專利名稱：基于單載波全雙工的多輸入多輸出系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，涉及到多輸入多輸出MI MO系統(tǒng)中的無線通信系統(tǒng)傳輸以及單載波通信，可應用在無線通信鏈路或者無線網(wǎng)絡中，提高頻帶的利用率和系統(tǒng)容量，也可用來解決無線網(wǎng)絡中的隱藏終端等媒質(zhì)接入控制的傳統(tǒng)問題。
背景技術：
隨著通信技術的不斷發(fā)展和移動通信用戶數(shù)量的急劇增加，可用的通信頻段越來越擁擠。在人們期望未來通信系統(tǒng)不僅能夠提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，而且能夠更有效的利用頻譜資源。采取雙工方式可以在發(fā)送設備的發(fā)送方和接收設備的接收方之間采取點到點的連接，能夠得到更高的數(shù)據(jù)傳輸速度。通信技術中的雙工方式是指通信雙方如何實現(xiàn)收發(fā)雙方向的通信。在傳統(tǒng)的有線及無線技術中，為了防止收發(fā)信號之間的干擾，通常采用頻分雙工FDD或者時分雙工TDD的雙工方式。在FDD方式中，收發(fā)采用不同的載波頻率或頻段同時發(fā)送信號實現(xiàn)雙向通信；TDD在不同的方向采用相同的載波，收發(fā)雙方分別在不同的時間進行發(fā)送，由于收發(fā)之間切換的非常頻繁，對用戶而言仍感覺到在同時進行實時的雙向通信。FDD和TDD這兩種雙工方式在同一時間同一載波頻率上只會出現(xiàn)單一方向的信號，避免了同一節(jié)點收發(fā)信號之間的自干擾，接收機和發(fā)送機的實現(xiàn)較為簡單，構成了當前通信技術收發(fā)機的基礎。但是，這兩種技術都未能充分利用頻率資源，在技術上，在單一載波頻段上同時進行雙向通信是可行的，這種方式被稱作“單載波全雙工通信”。單載波全雙工不僅能夠更充分的利用頻率資源，而且可以做到“邊說邊聽”，在無線分組通信中具有更多優(yōu)勢。在現(xiàn)有在單頻全雙工系統(tǒng)的研究和實現(xiàn)中，主要關心的問題有兩方面:一個是如何通過收發(fā)信機設計、接收回路設計和數(shù)字干擾消除來提高接收信號信噪比；二是如何能在現(xiàn)有方案基礎上提高頻寬和發(fā)射功率。美國斯坦福大學Jung Choi等人提出利用放置三根天線即兩發(fā)一收，并精準設置天線之間的距離，使得兩根發(fā)射天線發(fā)出的無線載波信號恰好在接收天線處相互抵消，從而降低強自干擾的作用。萊斯大學的Ashutosh Sabharwal團隊提出將天線消除、模擬干擾消除和數(shù)字干擾消除的三種組合方案:天線+模擬消除ASAC，天線+數(shù)字消除ASDC，天線+模擬+數(shù)字消除ASADC，并通過分析和仿真給出了三種方案的理想性能，最差都能夠取得將近70dB的干擾信號消除能力。國內(nèi)方面，北京交通大學在提出的專利“一種消干擾全雙工中繼通信系統(tǒng)和全雙工中繼設備”(申請日:2010.06.11，申請?zhí)?2010205580.X，公布號:101882965A)中，描述了通過一個消干擾模塊對接收到的信號進行回聲干擾消除。其消干擾模塊包括譯碼器和編碼器，譯碼器用于對接收到的信號進行譯碼，相應的譯碼矩陣為D，編碼器用于對譯碼后的信號進行編碼，相應的編碼矩陣為P，其中D與P滿足:DHEP=0，其中E為中繼節(jié)點設備中的回聲信道矩陣。
這些相關成果表明，通過綜合利用天線、模擬回波抵消電路和數(shù)字信號處理技術，進入到數(shù)字域的接收信號可以避免被強自干擾信號所淹沒，因而，在此基礎上可以利用更先進的數(shù)字信號處理技術獲得更高傳輸容量，提高頻譜利用效率。在當前所提出的單頻全雙工技術有多個天線，但是卻只能實現(xiàn)收發(fā)通信，并沒有充分利用多天線的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于基于現(xiàn)有的自干擾消除技術以及MIMO技術，提供一種能夠在單載波上實現(xiàn)全雙工通信的MIMO系統(tǒng)，以提高單頻全雙工系統(tǒng)的通信容量和頻譜利用率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的系統(tǒng)包括:MM0發(fā)送信號處理模塊1，MM0接收信號處理模塊5和N個并行支路，其中N > 