寬帶無線全雙工MIMO通信系統回波自干擾自適應抑制方法技術方案

本發明專利技術公開了一種寬帶無線全雙工多天線MIMO通信系統回波自干擾自適應抑制方法，將自適應濾波法的迭代思想運用到回波自干擾抑制方法中，通過自適應迭代算法，實現對自干擾信號的準確估計及系統誤碼率性能的提升，并且充分考慮非理想衰落信道傳輸條件以及多天線MIMO系統配置，提出了基于歸一化最小均方誤差NLMS算法的寬帶無線全雙工MIMO通信系統回波自干擾抑制方法。本發明專利技術能在顯著抑制高強度自干擾信號的同時，有效降低了系統誤碼率損失，提升了系統信道傳輸容量，以及降低了自干擾抑制的實現復雜度，綜合提高了無線全雙工系統的整體綜合性能。

【技術實現步驟摘要】
寬帶無線全雙工MIMO通信系統回波自干擾自適應抑制方 法
本專利技術屬于無線通信
，尤其涉及一種寬帶無線全雙工MM0通信系統回 波自干擾自適應抑制方法。
技術介紹
無線全雙工FD通信技術具有在單信道條件下同時、同頻收發無線信號的特點，可 以在高效利用有限的無線頻譜資源的同時，同時解決無線移動網構架中隱藏終端、減少網 絡時延等問題，已成為新一代無線通信系統研宄的熱門技術。然而，由于無線全雙工系統同 時、同頻收發信號，通信系統除了收到來自其他通信節點的有用發送信號，還會收到來自自 身天線的發送信號，即回波自干擾信號。由于通信系統接收天線與其發射天線間的距離，遠 小于與相鄰節點的發射天線之間的距離，根據信號路徑損耗原理可知，全雙工通信節點的 回波自干擾信號會遠遠大于來自其他節點的有用發射信號，從而導致系統性能惡化。 現有全雙工系統回波自干擾信號抑制方法已有很多，例如，被動式自干擾抑制和 主動式自干擾抑制，其主要思路是：在增大同系統收發天線間距、改變收發天線的收發方 向，或采用具有正交偏振狀態的天線對的基礎上，結合使用基帶處理算法對接收信號進行 濾波，從而實現對回波自干擾的抑制。例如ShenghongLi等人在Full-DuplexWireless CommunicationusingTransmitterOutputBasedEchoCancellation 中提出了一種全 雙工FD被動式自干擾抑制方法，采用距離間隔為20cm的收發天線對，并利用最小二乘LS 算法對混有干擾信號的接收信號進行濾波處理，該方法可以有效抑制FD系統自干擾信號。 但是，現有的大多數全雙工自干擾抑制方法均基于單天線SIS0配置，難以匹配目前各類新 型無線通信系統基于多天線MM0配置的需求，因此如何實現多天線MM0系統自干擾抑制 非常迫切；其次，前述的最小二乘LS算法雖然抑制性能理想，但是其算法參數相對固定且 并不能依據實際信號的動態變化進行實時的自適應調整，若面對實際的大寬帶、非靜態環 境且復雜分布的無線通信信號，則難以獲得優良的抑制性能；此外，最小二乘LS算法運算 過程需要計算高階矩陣的求逆運算，計算復雜度非常高，實現代價與成本難以承受；最后， 現有自干擾抑制方法并未考慮非理想衰落信道對全雙工傳輸性能的影響，從而降低了現有 自干擾抑制方案的實用價值，因此在抑制回波自干擾信號的同時，如何有效克服遠端信道 因頻率選擇性衰落所帶來的誤碼率性能損失，具有重要的現實意義與應用價值。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種寬帶無線全雙工MM0通信系統回波自干擾自適應抑 制方法，旨在解決現有全雙工自干擾抑制方法基于單天線配置、未考慮非理想衰落信道對 信號影響、以及系統實現復雜度高的問題。 本專利技術是這樣實現的，一種寬帶無線全雙工MM0通信系統回波自干擾自適應抑 制方法，該寬帶無線全雙工MIM0通信系統回波自干擾自適應抑制方法將迭代濾波法的迭 代思想運用到回波自干擾抑制方法中，通過自適應迭代算法； 具體包括以下步驟： 步驟一，接收機收到來自于遠端通信節點有用信號與來自于近端節點回波自干擾 信號相疊加的混合信號； 步驟二，選擇近端接收端處自干擾抑制模塊中的自適應算法，設置相關參數初始 值，開始迭代； 步驟三，根據天線數判斷迭代是否結束，若結束，再對最大迭代次數判斷最佳權值 矢量的迭代是否結束，若結束，即獲得較準確的自干擾估計信號，否則，繼續迭代； 步驟四，從總體接收信號中濾除估計出的回波自干擾信號，以獲得來自遠端節點 的有用傳輸信號，可將該信號送入后續的MIMO譯碼檢測單元，以獲得對遠端發送信號的準 確估計。 