專利名稱：一種雙天線全雙工軟件無線電收發(fā)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體涉及一種雙天線全雙工軟件無線電收發(fā)機(jī)。
背景技術(shù)：
無線通信收發(fā)機(jī)可以工作在三種模式，即單工，半雙工，全雙工。在2G，3G和未來 4G移動(dòng)通信中，我們主要采用半雙工或者全雙工模式。傳統(tǒng)收發(fā)機(jī)采用一個(gè)天線，通過一個(gè) 雙工器實(shí)現(xiàn)半雙工或者全雙工模式。在半雙工方式下，雙工器是一個(gè)切換開關(guān)，收和發(fā)是時(shí) 分復(fù)用方式工作，此時(shí)接收和發(fā)射信號(hào)可以采用相同載波頻率。在全雙工方式下，雙工器是 濾波器組，收和發(fā)是頻分復(fù)用方式工作，此時(shí)接收和發(fā)射信號(hào)采用不同載波頻率?？梢?，如 果收發(fā)信號(hào)具有相同載波頻率，傳統(tǒng)單天線收發(fā)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)全雙工模式。軟件無線電是無線收發(fā)機(jī)采用的一種體系結(jié)構(gòu)，其特征之一就是系統(tǒng)的編解碼， 調(diào)制解調(diào)，上下變頻功能都是利用FPGA或者DSP等數(shù)字器件，在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)。發(fā)射通道通 過DAC直接把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻模擬信號(hào)，接收通道通過ADC直接把射頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)。利用軟件無線電體系下數(shù)字信號(hào)處理的靈活性，可以克服原有模擬系統(tǒng)中的 一些困難，實(shí)現(xiàn)新的功能或者簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。總之，傳統(tǒng)單天線無線收發(fā)機(jī)在收、發(fā)載波采用相同頻率時(shí)，無法工作在全雙工模 式，進(jìn)而導(dǎo)致無線頻譜資源利用率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種雙天線全雙工軟件無線電收發(fā)機(jī)，該方 法能在接收和發(fā)射信號(hào)載波采用相同頻率時(shí)，實(shí)現(xiàn)全雙工工作模式，從而提高無線頻譜資 源利用率。解決所述問題的技術(shù)方案是一種雙天線全雙工軟件無線電收發(fā)機(jī)，其包括一個(gè) 發(fā)射通道數(shù)字信號(hào)處理模塊，實(shí)現(xiàn)傳輸信號(hào)的編碼，調(diào)制，數(shù)字上變頻，其輸出信號(hào)傳遞給 DAC和接收通道的耦合相消模塊；一個(gè)DAC，實(shí)現(xiàn)發(fā)射通道的數(shù)模轉(zhuǎn)換，其輸出為模擬射頻 信號(hào)，傳遞給發(fā)射通道射頻電路模塊；一個(gè)發(fā)射通道射頻電路模塊，實(shí)現(xiàn)發(fā)射射頻信號(hào)的濾 波，功率放大，其輸出傳遞給發(fā)射天線；一個(gè)發(fā)射天線，實(shí)現(xiàn)電磁波輻射；一個(gè)接收天線，實(shí) 現(xiàn)電磁波接收，并把信號(hào)傳遞給接收通道射頻電路模塊；一個(gè)接收通道射頻電路模塊，實(shí)現(xiàn) 接收模擬射頻信號(hào)的低噪聲放大，濾波，其輸出傳遞給ADC ；—個(gè)ADC，實(shí)現(xiàn)接收通道的模數(shù) 轉(zhuǎn)換，其輸出是數(shù)字信號(hào)，傳遞給耦合相消模塊；一個(gè)耦合相消模塊，實(shí)現(xiàn)發(fā)射通道耦合信 號(hào)的消除，其輸出信號(hào)傳遞給接收通道數(shù)字信號(hào)處理模塊；一個(gè)接收通道數(shù)字信號(hào)處理模 塊，完成數(shù)字下變頻，解調(diào)，解碼。其特征在于收發(fā)機(jī)的接收和發(fā)射采用相同頻率的載波， 接收和發(fā)射分別采用一個(gè)全向天線，無需雙工器，通過耦合相消單元實(shí)現(xiàn)全雙工工作模式， 同時(shí)，采用軟件無線電體系，耦合相消單元在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)。所述一種雙天線全雙工軟件無線電收發(fā)機(jī)，其耦合相消模塊實(shí)現(xiàn)方法為第一步， 求出接收通道ADC輸出信號(hào)y (η)的解析信號(hào)Υ(η)，同時(shí)求出發(fā)射通道數(shù)字信號(hào)處理模塊輸出信號(hào)x(n)的解析信號(hào)X(n)；第二步，對(duì)解析信號(hào)X(n)，利用權(quán)系數(shù)W(n)進(jìn)行復(fù)數(shù)加 權(quán)，得到耦合信號(hào)的估計(jì)信號(hào)F(n) =W(η)X(η)；第三步，從接收信號(hào)Y(η)中消除耦合信號(hào) F (η)，得到耦合相消模塊輸出信號(hào)Z (η)，并傳遞給接收通道數(shù)字信號(hào)處理模塊。