一種應用于攜能通信系統的單頻強干擾抑制系統的制作方法

本發明涉及一種單頻強干擾抑制系統，特別是一種應用于攜能通信系統的單頻強干擾抑制系統，屬于微波無線能量傳輸和無線通信領域。

背景技術：

無線信息與能量協同傳輸(攜能通信)技術是無線能量傳輸技術與無線通信技術相結合的產物，旨在實現信息與能量的并行傳輸，即在進行無線能量傳輸與收集的同時，實現高效可靠的通信，一方面可以充分利用寶貴的發射功率，另一方面可以使復雜工作環境中的移動設備擺脫線纜和電池的束縛，極大地提高移動設備對于極端工作環境的適應能力，具有重要的實際意義。2008年，varshney首次提出并分析了信息與能量同時傳輸這一問題，定義了容量-能量函數來描述信息與能量協同傳輸時信道容量與接收功率之間的權衡。

無線能量傳輸技術和無線通信技術從本質上是同一種技術，都受到麥克斯韋方程組的約束，所不同的是如何利用電磁波。對于無線通信，無線電波只作為信息載波，僅需要一部分傳輸功率，效率并不重要，但由于要傳輸信息，所以無線通信一般采用寬頻帶。而無線能量傳輸系統則利用無線電波本身，因此需要接收幾乎所有的傳輸功率，并需要極窄的頻帶，效率對于無線能量傳輸系統非常重要。而且，兩者的功率密度不同，一般無線能量傳輸采用的功率密度比無線通信高出多個數量級。

用于傳輸能量的載波原則上是未經調制的正弦波，但正弦信號無法攜帶信息，若要實現通信，需要對正弦信號進行調制。因此，若要在一個系統中同時實現無線能量傳輸與無線通信，需要在能量傳輸效率、信息傳輸速率和設備復雜度等方面做權衡，力求在充分滿足信息速率要求的前提下，最大化收集的能量并進行充分利用。

當采用正弦信號傳輸能量，調制信號傳輸信息時，由于能量接收機和信息接收機功率靈敏度相差較大，當通信信號與能量信號同時傳輸時，接收端的強能量信號會對信息解調造成干擾，由于模數轉換器adc的動態范圍有限，嚴重時可能導致信息接收機的射頻接收通路阻塞。因此，采用這種方式實現攜能通信時，信息接收機在進行解調前需要先對接收到的信號進行載波干擾抑制。

如前所述，對于攜能通信系統中用于傳輸能量的載波為正弦波時，能量信號對信息解調造成的干擾可視為單頻干擾。目前，通信系統中常用的抗單頻強干擾技術主要有頻譜幅值域處理和陷波處理等。其中頻譜幅值域處理的基本思想是在干擾頻率處進行限幅處理；陷波濾波法是由陷波濾波器對信號進行濾波處理，為了抑制單頻干擾，要求陷波濾波器的頻帶特別窄，并且當干擾信號處于有用信號的通帶內時，不管是iir還是fir陷波濾波器，其在抑制掉干擾信號的同時，也會使有用信號的頻譜和波形產生畸變。這兩種方法的不足之處在于：抑制干擾信號的同時也會對有用信號產生一定的影響。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，提供一種應用于攜能通信系統的抑制單頻強干擾的系統，當無線信息與能量采用不同載波協同傳輸時，避免強能量信號對通信信號造成干擾，保證通信信號能夠通過adc，進入數字解調處理流程，同時不會對通信信號產生影響。

本發明包括如下技術方案：

一種應用于攜能通信系統的單頻強干擾抑制系統，包括：定向耦合器、穩幅模塊、變頻通道和功率合成器；

其中，變頻通道包括分頻器、鎖相環、功率放大器和模擬移相器；功率合成器包括第一端口、第二端口和第三端口；

定向耦合器接收外部發送的第一射頻信號rf1和第二射頻信號rf2的混合信號后，將該混合信號分為直通信號和耦合信號兩路，并將直通信號傳輸給穩幅模塊，將耦合信號輸出給分頻器；

