同孔径任何频率同时发送和接收的通信系统
阅读：202发布：2023-02-25
专利汇可以提供同孔径任何频率同时发送和接收的通信系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且同孔径任何 频率 同时发送和接收(STAR)系统包括具有电耦接到天线的第一端口、电耦接到发送 信号 路径的第二端口和电耦接到接收信号路径的第三端口的信号连接器。信号连接器将发送信号在发送信号路径中传递到天线，并且在接收信号路径中传递接收信号。信号隔离器位于发送信号路径中，以从发送信号路径中去除接收信号的残留部分。信号隔离器的输出提供去除了接收信号的残留部分的发送信号的一部分。具有电耦接到信号隔离器的输出的第一输入和电耦接到信号连接器的第三端口的第二输入的信号差分器件减去接收信号路径中的发送信号的一部分，由此提供更精确的接收信号。，下面是同孔径任何频率同时发送和接收的通信系统专利的具体信息内容。
1.一种同孔径任何频率同时发送和接收(STAR)系统，所述系统包含：
a.信号连接器，具有电耦接到天线的第一端口、电耦接到发送信号路径的第二端口和电耦接到接收信号路径的第三端口，所述信号连接器将发送信号在发送信号路径中传递到天线，并且在接收信号路径中传递接收信号；
b.位于发送信号路径中的信号隔离器，所述信号隔离器从发送信号路径中去除接收信号的残留部分，所述信号隔离器的输出提供去除了接收信号的残留部分的发送信号的一部分；以及
c.信号差分器件，具有电耦接到信号隔离器的输出的第一输入和电耦接到信号连接器的第三端口的第二输入，所述信号差分器件减去接收信号路径中的发送信号的一部分，由此提供接收信号的更精确的副本。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号连接器对第一端口、第二端口和第三端口中的至少一个提供匹配阻抗。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号连接器在第二端口处提供比在第一端口以及第二端口处更高的阻抗。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号连接器包含快速开关。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号差分器件是从由有源差分器件、无源差分器件和光子差分器件组成的组中选择的。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述隔离器是从由电子电压源型隔离器、电流源型信号隔离器、非互易RF隔离器和光子隔离器组成的组中选择的。
7.根据权利要求1所述的系统，还包含具有耦接到信号差分器件的输出的输入的信号处理器，所述信号处理器使发送信号的副本与差分器件的输出相关，并且产生接收信号的更精确的表示。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号处理器产生在被加到来自所述隔离器的发送信号的一部分时从得到的差分信号中更完全地减去发送信号的残留部分的信号。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号处理器是从由模拟信号处理器和数字信号处理器组成的组中选择的。
10.根据权利要求1所述的系统，还包含反馈系统，所述反馈系统具有耦接到所述信号差分器件的输出的输入和耦接到信号差分器件的第一输入的输出，所述反馈系统产生在被加到来自所述隔离器的发送信号的一部分时从接收信号中更完全地减去发送信号的信号。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述反馈系统包含信号处理器和发送信号调整器电路。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述反馈系统在输出处产生发送信号的希望的复值，所述发送信号的希望的复值在被加到来自所述隔离器的发送信号的一部分时从接收路径中更完全地减去发送信号。
13.一种进行同孔径任何频率同时发送和接收的方法，所述方法包含：
a.连接来自天线的接收信号和来自发送信号路径的发送信号，使得将接收信号传递给接收信号路径，并且将发送信号从发送信号路径传递给天线；
b.将发送信号的一部分与发送信号路径中的残留接收信号分量隔离；以及c.从接收信号路径中的接收信号中减去发送信号路径中的发送信号的隔离部分，由此从接收信号路径中去除发送信号的残留部分，生成接收信号的更精确的表示。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，连接来自天线的接收信号和来自发送信号路径的发送信号包含快速切换。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，非互易地进行隔离。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，使用光子隔离进行隔离。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，使用光子减法进行从接收信号路径中的接收信号中减去发送信号路径中的发送信号的隔离部分。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，使用电子减法进行从接收信号路径中的接收信号中减去发送信号路径中的发送信号的隔离部分。
19.根据权利要求13所述的方法，还包含使发送信号中的发送信号的副本与减去后的信号相关以产生接收信号的更精确的表示。
20.一种同孔径任何频率同时发送和接收(STAR)系统，该系统包含：
a.用于连接接收信号和发送信号，使得将接收信号传递给接收信号路径，并且将发送信号从发送信号路径传递给天线的装置；