進一步，該寬帶無線全雙工MIMO通信系統回波自干擾自適應抑制方法的具體步 驟如下： 步驟一：近端通信節點的接收信號為：本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種寬帶無線全雙工MIMO通信系統回波自干擾自適應抑制方法，其特征在于，該寬帶無線全雙工MIMO通信系統回波自干擾自適應抑制方法將迭代濾波法的迭代思想運用到回波自干擾抑制方法中，通過自適應迭代算法實現對自干擾信號的準確估計及系統誤碼率BER性能的提升；具體步驟如下：步驟一：近端通信節點的接收信號tR(n)=[tN1R(n),...,tjR(n),...,tNRR(n)]T∈CNR×Nf]]>為：tR(n)＝HFE(n)tFE(n)+HNE(n)tNE(n)+w(n)；其中，為來自遠端節點的有用目標接收信號；而為近端節點自身發射信號，即回波自干擾信號；分別表示近端和遠端第j(j＝N1，…，NT)條天線上的發送信號；HFE(n)=[hN1FE(n),...,hjFE(n),...,hNTFE(n)]∈CNR×NT]]>與HNE(n)=[hN1NE(n),...,hjNE(n),...,hNTNE(n)]∈CNR×NT]]>分別為遠端和近端發射信號的信道轉移函數；w(n)為信道加性高斯白噪聲；其中，NT表示通信節點發射天線數目，NR是接收天線數目，Nf是信號每幀長度，(·)T表示對矩陣或矢量的轉置運算符號；步驟二：在接收端通過利用歸一化最小均方誤差NLMS算法對混有自干擾、信道噪聲的接收信號進行自干擾抑制，定義算法的代價函數為:Min{E[(eNE(n))2]}=Min{E[[tNE(n)-t^NE(n)]2]},]]>其中，Min表示取最小值，n表示第n時刻，E[(eNE(n))2]表示近端誤差信號的平均功率，E[·]表示期望運算符，tNE(n)表示近端發送天線的實際發送信號，表示對近端總接收信號濾波后，獲得的對近端發送信號tNE(n)的估計值；步驟三：設置采用歸一化最小均方誤差NLMS算法進行自干擾抑制的相關初始值：令初始迭代次數k＝1，并設置最大迭代次數K及根據近端輸入信號的自相關矩陣設置收斂步長因子μNE，自適應濾波器的初始化權值矢量αNE(0)以及濾波器的長度M，開始迭代過程，分別設置K、M、αNE(0)=[α1NE(0),...,αiNE(0),...,αMNE(0)]T=[0,...,0,...,0]T,]]>μNE；步驟四：根據公式按照以下公式求出近端的估計信號具體過程如下：t^jNE(n)=(αNE(n))TtjR(n)=([α1NE(n),...,αiNE(n),...,αMNE(n)]T)T·[tjR(n),...,tjR(n-i+1),...,tjR(n-M+1)]T=[α1NE(n),...,αiNE(n),...,αMNE(n)]·[tjR(n),...,tjR(n-i+1),...,tjR(n-M+1)]T=Σi=1MαiNE(n)tjR(n-i+1),]]>其中j＝N1，…，NT，NT表示發送天線總數目，M為自適應濾波器的長度，αNE(n)在表示n時刻的權值矢量，為n時刻第j條接收天線經自適應濾波后獲得的近端誤差信號，為第j條近端接收天線上的接收信號；j＜NT，則令j＝j+1，估計下一接收天線上的估計信號j＝NT，則前進至步驟五；步驟五：根據下式，更新n時刻的權值矢量并根據迭代結果輸出近端發送信號tNE(n)的估計信號具體過程如下：如下式更新下一時刻的權值矢量：αNE(n+1)=αNE(n)+μNE(tjR(n))T(tjR(n))+ϵejNE(n)tjNE(n),]]>其中，j＝1，…，NT，NT表示發送天線總數目，ε表示的是權值矢量αNE(n)在迭代過程中的調整因數，為第j條近端接收天線上的接收信號，為n時刻第j條接收天線經NLMS自適應濾波后獲得的近端誤差信號，μNE表示收斂步長因子，(·)T表示對矩陣或矢量的轉置運算符；步驟六：根據最佳權值矢量αNE(n)以及公式：t^jNE(n)=(αNE(n))TtjR(n)=Σi=1MαiNE(n)tjR(n-i+1),]]>由下式得近端估計信號的最終表達式：t^NE(n)=[t^N1NE(n),...,t^jNE(n),...,t^NTNE(n)]T,]]>其中，j＝1，…，NT，NT表示發送天線總數目，αNE(n)表示n時刻權值矢量，表示n時刻的權值，其中i＝1，…，M，M表示濾波器的長度，表示第j條接收天線上的接收信號；步驟七：從總體接收信號tR(n)中濾除估計出的回波自干擾信號，以獲得來自遠端節...

