一种基于多接收天线的自干扰消除系统及消除方法

摘要

本发明公开了一种基于多接收天线的自干扰消除系统及消除方法。本发明的自干扰消除系统包括：一根发射天线和K根接收天线；K根接收天线在以发射天线为圆心的圆上等距离排列，相邻接收天线间的距离为等间距；以及干扰消除装置，干扰消除装置进一步包括K个分路器、K个反相器、K个合路器、选择器和调解器。本发明可以利用多个接收天线的射频信号进行简单而有效地干扰消除，同时减少因消除干扰方向的信号而引起的对目标信号接收方向性增益的影响。本发明通过在K路干扰消除后的合并信号中选择信号最强的一路信号进行解调的方式，获得了K路信号中在目标信号入射方向增益最强的一路信号，消除了增益为0的方向，保证了接收信号能量的稳定性。

权利要求

1.一种自干扰消除系统，其特征在于，所述消除系统包括：一根发射天线和K根接收天线；以及与K根接收天线相连接的干扰消除装置，干扰消除装置进一步包括K个分路器(1)、K个反相器(2)、K个合路器、选择器(3)和调解器(4)；K根接收天线在以发射天线为圆心的圆上等距离排列，相邻接收天线间的距离为等间距，形成天线阵列；K根接收天线的信号分别传输至K个分路器(1)；K个分路器(1)中的每一个分别将所对应的接收天线的信号分成两路，一路输入反相器(2)，反相器(2)的输出与相邻的接收天线经分路器(1)后的直接输出信号共同输入至合路器进行信号合并；由K根接收天线产生的K路合并信号输入至选择器(3)；选择器(3)选择最强的一路信号输入至调解器(4)；其中，K为≥2的自然数。

2.一种基于多接收天线的自干扰消除方法，其特征在于，所述自干扰消除方法，具体包括以下步骤：

1)在同频同时收发系统中，采用一根发射天线和K根接收天线，将K根接收天线在以发射天线为圆心的圆上等间距摆放，形成天线阵列，利用天线阵列常用的校准方法，使得每相邻两根接收天线收到的自身发射天线的信号是同幅同相的；

2)对每根接收天线上获得的信号经分路器后，输入至反相器进行相位反转，再与其相邻的接收天线经分路器后的直接输出信号输入至合路器进行信号合并，这样共产生K路合并信号；

3)将K路合并信号输入至选择器，选择器从K路合并信号中选择包含目标信号最强的一路信号输入至调解器进行后续的解调，其中，K为≥2的自然数。

3.如权利要求2所述的消除方法，其特征在于，在步骤2)中，相邻的接收天线的合并是顺时针相邻，或者是逆时针相邻。

4.如权利要求2所述的消除方法，其特征在于，在步骤2)中，所述K根接收天线中的每一根接收天线经分路器后的直接输出信号为X1(t)，与其相邻的接收天线接收到的信号X2(t)，分别表示为：X1(t)＝I(t)+S(t)+N1(t)

其中，I(t)表示自干扰信号，S(t)表示目标信号，N1(t)和N2(t)分别表示这根接收天线和与其相邻的接收天线的噪声， 表示目标信号到达两根接收天线的相位差，对相邻的接收天线的信号进行相位反转，并将两个信号叠加合并后的合并信号Y(t)表示为：对于天线阵列，上式中的相位差 是目标信号入射角度的函数，表示为

其中，R为接收天线阵半径，λ为波长，θ为目标信号

的入射角。

5.如权利要求2所述的消除方法，其特征在于，在步骤3)中，采用包络检测的方法选择最强的一路信号，即选择信号包络电平最高的一路信号进行后续的解调。

说明书

一种基于多接收天线的自干扰消除系统及消除方法

技术领域

[0001] 本发明属于涉及无线通信领域，特别涉及一种基于多接收天线的自干扰消除系统及消除方法。

背景技术

[0002] 在无线通信系统中，传统双工方式主要分为频分双工FDD和时分双工TDD两种。近年来新提出的一种收发信道使用相同频率、相同时隙的双工方式越来越受到重视。与传统双工方式收、发信道需要正交分开不同，同频同时隙双工可以在一个信道上复用两个方向的通信信道，因而频谱效率将可提高一倍。在这种同频同时双工系统中，发射天线对于接收天线的干扰是影响系统性能进一步提升的主要瓶颈。目前主要使用自适应滤波、天线隔离等方法来解决上述问题。