b.用于将发送信号的一部分与发送信号路径中的残留接收信号分量隔离的装置；以及
c.用于从接收信号路径中的接收信号中减去发送信号的隔离部分，由此从接收信号路径中去除发送信号的残留部分，生成接收信号的更精确的表示的装置。
同孔径任何频率同时发送和接收的通信系统
[0001] 在本文中使用的段落标题仅用于组织的目的，并且不应当被解释为以任何方式限制在本申请中描述的主题。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申 请要 求享 有 于2013年3月15日 提交 的名 称 为“Same-Aperture Any-Frequency Simultaneous Transmit and Receive Communication System”的 第13/844,180号美国专利申请、于2013年1月22日提交的名称为“Single-Aperture,Full Duplex Communication System”的第61/755,044号美国临时专利申请、以及于2012年7月
30日提交的名称为“Signal Canceller and Simultaneous Transmit And Receive System with Signal Processing”的第61/677,366号美国临时专利申请的优先权。通过引用将第
13/844,180号美国专利申请、以及第61/755,044号和第61/677,366号美国临时专利申请的全部内容并入本文。
30日提交的名称为“Signal Canceller and Simultaneous Transmit And Receive System with Signal Processing”的第61/677,366号美国临时专利申请的优先权。通过引用将第
13/844,180号美国专利申请、以及第61/755,044号和第61/677,366号美国临时专利申请的全部内容并入本文。
背景技术
[0004] 通常假设在通信中不能以相同的频带同时发送和接收(STAR)。最近，该基本原则开始受到已经报告了原型STAR系统的若干团体的挑战。普渡的研究员(例如，A.Wegener和W.Chappell，“Simultaneous transmit and receive with a small planar array”，IEEE MTT-S Int.Microwave Symp.Dig.,Montreal,2012年6月)以及斯坦福的研究员(例如，J.Choi等人,“Achieving Single Channel,Full Duplex Wireless Communication,”Proc.Int.Conf.Mobile Computing and Networking,New York,2010)提出了将接收天线置于发送天线图案的零位以实现～40dB的发送对接收(T/R)隔离的多个天线元件的排列。
[0005] 然后使用信号处理将T/R隔离扩展至～60-70dB。莱斯大学的团队使用单个分开的发送和接收天线，计算出所需的抵消信号，并且使用抵消信号在发送信号到达模数转换器之前抵消发送信号。参见A.Sahai,B.Patel和A.Sabharwal,“Asynchronous full-duplex wireless,”Proc.Int.Conf.on Communication Systems and Networks,pp.1-9,2012。该团队报告了高达79dB的抑制。这些方法的关键限制是可以达到足够的T/R隔离的受限的带宽。附图说明
[0006] 结合附图在下面的详细描述中根据优选和示例性的实施例，更具体地描述本教导及其进一步的优点。本领域的技术人员将理解到，在下面描述的附图仅用于例示目的。附图未必是成比例的，而是通常在例示教导的原理时放置以进行强调。附图不是要以任何方式限制申请人的教导的范围。
[0007] 图1例示使用已知技术的同孔径任何频率同时发送和接收(STAR)系统的框图。
[0008] 图2示出根据本教导的同孔径任何频率STAR系统的框图。
[0009] 图3A例示RF阻抗在三个端口中的每一个处匹配的信号连接器。
[0010] 图3B例示到差分器件的路径在被标记为端口3的端口处呈现高RF阻抗的信号连接器，这使端口1和端口2之间的连接器中的信号损失最小。
[0011] 图3C例示发送信号路径的输出在被标记为端口1的端口处呈现高RF阻抗的信号连接器，这使端口2和端口3之间的连接器中的信号损失最小。
[0014] 图4C例示无源电子差分器件。
[0016] 图5A例示可以与本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的电子电压源型隔离器。
[0017] 图5B例示与本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的电流源型信号隔离器。
[0018] 图5C例示包括可以与本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的非互易RF二端口器件的无源电子隔离器。
[0019] 图5D例示可以与根据本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的光子隔离器。
[0020] 图5E例示可以与根据本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的定向耦合器隔离器。
[0021] 图5F例示可以与根据本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的有源电子隔离器。
[0022] 图6A-6D例示可以与根据本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的信号处理器。
