寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工mimo通信系統(tǒng)回波自干擾自適應(yīng)抑制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工多天線(xiàn)MIMO通信系統(tǒng)回波自干擾自適應(yīng)抑制方法,將自適應(yīng)濾波法的迭代思想運(yùn)用到回波自干擾抑制方法中,通過(guò)自適應(yīng)迭代算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)自干擾信號(hào)的準(zhǔn)確估計(jì)及系統(tǒng)誤碼率性能的提升,并且充分考慮非理想衰落信道傳輸條件以及多天線(xiàn)MIMO系統(tǒng)配置,提出了基于歸一化最小均方誤差NLMS算法的寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工MIMO通信系統(tǒng)回波自干擾抑制方法。本發(fā)明能在顯著抑制高強(qiáng)度自干擾信號(hào)的同時(shí),有效降低了系統(tǒng)誤碼率損失,提升了系統(tǒng)信道傳輸容量,以及降低了自干擾抑制的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度,綜合提高了無(wú)線(xiàn)全雙工系統(tǒng)的整體綜合性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工MIMO通信系統(tǒng)回波自干擾自適應(yīng)抑制方 法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)通信【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及一種寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工MM0通信系統(tǒng)回 波自干擾自適應(yīng)抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線(xiàn)全雙工FD通信技術(shù)具有在單信道條件下同時(shí)、同頻收發(fā)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的特點(diǎn),可 以在高效利用有限的無(wú)線(xiàn)頻譜資源的同時(shí),同時(shí)解決無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)構(gòu)架中隱藏終端、減少網(wǎng) 絡(luò)時(shí)延等問(wèn)題,已成為新一代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)研宄的熱門(mén)技術(shù)。然而,由于無(wú)線(xiàn)全雙工系統(tǒng)同 時(shí)、同頻收發(fā)信號(hào),通信系統(tǒng)除了收到來(lái)自其他通信節(jié)點(diǎn)的有用發(fā)送信號(hào),還會(huì)收到來(lái)自自 身天線(xiàn)的發(fā)送信號(hào),即回波自干擾信號(hào)。由于通信系統(tǒng)接收天線(xiàn)與其發(fā)射天線(xiàn)間的距離,遠(yuǎn) 小于與相鄰節(jié)點(diǎn)的發(fā)射天線(xiàn)之間的距離,根據(jù)信號(hào)路徑損耗原理可知,全雙工通信節(jié)點(diǎn)的 回波自干擾信號(hào)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的有用發(fā)射信號(hào),從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化。
[0003] 現(xiàn)有全雙工系統(tǒng)回波自干擾信號(hào)抑制方法已有很多,例如,被動(dòng)式自干擾抑制和 主動(dòng)式自干擾抑制,其主要思路是:在增大同系統(tǒng)收發(fā)天線(xiàn)間距、改變收發(fā)天線(xiàn)的收發(fā)方 向,或采用具有正交偏振狀態(tài)的天線(xiàn)對(duì)的基礎(chǔ)上,結(jié)合使用基帶處理算法對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行 濾波,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)回波自干擾的抑制。