CN111245454A - 一种抗同频干扰信号的通信方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种抗同频干扰信号的通信方法和***，从基站接收同频干扰信号、主基站发射的第一有用信号和第一抵消信号，基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号，第二有用信号为第一有用信号的副本，基于同频干扰信号生成第三抵消信号，主基站叠加第三抵消信号和第二有用信号并发射，利用从基站实时接收同频干扰信号，生成第三抵消信号，将第三抵消信号与第二有用信号叠加再发射出去，从而实现在通信***发射端抗干扰信号；不仅保证了通信***的热备冗余，还提高了从基站的利用率，同时该方法可以动态抵消干扰信号，可以应对突发的同频干扰信号，并且成本较低，在现有热备冗余***无需增加新的设备。
Description
技术领域
本发明属于通信领域，特别涉及一种抗同频干扰信号的通信方法和***。
背景技术
随着现代通信技术的发展以及其在铁路轨道交通领域的应用，铁路无线通信***所扮演的角色越来越重要，是保障列车和地面***之间信息交互的重要手段。地面***需要及时获取列车的各类动态数据，实现对列车的调度指挥、远程故障诊断、远程维护等功能，因此对铁路无线通信***的可靠性、可用性和可维护性要求较高。在铁路轨道交通领域，为了保障列车长期运行的稳定性和安全性，铁路无线通信***的关键设备基本都是采用热备冗余的配置方式。
在通信工程当中，出于对***安全和可靠性等方面的考虑，人为地对一些关键部件或功能进行重复的配置，这就是冗余。当***发生故障时，比如某一设备发生损坏，冗余配置的部件可以作为备援，及时介入并承担故障部件的工作，由此减少***的故障时间。热备冗余的主从设备之间可以实现快速切换，当主设备发生故障时，冗余配置的从设备可以及时介入并承担故障主设备的工作，大大降低了通信***的故障时间，从而保证通信数据的长期可靠传输。
铁路通信设备的冗余配置一方面加强了通信***的可靠性，另一方面也推高了通信***的建网成本和运维成本。在目前铁路无线通信***中，热备冗余方案仍然停留在传统意义上的冗余配置方案。在通信***主设备正常运行时，从设备一直处于监听或者休眠的状态，不承担具体工作。只有在主设备出现故障时，从设备才开始运行，正式接替主设备的工作。这种传统意义上的热备冗余方式使得铁路无线通信***从设备的有效利用率很低，这无疑是对通信设备资源的一种浪费。
此外，铁路无线通信***对环境干扰比较敏感，尤其是铁路窄带无线通信***。在铁路客运站或货运站场，铁路无线通信***经常会面临外来同频信号的干扰，极大影响了铁路通信***的通信速率和通信质量。为了解决站点外来同频干扰问题，通常可以采用两种方法来分析、定位和消除外来同频干扰源，一是采用手持扫频仪定期进行频率扫描，这种方法适合应对长期固定的外来同频干扰源，无法应对突发的外来同频干扰源；二是单独搭建频谱监测***，实行长期实时监控，但是这种方法将增加铁路站点通信***的建网成本和安装空间，不利于大范围推广应用。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种抗同频干扰信号的通信方法和***，从基站接收同频干扰信号、主基站发射的第一有用信号和第一抵消信号；
基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号，第二抵消信号为第一抵消信号的副本，第二有用信号为第一有用信号的副本；
基于同频干扰信号生成第三抵消信号；
主基站叠加第三抵消信号和第二有用信号并发射。
优选地，所述基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；基于同频干扰信号生成第三抵消信号具体为：
从基站基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；
从基站基于同频干扰信号生成第三抵消信号。
优选地，所述基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；基于同频干扰信号生成第三抵消信号具体为：
从基站基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；
主基站基于同频干扰信号生成第三抵消信号。
优选地，所述基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；基于同频干扰信号生成第三抵消信号具体为：