[0024] 图7B示出可以与根据本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的调整发送信号的同相和正交分量的调整电路。
[0025] 图8例示前端系统的一个示例性实施例的框图，该前端系统包括在本文中描述的匹配阻抗信号连接器、光子差分电路和电子电压源型隔离器。
[0026] 图9例示前端系统的一个示例性实施例的框图，该前端系统包括在本文中描述的发送信号路径的输出呈现高阻抗的信号连接器、无源电子差分器件和电流源型隔离器。
[0027] 图10例示前端系统的一个示例性实施例的框图，该前端系统包括在本文中描述的由有源电子差分器件的“+”端口向输出接收信号端口施加的高阻抗的连接器和电压源型隔离器。
[0028] 图11示出使用快速开关作为信号连接器的同孔径任何频率STAR系统。
[0029] 图12示出使用数字信号处理1202来增强在图10中示出的示例前端系统的同孔径任何频率STAR系统1200的框图。
[0030] 图13示出例示可以如何将模拟信号处理用于增强在图10中示出的示例前端系统的同孔径任何频率STAR系统的框图。
[0032] 图15例示在图14中描述的系统的包括信号连接器的一个示例性实施例，对于所述信号连接器由光子隔离器的输出在发送信号路径中呈现高阻抗，并且在所述信号连接器中，在所有信号被下变频并且然后从模拟域转换到数字域之后，使用传统数字信号处理来从接收路径中去除发送信号。
[0033] 图16例示根据本教导的产生干扰信号的参考副本的系统。
[0034] 图17例示图16中的架构的仿真的结果，由此1比特量化器的输出生成100MHz的高功率干扰的副本，允许在差分器件中从较低功率107-MHz SOI的减去它。
[0035] 图18是示出在天线处的信号干扰比与在不必担心抑制SOI的情况下可以使用的量化比特的数量之间的关系的图表。
[0036] 图19例示根据本教导的在干扰抵消器中使用自己产生的参考的系统的框图。
[0037] 图20例示根据本教导的系统，所述系统用于在N个辐射元件的阵列中不仅减轻由附接到通过虚线框内部的硬件集合示出的前端的天线元件发送的信号的影响，而且减轻由N-1个其他辐射元件发送的信号的影响。
[0038] 图21例示根据本教导的系统，所述系统用于向减法器提供多个、适当地延迟的发送信号副本。
具体实施方式
[0040] 应当理解的是，可以以任何次序和/或同时地执行本教导的方法的单独的步骤，只要教导是可实行的即可。另外，应当理解的是，本教导的设备和方法可以包括任何数量的所述实施例或者所有所述实施例，只要教导是可实行的即可。
[0041] 现在将参考如附图所示的本教导的示例性实施例，更详细地描述本教导。虽然结合各种实施例和示例描述本教导，但是不是要将本教导限制于这样的实施例。相反，本领域技术人员将领会，本教导包含各种替代、修改和等同方式。可以获得本文中的教导的那些本领域技术人员将认识到在如本文所描述的本公开的范围内的另外的实施方式、修改和实施例、以及在其他领域的使用。
[0042] 几十年来，只存在微波环行器将发送和接收路径同时连接到共同的天线。微波环行器是具有在铁氧体盘周围的波导环中排列的三个端口的无源部件，所述铁氧体盘引入取决于方向的相移，使两个反向环行的波的二分之一在沿着环的一个圆周方向上的下一个端口处构造性地相加，但是在另一个方向上的下一个端口处破坏性地相加。铁氧体环行器是固有窄带器件，因为它取决于对两个波的RF相位进行求和和差分。设计者已经发现扩宽铁氧体环行器的带宽的方式，代价是在其中心设计频率处的完美单向性的某些损失。现在，可以从多个供应商购买铁氧体环行器，其在倍频程宽的频带上具有～20dB的端口1-3隔离。
[0043] 为了实现单孔径STAR应用，不同的研究者团队最近偶然发现两种有源环行器设计。电子环行器已经实现高达40dB的T/R隔离，但是仅在X频带的约10％带宽 上。 在 S.Cheung 等 人 的“MMIC-based quadrature hybrid quasi-circulators for simultaneous transmit and receive,”(IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,vol.58,pp.489-497,2010年3月)中描述了关于该电子环行器的操作原理的描述。
[0044] 第二种新类型的器件基于光子，因此在本文中其被称为光子环行器。如在本文中所述，除传统铁氧体环行器的功能之外，该新型光子部件还执行两个另外的功能。因此，我们将该新型光子部件称为TIPRx(Transmit-Isolating Photonic Receiver，发送隔离的光子接收机)。
[0045] 几年前，Photonic Systems公司(本申请的受让人)开始研究更具有挑战性但是可能被更加广泛地应用的STAR配置，其为经由同一天线元件并且在相同的极化下的STAR。
[0046] 为了经由同一孔径同时发送和接收，必须使用时分复用、频分复用或码分复用，这在通信领域中是公知的。时分复用涉及插入开关，使得发射机或者接收机被连接到天线。频分复用涉及插入双工器和/或滤波器，使得发送和接收信号占据RF频谱的不相交的部分。码分复用将正交码用于发送和接收信号；然而，可以实现的相对有限程度的正交性通常需要通过频分复用增强码分复用以实现足够的发送对接收(T/R)隔离。从而，本领域的技术人员一般同意不能同时使用RF频谱的同一部分经由同一孔径同时地发送和接收。
[0047] 图1例示使用已知技术的同孔径任何频率同时发送和接收(STAR)系统100的框图。由铁氧体环行器102提供隔离。阻抗匹配网络104连接到接收接收信号的环行器102的一个端口。对环行器102的第二端口施加发送信号。使用2路RF组合器106来组合包括发送信号的一部分的接收信号和泄漏抑制信号。
