[0015]本發(fā)明使用多根天線實現(xiàn)在同一頻段同時進(jìn)行多路無線信號的發(fā)射和多路信號的接收。對于天線對以星形對稱形式擺放，所有天線對的中點相交于一點，其中:每一組天線對的兩根天線之間的距離可以相等，也可以不相等，不同天線對之間的夾角可以相同，也可以不相同。對于天線對以鏡像對稱形式擺放，所有天線對的中垂線相互重合，其中:每一組天線對的兩根天線之間的距離可以相等，也可以不相等，不同天線對之間的距離可以相等，也可以不相等。每組天線對的兩根天線和環(huán)行器相同。發(fā)射鏈路的發(fā)射信號到達(dá)接收鏈路時，信號強(qiáng)度大幅降低。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，有效的消除模擬自干擾信號的強(qiáng)度，實現(xiàn)多輸入多輸出(MMO)鏈路數(shù)量的拓展。有效實現(xiàn)無線全雙工多輸入多輸出通信的模擬自干擾的消除。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為3輸入3輸出天線對星形對稱形式擺放原理圖；
[0018]圖2為3輸入3輸出天線對鏡像對稱形式擺放原理圖。
[0019]圖3為一對天線對的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]參考圖1中所示是一個3輸入3輸出的天線對星形對稱形式擺放結(jié)構(gòu)，其中，每一對天線的中點必須相交于一點，參考圖1中的O點，每個天線對的兩根天線之間的距離可以不相等，參考圖1中AA’古BB’，不同天線對之間形成的夾角可以不相等，參考圖1中ZCOA^Z AOB。根據(jù)上述原則，該天線對星形對稱形式擺放結(jié)構(gòu)可以拓展為任意多輸入多輸出結(jié)構(gòu)。
[0022]參考圖1中，在該3輸入3輸出結(jié)構(gòu)中，第一對天線AA’需要消除自己發(fā)射的信號，同時還需要消除第二對天線BB’和第三對天線CC’發(fā)出的信號；第二對天線BB’需要消除自己發(fā)射的信號同時還需要消除第一對天線AA’和第三對天線CC’發(fā)出的信號；第三對天線CC’需要消除自己發(fā)射的信號同時還需要消除第一對天線AA’和第二對天線BB’發(fā)出的信號。
[0023]下面以第一對天線AA’消除自己發(fā)射的信號和第二對天線BB’以及第三對天線CC’發(fā)射的信號為例，具體說明如何實現(xiàn)模擬自干擾信號消除。
[0024]首先，如圖3所示，一對天線對包括:信號發(fā)射端1、180度功率分配器2、第一環(huán)形器3、第二環(huán)形器4、第一天線5、第二天線6、功率合成器7和信號接收端8 ;所述的信號發(fā)射端與180度功率分配器的輸入端連接，該180度功率分配器將發(fā)送信號分成功率相等、相位相反的兩路對稱信號分別由180度功率分配器的第一輸出端和第二輸出端輸出，第一路發(fā)送信號進(jìn)入第一環(huán)行器的I號端口，然后由第一環(huán)行器的2號端口輸出，通過連接在第一環(huán)行器2號端口上的第一天線發(fā)射出去，第二路發(fā)送信號進(jìn)入第二環(huán)行器的I號端口，然后由第二環(huán)行器的2號端口輸出，通過連接在第二環(huán)行器2號端口上的第二天線發(fā)射出去；所述的第一天線接收到的第一路接收信號進(jìn)入第一環(huán)行器的2號端口，然后經(jīng)由第一環(huán)行器的3號端口輸出后，進(jìn)入功率合成器的第一輸入端，所述的第二天線接收到的第二路接收信號進(jìn)入第二環(huán)行器的2號端口，然后由第二環(huán)行器的3號端口輸出后，進(jìn)入功率合成器的第二輸入端，所述的第一路接收信號和第二路接收信號經(jīng)功率合成器合并為一路，由功率合成器的輸出端輸出，并由信號接收端接收。
