本实用新型属于无线通信全双工系统领域，具体涉及一种多抽头非等功分全双工模拟自干扰消除装置。
背景技术：
日益增长的数据业务量需求促使通信网络不断提升速率，对通信网络速率而言，频谱效率显得尤为重要。传统的半双工(Hull Duplex,HD)无线通信系统通过不同的时隙或频带进行信号的发射和接收，使频谱效率大大降低。因此研究者提出了同时同频的全双工(Full Duplex,FD)无线通信技术。同时同频全双工无线通信能够在单一的(时间/频率)信道同时进行发射和接收信号，避免像半双工那样使用两个独立的信道进行双向的端到端传送。这样理论上便可以提高频谱效率，实现两倍的吞吐量。但目前的技术并未实现理论上的两倍吞吐量。因为在实际环境下，同时同频全双工模型总受到自干扰(Self-Interference,SI)信号干扰，产生一系列问题。因此，学术界和工业界一致认为，自干扰信号的抑制和消除是实现基础全双工通信系统的关键。
自干扰消除分为模拟消除和数字消除。模拟消除通过设计射频电路和编写动态调节算法控制电路，可以将发射噪声消除到热噪声量级，并且同时减少了线性失真和非线性失真。剩余的失真可以通过数字消除进一步消除。
目前，模拟域射频消除电路多采用等功率功分器，将耦合信号功率分为几路功率相等的多抽头对消信号，不能合理拟合不同功率的自干扰信号。如此，使一些衰减器形同虚设，不能发挥作用；又使一些衰减器负载过重，极大地影响消除性能。
现有技术中，对于消除模块，多采用衰减器加移相器组合或单个矢量调制器进行信号的衰落和移相。多抽头衰减器加移相器方案，成本较高，其中移相器价格昂贵，控制衰减器与移相器时需要多个I/O口，增加了设计面积，浪费芯片I/O口，且不易于算法设计。而采用一个矢量调制器的技术方案，消除性能不佳，且有输入功率限制。
同时，传统信号控制模块采用低速DAC，信号采集模块采用低速ADC，从硬件上直接限制了模拟消除算法的收敛速度。
技术实现要素：
本实用新型实施例要解决的技术问题是针对现有技术中自干扰信号的抑制和消除装置中的缺陷，提出一种多抽头非等功率功分全双工模拟自干扰消除装置，将耦合的发射信号由非等功率功分器分成功率不等的四路信号，不同抽头采用不同功率的耦合信号，可以使矢量调制器更好地进行消除。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种多抽头非等功分全双工模拟自干扰消除装置，所述装置包括：非等功率功分器、射频开关、矢量调制器、合路器；其中，非等功率功分器为一个，射频开关若干，矢量调制器若干，合路器一个；
所述非等功率功分器用于将接收到的发射信号分成N路功率不同的发射信号，且与N个射频开关相连；
所述射频开关与所述矢量调制器相连，用于通过所分得的对应功率的发射信号，将所述发射信号传递给与所述射频开关相连的矢量调制器；
所述矢量调制器均与所述合路器相连，用于对通过射频开关的发射信号进行I/Q矢量调制，实现信号幅度与相位的调节，使耦合功分后的发射信号与自干扰信号等幅反相；
所述合路器用于整合来自与之相连的所有矢量调制器的多个抽头信号，与自干扰信号叠加，实现自干扰信号的消除。
优选的，上述方案中，所述射频开关为四个，矢量调制器为六个；
所述非等功率功分器用于将接收到的发射信号分成四路功率不同的发射信号，并用于将功率较高的两路发射信号通过第一和第二射频开关传递到矢量调制器，将功率较低的两路发射信号通过第三和第四射频开关传递到矢量调制器；
所述第一和第二射频开关均各自依次连接两个矢量调制器构成两级矢量调制器；所述第三和第四射频开关均各自连接一个矢量调制器；
所述矢量调制器中，与所述第一射频开关相连的两级矢量调制器，和与所述第二射频开关相连的两级矢量调制器，分别依次为高输入功率矢量调制器与低输入功率矢量调制器；
所述两个低输入功率矢量调制器、与第三和第四射频开关相连的矢量调制器与合路器相连；
所述合路器用于接收与之相连的四个矢量调制器的四路信号，与自干扰信号叠加，实现自干扰信号的消除。
优选的，上述方案中，所述功率较高的两路发射信号用于消除环形器泄露和天线反射的发射信号；所述功率较低的两路发射信号用于消除无线信道中的多径自干扰信号。
