一種寬帶全雙工系統的二維多天線對消方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及全雙工通信系統的自干擾抵消領域，尤其涉及一種寬帶全雙工系統的二維天線對消方法。該方法可以實現全雙工通信系統中的寬帶信號的發送與接收過程中自干擾信號的消除，使其有更高質量的發送與接收。
【背景技術】
[0002]人類的無線通信歷史不長，但是卻一直在突發猛進的發展，今天的無線設備的使用越來越普遍。日益增長的無線多媒體服務需求和有限的無線頻譜資源，以及用戶們對無線網絡速度及可靠性實用性越來越高的需求，使得人們越來越專注于研制更高傳輸速率和更經濟有效的無線網絡系統。同時，在信息和知識已成為社會和經濟發展的戰略資源和基本要素的時代中，人們更加需要隨時隨地獲取信息，原來點對點的固定電話通信方式已經不能滿足需求了，人們需要寬帶的無線通信技術來滿足多媒體化，普及化，多樣化，全球化和個性化的信息交流。如何提高有限頻譜資源的利用率，是現在無線通信系統的主要研究目標，在過去的幾十年里，研究者們著力于研究節約無線資源或最大化利用無線資源的各種技術與方法，各種各樣的無線通信系統應運而生。但如何在雙工領域增強頻譜利用率的技術還是有待于提尚。
[0003]在無線系統中，一個最基本的概念是無線設備不能在相同的頻帶同時發送與接收數據，即工作于單信道全雙工模式。這是由于在每一個節點有兩副天線，一副天線用于發送信號，一副天線用于接收信號，而接收天線信號會受到自己節點的發送信號的干擾，由于無線信號在傳輸過程中會隨著距離的增加而迅速衰減，則本來要接收的信號完全淹沒在本節點的發送信號(稱之為自干擾信號)里。由于大部分現代通信系統都是數字化處理接收信號來解碼信號，這就需要使用模數轉換器(Analog-to-Digital Converter，簡稱ADC)將射頻接收信號轉化為數字信號。但是在這種情況下，強干擾信號將占據接收信號處理鏈路中ADC的大部分動態范圍，使得較小的有用信號的量化噪聲太大，有用信號淹沒在量化噪聲里，信息丟失。可見設計單通道全雙工無線通信系統所面臨的巨大的挑戰是如何在射頻接收信號通過ADC采樣之前盡可能消除接收機的強自干擾信號。
[0004]2010年9月，美國斯坦福大學Sachin Katti等人在國際會議MobiComi 10上，演示了他們在論文里給出的實驗結果，指出采用天線消除技術結合自干擾消除技術可以在802.15.4個域網的2.4GHz頻段實現單信道全雙工無線通信，該技術可使近端干擾衰減多達60dB。其中干擾消除包括射頻干擾消除和數字干擾消除兩種自干擾消除技術。后來的研究針對收發天線之間的距離、收發天線的指向及天線的放置位置等方面進行了天線對消的性會K白勺?是1? O
[0005]2015年10月，由西安電子科技大學提交的專利，申請號為201510711024.2，提出了一種窄帶全雙工系統天線對消技術。其指出在一個節點處增設N對發射天線和一根接收天線，N對發射天線分布在以接收天線為圓心的兩個同心圓上，兩個圓的半徑相差波長一半的奇數倍，此時由功分器將窄帶信號均分為2N份，成對的發射天線發送出去，信號到達接收天線處相位相差31，正好符合相位抵消原理，使得自干擾得到很好的消除。但該專利利用每對發射天線之間的距離相差波長一半的奇數倍時，信號相位相反來完成抵消的，這導致該專利只適用于窄帶通信的情況，對于寬帶情況，其抵消性能將大大下降。
【發明內容】
[0006]鑒于現有技術中的缺點，本發明提出一種寬帶全雙工系統的二維天線對消方法，使得寬帶信號在全雙工系統中更高效率的傳輸。其使用一個濾波器組將寬頻帶信號分割為多個窄頻帶信號，且要求相鄰濾波器子帶之間具有奇對稱特性。然后針對每個窄頻帶增設N對發射天線，將每個窄頻帶信號送入功分器將其分為2N份發送出去，在本節點的接收天線處兩兩成對相互抵消，使得自干擾得到一定量的消除。這樣多個窄頻帶同時實現這樣的功能，使得整個寬帶信號的自干擾得到消除。