[0048] 实现同孔径任何频率STAR的关键参数是T/R隔离；系统通常将需要>60dB的T/R隔离。图1的系统100示出强发送信号可以进入接收路径的两条主要路径。一条路径是通过环行器102的泄漏。铁氧体环行器的典型T/R隔离在15-20dB的范围内。可以通过构造第二路径并且设计该第二路径使得该路径中的发送信号破坏性地干扰环行器泄漏来提升环行器的隔离，这是公知的。然而，可以实现这种隔离提升的带宽是极为有限的。发送信号可以进入接收路径的另一主要路径是通过离开天线阻抗的反射。现有技术的天线的回波损耗也在-15至-20dB的范围内。改进天线回波损耗的一种方法是使用阻抗匹配电路。然而，可以证明所需的阻抗匹配的提升程度超出了Bode-Fano限制设置的在物理上可实现的程度。本教导的一个方面涉及为实际系统提升在足够宽的带宽上的同孔径任何频率STAR系统中的T/R隔离的方法和设备。
[0049] 图2示出根据本教导的同孔径任何频率STAR系统200的框图。系统200包括传递发送和接收信号这两者的三端口信号连接器202。信号连接器202连接三条信号路径，一条往返于天线204，一条来自发送路径205的输出，一条到接收路径206的输入。在实际的系统中，在这些路径中传播的信号所看到的相对阻抗是重要的。信号隔离器208存在于发送信号路径205中。信号差分器件或者等同的信号减法器210连接信号隔离器208和信号连接器202。该系统还包括各种可选的反馈部件，以提升T/R隔离。
[0050] 差分器件210的一个输入连接到接收路径206。差分器件210的另一输入连接到在理想的情况下没有残留接收信号的发送信号路径205。连接到发送信号路径205的隔离器208被设计为隔离任何残留接收信号，使得将发送信号的干净副本施加给差分器件210。在操作中，差分器件210减去大发送信号，只留下接收信号。
[0051] 如果发送信号环境足够稳定，则可以向差分器件210的第二端口提供固定复值的发送信号。然而，在很多实际的同孔径任何频率STAR系统中，在天线204周围的发送环境将随着时间而改变，这进而将使被天线反射的发送信号的复值改变。在这些情况下，期望包括信号处理器212，以确定应当被馈送给差分器件210的第二端子的精确的发送信号的复值，以便最小化在接收路径中存在的残留发送信号。发送信号调整电路214被用于设置发送信号的复值。
[0052] 图3A-3D例示可以与根据本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的四种不同的信号连接器。参考图2和图3A-3D，可以将在信号连接器的每个端口处的阻抗设计为匹配连接到该端口的部件的阻抗。在每个端口处的阻抗匹配可以以现有技术中已知的众多方式实现。例如，可以使用包括电阻器、电容器、电感器和变压器的多种类型的无源阻抗匹配电路。另外，可以使用包括晶体管和放大器的多种类型的有源阻抗匹配电路。图3A例示信号连接器300的所有三个端口都与它们所连接的路径阻抗匹配的信号连接300。
[0053] 图3B例示在对差分器件210的输入处呈现高RF阻抗，因此Rdiff>Rantenna并且Rdiff>Risolator的信号连接器320。因此，天线204阻抗向发送信号路径205的输出提供主要负载，这意味着向天线204递送比向接收路径206递送的更多的发送功率，这对于很多应用是高度期待的。
[0054] 图3C例示在发送信号路径205的输出处呈现高RF阻抗使得Risolator>Rdiff并且Risolator>Rantenna的信号连接器340。在该信号连接器340中，在天线204与差分器件210的输入之间与这两个器件的相对阻抗(分别表示为Rantenna和Rdiff)成比例地划分发送功率。在Rantenna＝Rdiff的特殊子情况下，将对差分器件210的输入递送最大接收功率，通常希望如此以实现最大接收机灵敏度。
[0055] 图3D例示包括快速开关的信号连接器360。使用快速开关可以消除若干系统部件。在一些实施例中，快速开关信号连接器360消除对差分器件210和隔离器208的需要。快速开关的使用还可以消除对信号处理器212和发送信号调整电路214的需要。
[0056] 图4A-4D例示四个不同的差分器件210(图2)。图4A例示取得两个电压的差的有源电子差分器件400。图4B例示取得两个电流的差的有源电子差分器件420。可以以差分或平衡放大器来实施这些有源差分器件400、420。有源差分器件400、420通常提供增益，众所周知，这在希望对接收信号实现低噪声系数的情况下是有利的。可以通过宽的输入阻抗的范围来实现有源差分器件400、420。例如，电压差分器件通常呈现高阻抗，而电流差分器件通常呈现低阻抗。有源差分器件400、420的这种输入阻抗的范围允许将有源差分器件400、420与结合图3A描述的匹配阻抗连接器300、结合图3B描述的高阻抗接收路径信号连接器320、或者结合图3C描述的高阻抗发送信号连接器340一起使用。
[0057] 图4C例示无源电子差分器件440。无源器件受限于具有小于1的增益，从而都具有一些损耗。因此，无源差分器件440具有比结合图4A和4B描述的有源电子差分器件400、420更高的噪声系数。有很多方式实现无源电子差分器件。例如，集总元件电阻式分配器、行波电阻式(Wilkinson)分配器以及180度混合耦合器在实现电子差分器件时都是有效的。
[0058] 诸如结合图4A和4B描述的器件400、420的有源电子差分器件可以用于对两个信号求和。可以通过将干净的发送信号的相位相对于施加给天线204的发送信号的相位偏移180度来实现差分，这有效地将发送信号的反转(inverse)施加到求和端口。通过等式：Rx-Tx＝Rx+(-Tx)容易证明减去和加上该反转之间的等效性。在本教导的某些实施例中，同一物理硬件可以实现结合图3A描述的匹配信号连接器300和结合图4C描述的根据需要实现干净的发送信号的180度相位反转的无源差分器件440这两者。