优选的，上述方案中，所述装置还包括环形器，所述环形器用于分隔发射端与接收端，使信号的发射与接收在一个天线处实现。
本实用新型具有如下有益效果：
第一，与传统的射频消除模块相比，不同抽头采用不同功率的耦合信号，可以使矢量调制器更好地进行消除。
第二，采用两级矢量调制器，包含高输入功率矢量调制器与低输入功率矢量调制器。可以更好对高功率的耦合信号进行调节，提升了消除性能。相比于移相器衰减器架构更简单，成本更低，更易算法控制；相比于单级矢量调制器性能更好，避免了输入功率限制。
第三，与传统的低速控制和功率检测电路相比，采用高速芯片，使得收敛时间大大缩短。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例的多抽头非等功分全双工模拟自干扰消除装置结构示意图；
图2为本实用新型第二实施例的多抽头非等功分全双工模拟自干扰消除装置结构示意图；
图3为本实用新型第二实施例的自干扰消除装置应用架构示意图；
图4为本实用新型第二实施例的自干扰消除装置工作时序图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本实用新型技术问题、技术方案和优点将得以阐明。然而，本实用新型并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。
本实用新型针对现有技术中的全双工自干扰信号的消除问题，主要解决当前多抽头射频消除器等功率功分耦合信号，难以准确匹配不同功率的自干扰信号的问题；解决移相器和衰减器方案面积过大，成本高昂，不易控制且算法收敛时间长的问题；解决单个矢量调制器的输入功率限制与消除性能不佳等问题。采用高速ADC、DAC电路，配合矢量调制器作为幅度相位调节器件，实现了消除算法高速收敛。
下面通过具体的实施例，结合附图对本实用新型做进一步说明。
第一实施例
图1为本实施例的多抽头非等功分全双工模拟自干扰消除装置结构示意图。如图1所示，本实施例提供了一种多抽头非等功分全双工模拟自干扰消除装置，包括：非等功率功分器、射频开关、矢量调制器、合路器；其中，非等功率功分器为一个，射频开关若干，矢量调制器若干，合路器一个；
所述非等功率功分器用于将接收到的发射信号分成N路功率不同的发射信号，且与N个射频开关相连；
所述射频开关与所述矢量调制器相连，用于通过所分得的对应功率的发射信号，将所述发射信号传递给与所述射频开关相连的矢量调制器；
所述矢量调制器均与所述合路器相连，用于对通过射频开关的发射信号进行I/Q矢量调制，实现信号幅度与相位的调节，使耦合功分后的发射信号与自干扰信号等幅反相；
所述合路器用于整合来自与之相连的所有矢量调制器的多个抽头信号，与自干扰信号叠加，实现自干扰信号的消除。
第二实施例
图2为本实施例的多抽头非等功分全双工模拟自干扰消除装置结构示意图。如图2所示，本实施例的多抽头非等功分全双工模拟自干扰消除装置，包括：非等功率功分器一个、射频开关四个、矢量调制器六个、合路器一个。
所述非等功率功分器与四个射频开关相连，用于将接收到的发射信号分成四路功率不同的发射信号，并用于将功率较高的两路发射信号通过第一和第二射频开关传递到矢量调制器，将功率较低的两路发射信号通过第三和第四射频开关传递到矢量调制器。
所述第一和第二射频开关均各自依次与两个矢量调制器连接，构成两级矢量调制器；所述第三和第四射频开关均各自与一个矢量调制器连接；用于使所分得的对应功率的发射信号得以通过，并用于将所述发射信号传递给与所述射频开关相连的矢量调制器。
优选的，所述功率较高的两路发射信号用于消除环形器泄露和天线反射的发射信号；所述功率较低的两路发射信号用于消除无线信道中的多径自干扰信号。
所述矢量调制器用于对通过射频开关的发射信号进行I/Q矢量调制，实现信号幅度与相位的调节，使耦合功分后的发射信号与自干扰信号等幅反相。
所述矢量调制器中，与所述第一射频开关相连的两级矢量调制器，和与所述第二射频开关相连的两级矢量调制器，分别依次为高输入功率矢量调制器与低输入功率矢量调制器。