[0007]本發明的實現基本思路是，首先對寬帶信號進行處理，使寬帶信號經過一組濾波器，如圖1所示，這組濾波器在fi，f2，f3……處滿足互補對稱(奇對稱)特性。這組濾波器將寬帶信號的頻帶分割為M個窄頻帶，原寬帶信號帶寬為B，此時M個窄頻帶的帶寬為B/M。然后不同的窄頻帶信號通過各自的射頻通道進行發送。每個窄頻帶信號對應一個中心頻率，可以由λ = c/f得出所有窄帶信號中心頻率的M個波長值人1 (i = l,2,3……，M)，此時，針對每一個波長值增設N對發射天線，那么M個波長值，即增設MN對發射天線。
[0008]然后在全雙工節點處將每個窄頻帶信號通過功率分配器均分為2N份，接著分別通過2N根發射天線發送，每對發射天線分布在以接收天線為圓心的一組同心圓上。針對任何一個波長值A1G = IJJ……，M)，由于，半徑數目為2條及以上。要求半徑均分以接收天線為圓心的圓，例如:當時，共有2對發射天線分別位于2條半徑上，這2條半徑平分整個圓，所以它們相差180度，也就是在同一條直徑上；當時，共有3對發射天線分別位于3條半徑上，這3條半徑平分整個圓，所以它們相差120度;當時，共有4對發射天線分別位于4條半徑上，這4條半徑平分整個圓，所以它們相差90度；
[0009]以此類推，每一對天線中，其中之一距離接收天線所在的圓心的距為d，另一個距離接收天線所在圓心的距離是(1+1,/2(1 = 1，2，...，M)，達到每對發射天線中的2根發射天線距離位于圓心的接收天線相差信號載波波長M—半的奇數倍，即使得相位差為π，滿足相互對消的原理。這樣M個N對發射天線發射的信號同時同頻發送出去在接收天線處成對相互對消，使得自干擾信號得到很好的消除。
[0010]綜上所述，本發明在相位抵消的自干擾消除上增設MN對發射天線，在寬帶全雙工系統近端全雙工節點處由MN對發射天線和一根接收天線構成一個圓形天線布陣結構，接收天線在圓心處，發射天線分布在M個以接收天線為圓心的同心圓上，且兩兩在一條直徑成對分布，每一對中，其中之一距離圓心的距離為d，另一個距離圓心的距離是d+Ai/^U = I，2，...，M)，即一條路徑長度與另一條相比相差信號載波波長一半的奇數倍，相位相差，實現相互對消。發送信號從發射天線處先經過具有相鄰子帶具有奇對稱特性的濾波器組頻帶分割為M個窄頻帶，再經功分器分為MN份，同時同頻發送出去，在接收天線處使自干擾信號相消疊加，明顯減少對接收端有用信號的干擾，使得寬帶信號在全雙工系統中更高效率的傳輸。
【附圖說明】
[0011 ]圖1為相鄰子帶呈奇函數對稱特性的濾波器組圖；
[0012]圖2為當N=2即兩對發射天線時天線布陣圖；
[0013]圖3為當N=4即四對發射天線時天線布陣圖
[0014]圖4為MN對發射天線布陣圖的局部圖；
[0015]圖5為包括RF模擬域對消、數字域對消和天線對消的寬帶全雙工自干擾消除的流程圖。
[0016]圖中:發射天線TXm和TXm成對，TX121和TX122成對，……，TXini和TXin2成對;TXm和TX212成對，TX221 和TX222成對，……，TX2ni和TX2n2成對；……TXmii和TXmi2成對，TXm2I和TXm22成對，……，ΤΧμν4ΡΤΧμν2成對;接收天線RX在圓心處。
[0017]其中，發射天線的ΤΧμν4ΡΤΧμν2的下標的含義是:第一位代表的是第M個窄頻帶，第二位是每個子帶所分成的第N對發射天線，第三位是I和2對應，即成對的發射天線。
【具體實施方式】
[0018]以下將結合附圖對本發明作進一步的描述，需要說明的是，本實施例以本技術方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍并不限于本實施例。
[0019]如圖1至圖5所示，為了實現寬帶全雙工系統干擾對消，本發明的實現步驟如下:
[0020](I)在全雙工節點處，寬帶發射信號經過數模變換，再經過上變頻器生成射頻發射信號。然后射頻寬帶信號經過一個相鄰子帶滿足奇對稱特性的濾波器組，使其寬帶頻帶分割為M個窄頻帶信號，使原來的帶寬B變為Β/Μ，然后將此M個窄頻帶信號送入全雙工節點的功率分配器，功分器輸出信號送入發射天線。
[0021](2)全雙工節點天線布置如下:在全雙工節點共設置2ΜΝ(Ν)根發射天線(MN對發射天線)和I根接收天線。針對每個窄頻帶即每個M值對應的N對發射天線，全雙工節點的每對發射天線分布在以接收天線為圓心的圓的一條半徑上。由于2，意味著半徑數目為2條及以上。要求半徑平分以接收天線為圓心的圓，例如:當Ν