例如ShenghongLi等人在"Full-DuplexWireless CommunicationusingTransmitterOutputBasedEchoCancellation" 中提出了一種全 雙工FD被動(dòng)式自干擾抑制方法,采用距離間隔為20cm的收發(fā)天線(xiàn)對(duì),并利用最小二乘LS 算法對(duì)混有干擾信號(hào)的接收信號(hào)進(jìn)行濾波處理,該方法可以有效抑制FD系統(tǒng)自干擾信號(hào)。 但是,現(xiàn)有的大多數(shù)全雙工自干擾抑制方法均基于單天線(xiàn)SIS0配置,難以匹配目前各類(lèi)新 型無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)基于多天線(xiàn)MM0配置的需求,因此如何實(shí)現(xiàn)多天線(xiàn)MM0系統(tǒng)自干擾抑制 非常迫切;其次,前述的最小二乘LS算法雖然抑制性能理想,但是其算法參數(shù)相對(duì)固定且 并不能依據(jù)實(shí)際信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的自適應(yīng)調(diào)整,若面對(duì)實(shí)際的大寬帶、非靜態(tài)環(huán) 境且復(fù)雜分布的無(wú)線(xiàn)通信信號(hào),則難以獲得優(yōu)良的抑制性能;此外,最小二乘LS算法運(yùn)算 過(guò)程需要計(jì)算高階矩陣的求逆運(yùn)算,計(jì)算復(fù)雜度非常高,實(shí)現(xiàn)代價(jià)與成本難以承受;最后, 現(xiàn)有自干擾抑制方法并未考慮非理想衰落信道對(duì)全雙工傳輸性能的影響,從而降低了現(xiàn)有 自干擾抑制方案的實(shí)用價(jià)值,因此在抑制回波自干擾信號(hào)的同時(shí),如何有效克服遠(yuǎn)端信道 因頻率選擇性衰落所帶來(lái)的誤碼率性能損失,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義與應(yīng)用價(jià)值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工MM0通信系統(tǒng)回波自干擾自適應(yīng)抑 制方法,旨在解決現(xiàn)有全雙工自干擾抑制方法基于單天線(xiàn)配置、未考慮非理想衰落信道對(duì) 信號(hào)影響、以及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的,一種寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工MM0通信系統(tǒng)回波自干擾自適應(yīng)抑 制方法,該寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工MIM0通信系統(tǒng)回波自干擾自適應(yīng)抑制方法將迭代濾波法的迭 代思想運(yùn)用到回波自干擾抑制方法中,通過(guò)自適應(yīng)迭代算法;
[0006] 具體包括以下步驟:
[0007] 步驟一,接收機(jī)收到來(lái)自于遠(yuǎn)端通信節(jié)點(diǎn)有用信號(hào)與來(lái)自于近端節(jié)點(diǎn)回波自干擾 信號(hào)相疊加的混合信號(hào);
[0008] 步驟二,選擇近端接收端處自干擾抑制模塊中的自適應(yīng)算法,設(shè)置相關(guān)參數(shù)初始 值,開(kāi)始迭代;
[0009] 步驟三,根據(jù)天線(xiàn)數(shù)判斷迭代是否結(jié)束,若結(jié)束,再對(duì)最大迭代次數(shù)判斷最佳權(quán)值 矢量的迭代是否結(jié)束,若結(jié)束,即獲得較準(zhǔn)確的自干擾估計(jì)信號(hào),否則,繼續(xù)迭代;
[0010] 步驟四,從總體接收信號(hào)中濾除估計(jì)出的回波自干擾信號(hào),以獲得來(lái)自遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn) 的有用傳輸信號(hào),可將該信號(hào)送入后續(xù)的MIMO譯碼檢測(cè)單元,以獲得對(duì)遠(yuǎn)端發(fā)送信號(hào)的準(zhǔn) 確估計(jì)。
[0011] 進(jìn)一步,該寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工MIMO通信系統(tǒng)回波自干擾自適應(yīng)抑制方法的具體步 驟如下:
[0012] 步驟一:近端通信節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)為:
【權(quán)利要求】