本实施例采用两级矢量调制器，使用大输入功率矢量调制器HMC631与小输入功率矢量调制器QHX220替换原有的衰减器与移相器。降低射频消除模块制作成本，便于消除算法设计与实现。
具体来说，对于功率较高的抽头采用两级矢量调制器(HMC631&QHX220)进行信号幅度与相位的调节，由于HMC631没有过低的输入功率限制，可用于消除功率较高的自干扰信号。如：环形器泄露和天线反射的发射信号，无线信道中多径自干扰信号的主径。对于功率较低的抽头，采用一级矢量调制器QHX220，此矢量调制器消除效果较好，但是输入功率限制为-46dBm以下，因此适用于消除无线信道中的多径低功率信号。
这里，需要说明的是，射频开关是可以控制发射信号对矢量调制器的输入的。每个抽头包含一个射频开关和矢量调制器。射频开关用于控制抽头开闭，更好地匹配无线信道中的多径影响。对于反射物较多的复杂环境，多径信号较多，则通过射频开关使较多抽头工作。对于空旷环境，则可以减少工作抽头数量，降低硬件复杂度，便于算法控制且减少能耗。
所述两个低输入功率矢量调制器、与第三和第四射频开关相连的矢量调制器与合路器相连。
所述合路器用于接收与之相连的四个矢量调制器的四路信号，与自干扰信号叠加，实现自干扰信号的消除。
优选的，所述装置还可以包括环形器，所述环形器用于分隔发射端与接收端，使信号的发射与接收在一个天线处实现。
图3为本实用新型第二实施例的自干扰消除装置应用架构示意图。
如图3所示，为多抽头干扰消除装置用在全双工架构中的示意图。整体架构除射频消除模块外，还有信号采集模块与信号控制模块。信号采集模块由功率检波器，放大器，ADC组成。功率检波器将对消信号，接收信号以及输出信号三处信号功率值采集，经过放大器适当放大，使功率值进入ADC线性工作范围。最终ADC将采集的模拟值转换为数字值传送到FPGA。信号控制模块由FPGA，DAC组成。FPGA通过三处信号的功率值运行模拟消除算法。通过DAC将最佳参数配置到矢量调制器HMC631中，通过SPI总线将参数配置到QHX220中，实现模拟域自干扰信号的最佳消除。
优选的，该装置采用32MSPS的DAC来控制矢量调制器，采用32MSPS的ADC来采集信号功率。相对于传统的低速DAC与低速ADC，直接从硬件上提升了模拟消除算法运行的速度。
图4为本实用新型第二实施例的自干扰消除装置工作时序图。
如图4所示，本实施例的自干扰消除装置工作时序分为训练阶段和数据传输阶段，并不断循环进行。训练阶段FPGA运行模拟消除算法，通过信号采集模块反馈的功率值配置矢量调制器参数，实现自干扰信号的最佳消除。数据传输阶段保持矢量调制器值，稳定射频开关通断，在消除自干扰信号的情况下进行数据传输。
如图4所示，对于四个抽头，训练阶段时根据环境复杂度调整算法，控制射频开关通断数量。通过装置中的射频开关控制抽头的开启与否，然后依次从功率最高的抽头处运行消除算法，待所有抽头均运行完毕后开通所有射频开关，实现对消信号的合路。
在数据传输阶段中，天线同时同频收发信号，系统中所有配置完成的抽头都处于工作状态，并保持与训练阶段相同的参数值。
由以上过程可以看出，本实施例的自干扰消除装置有如下有益效果：
第一，采用非等功率功分器。非等功率的各路抽头可以更好地拟合各种功率的自干扰信号。包括从环形器泄露与天线反射的信号，以及无线信道中的自干扰信号。
第二，采用两级矢量调制器。高输入功率的矢量调制器HMC631避免了低输入功率的限制，配合二级矢量调制器QHX220增强了消除效果。
第三，采用多级矢量调制器替换移相器与衰减器。大大降低了电路的规模、体积以及硬件成本。也使控制算法更加灵活。
第四，采用矢量调制器配合高速ADC，DAC。从硬件上大幅度提升了模拟消除算法的收敛速度。
第五，采用射频开关。控制每路抽头的通断，可以根据实际环境更好地拟合多径效应。也可在空旷环境下降低硬件复杂度，便于算法实现。
第六，采用环形器。隔离发射端与接收端，在一个天线处实现同时同频收发信号。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。