主基站基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；
主基站基于同频干扰信号生成第三抵消信号。
优选地，所述基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；基于同频干扰信号生成第三抵消信号具体为：
主基站基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；
从基站基于同频干扰信号生成第三抵消信号。
优选地，判断同频干扰信号强度是否超过预设阈值，若同频干扰信号超过预设阈值，发送同频干扰信号至外部处理机构。
本发明还提出一种抗同频干扰信号的通信***,包括：
从基站，用于接收同频干扰信号、主基站发射的第一有用信号和第一抵消信号；
主基站，用于叠加第三抵消信号和第二有用信号并发射；
主基站和从基站中的任一，用于基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；
主基站和从基站中的任一，用于基于同频干扰信号生成第三抵消信号。
优选地，主基站和从基站中的任一，还用于发送同频干扰信号至外部处理机构。
本发明的抗同频干扰信号的通信方法和***，利用从基站实时接收同频干扰信号，生成第三抵消信号，将第三抵消信号与第二有用信号叠加再发射出去，从而实现在通信***发射端抗干扰信号；不仅保证了通信***的热备冗余，还提高了从基站的利用率，同时该方法可以动态抵消干扰信号，可以应对突发的同频干扰信号，并且成本较低，在现有热备冗余***无需增加新的设备。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例抗同频干扰信号的通信方法的流程图；
图2示出了本发明实施例抗同频干扰信号的通信方法方案一的流程图；
图3示出了本发明实施例抗同频干扰信号的通信方法方案二的流程图；
图4示出了本发明实施例抗同频干扰信号的通信方法方案三的流程图；
图5示出了本发明实施例抗同频干扰信号的通信方法方案四的流程图；
图6示出了本发明实施例抗同频干扰信号的通信***结构一的示意图；
图7示出了本发明实施例抗同频干扰信号的通信***结构二的示意图；
图8示出了本发明实施例抗同频干扰信号的通信***结构三的示意图；
图9示出了本发明实施例抗同频干扰信号的通信***结构四的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
同频干扰信号的载频与有用信号的载频相同，同频干扰信号与有用信号叠加后造成信号失真，导致接收端无法接收到准确的数据，本发明的实施例提出一种抗同频干扰信号的通信方法，适用于铁路通信***中，也可以用于其他领域的通信***中，利用信号发射端的热备冗余通信***，将发射端附近的同频干扰信号抵消掉，确保发射出去的信号纯净，如图1所示为通信方法的具体步骤：
在通信***的一个工作循环中，主基站通过天线向外发射第一有用信号和第一抵消信号，第一抵消信号由前一个工作循环生成的，因此在通信***刚开始启动的第一个循环内，是没有第一抵消信号的，由于从基站距离主基站很近，主基站发射的第一有用信号和第一抵消信号被从基站天线通过空口实时接收，同时从基站天线还接收附近同频干扰信号；
主基站内具有第一有用信号的副本，这里将第一有用信号的副本称之为第二有用信号，主基站或从基站内还具有前一个循环生成的第一抵消信号副本，这里将第一抵消信号的副本称之为第二抵消信号，将第二有用信号和第二抵消信号与从基站接收的第一有用信号、第一抵消信号和同频干扰信号合并处理，即第一有用信号、第一抵消信号和同频干扰信号与第二有用信号和第二抵消信号做减法运算，得到同频干扰信号；
基于同频干扰信号生成第三抵消信号，第三抵消信号与同频干扰信号的相位相反，频率、幅值相同；
主基站将第三抵消信号和第二有用信号叠加，将叠加后的第三抵消信号和第二有用信号经天线发射出去，发射出去的第三抵消信号和同频干扰信号相抵消，从而使得接收端能够接收到纯净的第一有用信号。
本实施例中的通信方法利用通信***的从基站对同频干扰信号的进行实时监测，在保证通信***热备冗余的同时，还实现了对外来同频干扰信号的监测和动态消除，提高发射信号的抗干扰能力，从而有效提高了接收端所接收信号的质量，因此通信***冗余设备的利用率得到提高，并且由于没有增加额外设备，相对于现有技术中单独搭建频谱监测***降低了通信***干扰信号的监测成本，相对于现有技术中采用手持扫频仪定期进行频率扫描实时性更好。
本实施例中分离同频干扰信号、生成第三抵消信号的方案有四种，分别如图2-图5所示，具体方案如下所述。