所述一種雙天線全雙工軟件無線電收發(fā)機(jī)，其耦合相消模塊中權(quán)系數(shù)W(n)的確 定方法為第一步，在無其他收發(fā)機(jī)干擾下，發(fā)射通道數(shù)字信號(hào)處理模塊產(chǎn)生一個(gè)正弦信號(hào) a (η)，頻率等于載波頻率，并通過DAC，發(fā)射通道射頻電路，發(fā)射天線發(fā)射，而此時(shí)接收通道 ADC輸出信號(hào)b (η)為發(fā)射通道耦合信號(hào)；第二步，求出a (η)的解析信號(hào)A (η)和b (η)的解 析信號(hào)Β(η)；第三步，計(jì)算權(quán)系數(shù)W(n) =B(n)/A(n)0本發(fā)明專利的有益效果是在接收和發(fā)射信號(hào)載波采用相同頻率時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)全雙 工工作模式，無需雙工器。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各種無線通信收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)，包括移動(dòng)通 信，衛(wèi)星通信，無線局域網(wǎng)等。


圖1是收發(fā)機(jī)整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是耦合相消模塊結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式一種雙天線全雙工軟件無線電收發(fā)機(jī)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。收發(fā)機(jī)由發(fā)射通 道和接收通道構(gòu)成，其中發(fā)射通道包括了發(fā)射通道數(shù)字信號(hào)處理模塊，DAC，發(fā)射通道射頻 電路模塊，發(fā)射天線；接收通道包括了接收天線，接收通道射頻電路模塊，ADC，耦合相消模 塊，接收通道數(shù)字信號(hào)處理模塊。收發(fā)機(jī)采用了軟件無線電體系，接收和發(fā)射信號(hào)的載波頻 率相同。由于接收和發(fā)射分別采用一個(gè)全向天線，可以實(shí)現(xiàn)全雙工工作模式。但由于兩個(gè) 全向天線的采用，通過空間耦合，接收信號(hào)中存在較強(qiáng)的發(fā)射信號(hào)的耦合信號(hào)，需要通過一 個(gè)耦合相消模塊去除。另外，收發(fā)機(jī)的接收天線，發(fā)射天線，射頻電路模塊，數(shù)字信號(hào)處理模 塊，ADC和DAC實(shí)現(xiàn)，都是本領(lǐng)域公知技術(shù)。接收通道耦合信號(hào)來自發(fā)射通道，由于接收和發(fā)射信道是時(shí)不變的，耦合信號(hào)是 發(fā)射信號(hào)的一個(gè)副本，只是幅度有衰落，相位有延時(shí)。通過一個(gè)復(fù)數(shù)加權(quán)，可以在數(shù)字域估 計(jì)出耦合信號(hào)大小，從而在接收信號(hào)中消除耦合信號(hào)。耦合相消模塊的實(shí)現(xiàn)方法如圖2所 示，具體步驟包括第一步，求出接收通道ADC輸出信號(hào)y (η)的解析信號(hào)Y(η)，同時(shí)求出 發(fā)射通道數(shù)字信號(hào)處理模塊輸出信號(hào)x(n)的解析信號(hào)X(n)，其中，解析信號(hào)求解方式通 過Hilbert變換獲得，比如實(shí)信號(hào)χ (η)的解析信號(hào)Χ(η) = χ (η)+jH{x (η)}，式中Η{}表示 Hilbert變換，j為虛數(shù)單位；第二步，對(duì)解析信號(hào)X(n)，利用權(quán)系數(shù)W(n)進(jìn)行復(fù)數(shù)加權(quán)，得 到F(n) =W(n)X(n)，其中權(quán)系數(shù)W(n)完成對(duì)發(fā)射信號(hào)的幅度衰減和相位延時(shí)，從而生成耦 合信號(hào)的估計(jì)信號(hào)；第三步，從接收信號(hào)Y(η)中消除耦合信號(hào)F(n)，得到耦合相消模塊輸 出信號(hào)Z (n) = Y (η) -F (η)，并傳遞給接收通道數(shù)字信號(hào)處理模塊。在耦合相消模塊中，權(quán)系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，通過發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)可以預(yù)先估計(jì)。計(jì) 算權(quán)系數(shù)的具體步驟包括第一步，發(fā)射通道數(shù)字信號(hào)處理模塊產(chǎn)生一個(gè)正弦信號(hào)a (η)， 其頻率等于載波頻率，并通過DAC，發(fā)射通道射頻電路，發(fā)射天線發(fā)射，而此時(shí)接收通道ADC 輸出信號(hào)b(n)為發(fā)射通道耦合信號(hào)；第二步，求出a(n)的解析信號(hào)A(n)和b (η)的解析信號(hào)B(n)；第三步，計(jì)算權(quán)系數(shù)W(n) =B(n)/A(n)； 本發(fā)明在收發(fā)信號(hào)載波為相同頻率條件下，通過采用兩個(gè)天線，并在數(shù)字域完成 耦合相消，可以實(shí)現(xiàn)全雙工工作模式，無需雙工器，從而提高頻譜資源利用率。