[0059] 图4D例示包括生成经调制的输出的平衡驱动光调制器的光子差分器件460的一个实施例，所述经调制的输出与施加给电极的信号之间的和或差成比例。这样的电极可以是高阻抗或者匹配阻抗，使得光子差分器件可以与结合图3A描述的匹配阻抗信号连接器300、结合图3B描述的高阻抗接收路径信号连接器320、或者结合图3C描述的高阻抗发送信号连接器340一起使用。
[0060] 另外，取决于特定光子差分器件的设计，光子差分器件可以具有比1更高或更低的增益。从而，光子差分器件可以提供增益或损耗。在将光子差分器件设计成具有增益时，能够实现低噪声系数，很像是有源电子差分器件。在将光子差分器件设计成具有损耗时，其具有较高的噪声系数，很像是无源电子差分器件。某些类型的差分光调制器只能够对两个信号求和。在这样的情况下，这些差分调制器可以通过结合图4C描述的那样将干净的发送信号偏移180度来实现所需要的差分。
[0061] 有两种基本类型的信号源：电压源和电流源。理想的电压源是具有零内部阻抗的信号源。理想的电流源是具有无限大内部阻抗的信号源。这样的理想信号源是不可实现的。可实现的电压源一般具有比电路中的外部阻抗低得多的内部阻抗。可实现的电流源一般具有比电路中的外部阻抗高得多的内部阻抗。
[0062] 图5例示可以与本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的各种信号隔离器。图5A例示电子电压源型隔离器500。图5A中的隔离器500示出可以利用电压源实现隔离的一种简单方式。电压源跨越其输出端子建立电位差或电压。跨越电压源的电压独立于施加给其输出的外部信号。因此，通过与电压源串联地连接的电阻器形成的电流将不改变电压源的输出电压。对于同孔径任何频率STAR系统，电压源信号是发送信号，并且外部施加的信号将是接收信号。因此，电压源的输出将包含发送信号的干净副本，这是所希望的。
[0063] 图5B例示可以与本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的电流源型信号隔离器520。电流源建立独立于施加到其输出的外部信号的电流。因此，通过电流源的电流只包含电流源信号，并且将不包含与外部施加的信号对应的任何信号。对于同孔径任何频率STAR系统，电流源信号是发送信号，外部施加的信号是接收信号。因此，电流源的输出将包含发送信号的干净副本，这是所希望的。
[0064] 图5C例示可以与本教导的设备一起使用的非互易RF隔离器540。非互易RF隔离器的示例是铁氧体隔离器和回转器。这些器件在一个方向上具有低传输损耗，在另一方向上具有高传输损耗。例如，从端口1到端口2可以是低传输损耗，但是在另一方向(从端口2到端口1)上可以是高传输损耗。
[0065] 图5D例示可以与根据本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的光子隔离器560。光子隔离器在前向耦合方向上提供良好的耦合，并且在相反的方向上提供高隔离。在前向方向上的良好耦合通过诸如二极管激光器或光调制器的电光转换器件来实现，电光转换器件的光输出被高效地耦合到诸如光检测器的光电转换器件。光子隔离器在相反的方向上提供极低的耦合，因为诸如光检测器的器件不发光，并且电光转换器件不能检测光。
[0066] 在本教导的设备中可以使用多种其他类型的隔离器。例如，在一个实施例中，定向耦合器580被用于执行如图5E所示的隔离。定向耦合器的一个普通实施例使用行波性质。通过使第二电极具有适当长度L，并且将其置于离开第一电极适当的距离d的位置，第一电极中行进的功率的一部分将耦合到第二电极。因为这是互易器件，所以在第一电极中在相反方向上行进的RF功率也将耦合到第二电极，并且该功率被耗散到示出的负载中。
[0067] 还可以以反向隔离大于前向增益的RF放大器来实现RF隔离。在图5F中示出利用这样的放大器的隔离技术。在放大器的输入处，需要某种形式的RF摘除(pickoff)器件，诸如RF分路器或定向耦合器。
[0068] 图6A-6D例示可以与根据本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的信号处理器600、620、640和660。如图6A-6D所示，可以使用各种类型的数字和/或模拟信号处理器600、620、640和660。参考图2和图6，信号处理器600、620、640和660执行广泛的算法(诸如最小均方算法)以执行各种功能。可以使用将射频(RF)信号转换成中频(IF)信号的公知技术，来在发送和接收信号的RF处或者某些更低的IF信号处执行信号处理。一个这样的功能是将发送信号的干净的副本与包含接收信号和发送信号这两者的差分器件210的输出相关。该相关的结果将是存在于差分器件210的输出中的残留发送信号。
[0069] 信号处理器212执行的另一功能是估计需要施加到差分器件210的输入的发送信号的复值，以便使得差分器件210的输出处的残留发送信号最小。该估计的结果是被施加到发送信号调整电路214的信号。
[0070] 图7例示可以与根据本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用的发送信号调整电路700、720。发送信号调整电路700、720对发送信号的复值进行由信号处理器所确定的调整。信号调整器可以在RF频率或者其经下变频的IF频率处来调整发送信号。如果信号调整器工作在IF频率，则调整器将需要继之以使用用于上变频的多种已知技术中的一种的上变频器。有多种类型的信号调整电路可以与根据本教导的同孔径任何频率STAR系统一起使用，在图7A和图7B中示出其中两种。图7A例示调整发送信号的幅度和相位的调整电路700的实施例。图7B例示调整发送信号的同相和正交分量的调整电路720的实施例。