所述直通信號經穩幅模塊后，生成第三射頻信號rf3和第四射頻信號rf4，并輸入至功率合成器的第二端口；

所述耦合信號輸入至分頻器，分頻器將第一射頻信號rf1和第二射頻信號rf2變為第一中頻信號if1和第二中頻信號if2后輸入至鎖相環，鎖相環將第一中頻信號if1和第二中頻信號if2作為其參考鑒相信號，第一中頻信號if1比第二中頻信號if2幅度大15db以上時，鎖相環的鑒相器將以第一中頻信號if1作為其鑒相信號，同時，令第二中頻信號if2作為雜波信號不參與鎖相，鎖相環鎖定輸出與第一射頻信號rf1頻率相同的第五射頻信號rf5；

鎖相環輸出的第五射頻信號rf5經功率放大器放大至與穩幅模塊輸出的第三射頻信號rf3的幅度相同后，生成第六射頻信號rf6并輸入至模擬移相器，調節模擬移相器使模擬移相器輸出的第七射頻信號rf7相位與穩幅模塊輸出的第三射頻信號rf3相位相反，模擬移相器輸出的第七射頻信號rf7輸入至功率合成器第三端口，分別進入功率合成器第二端口和第三端口的第三射頻信號rf3與第七射頻信號rf7彼此抵消，功率合成器第一端口最終輸出第四射頻信號rf4，從而完成單頻強干擾抑制過程。

定向耦合器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口。

外部輸入的第一射頻信號rf1和第二射頻信號rf2的混合信號進入定向耦合器的第一端口，定向耦合器生成的直通信號通過第二端口輸出，生成的耦合信號通過第三端口輸出，第四端口通過負載電阻接地。

所述負載電阻為50歐姆。

所述穩幅模塊采用自動增益控制agc保證輸出的rf3信號幅度平穩。

所述第一射頻信號rf1為傳輸能量的正弦波信號。

第二射頻信號rf2為傳輸信息的恒包絡相位調制信號mpsk。

第一射頻信號rf1比第二射頻信號rf2幅度大15db以上。

第三射頻信號rf3、第五射頻信號rf5、第六射頻信號rf6和第七射頻信號rf7頻率相同。

第三射頻信號rf3與第七射頻信號rf7幅度相等相位相反。

第二射頻信號rf2與第四射頻信號rf4頻率相同。

與現有技術相比，本發明提出的單頻強干擾抑制方法具有如下優點：

(1)本發明結合射頻對消思想，首先利用鎖相環產生一個與干擾信號幅度相同的參考信號，其次調節移相器使參考信號相位與干擾信號相位相反，則干擾信號與參考信號疊加時由于幅度相等相位相反而彼此對消，從而實現對干擾信號較為徹底的抑制；

(2)本發明通過對單頻強干擾頻譜置零實現干擾抑制，相比于陷波濾波法，即使干擾信號頻率處于有用信號帶寬內都不會對有用信號產生很大的影響，并且實現簡單，復雜度低，節約系統資源，降低成本。

附圖說明

圖1是本發明的單頻強干擾抑制方法結構框圖；

圖2是鎖相環基本結構框圖；圖3(a)是5.8ghz正弦信號和中心頻率為5.8ghzqpsk信號疊加的頻譜示意圖；

圖3(b)是將5.8ghz正弦信號抑制后的5.8ghzqpsk頻譜示意圖；

圖4(a)是5.8ghz正弦信號和中心頻率為6ghzqpsk信號疊加的頻譜示意圖；

圖4(b)是將5.8ghz正弦信號抑制后的6ghzqpsk頻譜示意圖；

具體實施方式

下面將結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的描述。

如圖1所示，本發明提出的一種應用于攜能通信系統的單頻強干擾抑制系統，包括：定向耦合器、穩幅模塊、變頻通道和功率合成器；

其中，變頻通道包括分頻器、鎖相環、功率放大器和模擬移相器；功率合成器包括第一端口、第二端口和第三端口；

定向耦合器接收外部發送的第一射頻信號rf1和第二射頻信號rf2的混合信號后，將該混合信號分為直通信號和耦合信號兩路，并將直通信號傳輸給穩幅模塊，將耦合信號輸出給分頻器。其中，rf1為傳輸能量的正弦波信號，rf2為傳輸信息的恒包絡相位調制信號，對于攜能通信系統信息接收機來說，rf2為攜帶信息的有用信號，rf1可視為單頻強干擾信號。定向耦合器的主要作用是從接收信號中獲取一部分功率用于產生對消信號。

