一种基于谱估计的全双工自干扰消除方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，具体而言是涉及一种同时同频全双工通信系统中 数字自干扰消除的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在无线通信系统中，一个基本的假设就是无线设备不能在相同的频带同时发送与 接收数据，即工作于全双工模式。目前无线通信系统中的半双工系统有TDD(TimeDivision Duplex)系统和FDD(FrequencyDivisionDuplex)系统，这两种技术将时域或频域资源划 分为不重叠的正交资源来阻止发射与接收信号之间的相互干扰。然而，正交资源会造成频 谱资源利用率和用户数据吞吐量的下降，面对无线频谱资源日益紧张的局面，如何有效利 用有限频谱资源是一个尤为重要的问题。
[0003] 同时同频全双工无线通信（Co-timeCo-frequencyFullDuplex，CCFD)是指无线 节点可以使用相同的时间、相同的频率，同时接收和发射信号。全双工通信相比较半双工通 信在数据吞吐量、无线接入冲突避免和降低拥塞等方面都具有显著的性能优势。由于全双 工系统在同时、同频发送和接收信号，全双工系统面临的最大挑战是设备本身的发射天线 引起的近端自干扰信号与来自远端发射天线的有用信号相比功率差值太大，不仅会造成接 收机的饱和，并且由于模数转化器（Analog-to-DigitalConverter，ADC)分辨率的限制，在 模数转换时，干扰信号比有用信号强而导致了有用信号无法准确的转换。
[0004] 因此，为实现全双工无线通信，提高无线通信的频谱效率，必须在射频接收信号 ADC采样之前通过有效的干扰消除技术降低或消除自干扰信号。
[0005] 中国专利《一种同时同频全双工多抽头射频自干扰抵消系统及方法》（公开号 CN103427872A)公开了一种同时同频全双工多抽头射频自干扰抵消系统及方法。该方法对 信号进行模式识别后经由多抽头射频干扰重建滤波器对发射端射频信号进行重建并抵消， 通过调整算法有效消除自干扰，提高频谱利用率，提升射频自干扰抵消性能。该专利所述方 法，仅在射频端对自干扰信号进行消除并未考虑对数字自干扰信号进行消除，可能造成残 余自干扰信号过大而影响有用信号的接收。
[0006] 中国专利《基于功率检测及环路延迟计算的自干扰消除方法》（公开号 CN103458424A)公开了一种基于功率检测及环路延迟计算的自干扰消除方法。该方法通过 训练序列信号按照环路延迟算法测算接收自干扰信号相对于发射参考信号的时延和功率 值的变化，重构干扰信号，然后在数字信号处理电路中消除自干扰信号。该专利所述方法仅 参考接收自干扰信号相对于发射参考信号的功率值的变化对信号进行幅度的调整，误差较 大，准确度不够高，且没有对信号进行相位的调整而降低自干扰抵消性能。
[0007] 综上，现有的自干扰消除技术方案，在射频滤波部分有较有效的消除效果，但是仅 对干扰信号进行射频对消是远远不够的，在数字域对自干扰信号的消除可以进一步消除残 余自干扰信号，更有效地提高自干扰消除系统的整体性能。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种同时同频全双工通信系统中基 于谱估计的数字自干扰消除方法及装置。
[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于谱估计的全双工自干 扰消除方法，它包括如下步骤：
[0010] 1)对待发送信号进行处理后得到数字发送信号S(n)，将数字发送信号s(n)分成 至少三个支路信号，其中一支路进行数模转换生成射频发送信号s (t)，处理后输出射频接 收信号r(t);
[0011] 2)将射频接收信号r(t)分成两支路，对其中一支路与数字发送信号s(n)的另一 支路进行谱估计分析产生权值向量H，另一支路进行模数转换得到数字接收信号r (n);
[0012] 3)对数字发送信号s (n)的又一支路进行该权值向量H控制和调整的滤波重构得 到数字干扰重构信号"卩(《);