1. 一種寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工MMO通信系統(tǒng)回波自干擾自適應(yīng)抑制方法,其特征在于,該寬 帶無(wú)線(xiàn)全雙工MIMO通信系統(tǒng)回波自干擾自適應(yīng)抑制方法將迭代濾波法的迭代思想運(yùn)用到 回波自干擾抑制方法中,通過(guò)自適應(yīng)迭代算法實(shí)現(xiàn)對(duì)自干擾信號(hào)的準(zhǔn)確估計(jì)及系統(tǒng)誤碼率 BER性能的提升;具體步驟如下: 步驟一:近端通信節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào),(")=[<("),…,…,為:tE(n) =HFE(n)tFE(n)+HNE(n)tNE(n)+w(n); 其中,嚴(yán)㈧=[€(η),··.,$(?)]"為來(lái)自遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的有用目標(biāo) 接收信號(hào);而嚴(yán)(") = [<:("),·.·』Γ:("),·.、<·'(?)?為近端節(jié)點(diǎn)自身發(fā)射信號(hào), 即回波自干擾信號(hào);OUf(")分別表示近端和遠(yuǎn)端第j(j=N1,…, Nt)條天線(xiàn)上的發(fā)送信號(hào);巧(《) = [〇),...,〇),.",〇)]€(:*、4與 /^'(")=[<(/小…,<_(〃),"_人\"(")]£廣_^_分別為遠(yuǎn)端和近端發(fā)射信號(hào)的信道轉(zhuǎn)移函 數(shù);w(η)為信道加性高斯白噪聲;其中,Nt表示通信節(jié)點(diǎn)發(fā)射天線(xiàn)數(shù)目,Nk是接收天線(xiàn)數(shù)目,Nf是信號(hào)每幀長(zhǎng)度,(·)1表示對(duì)矩陣或矢量的轉(zhuǎn)置運(yùn)算符號(hào); 步驟二:在接收端通過(guò)利用歸一化最小均方誤差NLMS算法對(duì)混有自干擾、信道噪聲的 接收信號(hào)進(jìn)行自干擾抑制,定義算法的代價(jià)函數(shù)為:
其中,Min表示取最小值,η表示第η時(shí)亥I」,E[(eNE(η))2]表示近端誤差信號(hào) 的平均功率,Ε[ ·]表示期望運(yùn)算符,tNE(η)表示近端發(fā)送天線(xiàn)的實(shí) 際發(fā)送信號(hào),表示對(duì)近端總接收信號(hào)濾波后,獲得的對(duì)近端發(fā)送信號(hào)tNE(η)的估計(jì) 值; 步驟三:設(shè)置采用歸一化最小均方誤差NLMS算法進(jìn)行自干擾抑制的相關(guān)初始值: 令初始迭代次數(shù)k= 1,并設(shè)置最大迭代次數(shù)K及根據(jù)近端輸入信號(hào)的自相關(guān)矩陣設(shè)置 收斂步長(zhǎng)因子μΝΕ,自適應(yīng)濾波器的初始化權(quán)值矢量αΝΕ(0)以及濾波器的長(zhǎng)度M,開(kāi)始迭代 過(guò)程,分別設(shè)置〖、1\1、〇:7¥£'(0) = [〇;嚴(yán)(0),...,〇!嚴(yán)(0),.",〇^£(0)]=[0,",0,",0]7'、4?; 步驟四:根據(jù)公式<£(?) = <£ (η)-?/:(/〇,按照以下公式求出近端的估計(jì)信號(hào) 〇),具體過(guò)程如下: CN 104468055 A 個(gè)乂不U安水 2/3頁(yè)
i=l 其中j=N1,…,Ντ,乂表示發(fā)送天線(xiàn)總數(shù)目,M為自適應(yīng)濾波器的長(zhǎng)度,αNE(n)在表 示η時(shí)刻的權(quán)值矢量,</:(?)為n時(shí)刻第j條接收天線(xiàn)經(jīng)自適應(yīng)濾波后獲得的近端誤差信 號(hào),<(?)為第j條近端接收天線(xiàn)上的接收信號(hào); j<Nt,貝Ij令j=j+Ι,估計(jì)下一接收天線(xiàn)上的估計(jì)信號(hào)(");j= 乂,則前進(jìn)至步驟五; 步驟五:根據(jù)下式,更新η時(shí)刻的權(quán)值矢量(n) = ]",并根據(jù)迭 代結(jié)果輸出近端發(fā)送信號(hào)tNE(n)的估計(jì)信號(hào),具體過(guò)程如下: 如下式更新下一時(shí)刻的權(quán)值矢量:
