[发明专利]基于分形微带耦合器组的同时同频全双工单天线中继系统

说明书

本发明属于无线电传输技术领域，公开了一种基于分形微带耦合器组的同时同频全双工单天线中继系统，单端口天线由射频线缆连接至分形微带耦合器组的天线端端口；分形微带耦合器组包括三个50欧姆端口：天线端、发送端和接收端；模拟域自干扰消除模块，利用功分器拷贝一份发射信号，经过调相器、调幅器重构反向自干扰信号后由合成器汇合到接收信号上消除自干扰；数控放大器模块，用于通过数字信号实时调整中继放大器的放大系数；同时可以结合同时同频全双工双向中继协作通信，计算基于最大信干噪比的放大因子并调整放大因子。本发明的中继系统不仅可以扩宽通信范围，大幅提升系统容量，而且工作在全双工模式下，大大节约了频谱资源，提升了频谱效率。

技术领域

本发明属于无线电传输技术领域，尤其涉及一种基于分形微带耦合器组的同时同频全双工单天线中继系统。

背景技术

目前，最接近的现有技术：在无线通信领域，随着信息技术的快速发展，通信与数据传输业务迅猛增长，使得电磁波通信频谱资源日趋拥挤。在此背景下，全双工通信技术得到了广泛的应用并成为了无线通信领域的关键技术之一。相比半双工中继系统，全双工中继通信系统各节点可以同时同频对信号进行收发，可以倍增频谱效率且大幅提升系统容量，从而缓解频谱资源紧张的现状。然而由于全双工通信自身的特性，其自干扰信号是影响系统性能的核心因素，自干扰消除也就成为了同时同频全双工通信领域的核心问题。全双工自干扰消除一般可以分为天线域自干扰消除、模拟域自干扰消除和数字域自干扰消除。下面开始阐述现有技术和其不足之处：现有技术一利用分离式方向性天线进行收发隔离以降低自干扰信号对接收信号的影响，收发天线之间距离比较长，整体系统占地面积大，移动性较差。现有技术二尝试利用微带耦合器和铁氧体环形器构建双极化单天线全双工系统，但是在分析自干扰传播路径的过程中忽略了双极化天线收发端口的自干扰信号泄露，实际能达到的自干扰消除能力欠佳。现有技术三中，Cheung S K,Weedon W H,Caldwell C P等人在会议IEEE MTT-S International Microwave Symposium于2017年发表的Highisolation lange-ferrite circulators withNF suppression for simultaneoustransmit and receive学术论文中提出了一种基于铁氧体环形器和耦合器的、适用于单端口天线的微带线-铁氧体环形器全双工单天线通信系统，但是由于应用了铁氧体环形器，增加了电路设计的体积，不利于集成化设计。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)分离式天线中继系统占地体积大，集成化程度低，移动性较差；全向性较差，只能给一定方向的目的节点提供通信。

(2)现有的单天线全双工系统大多使用铁氧体环形器作为隔离器件。铁氧体环形器封装一般体积比较大，不利于集成化设计。

(3)现有单天线全双工系统收发隔离度比较低，自干扰消除能力较差。天线域和模拟域自干扰消除能力都有很大的潜力有待挖掘。

解决上述技术问题的难度：

传统的单天线收发隔离系统多使用铁氧体环形器进行实现，而宽带型的、集成度高的新型自干扰消除微带电路比较难以设计。电路的阻抗匹配和相位消除过程比较复杂，对设计者来说是一种挑战。

解决上述技术问题的意义：

本发明将分形迭代的思想应用到了微带电路设计当中，利用分形微带耦合器组替代了原有的微带线-铁氧体环形器结构。同时结合同时同频全双工中继通信特点，设计了一套含有天线域和模拟域自干扰消除的同时同频全双工中继通信系统。该中继系统不仅可以扩宽通信范围，大幅提升系统容量，而且工作在全双工模式下，大大节约了频谱资源，提升了频谱效率。相比于现有技术，发明将自干扰消除能力提升了31％左右。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于分形微带耦合器组的同时同频全双工单天线中继系统。