2，每個支路中包含數(shù)模轉換上變頻模塊(2)，收發(fā)信機3和模數(shù)轉換下變頻模塊4，其特征在于，數(shù)模轉換上變頻模塊2與收發(fā)信機3之間連接有回波抵消網(wǎng)絡6，用于消除由于多徑散射等原因引起的回波反射；回波抵消網(wǎng)絡6與模數(shù)轉換下變頻模塊4之間連接有強自干擾消除模塊7，用于利用已知本地發(fā)送信號的信息，對本地天線之間的強自干擾信號進行消除，以使接收到的有用信號在通過模擬數(shù)字轉換器時不被強信號掩蓋；模數(shù)轉換下變頻模塊4與MMO接收信號處理模塊5之間連接有數(shù)字域干擾消除模塊8，用于利用本地發(fā)送信號的信息對經(jīng)過回波抵消網(wǎng)絡和強自干擾消除模塊后的殘余干擾進行進一步的消除。作為優(yōu)選，所述的回波抵消網(wǎng)絡6為一個三端口模擬電路網(wǎng)絡，其第一端口輸入經(jīng)過調(diào)制的發(fā)送模擬信號，第二端口雙向連接到收發(fā)信機3，該端口上有發(fā)送信號輸出和接收信號輸入，同時有發(fā)送信號的反射回波輸入；利用惠更斯電橋或其他回波抵消電路，將輸入信號的相位和幅度調(diào)整后與反射回波信號進行抵消，并將接收信號和未抵消掉的殘余回波信號經(jīng)第三端口輸出。作為優(yōu)選，所述的強自干擾消除模塊7，包括數(shù)字模擬轉換器71，濾波器72和加法器73，數(shù)字模擬轉換器71將發(fā)送信號進行數(shù)模轉換后，通過濾波器72對該信號進行濾波，濾波后的信號送入到加法器73與其接收信號進行相加，消除接收信號中的自干擾。作為優(yōu)選，所述的數(shù)字域消除模塊8，包括創(chuàng)建干擾復本模塊81，補償模塊82，自適應濾波器83和加法器84，創(chuàng)建干擾復本模塊81根據(jù)發(fā)送信號和干擾信道信息創(chuàng)建干擾復本信號，并通過補償模塊82對該干擾復本信號進行延遲補償，補償后的信號通過自適應濾波器83送入到加法器84與其接收信號進行相加，消除接收信號中的殘余干擾。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比由于綜合使用了回波抵消技術、自干擾消除技術和數(shù)字域干擾消除技術，因而能從接收信號中盡可能多的挖掘有用信號，充分利用得到的每一點有用信號；另外，還可將強干擾背景下的微弱信號通過模擬數(shù)字轉換器轉換成數(shù)字信號，便于接收處理。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結構框圖；圖2是本發(fā)明中的回波抵消網(wǎng)絡框圖3是本發(fā)明中的強自干擾消除模塊框圖；圖4是本發(fā)明中的數(shù)字域干擾消除模塊框圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明基于單載波全雙工的多輸入多輸出系統(tǒng)做進一步描述:參照圖1，本發(fā)明基于單載波全雙工的多輸入多輸出系統(tǒng)，包括MIMO發(fā)送信號處理模塊1，MMO接收信號處理模塊5和N個并行支路，其中N ^ 2，每個支路中包含數(shù)模轉換上變頻模塊2，收發(fā)信機3，模數(shù)轉換下變頻模塊4，回波抵消網(wǎng)絡6，強自干擾消除模塊7和數(shù)字域干擾消除模塊8，其中:MMO發(fā)送信號處理模塊1，形成多支路信號輸出。在每條支路上，數(shù)模轉換上變頻模塊2將發(fā)送數(shù)字 信號轉換為模擬基帶信號后，經(jīng)過上變頻產(chǎn)生發(fā)送模擬信號，傳輸給回波抵消網(wǎng)絡6?；夭ǖ窒W(wǎng)絡6經(jīng)雙向連接將發(fā)送模擬信號傳輸給收發(fā)信機3。收發(fā)信機3連接有發(fā)送天線和接收天線，將發(fā)送模擬信號通過發(fā)送天線發(fā)送，并將接收天線接收的有用接收信號、反射回波信號及鄰天線強干擾信號一起饋送給回波消除網(wǎng)絡6。回波消除網(wǎng)絡6對反射回波信號進行消除，將本天線反射回波信號消除之后的接收信號經(jīng)第三端口傳輸給強自干擾消除模塊7，強自干擾消除模塊7同時接收來自其他支路發(fā)送的數(shù)字基帶信號，實現(xiàn)與接收信號中的干擾信號相加抵消的功能，同時強自干擾消除模塊7將帶有殘余干擾信號的接收信號傳輸給模數(shù)轉換下變頻模塊4，經(jīng)變頻轉換等處理后轉換成數(shù)字基帶信號進入數(shù)字域干擾消除模塊8。