[0025]兩根天線同時收發(fā)信號，其中將發(fā)射信號分別通過兩根天線分別以反相信號的形式發(fā)射出去，同時將兩根天線`接收到的信號線性組合，通過對稱電路的設(shè)計，實現(xiàn)了對自己發(fā)射信號的消除。
[0026]其次，對于第二對天線BB’發(fā)出的信號，參考圖1中，天線A同時接收到天線B和天線B’發(fā)出的信號，天線A’也會同時接收到天線B和天線B’發(fā)出的信號，由于第一對天線AA’的接收信號端對于天線A和天線A’接收到的信號采取線性疊加，因此第一對天線AA’的接收端接收到第二對天線BB’發(fā)出的信號分別為來自于路徑BA，BA’，B’ A，B’ A’四路信號的疊加。由于天線對AA’和BB’的中點相交于一點，因此路徑長度BA=B’ A’，天線B和天線B’分別發(fā)送功率相同相位相反的信號，經(jīng)過相等路徑，產(chǎn)生的路徑衰減和延時也相等，因此天線B發(fā)射的信號到達(dá)天線A和天線B’發(fā)射的信號到達(dá)天線A’線性疊加后，由于兩路功率相等，相位相反，從而實現(xiàn)相互消除。同時，不同天線對之間由于信號傳播的路徑衰減，進(jìn)一步減弱了自干擾信號的強(qiáng)度。同理可知，天線B發(fā)射的信號到達(dá)天線A’和天線B’發(fā)射的信號到達(dá)天線A后也相互疊加消除，從而實現(xiàn)了第一對天線AA’接收端對第二對天線BB’發(fā)射信號的消除。
[0027]最后，對于第三對天線CC’發(fā)出的信號，參考圖1中，與消除第二對天線BB’發(fā)出的信號原理相同，第一對天線AA’也可以實現(xiàn)對第三對天線CC’發(fā)出信號的消除。
[0028]綜上，第一對天線AA’實現(xiàn)了對自己發(fā)射信號的消除以及對第二對天線BB’和第三對天線CC’發(fā)射信號的消除。[0029]與第一對天線AA’的消除原理相同，第二對天線BB’和第三對天線CC’也可以分別實現(xiàn)對所有天線對發(fā)射的自干擾信號進(jìn)行有效的消除，從而實現(xiàn)了無線全雙工多輸入多輸出模擬自干擾信號的消除。
[0030]參考圖2中所示是一個3輸入3輸出的天線對鏡像對稱形式擺放結(jié)構(gòu)，其中，每一對天線的中垂線必須重合，每個天線對的兩根天線之間的距離可以不相等，參考圖2中AA’古BB’，不同天線對之間形成的距離可以不相等，參考圖2中麗古NL。根據(jù)上述原則，該天線對鏡像對稱形式擺放結(jié)構(gòu)可以拓展為任意多輸入多輸出結(jié)構(gòu)。
[0031]參考圖2中，在該3輸入3輸出結(jié)構(gòu)中，第一對天線AA’需要消除自己發(fā)射的信號，同時還需要消除第二對天線BB’和第三對天線CC’發(fā)出的信號；第二對天線BB’需要消除自己發(fā)射的信號同時還需要消除第一對天線AA’和第三對天線CC’發(fā)出的信號；第三對天線CC’需要消除自己發(fā)射的信號同時還需要消除第一對天線AA’和第二對天線BB’發(fā)出的信號。
[0032]下面以第一對天線AA’消除自己發(fā)射的信號和第二對天線BB’以及第三對天線CC’發(fā)射的信號為例，具體說明如何實現(xiàn)模擬自干擾信號消除。
[0033]首先，同上，第一對天線AA’的接收端可以實現(xiàn)對自己發(fā)射信號的消除。
[0034]其次，對于第二對天線BB’發(fā)出的信號，參考圖2中，天線A同時接收到天線B和天線B’發(fā)出的信號，天線A’也會同時接收到天線B和天線B’發(fā)出的信號，由于第一對天線AA’的接收信號端對于天線A和天線A’接收到的信號采用線性疊加，因此第一對天線AA’的接收端接收到第二對天線BB’發(fā)出的信號分別為來自于路徑BA，BA’，B’ A，B’ A’四路信號的疊加。由于天線對AA’和BB’的中垂線相互重合，因此路徑長度BA=B’A’，天線B和天線B’分別發(fā)送功率相同相位相反的信號，經(jīng)過相等路徑，產(chǎn)生的路徑衰減和延時也相等，因此天線B發(fā)射的信號到達(dá)天線A和天線B’發(fā)射的信號到達(dá)天線A’線性疊加后，由于兩路功率相等，相位相反，從而實現(xiàn)相互消除。同時，不同天線對之間由于信號傳播的路徑衰減，進(jìn)一步減弱了自干擾信號的強(qiáng)度。同理可知，天線B發(fā)射的信號到達(dá)天線A’和天線B’發(fā)射的信號到達(dá)天線A后也相互疊加消除，從而實現(xiàn)了第一對天線AA’接收端對第二對天線BB’發(fā)射信號的消除。