[0003] 在以往提出的利用多天线波束成型降低全双工系统收、发自干扰的方法中，一般采用发射天线与接收天线间距一段距离放置，利用波束成型技术使发射天线阵在接收天线方向上形成零增益的发射方向图，或者使接收天线阵在发射天线方向形成零增益的接收方向图来减少彼此之间的干扰。这些方法的缺点是会在零增益方向上产生盲区。如果目标节点处于该方向上，则会影响正常的收、发通信。

发明内容

[0004] 针对以上现有技术存在的问题，本发明提供一种新的自干扰消除系统及消除方法，可以利用多个接收天线的射频信号进行简单而有效地干扰消除，同时减少因消除干扰方向的信号而引起的对目标信号接收方向性增益的影响。

[0005] 本发明的一个目的在于提供一种基于多接收天线的自干扰消除系统。

[0006] 本发明的自干扰消除系统包括：一根发射天线和K根接收天线；以及与K根接收天线相连接的干扰消除装置，干扰消除装置进一步包括K个分路器、K个反相器、K个合路器、选择器和调解器；K根接收天线在以发射天线为圆心的圆上等距离排列，相邻接收天线间的距离为等间距，形成天线阵列；K根接收天线的信号分别传输至K个分路器；K个分路器中的每一个分别将所对应的接收天线的信号分成两路，一路输入反相器，反相器的输出与相邻的接收天线经分路器后的直接输出信号共同输入至合路器进行信号合并；由K根接收天线产生的K路合并信号输入至选择器；选择器选择最强的一路信号输入至调解器；其中，K为≥2的自然数。

[0007] K根接收天线在以发射天线为圆心的圆上等距离排列，相邻天线间距离为d，因而相邻两个接收天线与圆心所成扇角度数为2π/K。在同频同时双工系统中，发射天线发出的信号对于K个接收天线来说为干扰信号，由于发射天线与接收天线距离很近，因此发射天线会对接收天线产生巨大的干扰信号，为此需要将发射信号在接收天线上造成的自干扰消除，以便能够接收功率相对较低的目标信号。

[0008] 由于K根接收天线与发射天线等距，所以到达每根接收天线的干扰信号同幅同相。在实际中，可以通过校准摆放位置使得每根接收天线收到同幅同相的干扰信号。因此任选两根相邻的接收天线的信号，将其中一路信号经分路器后输入至反相器后进行相位反转，再与另外一根的经分路器后的直接输出信号输入至合路器进行信号合并，即能够有效地消除同频同时双工系统的自干扰，同时避免了在接收天线射频端做复杂的信号处理。将接收天线中的每相邻两根接收天线的信号进行反相对消合并，这样共可以生成K路合并信号。由于上述K个合并信号形成了K个不同的接收方向图，当接收方向图在目标信号方向增益较强时，才能够接收到较强的目标信号。接下来，将K路合并信号输入至选择器，选择器从K路合并信号中选择包含目标信号最强的一路信号输入至调解器进行后续的解调，以确保目标信号接收强度。

[0009] 不失一般性的，分析两根相邻天线，以第一根接收天线接收的信号相位做为参考相位。设第一根接收天线和第二根接收天线接收到的信号X1(t)和X2(t)分别为：

[0010] X1(t)＝I(t)+S(t)+N1(t) （1）

[0011]

[0012] 其中，I(t)表示自干扰信号，S(t)表示目标信号，N1(t)和N2(t)分别表示第一根接收天线和第二根接收天线的噪声， 表示目标信号到达两根接收天线的相位差。

[0013] 对第二根接收天线的信号进行相位反转，并将两个信号叠加后得到：

[0014]

[0015] 对于天线阵列，上式中的相位差 是目标信号的入射角度的函数，可以表示为其中，R为接收天线阵半径，λ为波长，θ为目标信号的入射角。

[0016] 公式（3）中信号S1(t)的系数 即为接收天线合并信号后的方向性增益。接收天线在干扰消除后在令 的入射角度θ上可以实现最大增益，而在令的入射角度θ上则增益为零。

[0017] 本发明的另一个目的在于提供一种基于多接收天线的自干扰消除方法。

[0018] 本发明的自干扰消除方法，具体包括以下步骤：

[0019] 1）在同频同时收发系统中，采用一根发射天线和K根接收天线，将K根接收天线在以发射天线为圆心的圆上等间距摆放，形成天线阵列，利用天线阵列常用的校准方法，使得每相邻两根接收天线收到的自身发射天线的信号是同幅同相的；