其中,j= 1,…,^乂表示發(fā)送天線(xiàn)總數(shù)目,ε表示的是權(quán)值矢量αΝΕ(η)在迭代過(guò) 程中的調(diào)整因數(shù),矽(》)為第j條近端接收天線(xiàn)上的接收信號(hào),ef(?)為η時(shí)刻第j條接收 天線(xiàn)經(jīng)NLMS自適應(yīng)濾波后獲得的近端誤差信號(hào),μΝΕ表示收斂步長(zhǎng)因子,(·)τ表示對(duì)矩陣 或矢量的轉(zhuǎn)置運(yùn)算符; 步驟六:根據(jù)最佳權(quán)值矢量αΝΕ(η)以及公式:
由下式得近端估計(jì)信號(hào)的最終表達(dá)式:
其中,j= 1,…,乂為表示發(fā)送天線(xiàn)總數(shù)目,αNE(n)表示η時(shí)刻權(quán)值矢量,〇)表 示η時(shí)刻的權(quán)值,其中i= 1,…,M,M表示濾波器的長(zhǎng)度,<(·)表示第j條接收天線(xiàn)上的 接收信號(hào); 步驟七:從總體接收信號(hào)tK (η)中濾除估計(jì)出的回波自干擾信號(hào),以獲得來(lái)自遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn) 的有用傳輸信號(hào),將該信號(hào)送入后續(xù)的MIMO譯碼檢測(cè)單元,以獲得對(duì)遠(yuǎn)端發(fā)送信號(hào)的準(zhǔn)確 估計(jì),具體包括: 第一步,從接收信號(hào)tK (η)中減去回波自干擾估計(jì)信號(hào)(?;),得到來(lái)自遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的有 用傳輸信號(hào)tES(n),即:
第二步,將信號(hào)tES (η)送入后續(xù)的MIMO譯碼檢測(cè)單元,以獲得對(duì)遠(yuǎn)端發(fā)送信號(hào)tFE(η) 的估計(jì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工MIMO通信系統(tǒng)回波自干擾自適應(yīng)抑制方法,其 特征在于,所述的迭代方法具體包括以下步驟: 步驟一,接收機(jī)收到來(lái)自于遠(yuǎn)端通信節(jié)點(diǎn)有用信號(hào)與來(lái)自于近端節(jié)點(diǎn)回波自干擾信號(hào) 相疊加的混合信號(hào); 步驟二,選擇近端接收端處自干擾抑制模塊中的自適應(yīng)算法,設(shè)置相關(guān)參數(shù)初始值,開(kāi) 始迭代; 步驟三,根據(jù)天線(xiàn)數(shù)判斷迭代是否結(jié)束,結(jié)束,再對(duì)最大迭代次數(shù)判斷最佳權(quán)值矢量的 迭代是否結(jié)束,結(jié)束,即獲得較準(zhǔn)確的自干擾估計(jì)信號(hào),否則,繼續(xù)迭代; 步驟四,從總體接收信號(hào)中濾除估計(jì)出的回波自干擾信號(hào),以獲得來(lái)自遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的有 用傳輸信號(hào),將該信號(hào)送入后續(xù)的MIMO譯碼檢測(cè)單元,以獲得對(duì)遠(yuǎn)端發(fā)送信號(hào)的估計(jì)。
3. 如權(quán)利要求1所述的寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工MIMO通信系統(tǒng)回波自干擾自適應(yīng)抑制方法,其 特征在于,步驟六具體包括: 第一步,k<K,則令迭代次數(shù)k=k+l,更新估計(jì)信號(hào),并用當(dāng)前α(η)更新迭 代α(η+1),返回步驟四繼續(xù)執(zhí)行; 第二步,k=Κ,則迭代結(jié)束,輸出傳輸信號(hào)Pe (π)。
4. 如權(quán)利要求1所述的寬帶無(wú)線(xiàn)全雙工MIMO通信系統(tǒng)回波自干擾自適應(yīng)抑制方法,其 特征在于,步驟七具體包括: 第一步,從接收信號(hào)tK (η)中減去回波自干擾估計(jì)信號(hào);),得到來(lái)自遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的有 用傳輸信號(hào)tES(n),即: tES (?) =H11 (?)tFE (?) -tK (/7.) -1(?), 第二步,將信號(hào)tES (n)送入后續(xù)的ΜΙΜΟ譯碼檢測(cè)單元,以獲得對(duì)遠(yuǎn)端發(fā)送信號(hào)tFE(η) 的估計(jì)。
【文檔編號(hào)】H04L1/06GK104468055SQ201410840597
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】王勇, 袁璐, 宮豐奎, 葛建華 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)