數(shù)字域干擾消除模塊8同時也接收來自其他支路發(fā)送的數(shù)字基帶信號，利用已知的發(fā)送信息，進一步對殘余干擾信號進行消除，再將各支路的有用接收信號和微弱殘余干擾、噪聲信號一起傳輸給MIMO接收信號處理模塊5進行接收處理。參照圖2，本發(fā)明的回波抵消網(wǎng)絡6，為一個三端口模擬電路網(wǎng)絡，其中，第一端口接收發(fā)送模擬信號；第二端口雙向連接到收發(fā)信機3，該端口上輸出發(fā)送模擬信號，輸入有用接收信號、發(fā)射回波信號和鄰天線強干擾信號所形成的混合信號；通過回波抵消模擬電路，將第一端口輸入信號的相位和幅度調(diào)整后與反射回波信號進行相加抵消，然后將接收信號和未抵消掉的殘余回波信號經(jīng)第三端口輸出。參照圖3，本發(fā)明的強自干擾消除模塊7，包括數(shù)字模擬轉換器71，濾波器72和加法器73，該模塊引入來自MMO發(fā)送信號處理模塊I發(fā)送的其他支路的數(shù)字基帶信號，將其經(jīng)過數(shù)字模擬轉換器71轉換成模擬信號后，而后通過濾波器72實現(xiàn)與經(jīng)過回波抵消的接收信號中的自干擾信號反相同幅，再通過加法器73與接收信號中的自干擾信號相加抵消，將輸出的帶有殘余干擾信號的接收信號發(fā)送給模數(shù)轉換下變頻模塊4。參照圖4，數(shù)字域干擾消除模塊8，包括創(chuàng)建干擾復本模塊81，補償模塊82，自適應濾波器83和加法器84，該模塊利用來自MMO發(fā)送信號處理模塊I其他支路的數(shù)字基帶信號和經(jīng)過模擬回波抵消和強自干擾消除之后的形成的干擾信道信息，通過創(chuàng)建干擾復本模塊81創(chuàng)建數(shù)字域殘留本地干擾信號的復本，并通過補償模塊82對該復本信號進行延遲補償，補償后的信號通過自適應濾波器83濾波，使其與接收信號中的殘余干擾信號反相同幅，最后送入加法器84與接收信號進行相加，消除接收信號中的殘余干擾。本發(fā)明中的MMO發(fā)送信號處理模塊I可使用數(shù)字信號處理器或FPGA編程實現(xiàn)，該模塊對信源進行預編碼處理，形成多支路信號，對每支路信號進行編碼調(diào)制，在數(shù)據(jù)中插入幀同步和導頻信號等傳輸輔助信號，然后進行組幀等一系列處理，得到數(shù)字基帶信號，并對數(shù)字基帶信號進行整形濾波后發(fā)到各支路后繼模塊中。本發(fā)明中的數(shù)模轉換上變頻模塊2，完成由數(shù)字基帶信號到射頻傳輸信號的轉換。其中數(shù)字模擬轉換器可采用但不限于ADI公司的AD9862芯片來實現(xiàn)，該芯片提供可編程控制插值率的數(shù)字上變頻器和數(shù)模轉換器。數(shù)字基帶信號經(jīng)過數(shù)字上變頻器后，輸出數(shù)字中頻信號，數(shù)字中頻信號進一步通過與載波信號相乘實現(xiàn)上變頻后，轉換成可在空間信道中傳輸?shù)哪M射頻信號。本發(fā)明中的模數(shù)轉換下變頻模塊4，完成由射頻傳輸信號到數(shù)字基帶信號的轉換。射頻傳輸信號通過與本地振蕩器產(chǎn)生的載波信號相乘實現(xiàn)一次下變頻后，可采用模擬數(shù)字轉換器和可編程控制抽樣率的數(shù)字下變頻器得到數(shù)字基帶信號，其中數(shù)字下變頻器可采用但不限于在FPGA中編程實現(xiàn)的四級級聯(lián)積分梳狀濾波器。在本實施例中，模數(shù)轉換變頻模塊中的數(shù)字模擬轉換器亦可采用AD9862芯片實現(xiàn)。 本發(fā)明中的收發(fā)信機3，包括一條發(fā)送天線和一條接收天線，且在相同載波頻段上同時進行信號發(fā)送和接收。本發(fā)明中的MI MO接收信號處理模塊5采用數(shù)字信號處理器或FPGA編程實現(xiàn)，該模塊接收經(jīng)過消除干擾后的多路數(shù)字基帶信號，對基帶信號進行數(shù)字濾波、識別、合成等一系列數(shù)字信號處理后，利用已知的信道信息對各支路信號進行MMO接收信號處理，例如通過最大比合并MRC技術提高信號增益，然后實現(xiàn)數(shù)字解調(diào)解碼以及幀恢復等操作，獲取接收信息。