[0071] 图8例示包括在本文中描述的匹配阻抗信号连接器802、光子差分电路804和电压源隔离器806的前端系统800的框图。系统800被动地降低并且最终甚至消除对在本文中描述的发送信号调整器件和信号处理器的需要。为了达成该目的，使差分器件804的两侧的电路尽可能地相同。为此，可以构造伪天线808，伪天线808是尽可能接近地复制天线810的阻抗对频率函数的电路。
[0072] 为了在差分器件的两个输入之间进一步建立尽可能好的平衡，使用相同的连接器，在该情况下，可以使用匹配阻抗类型。该示例系统使用在本文中描述的光子差分器件。这种类型的差分器件或减法器的关键优点是它们有极宽的带宽(>4decades)，并且在+和-差分端口之间存在高隔离。在两个输入中具有相同的输出阻抗的电压源隔离进一步增强了平衡。该系统架构的缺点之一是由发送信号导致相对高的损耗。因为对天线和伪天线这都供应相同的发送功率，所以对于理想的(即，无损的)连接器存在3dB的损耗。在每个连接器处有另外的3dB的损耗。从而，功率放大器的输出和天线之间的总传输损耗是6dB加上连接器的额外损耗。
[0073] 图9例示包括在本文中描述的由发送信号路径的输出呈现高阻抗的信号连接器902、无源电子差分器件904以及电流源型隔离器906的前端系统900的一个示例性实施例的框图。这与在连接到发送路径输出的端口上具有高阻抗的连接器的版本兼容。在该系统
900中，匹配另两个连接器端口上的阻抗：天线端口向天线908提供负载，并且由差分器件
904(在该系统900中是无源电子类型)的一个输入负载差分端口。无源电子差分器件904具有比在本文中描述的光子差分器件更窄的带宽。然而，其具有稍低的传输损耗：相对于在图8中示出的架构的6dB，理想地为4.77dB。
900中，匹配另两个连接器端口上的阻抗：天线端口向天线908提供负载，并且由差分器件
904(在该系统900中是无源电子类型)的一个输入负载差分端口。无源电子差分器件904具有比在本文中描述的光子差分器件更窄的带宽。然而，其具有稍低的传输损耗：相对于在图8中示出的架构的6dB，理想地为4.77dB。
[0074] 图10例示包括在本文中描述的由有源电子差分器件1004的“+”端口对输出接收信号端口施加高阻抗的信号连接器1002以及电压源型隔离器1006的前端系统1000的一个示例性实施例的框图。这种类型的差分器件1004的一个潜在优点是可以使输入阻抗高于系统阻抗。例如，通常的系统阻抗是50Ω。有源电子差分器件1004的输入阻抗的范围可以从500Ω(对于某些实现方式)到>1MΩ(对于其他实现方式)。这意味着可以忽略由差分器件输入抽取的信号功率。因此，选择被设计为在其馈送差分器件的端口处以高阻抗进行工作的连接器类型，以及使用隔离的输出被设计为馈送高阻抗的电压类型的隔离器是有利的。因此，在图10中示出的系统配置包含电压源隔离器1006和在其差分器件端口处具有高阻抗的信号连接器1002两者。这种实施方式的关键特征之一是传输损耗现在为0dB(至少在理想的情况下)。
[0075] 图11示出使用快速开关作为信号连接器的同孔径任何频率STAR系统1100。该配置导致本教导的特别简单的实施方式。可以如下理解这种实施方式的操作基础。本领域的技术人员公知可以通过以连续信号的最大频率分量的至少两倍的速率进行采样来完全地表征连续信号。这通常被称为奈奎斯特采样定理。奈奎斯特采样的结果之一是不必连续地监视连续信号：对连续信号以其奈奎斯特速率进行观察(即，采样)就足够了。瞬时采样(即，在零时间内)显然是理论抽象。为了实际工程的目的，如果与样本之间的间隔相比，采样间隔的长度短，则将样本视为是瞬时的。例如，持续两个样本之间的时间间隔的甚至1％的采样脉冲通常被视为足够短，其近似于理论上的理想采样。
[0076] 为了实现采样，可以使用能够将输入(在该情况下为来自天线1102的信号)连接到接收机达到短的样本时间段，然后断开(即，将输入从接收机切断)的快速开关。这意味着对于样本之间的剩余的99％的时间，采样开关是断开的，因此接收机不连接到输入。快速开关连接器1100利用采样间的间隔将发射机连接到天线1102。因为对于几乎100％的时间发射机被连接到天线1102，所以可以忽略发射机功率损耗。通过快速开关信号连接器，发射机和接收机从不同时连接到天线1102。因此，发送信号没有机会进入接收路径。这对于某些应用而言，可以消除对在本文中描述的差分器件、隔离器、信号处理器和发送信号调整器的需要。
[0077] 重点要指出的是，虽然快速开关在拓扑上类似于不是为STAR设计的系统中的传统的发送-接收(T/R)开关，但是在图3D中示出的快速开关连接器的功能是不同的。在传统的T/R开关的情况下，开关只需要以几十毫秒和一秒之间的速度进行操作。因此，传统的T/R开关对于执行对于本操作起决定性的采样功能来说操作得不够快。
[0078] 虽然在某些系统应用中，可以使用在图2-11中描述的同孔径任何频率STAR系统来实现足够的性能，但是在其他系统应用中，将需要利用信号处理技术来增强前端性能。在本教导的任何实施例中，可以将信号处理与前端合并以实现增强的性能。对于本领域的技术人员来说将显然的是，可以利用信号处理来增强在本文中描述的任何前端系统；通过选择来增强在图10中示出的示例前端系统架构来例示这一点。
[0079] 图12示出使用数字信号处理1202来增强图10中示出的示例前端系统的同孔径任何频率STAR系统的框图。该示例系统使用结合图6B描述的具有下变频的数字信号处理器。另外，该示例系统使用结合图7B描述的矢量调制器类型的发送信号调整器。差分器件的输出的一部分被馈送给下变频器1206，下变频器1206将信号的频谱向下平移到可以是中频(IF)的更低频率。替代地，可以将信号的频谱一直向下平移到零频(更通常地被称为基带)。发送信号的一部分也被下变频，限制是其被转换到与差分器件的输出被转换到的频率相同的频率。一旦这些信号都已经被下变频，就可以经由模数转换器(ADC)1204将它们转换成数字形式。