方案一如图2所示，从基站接收主基站发射的第一有用信号和第一抵消信号、同频干扰信号和通过有线方式接收主基站内的第二有用信号后，从基站将第一有用信号、第一抵消信号和同频干扰信号与第二有用信号、第二抵消信号做减法运算，得到实时的同频干扰信号，从基站基于同频干扰信号生成相位相反，频率、幅值相同的第三抵消信号，主基站将第三抵消信号和第二有用信号叠加，将叠加后的第三抵消信号和第二有用信号经天线发射出去。上述为抗同频干扰信号的一个工作循环，下一个工作循环中，第三抵消信号即成为第一抵消信号，另外从基站将分离出来的同频干扰信号发送至干扰信号分析***，干扰信号分析***判断同频干扰信号强度是否超过预设阈值，如果超过预设阈值，利用干扰定位测试仪进行扫频分析、定位干扰信号源的位置，并将干扰信号源的位置信息上报，通过人工复查，消除干扰信号源。
方案二如图3所示，从基站接收主基站发射的第一有用信号和第一抵消信号、同频干扰信号和通过有线方式接收的第二有用信号后，从基站将第一有用信号、同频干扰信号和第一抵消信号与第二有用信号和第二抵消信号做减法运算，得到实时的同频干扰信号，从基站将同频干扰信号发送至主基站，主基站基于同频干扰信号生成相位相反，频率、幅值相同的第三抵消信号，主基站将第三抵消信号和第二有用信号叠加，将叠加后的第三抵消信号和第二有用信号经天线发射出去。另外从基站将分离出来的同频干扰信号发送至干扰信号分析***，干扰信号分析***判断同频干扰信号强度是否超过预设阈值，如果超过预设阈值，利用干扰定位测试仪进行扫频分析、定位干扰信号源的位置，并将干扰信号源的位置信息上报，通过人工复查，消除干扰信号源。
方案三如图4所示，从基站接收主基站发射的第一有用信号和第一抵消信号、同频干扰信号后，将第一有用信号、第一抵消信号和同频干扰信号发送至主基站，主基站再将第一有用信号、第一抵消信号和同频干扰信号与第二有用信号和第二抵消信号做减法运算，得到实时的同频干扰信号，主基站基于同频干扰信号生成相位相反，频率、幅值相同的第三抵消信号，再将第三抵消信号和第二有用信号叠加，将叠加后的第三抵消信号和第二有用信号经天线发射出去。另外主基站将分离出来的同频干扰信号发送至干扰信号分析***，干扰信号分析***判断同频干扰信号强度是否超过预设阈值，如果超过预设阈值，利用干扰定位测试仪进行扫频分析、定位干扰信号源的位置，并将干扰信号源的位置信息上报，通过人工复查，消除干扰信号源。
方案四如图5所示，从基站接收主基站发射的第一有用信号、第一抵消信号和同频干扰信号后，将第一有用信号、第一抵消信号和同频干扰信号发送至主基站，主基站再将第一有用信号、第一抵消信号和同频干扰信号与第二有用信号和第二抵消信号做减法运算，得到实时的同频干扰信号，再将同频干扰信号发送至从基站，从基站基于同频干扰信号生成相位相反，频率、幅值相同的第三抵消信号，从基站再将第三抵消信号发送至主基站，主基站将第三抵消信号和第二有用信号叠加，将叠加后的第三抵消信号和第二有用信号经天线发射出去。另外主基站将分离出来的同频干扰信号发送至干扰信号分析***，干扰信号分析***判断同频干扰信号强度是否超过预设阈值，如果超过预设阈值，利用干扰定位测试仪进行扫频分析、定位干扰信号源的位置，并将干扰信号源的位置信息上报，通过人工复查，消除干扰信号源。
示例性的，上述预设阈值可以为-50dBm，具体阈值可以根据现场情况调整。
如果同频干扰信号较强，信号强度大于-50dBm，则需要利用干扰定位测试仪进行扫频分析、定位干扰信号源的位置，并将干扰信号源的位置信息上报，通过人工复查，消除干扰信号源。
如果同频干扰信号较弱，信号强度小于-50dBm，则不需要对干扰信号做进一步的处理，也无须人工介入处理。
与现有技术相比，本发明的实施例的抗同频干扰信号的通信方法，充分发挥了从基站的作用，大大提高了从基站的利用率，首次提出在信号发射端消除、抑制同频干扰信号，大大提高了主基站发送信号的抗干扰能力，又由于将复杂的接收信号干扰消除处理放在地面侧进行，大大简化了列车接收设备的复杂度，首次提出利用主基站和从基站联动方式来抑制、消除同频干扰信号。
另外上述外来同频干扰信号可以是外界设备产生的，也可以是主基站或从基站自身产生的；上述通信方法可应用于不同列车速度等级的铁路无线通信***，也可用于不同列车速度等级混跑场景下的铁路无线通信***；上述通信方法可以应用于窄带通信***，也适用于宽带通信***。
本发明的实施例还提出了一种抗同频干扰信号的通信***,包括：
从基站，用于接收同频干扰信号和主基站发射的第一有用信号、第一抵消信号；
主基站，用于叠加第三抵消信号和第二有用信号并发射；
如果采用的通信方法是方案一，从基站还用于基于主基站内的第二有用信号和从基站内的第二抵消信号分离出同频干扰信号，用于基于同频干扰信号生成第三抵消信号；