【技術特征摘要】
1. 一種寬帶無線全雙工MMO通信系統回波自干擾自適應抑制方法，其特征在于，該寬 帶無線全雙工MIMO通信系統回波自干擾自適應抑制方法將迭代濾波法的迭代思想運用到 回波自干擾抑制方法中，通過自適應迭代算法實現對自干擾信號的準確估計及系統誤碼率 BER性能的提升；具體步驟如下： 步驟一：近端通信節點的接收信號，()=[<()，…，…，為：tE(n) =HFE(n)tFE(n)+HNE(n)tNE(n)+w(n)； 其中，嚴㈧=[€(η),··.,$(?)]為來自遠端節點的有用目標 接收信號；而嚴() = [<:()，·.·』Γ:(),·.、<·'(?)?為近端節點自身發射信號， 即回波自干擾信號；OUf()分別表示近端和遠端第j(j=N1，…， Nt)條天線上的發送信號；巧(《) = [〇)，...，〇)，.，〇)]€(：*、4與 /^'()=[<(/小…，<_(〃)，_人\()]￡廣_^_分別為遠端和近端發射信號的信道轉移函 數;w(η)為信道加性高斯白噪聲；其中，Nt表示通信節點發射天線數目，Nk是接收天線數目，Nf是信號每幀長度，（·）1表示對矩陣或矢量的轉置運算符號； 步驟二：在接收端通過利用歸一化最小均方誤差NLMS算法對混有自干擾、信道噪聲的 接收信號進行自干擾抑制，定義算法的代價函數為：其中，Min表示取最小值，η表示第η時亥I」，E[(eNE(η))2]表示近端誤差信號 的平均功率，Ε[ ·]表示期望運算符，tNE(η)表示近端發送天線的實 際發送信號，表示對近端總接收信號濾波后，獲得的對近端發送信號tNE(η)的估計 值； 步驟三：設置采用歸一化最小均方誤差NLMS算法進行自干擾抑制的相關初始值： 令初始迭代次數k= 1，并設置最大迭代次數K及根據近端輸入信號的自相關矩陣設置 收斂步長因子μΝΕ，自適應濾波器的初始化權值矢量αΝΕ(0)以及濾波器的長度M，開始迭代 過程，分別設置〖、1\1、〇：7￥￡'(0) = [〇；嚴(0)，...，〇!嚴(0)，.，〇^￡(0)]=[0，，0，，0]7'、4?; 步驟四：根據公式<￡(?) = <￡ (η)-?/:(/〇,按照以下公式求出近端的估計信號 〇)，具體過程如下： CN 104468055 A 個乂不U安水 2/3頁i=l 其中j=N1，…，Ντ，乂表示發送天線總數目，M為自適應濾波器的長度，αNE(n)在表 示η時刻的權值矢量，</:(?)為n時刻第j條接收天線經自適應濾波后獲得的近端誤差信 號，<(?)為第j條近端接收天線上的接收信號； j<Nt，貝Ij令j=j+Ι，估計下一接收天線上的估計信號();j= 乂，則前進至步驟五； 步驟五：根據下式，更新η時刻的權值矢量(n) = ]，并根據迭 ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王勇，袁璐，宮豐奎，葛建華，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61