[0080] 在数字域，使用数字信号处理器1202将发送信号与差分器件1208输出相关，以隔离差分器件1208输出中的残留发射机分量。然后，信号处理器1202形成对发射机信号的最优复值的估计，所述发射机信号需要被注入差分器件1208中以便最小化在差分器件1208输出处存在的残留发射机信号。信号处理器1202的输出包括包含关于IQ发送信号调整器1212的所希望的设置的两个信号。因为在图12中示出的示例中，使用矢量调制器作为IQ发送信号调整器1212，所以复设置用于发射机信号的同相(I)和正交(Q)部分。因为很多矢量调制器需要模拟输入，所以图12示出数模转换器(DAC)1210以执行所需的转换。
[0081] 图12示出使用由自适应信号处理器1202和DAC 1210供应的复设置来操作RF频率的Tx信号的IQ发送信号调整器1212。也可以由自适应信号处理器和DAC本身来产生IF频率的调整的发送信号，并且将其上变频至RF频率，这一点将在下面的图21中示出，同时示出该方法的优点。然而，如图12所示的对RF频率的Tx信号进行操作要简单得多，因为其避免了对上变频的需要。
[0082] 图13示出例示模拟信号处理如何可以被用于增强在图10中示出的示例前端系统的同孔径任何频率STAR系统1300的框图。对于该示例系统，选择结合图6C描述的不具有频率转换的模拟信号处理器1302。因为发射机和差分器件输出是模拟信号，所以模拟信号处理器1302不需要模数转换器。可以执行所需的处理的一种方式是使用诸如AD8333的包括很多功能的集成电路，AD8333是可以从Analog Devices购买到的双I/O解调器。所需的模拟乘法也可以用诸如AD835的集成电路来执行，AD835也是可以从Analog Devices购买到的电压输出4象限乘法器。通过适当的求和、缩放和积分，模拟乘法器的输出可以在不需要数模转换器的情况下直接驱动矢量调制器输入。
[0083] 返回参照图2，在某些操作方法中，到达减法器210输入处的发送信号的两个版本被处理为具有相同的延迟。这可以通过在路径206中插入匹配通过减法器+信号处理器+Tx信号调整器214+变频(如果被使用)的延迟的延迟来实现。然而，在这些操作方法中的某些中，精确地在减法器210输入处提供具有相同延迟的发送信号的两个版本是相对困难的。例如，当操作条件是在天线204附近存在发送信号的大反射时，在连接器的输出处，将存在需要被抵消的Tx信号的两个副本：一个副本在天线的输入处被反射，另一个副本被反射离开天线204附近的对象。在这些操作条件下，希望具有Tx信号的第二延迟副本，并且将该副本馈送给第二Tx信号调整器。在一个实施例中，这通过使用信号处理器212在信号处理器内部以数字形式存储Tx信号来实现。
[0084] 现在参考图21，其例示用于向减法器提供发送信号的多个适当地延迟的副本的根据本教导的系统2100。图21中描述的系统类似于结合图12描述的使用数字信号处理1202的同孔径任何频率STAR系统1200。系统2100包括系统1200中的有源电子差分器件1208、下变频器1206以及模数转换器1204。然而，在系统2100中，自适应信号处理器1202还包括用于产生Tx信号的多个延迟副本的装置。自适应信号处理器1202电连接到被电连接到上变频器2102的数模转换器1210，然后连接到有源电子差分器件1208。
[0085] 在某些操作模式下，Tx信号被下变频，并且通过模数转换器1204，然后被存储在信号处理器1202中。由此，可以在数字域中产生Tx信号的多个适当地延迟的副本，并且得到的信号可以被数模转换器1210转换回为模拟信号，然后模拟信号被诸如混频器的变频器进行上变频。替代地，上变频可以被数字地执行，然后被馈送给数模转换器。该方法的一个有力方面是可以通过使用公知技术的信号处理来确定对于发送信号的每个副本的适当延迟。可以随着信号条件的改变来更新延迟。
[0086] 图2-13中的本教导的所有实施例将对于从接收路径中去除高功率发送信号是有效的。如果发送信号强度与接收信号仅具有相同幅度级别，或者在幅度上小于接收信号，则可以需要少得多的硬件。
[0087] 图14例示结合图2描述的同孔径任何频率STAR系统中的硬件的子集系统1400，子集系统1400在发送信号强度只与接收信号一样强或者比接收信号弱时对某些实施例是有用的。需要三端口信号连接器1402来允许将分开的发送路径1404和接收信号路径1406连接到天线1408，并且需要隔离器1410来保护发送路径1404不受天线操作的信号环境的影响。在一个实施例中，三端口信号连接器1402是铁氧体环行器。然而，可以不需要模拟信号差分器件，从而也不需要发送信号调整器。因为发送信号相对小，所以它不会使接收信号路径中的任何部件饱和，并且如果认为有必要，则可以使用公知的数字信号处理技术来实现将发送信号从接收信号路径中去除。
[0088] 到此，需要从接收路径去除(减去)的大信号是要通过与检测要接收的信号的天线相同的天线发送的信号。发送信号可能在两个关键方面不同于接收信号：(1)发送信号比接收信号强得多；以及(2)发送信号不需要被解调以恢复由发送信号所传达的信息(如果有的话)。存在不需要被解调的大信号进入接收路径的另一类系统配置。如果这样的大信号是良性的，则一般将其称为同址干扰。如果大信号本质上是不利的，则一般将其称为人为干扰(jamming)。在这样的情况下，需要去除大信号，使得接收机能够处理(即，解调)所希望的一个或多个接收信号。去除同址和人为干扰信号的各种装置是公知的。一种普通的方法是使用RF滤波器抑制大信号，同时允许一个或多个接收信号通过。当然，这样的技术只在接收和同址/人为干扰信号占据不相交的频带时才有效。现在将应用本发明的教导以抑制同址和人为干扰信号，其中接收和同址/人为干扰信号的频谱可以重叠。