所述直通信號經穩幅模塊后，生成第三射頻信號rf3和第四射頻信號rf4，并輸入至功率合成器的第二端口。其中，穩幅模塊采用自動增益控制agc保證干擾信號幅度穩定在恒定的值，從而為對消信號提供幅度參考。

所述耦合信號輸入至分頻器，分頻器將第一射頻信號rf1和第二射頻信號rf2變為第一中頻信號if1和第二中頻信號if2后輸入至鎖相環，鎖相環將第一中頻信號if1和第二中頻信號if2作為其參考鑒相信號，當第一中頻信號if1比第二中頻信號if2幅度大15db以上時，鎖相環的鑒相器將以第一中頻信號if1作為其鑒相信號，同時，令第二中頻信號if2作為雜波信號不參與鎖相，鎖相環鎖定輸出與第一射頻信號rf1頻率相同的第五射頻信號rf5。

如圖2所示為鎖相環的基本結構框圖。由于圖2中鑒相器的參考輸入頻率fref一般低于100mhz，而定向耦合器接收的rf1和rf2信號頻率一般為幾ghz甚至幾十ghz，因此圖1中分頻器的作用是為鎖相環的鑒相器提供合適的參考輸入頻率。

鎖相環輸出的第五射頻信號rf5經功率放大器放大至與穩幅模塊輸出的第三射頻信號rf3的幅度相同后，生成第六射頻信號rf6并輸入至模擬移相器，調節模擬移相器使模擬移相器輸出的第七射頻信號rf7相位與穩幅模塊輸出的第三射頻信號rf3相位相反，模擬移相器輸出的第七射頻信號rf7輸入至功率合成器第三端口，分別進入功率合成器第二端口和第三端口的第三射頻信號rf3與第七射頻信號rf7由于幅度相等相位相反而彼此抵消，功率合成器第一端口最終輸出第四射頻信號rf4，從而完成單頻強干擾抑制過程。為降低自動增益控制agc對有用信號的影響，本發明使用線性度較高的反饋型agc。功率合成器最終輸出的第四射頻信號rf4為定向耦合器接收到的第二射頻信號rf2的線性放大，對rf2信號所攜帶的有用信息影響很小。

實施例一

本實施例的單頻強干擾信號頻率在有用信號帶寬內。附圖3(a)所示為5.8ghz正弦信號與中心頻率為5.8ghz的qpsk信號疊加后的頻譜示意圖，仿真過程中正弦信號與qpsk信號載波幅度之差為20db。附圖3(b)所示為將5.8ghz正弦信號抑制后的中心頻率為5.8ghzqpsk信號頻譜示意圖。

實施例二

本實施例的單頻強干擾信號頻率在有用信號帶寬外。附圖4(a)所示為5.8ghz正弦信號與中心頻率為6.0ghz的qpsk信號疊加后的頻譜示意圖，仿真過程中正弦信號與qpsk信號載波幅度之差為20db。附圖4(b)所示為將5.8ghz正弦信號抑制后的中心頻率為6.0ghzqpsk信號頻譜示意圖。

由圖可以看出，不論單頻強干擾信號在有用信號帶寬內還是帶寬外，通過采用圖1所示的干擾抑制方法可以有效地抑制干擾，并且不會對有用信號產生很大的影響，這是因為本發明通過變頻通道產生一個與干擾信號幅度相同相位相反的參考對消信號，使干擾信號與參考對消信號相互對消，從而實現對干擾信號較為徹底的抑制。

本發明針對現有單頻干擾抑制方法在抑制干擾信號的同時也會對有用信號產生影響的不足，結合射頻對消思想，通過對單頻強干擾頻譜置零實現干擾抑制，即使干擾信號頻率處于有用信號帶寬內都不會對有用信號產生很大的影響。將本發明單頻強干擾抑制方法應用于攜能通信系統，可以實現通信信號與能量信號不同載波同時傳輸，保證通信信號實時傳輸的同時不降低能量傳輸效率，實現簡單，有效地節約系統資源。

本發明還可以應用于擴頻通信系統和ofdm等通信系統的單頻干擾抑制。

本發明未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知常識。