如果采用的通信方法是方案二，从基站还用于基于主基站内的第二有用信号和第二抵消信号分离出同频干扰信号，主基站还用于基于同频干扰信号生成第三抵消信号；
如果采用的通信方法是方案三，主基站还用于基于主基站内的第二有用信号和第二抵消信号分离出同频干扰信号，用于基于同频干扰信号生成第三抵消信号；
如果采用的通信方法是方案四，主基站还用于基于主基站内的第二有用信号和从基站内的第二抵消信号分离出同频干扰信号，从基站还用于基于同频干扰信号生成第三抵消信号。
基站的结构主要包括天线单元、射频处理单元（RRU）和基带处理单元（BBU）；天线单元用于主要完成信号的接收和发送，是基站设备与终端用户之间的信息能量转换器；射频处理单元是天线单元和基带处理单元沟通的中间桥梁，在接收信号时，射频处理单元将天线传来的射频信号经滤波、低噪声放大、转化成光信号，传输给基带处理单元，在发送信号时，射频处理单元将从基带处理单元传来的光信号转成射频信号通过天线放大发送出去；基带处理单元主要完成信道编解码、基带信号的调制解调、协议处理等功能，同时需要提供与上层网元的接口功能，在本实施例中基带处理单元内设有相消器和叠加器，相消器用于完成同频干扰信号的分离，叠加器用于完成第三抵消信号与第二有用信号的叠加，基带处理单元还用于第三抵消信号的生成和同频干扰信号的发送等一系列流程。
本实施例中主基站和从基站的结构有以下四种设计结构，如图6-9所示，下面具体对这四种结构进行详述。
结构一如图6所示，主基站包括主天线单元、主射频处理单元和主基带处理单元，从基站包括从天线单元、从射频处理单元和从基带处理单元；如果应用的方法为方案一，在抗同频干扰信号的一个工作循环中，主天线单元发射第一有用信号和第一抵消信号，从天线单元接收同频干扰信号和主天线单元发射的第一有用信号和第一抵消信号，从天线单元将上述信号发送至从射频处理单元，经从射频处理单元处理后发送至从基带处理单元，从基带处理单元还通过核心网接收主基带处理单元内的第二有用信号，从基带处理单元基于第二有用信号和第二抵消信号分离出同频干扰信号，并基于同频干扰信号生成第三抵消信号，再将第三抵消信号经核心网发送至主基带处理单元，主基带处理单元将第三抵消信号和第二有用信号叠加，再经主射频处理单元处理，由主天线单元发射出去。
如果应用的方法为方案二，主天线单元发射第一有用信号和第一抵消信号，从天线单元接收同频干扰信号和主天线单元发射的第一有用信号和第一抵消信号，并发送至从射频处理单元，经从射频处理单元处理后发送至从基带处理单元，从基带处理单元还通过核心网接收主基带处理单元内的第二有用信号和第二抵消信号，从基带处理单元基于第二有用信号和第二抵消信号分离出同频干扰信号，从基带处理单元将同频干扰信号经核心网发送至主基带处理单元，主基带处理单元基于同频干扰信号生成第三抵消信号，并将第三抵消信号和第二有用信号叠加，再经主射频处理单元处理，由主天线单元发射出去。
如果应用的方法为方案三，主天线单元发射第一有用信号和第一抵消信号，从天线单元接收同频干扰信号和主天线单元发射的第一有用信号和第一抵消信号，并经核心网发送至主射频处理单元，经主射频处理单元处理后发送至主基带处理单元，主基带处理单元基于第二有用信号和第二抵消信号分离出同频干扰信号，并基于同频干扰信号生成第三抵消信号，将第三抵消信号和第二有用信号叠加，再经主射频处理单元处理，由主天线单元发射出去。
如果应用的方法为方案四，主天线单元发射第一有用信号和第一抵消信号，从天线单元接收同频干扰信号和主天线单元发射的第一有用信号和第一抵消信号，并经核心网发送至主射频处理单元，经主射频处理单元处理后发送至主基带处理单元，主基带处理单元基于第二有用信号和第二抵消信号分离出同频干扰信号，主基带处理单元将同频干扰信号经核心网发送至从基带处理单元，从基带处理单元基于同频干扰信号生成第三抵消信号，将第三抵消信号发送至主基带处理单元，主基带处理单元将第三抵消信号和第二有用信号叠加，再经射频处理单元处理，由主天线单元发射出去。
结构二如图7所示，主基站包括主天线单元和主射频处理单元，从基站包括从天线单元和从射频处理单元，主基站和从基站公用一个基带处理单元，上述四个方案中的任意一种，同频干扰信号的分离和抵消信号的生成只会在这一个基带处理单元内完成，上述四个方案的其余过程不再赘述。
结构三如图8所示，主基站包括主射频单元和主基带处理单元，从基站包括从射频单元和从基带处理单元，主基站和从基站公用一个天线单元，该天线单元内设有双工器，可以同时接收和发送信号，上述四个方案中的任意一种，叠加后的第一有用信号和第三抵消信号经该天线单元发射，从基站也经天线单元接收第一有用信号、第一抵消信号和同频干扰信号，上述四个方案的其余过程同结构一相同，不再赘述。