[0020] 2）对每根接收天线上获得的信号经分路器后，输入至反相器进行相位反转，再与其相邻的接收天线经分路器后的直接输出信号输入至合路器进行信号合并，这样共产生K路合并信号；

[0021] 3）将K路合并信号输入至选择器，选择器从K路合并信号中选择包含目标信号最强的一路信号输入至调解器进行后续的解调，其中，K为≥2的自然数。

[0022] 其中，在步骤2）中，相邻的接收天线的合并可以是顺时针相邻，也可以是逆时针相邻。

[0023] 在步骤2）中，K根接收天线中的每一根接收天线经分路器后的直接输出信号为X1(t)，与其相邻的接收天线接收到的信号X2(t)，分别表示为：

[0024] X1(t)＝I(t)+S(t)+N1(t) （4）

[0025]

[0026] 其中，I(t)表示自干扰信号，S(t)表示目标信号，N1(t)和N2(t)分别表示这根接收天线和与其相邻的接收天线的噪声， 表示目标信号到达两根接收天线的相位差。

[0027] 对相邻的接收天线的信号进行相位反转，并将两个信号叠加合并后的合并信号Y(t)表示为：

[0028]

[0029] 对于天线阵列，上式中的相位差 是目标信号入射角度的函数，表示为其中，R为接收天线阵半径，λ为波长，θ为目标信号的入射角。

[0030] 在步骤3）中，采用包络检测的方法选择最强的一路信号，即选择信号包络电平最高的一路信号进行后续的解调。

[0031] 本发明的有益效果：

[0032] 本发明的优势之一是通过在K路干扰消除后的合并信号中选择信号最强的一路信号进行解调的方式，获得了K路信号中在目标信号入射方向增益最强的一路信号，从而避免了由一对接收天线合并后所引起的目标接收信号能量损失。本发明的方法消除了增益为0的方向，保证了接收信号能量的稳定性。

附图说明

[0033] 图1是本发明的基于多天线接收的自干扰消除系统的天线阵列的结构示意图；

[0034] 图2是本发明的自干扰消除系统的干扰消除装置的结构示意图；

[0035] 图3是本发明的当K=2，d=15λ时的实施例的信号接收幅度空间的方向图；

[0036] 图4是本发明的当K=5，d=λ～100λ时的实施例的方向增益最小值-天线间距的曲线图。

具体实施方式

[0037] 下面结合附图，通过实施例详描述本发明的实施方式。

[0038] 图1给出了一根发射天线和3根接收天线形成的天线阵列的结构示意图。如图1所示K（K=3）根接收天线在以发射天线为圆心的圆上等距离排列，相邻天线间距离为d，因而相邻两个接收天线与圆心所成扇角度数为2π/K，目标信号的入射角为θ。

[0039] 图2是K为5的干扰消除装置的结构示意图。如图2所示，干扰消除装置包括K个分路器1、K个反相器2、K个合路器、选择器3和调解器4；K根接收天线的信号分别传输至K个分路器；K个分路器中的每一个分别将接收天线的信号分成两路，一路输入反相器，反相器的输出与相邻的接收天线经分路器后的直接输出信号共同输入至合路器进行信号合并；由K根接收天线产生的K路合并信号输入至选择器；选择器选择最强的一路信号输入至调解器；其中，K为≥2的自然数。

[0040] 图3所示为K=2，d=15时的方向性增益图。由图3可以看出，接收天线在干扰消除后在令 的入射角度θ上可以实现最大增益，而在令 的入射角度θ上则增益为零。

[0041] 图4是K=5，d=λ～100λ时的方向增益最小值-天线间距的曲线图。本发明的优势之一是通过在K路干扰消除后的信号中选择信号最强的一路信号解调的方式，获得了K路信号中在目标信号入射方向增益最强的一路信号，从而避免了由一对接收天线合并后所引起的目标接收信号能量损失。选取K=5，d=λ～100λ进行了仿真，按照本发明提出的方法，每次选取信号最强的一路信号，记录在0～360度的目标信号入射方向上增益的最小值，结果如图4所示。由图4可以看出，该方法消除了增益为0的方向，保证了接收信号能量的稳定性。

[0042] 最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。