[0089] 图15例示作为图14中的系统1400的实施例的一个示例性系统1500，示例性系统1500包括信号连接器1502，发送信号路径1506中的光子隔离器1504的输出对信号连接器1502呈现高阻抗，并且在示例性系统1500中使用传统的数字信号处理器1508，在所有信号被下变频并且然后被从模拟域转换到数字域之后，从接收路径1510中去除发送信号。在非协作干扰源的情况下，被馈送给干扰抵消器的干扰的参考副本必须是自己产生的。除了问题干扰相对于关注信号(SOI)在幅度上大的事实之外，通常根本不能假设知道关于这些干扰的其他事情。因此，为了产生干扰的参考副本需要只感知可能存在的大干扰并且忽略SOI的方式。一种优选检测干扰源的已知方法是使用最大灵敏度指向干扰源的方向的定向天线。然而，这种技术的效果严重取决于天线波束的方向性以及干扰源与SOI之间的角度间隔。因此，本教导的一个特征是一种用于从来自于天线的合成SOI+干扰信号流中提取强干扰信号的参考副本的方法。
[0090] 图16例示根据本教导的产生干扰信号的参考副本的系统1600。天线1602输出的一部分被打开并且馈送给N比特量化器1604，其中N对于量化强干扰来说是足够的，但是对于还量化比干扰信号小得多的SOI来说不够大。由此，N比特量化器用作一种反向限制器，只让大信号通过并且抑制较小的信号。如图16所示，涉及以这种方式生成干扰的参考副本并且在干扰抵消器中对其进行处理的延迟可以在从天线1602引导至干扰抵消器的信号路径中再现。为了说明自己产生的参考的操作，进行了仿真，其中“高功率”干扰是100MHz的1-V正弦波，“低功率”SOI是107MHz的0.1-V正弦波。
[0091] 图17例示图16中的架构的仿真结果，由此1比特量化器的输出生成100MHz的高功率干扰的副本，允许在差分器件中从低功率107-MHz SOI中减去它。在图17中例示的图表示出N比特量化器的输入，而主图表示出以比特的数量作为参数的量化器的输出。在干扰只是比SOI强10倍的情况下，单个比特的量化“传递”大干扰，并且完全无法感知更小的SOI，而4比特足以完全地感知干扰和SOI这两者。在2比特的情况下，SOI是在高功率干扰以下的～20dB。
[0092] 如果希望抵消具有比简单的正弦波更复杂的频谱内容的大干扰，在该仿真中假设将需要多个比特的量化来保留该内容。从而，将只能够有效地抵消比SOI强得多(不仅是10dB)的干扰的影响。
[0093] 图18是示出天线处的信号干扰比与在不必担心抑制SOI的情况下可以使用的量化比特的数量之间的关系的图表，这就好像把SOI“婴儿”和干扰“洗澡水”一起倒掉。比特的数量是干扰信号谱的复杂度的度量。
[0094] 图19例示在干扰抵消器中使用自己产生的干扰的根据本教导的系统1900的框图。系统1900包括结合图16描述的产生干扰的参考副本的N比特量化器1902。在反馈回路中使用模拟处理器1904和数字处理器1906与大信号差分器件1908一起去除干扰信号。使用RF延迟1910来匹配差分器件1908的+和-端口之间的延迟。
[0095] 图2-19涉及发送和接收天线包含被一个前端处理的一个辐射元件的系统。替代地，在图1、2、8-16和19中的天线符号可以表示辐射元件的阵列，所有辐射元件被单个前端馈送相同的发送信号，并且将它们的接收到的信号组合，以便在该同一前端中处理。然而，在很多实际的系统中，这样的元件的大阵列中的辐射元件的小组或每个辐射元件由其自己的前端处理是更有利的。在该情况下，每个前端不仅需要减轻由其辐射元件或辐射元件的小组发送的发送信号在其接收信号路径中存在的影响，还需要减轻由阵列中的其他元件中的任何一个或所有其他元件所发送的信号在其接收信号路径中存在的影响，所述其它元件的发送信号将通过在本领域中被称为天线元件之间的互耦的现象由该前端的天线元件部分地接收。
[0096] 图20例示根据本教导的系统2000，系统2000用于在N个辐射元件的阵列中不仅减轻由附接到通过虚线框内部的硬件集合示出的前端2004的天线元件2002所发送的信号的影响，而且减轻由N-1个其他辐射元件所发送的信号的影响。
[0097] 系统2000是结合图2描述的单个元件前端的一般形式。两个图之间的差异的明显之处在于，现在有数量N的发送信号调整器而不是仅仅一个发送信号调整器。即，对于天线阵列中的N个元件中的每一个都有一个发送信号调整器。在图2的单个天线系统前端中隔离器2004提供给单个发送信号调整器2006的发送信号的副本现在被N路RF分配器2008(诸如在企业树排列(corporate tree arrangement)中采用以生成信号的N路划分的两路行波电阻式功率分配器(Wilkinson分配器))划分为N个部分。
[0098] 将发送信号的N个衰减的(按照至少N的因子)副本中的一个馈送给该前端的发送信号调整器2006，正如在图2中所进行的那样。该前端的发送信号的剩余的N-1个衰减的副本被路由至该前端之外，并且均连接到N-1个其他天线元件2002前端2004中的每一个中的发送信号调整器2006中的一个。对应地，在图20中示出的一个元件的前端2004中的其他N-1个发送信号调整器2006中的每一个接收由其他N-1个天线元件2002发送的信号的衰减的副本。在N路RF组合器2010中将这些信号调整器2006的输出与对该天线元件的发送信号起作用的发送信号调整器2006的输出组合，如图20所示。
[0099] 与N路RF分配器2008相同，该N路RF组合器2010可以包含例如在企业树排列中采用以生成RF信号的N路组合的二路行波电阻式功率组合器(Wilkinson功率组合器)。在差分器件2012中从由该前端的天线元件2002所接收的信号中减去发送信号的组合副本。如在图2中，将差分器件2012的输出馈送给信号处理器2014。另外，信号处理器2014接收每个元件的发送信号自己的衰减的副本，如图2中的处理器所做的那样。然而，为了清楚，在图20中未示出该特征，但是本领域技术人员将理解该特征。
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
频率热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