權(quán)利要求
1.一種雙天線全雙工軟件無線電收發(fā)機(jī)，其包括一個(gè)發(fā)射通道數(shù)字信號(hào)處理模塊，實(shí)現(xiàn)傳輸信號(hào)的編碼，調(diào)制，數(shù)字上變頻，其輸出信 號(hào)傳遞給DAC和接收通道的耦合相消模塊；一個(gè)DAC，實(shí)現(xiàn)發(fā)射通道的數(shù)模轉(zhuǎn)換，其輸出為模擬射頻信號(hào)，傳遞給發(fā)射通道射頻電 路模塊；一個(gè)發(fā)射通道射頻電路模塊，實(shí)現(xiàn)發(fā)射射頻信號(hào)的濾波，功率放大，其輸出傳遞給發(fā)射 天線；一個(gè)發(fā)射天線，實(shí)現(xiàn)電磁波輻射；一個(gè)接收天線，實(shí)現(xiàn)電磁波接收，并把信號(hào)傳遞給接收通道射頻電路模塊； 一個(gè)接收通道射頻電路模塊，實(shí)現(xiàn)接收模擬射頻信號(hào)的低噪聲放大，濾波，其輸出傳遞 給 ADC ；一個(gè)ADC，實(shí)現(xiàn)接收通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換，其輸出是數(shù)字信號(hào)，傳遞給耦合相消模塊； 一個(gè)耦合相消模塊，實(shí)現(xiàn)發(fā)射通道耦合信號(hào)的消除，其輸出信號(hào)傳遞給接收通道數(shù)字 信號(hào)處理模塊；一個(gè)接收通道數(shù)字信號(hào)處理模塊，完成數(shù)字下變頻，解調(diào)，解碼； 其特征在于收發(fā)機(jī)的接收和發(fā)射采用相同頻率的載波，接收和發(fā)射分別采用一個(gè)全 向天線，無需雙工器，通過耦合相消單元實(shí)現(xiàn)全雙工工作模式，同時(shí)，采用軟件無線電體系， 耦合相消單元在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙天線全雙工軟件無線電收發(fā)機(jī)，其特征在于耦合相消模 塊實(shí)現(xiàn)方法為第一步，求出接收通道ADC輸出信號(hào)y (η)的解析信號(hào)Y (η)，同時(shí)求出發(fā)射通道數(shù)字信 號(hào)處理模塊輸出信號(hào)x(n)的解析信號(hào)X(n)；第二步，對(duì)解析信號(hào)X (η)，利用權(quán)系數(shù)W(n)進(jìn)行復(fù)數(shù)加權(quán)，得到耦合信號(hào)的估計(jì)信號(hào) F (n) = W (η) X (η)；第三步，從接收信號(hào)Υ(η)中消除耦合信號(hào)F(n)，得到耦合相消模塊輸出信號(hào)Ζ(η)，并 傳遞給接收通道數(shù)字信號(hào)處理模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述一種雙天線全雙工軟件無線電收發(fā)機(jī)，其特征在 于耦合相消模塊中權(quán)系數(shù)W(n)的確定方法為第一步，在無其他收發(fā)機(jī)干擾下，發(fā)射通道數(shù)字信號(hào)處理模塊產(chǎn)生一個(gè)正弦信號(hào)a (η)， 頻率等于載波頻率，并通過DAC，發(fā)射通道射頻電路，發(fā)射天線發(fā)射，而此時(shí)接收通道ADC輸 出信號(hào)b(n)為發(fā)射通道耦合信號(hào)；第二步，求出a (η)的解析信號(hào)Α(η)和b (η)的解析信號(hào)Β(η)； 第三步，計(jì)算權(quán)系數(shù)W (η) =Β(η)/Α(η)0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙天線全雙工軟件無線電收發(fā)機(jī)，包括發(fā)射通道數(shù)字信號(hào)處理模塊，DAC，發(fā)射通道射頻電路模塊，發(fā)射天線，接收天線，接收通道射頻電路模塊，ADC，耦合相消模塊，接收通道數(shù)字信號(hào)處理模塊。耦合相消模塊實(shí)現(xiàn)方法通過對(duì)發(fā)射通道信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)加權(quán)，估計(jì)出接收通道耦合信號(hào)，然后消去。耦合相消模塊權(quán)系數(shù)通過發(fā)射正弦信號(hào)測(cè)量獲得。本發(fā)明有益效果是無需雙工器，通過兩個(gè)全向天線和耦合相消模塊，實(shí)現(xiàn)收發(fā)機(jī)在同頻載波條件下的全雙工工作模式，提高頻譜資源利用率。
文檔編號(hào)H04B1/54GK102111177SQ201010607879
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者吳紹華, 曹海林, 曾浩, 李慧君 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)