以上是本發(fā)明的一個具體實例，不構成對本發(fā)明的任何限制，顯然對于本領域的專業(yè)人員來說，在了解本發(fā)明內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結構的情況下，進行形式和細節(jié)上的各種修正和改變，但是這些基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種基于單載波全雙工的多輸入多輸出系統(tǒng)，包括MIMO發(fā)送信號處理模塊(I),MMO接收信號處理模塊(5)和N個并行支路，其中N ^ 2，每個支路中包含數(shù)模轉換上變頻模塊(2 )，收發(fā)信機(3 )和模數(shù)轉換下變頻模塊(4 )，其特征在于， 數(shù)模轉換上變頻模塊(2)與收發(fā)信機(3)之間連接有回波抵消網(wǎng)絡(6)，用于消除由于多徑散射等原因引起的回波反射； 回波抵消網(wǎng)絡(6 )與模數(shù)轉換下變頻模塊(4 )之間連接有強自干擾消除模塊(7 )，用于利用已知本地發(fā)送信號的信息，對本地天線之間的強自干擾信號進行消除，以使接收到的有用信號在通過模擬數(shù)字轉換器時不被強信號掩蓋； 模數(shù)轉換下變頻模塊(4)與MMO接收信號處理模塊(5)之間連接有數(shù)字域干擾消除模塊(8)，用于利用本地發(fā) 送信號的信息對經(jīng)過回波抵消網(wǎng)絡和強自干擾消除模塊后的殘余干擾進行進一步的消除。
2.按權利要求1所述的基于單載波全雙工的多輸入多輸出系統(tǒng)，其特征在于，所述的回波抵消網(wǎng)絡(6)為一個三端口模擬電路網(wǎng)絡，其第一端口輸入經(jīng)過調(diào)制的發(fā)送模擬信號，第二端口雙向連接到收發(fā)信機3，該端口上有發(fā)送信號輸出和接收信號輸入，同時有發(fā)送信號的反射回波輸入；利用惠更斯電橋或其他回波抵消電路，將輸入信號的相位和幅度調(diào)整后與反射回波信號進行抵消，并將接收信號和未抵消掉的殘余回波信號經(jīng)第三端口輸出。
3.按權利要求1所述的基于單載波全雙工的多輸入多輸出系統(tǒng)，其特征在于，所述的強自干擾消除模塊(7)包括數(shù)字模擬轉換器(71)，濾波器(72)和加法器(73)，數(shù)字模擬轉換器(71)將發(fā)送信號進行數(shù)模轉換后，通過濾波器(72)對該信號進行濾波，濾波后的信號送入到加法器(73)與其接收信號進行相加，消除接收信號中的自干擾。
4.按權利要求1所述的基于單載波全雙工的多輸入多輸出系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)字域消除模塊(8)，包括創(chuàng)建干擾副本模塊(81)，補償模塊(82)，自適應濾波器(83)和加法器(84)，創(chuàng)建干擾副本模塊(81)根據(jù)發(fā)送信號和干擾信道信息創(chuàng)建干擾副本信號，并通過補償模塊(82)對該干擾副本信號進行延遲補償，補償后的信號通過自適應濾波器(83)送入到加法器(84)與其接收信號進行相加，消除接收信號中的殘余干擾。
5.按權利要求1所述的基于單載波全雙工的多輸入多輸出系統(tǒng)，其特征在于，所述的收發(fā)信機(3 )，在相同載波頻段上同時進行發(fā)送和接收信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于單載波全雙工的多輸入多輸出系統(tǒng)，主要解決無線網(wǎng)絡中的隱藏終端、網(wǎng)絡擁塞和系統(tǒng)容量不足的問題。其包括MIMO發(fā)送信號處理模塊(1)、收發(fā)信機(3)、MIMO接收信號處理模塊(5)、回波抵消網(wǎng)絡(6)、強自干擾消除模塊(7)和數(shù)字域干擾消除模塊(8)，MIMO發(fā)送信號處理模塊(1)輸出多支路信號后，每支路信號經(jīng)過數(shù)模轉換、上變頻和回波抵消網(wǎng)絡后通過收發(fā)信機(3)發(fā)送；收發(fā)信機(3)的接收信號經(jīng)過回波抵消網(wǎng)絡(6)、強自干擾消除模塊(7)和數(shù)字域干擾消除模塊(8)消除干擾信號后，通過下變頻和模數(shù)轉換傳輸給MI MO接收信號處理模塊(5)進行處理。本發(fā)明能最大限度減少自干擾對有用信號的影響，可用于無線分組通信。
文檔編號H04B7/06GK103095351SQ20131001613
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權日2013年1月17日
發(fā)明者姚明旿, 安鵬, 朱峰, 劉吉龍, 王美月, 馬芹花, 王嘯陽, 陸洋 申請人:西安電子科技大學