结构四如图9所示，主基站包括主射频单元，从基站包括从射频单元，主基站和从基站公用一个天线单元和一个基带处理单元，该天线单元内设有双工器，可以同时接收和发送信号，上述四个方案中的任意一种，叠加后的第一有用信号和第三抵消信号经该天线单元发射，从基站也经天线单元接收第一有用信号、第一抵消信号和同频干扰信号，同频干扰信号的分离和第三抵消信号的生成只会在这一个基带处理单元内完成，上述四个方案的其余过程不再赘述。
主基站和从基站中的任一，还用于发送同频干扰信号至外部处理机构；具体同频干扰信号是由哪个基带处理单元分离出来的就由这个基带处理单元将同频干扰信号发送至外部处理机构，即干扰信号分析***，由干扰信号分析***分析同频干扰信号强度有无超过预设阈值，进而判断是否需要进行干扰源的定位和消除。
在发明的实施例中，如果分别设有主天线单元和从天线单元，则默认主天线单元和从天线单元放置在一起。如果主天线单元和从天线单元相距过远，将降低干扰信号抑制效果。
本发明是实施例中提到的“主基站”和“从基站”不仅限于基站，可以替换为“主设备”和“从设备”，以及其他功能类似的通信收发***，模块等。
本发明实施例中通信基站是采用的是分立的热备冗余方式，实际上热备冗余的部件还可以是封装在一起的，比如通信芯片冗余、通信模块冗余。热备冗余部件的外在表现形式有很多，比如：分立的，一体化的等。热备冗余的通信部件内容也有很多，比如：芯片冗余、模块冗余、板卡冗余、整机冗余等，均可以实现上述通信方法。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种抗同频干扰信号的通信方法,其特征在于：
从基站接收同频干扰信号、主基站发射的第一有用信号和第一抵消信号；
基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号，第二抵消信号为第一抵消信号的副本，第二有用信号为第一有用信号的副本；
基于同频干扰信号生成第三抵消信号；
主基站叠加第三抵消信号和第二有用信号并发射。
2.根据权利要求1所述的抗同频干扰信号的通信方法,其特征在于，所述基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；基于同频干扰信号生成第三抵消信号具体为：
从基站基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；
从基站基于同频干扰信号生成第三抵消信号。
3.根据权利要求1所述的抗同频干扰信号的通信方法,其特征在于，所述基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；基于同频干扰信号生成第三抵消信号具体为：
从基站基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；
主基站基于同频干扰信号生成第三抵消信号。
4.根据权利要求1所述的抗同频干扰信号的通信方法,其特征在于，所述基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；基于同频干扰信号生成第三抵消信号具体为：
主基站基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；
主基站基于同频干扰信号生成第三抵消信号。
5.根据权利要求1所述的抗同频干扰信号的通信方法,其特征在于，所述基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；基于同频干扰信号生成第三抵消信号具体为：
主基站基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；
从基站基于同频干扰信号生成第三抵消信号。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的抗同频干扰信号的通信方法,其特征在于，判断同频干扰信号强度是否超过预设阈值，若同频干扰信号超过预设阈值，发送同频干扰信号至外部处理机构。
7.一种抗同频干扰信号的通信***,其特征在于，包括：
从基站，用于接收同频干扰信号、主基站发射的第一有用信号和第一抵消信号；
主基站，用于叠加第三抵消信号和第二有用信号并发射；
主基站和从基站中的任一，用于基于第二抵消信号和主基站内的第二有用信号分离出同频干扰信号；
主基站和从基站中的任一，用于基于同频干扰信号生成第三抵消信号。
8.根据权利要求7所述的抗同频干扰信号的通信***,其特征在于，主基站和从基站中的任一，还用于发送同频干扰信号至外部处理机构。
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