[发明专利]基于方向回溯天线的波束自跟踪全双工通信系统及方法

权利要求书

1.一种基于方向回溯天线的波束自跟踪全双工通信方法，采用基于方向回溯天线的波束自跟踪全双工通信系统；

其特征在于：所述系统包括收发天线、接收电路和共轭发射电路；

所述收发天线，用于接收QPSK信号调制电路调制的信号，QPSK信号包含两种相位信息，一种是由于信号调制方式带来的数据相位信息；一种是由于在信号传播过程中不同入射方向角及延时情况下的空间相位信息；天线接收的QPSK信号送入所述接收电路进行后续处理，同时天线也用于所述共轭发射电路输出的回波信号进行重新发射；

所述接收电路，利用Costas环结构同时实现信号的解调和载波同步功能，解决Costas环结构相位模糊的问题，实现0～180°相差范围内的载波同步，然后将提取后的同步载波送入所述共轭发射电路；

所述共轭发射电路，采用超外差混频结构对恢复的载波进行相位共轭，将提取到的同步载波信号首先与一个低本振信号LO1下变频到中频IF，然后中频信号再由高本振信号LO2上变频到射频RF信号，得到相位共轭后的信号，相位共轭后的信号携带有原始接收信号的空间相位信息，通过加载调制信息进行发射，就可以实现发射信号功率最大方向对准来波方向，从而进行后续通信功能，实现全双工通信；

所述方法包括以下步骤：

步骤1：收发天线接收QPSK信号调制电路调制的信号，送入所述接收电路进行后续处理；

所述QPSK信号调制电路调制的信号为：

其中，D_I(t)、D_Q(t)为两路正交基带信号，反应来波信号的数据相位信息；ω_RF为信号频率，为QPSK信号初始相位，反应来波信号的空间相位信息；RF指的是射频；t表示信号的时间变量；

步骤2：所述接收电路，利用Costas环结构对信号进行解调；首先与压控振荡器VCO输出的两路正交信号进行混频，然后将两路下边带信号通入鉴相器PD和环路滤波器LF，获得环路控制电压以控制VCO的输出频率，环路锁定后，Costas环两条正交支路的低通滤波器的输出端分别产生解调的两路正交数据信息，再经过抽样判决以及并/串转换后就可以恢复出原始携带的信息码元；VCO的输出v_out即为恢复的同步载波，同步载波仅含有空间相位信息，将恢复的载波送入所述共轭发射电路；

同时，接收电路利用本地载波相位基准旋转法解决Costas环结构相位模糊的问题，实现0～180°相差范围内的载波同步；

步骤3：共轭发射电路，利用超外差混频结构实现相位共轭，将提取到的同步载波信号首先与一个低本振信号LO1下变频到中频IF，然后中频信号再由高本振信号LO2上变频到射频RF信号，得到相位共轭后的信号；最后将相位共轭的信号用于发射载波生成并加载调制信息进行发射，实现具有实时自动方向回溯能力的全双工通信系统。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述收发天线，其中每个天线阵元对应一个相位共轭电路，采用同一组天线阵进行接收和发射，每个通道的接收端和发射端分别与天线单元的两个相互垂直的极化端口相连，达到收发隔离的目的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述QPSK信号调制电路，包括二进制信号发生器、串/并转换模块、单/双极性转换模块、载波相乘模块；

所述二进制信号发生器，用于首先将图片转换成8进制RGB数据，然后将8进制转换成2进制数据作为基带输入信号；

所述串/并转换模块，用于将输入的基带信号由串行的数据链转换成两路I、Q正交的并行数据链，使数据速率减小为原来的一半；

所述单/双极性转换模块，用于将单极性0、1信号转换成双极性-1、+1信号；

所述载波相乘模块，用于将经过串并转换后的两路正交I、Q路基带信号与本地载波相乘，从而进行QPSK信号调制，调制后的信号幅度不变，只是相位有所变化。