[0035]最后，對于第三對天線CC’發(fā)出的信號，參考圖2中，與消除第二對天線BB’發(fā)出的信號原理相同，第一對天線AA’也可以實現(xiàn)對第三對天線CC’發(fā)出信號的消除。
[0036]綜上，第一對天線AA’實現(xiàn)了對自己發(fā)射信號的消除以及對第二對天線BB’和第三對天線CC’發(fā)射信號的消除。
[0037]與第一對天線AA’的消除原理相同，第二對天線BB’和第三對天線CC’也可以分別實現(xiàn)對所有天線對發(fā)射的自干擾信號進(jìn)行有效的消除，從而實現(xiàn)了無線全雙工多輸入多輸出模擬自干擾信號的消除。
[0038]綜上，本發(fā)明采用天線對星形對稱形式擺放或者天線對鏡像對稱形式擺放，分別實現(xiàn)了對無線全雙工多輸入多輸出模擬自干擾信號的有效消除，從而滿足無線全雙工多輸入多輸出通信中對模擬自干擾信號的消除要求。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0039]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種無線全雙工多輸入多輸出通信模擬自干擾信號消除裝置，其特征在于:收發(fā)機(jī)的每一路發(fā)射鏈路和接收鏈路共享兩根天線組成一個天線對，所述的兩根天線同時發(fā)送和接收信號，且對于每一路發(fā)射的信號，兩根天線分別發(fā)射功率相同相位相反的信號； 多對所述的天線對以星形對稱形式擺放，即每對天線對的中點相交于一點；或者以鏡像對稱形式擺放，即每對天線對的中垂線重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線全雙工多輸入多輸出通信模擬自干擾信號消除裝置，其特征在于:所述的天線對包括:信號發(fā)射端(1)、180度功率分配器(2)、第一環(huán)形器(3)、第二環(huán)形器(4)、第一天線(5)、第二天線(6)、功率合成器(7)和信號接收端(8)； 所述的信號發(fā)射端與180度功率分配器的輸入端連接，該180度功率分配器將發(fā)送信號分成功率相等、相位相反的兩路對稱信號分別由180度功率分配器的第一輸出端和第二輸出端輸出，第一路發(fā)送信號進(jìn)入第一環(huán)行器的I號端口，然后由第一環(huán)行器的2號端口輸出，通過連接在第一環(huán)行器2號端口上的第一天線發(fā)射出去，第二路發(fā)送信號進(jìn)入第二環(huán)行器的I號端口，然后由第二環(huán)行器的2號端口輸出，通過連接在第二環(huán)行器2號端口上的第二天線發(fā)射出去； 所述的第一天線接收到的第一路接收信號進(jìn)入第一環(huán)行器的2號端口，然后經(jīng)由第一環(huán)行器的3號端口輸出后，進(jìn)入功率合成器的第一輸入端，所述的第二天線接收到的第二路接收信號進(jìn)入第二環(huán)行器的2號端口，然后由第二環(huán)行器的3號端口輸出后，進(jìn)入功率合成器的第二輸入端，所述的第一路接收信號和第二路接收信號經(jīng)功率合成器合并為一路，由功率合成器的輸出端輸出，并由信號接收端接收。
【文檔編號】H04B7/04GK103701510SQ201310750505
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】王旭東, 唐愛民 申請人:上海交通大學(xué)