[0013] 4)将数字接收信号r(n)与数字干扰重构信号f切)进行数字自干扰消除，得到数 字自干扰消除后的有用信号x(n);
[0014] 5)对有用信号x(n)进行数字自干扰消除性能评估，实时的调整和修改权值向量 H，达到系统所需的最佳输出信号要求。
[0015] 优选的，步骤1)中，将所述射频发送信号s(t)分为两路，其中一路进行消极自干 扰消除并输出信号A (t);另一路进行调幅、调相及反相处理得到信号Sl (t)，将信号ri (t) 和信号Sl(t)合路输出所述射频接收信号r(t);其中所述信号Sl(t)和信号ri(t)的载波相 差波长一半的奇数倍，相位相差f，其中A为所述待发送信号的无线电波波长。
[0016] 优选的，步骤2)中，所述谱估计分析过程为：建立信号谱估计模型，对所述射频接 收信号r(t)进行超采样使采样后的信号具有离散时间循环平稳特性，估计所述射频接收 信号r(t)和所述数字发送信号s(n)的二阶统计量信息，根据所述二阶统计量信息计算所 述权值向量H;其中所述权值向量H包括幅度系数值A、时延系数值t和相位系数值0。
[0017] 优选的，所述二阶统计量信息包括所述射频接收信号r(t)的谱相关密度^f(./u')、 所述数字发送信号s(n)的功率谱密度Ss(jw)以及噪声的功率谱密度Sw(jw)。
[0018] 优选的，所述消极自干扰消除是通过天线分离、方向分离或偏振去耦实现。
[0019] 优选的，步骤5)中，所述数字自干扰消除性能评估采用自适应算法，所述自适应 算法可以是最小均方（Least Mean Square，LMS)算法或递归最小二乘（Recursive Least Squares，RLS)算法。
[0020] 本发明还提供了一种基于谱估计的全双工自干扰消除装置，包括基带发送处理单 元、射频自干扰消除单元、信号谱分析单元、自适应自干扰重构单元、加法器及基带接收处 理单元；基带发送处理单元的输出分别连接射频自干扰消除单元、信号谱分析单元及自适 应自干扰重构单元；信号谱分析单元的输入连接射频自干扰消除单元，输出连接自适应自 干扰重构单元；加法器的输入连接射频自干扰消除单元及自适应自干扰重构单元，输出连 接自适应自干扰重构单元及基带接收处理单元；
[0021] 所述射频自干扰消除单元用于消极自干扰消除及射频自干扰消除；所述信号谱分 析单元用于建立谱估计模型、提取和分析信号的二阶统计量信息；所述自适应自干扰重构 单元用于对信号进行重构、并自适应调整重构结构；所述加法器用于进行数字自干扰消除 运算。
[0022] 优选的，所述射频自干扰消除单元包括数模转换器（DAC)、分路器、天线模块、相位 调节模块、合路器及模数转换器（ADC);数模转换器的输入连接所述基带发送处理单元，输 出连接分路器，天线模块及相位调节模块连接于分路器和合路器之间，模数转换器连接于 合路器和所述加法器之间。
[0023] 优选的，所述信号谱分析单元包括谱估计模型建立模块和谱分析模块，其中谱估 计模型建立模块的输入连接所述合路器，输出连接谱分析模块。
[0024] 优选的，所述自适应自干扰重构单元包括干扰重构滤波器和自适应调整模块；其 中干扰重构滤波器的输入连接所述信号谱分析单元及所述基带发送处理单元，输出连接所 述加法器和自适应调整模块。
[0025] 本发明的有益效果是，利用信号的二阶循环统计量信息对自干扰信号进行重构和 抵消，并通过自适应调整来减小估计误差。相比现有自干扰消除方法，本发明专利提出的方 法提升了数字自干扰消除的整体性能，且具有更好的收敛性和更小的计算复杂度。
[0026] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种基于谱估计 的全双工自干扰消除方法及装置不局限于实施例。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明基于谱估计的全双工自干扰消除装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028] 一种基于谱估计的全双工自干扰消除装置，如图1所示，包括基带发送处理单元 1、射频自干扰消除单元2、信号谱分析单元3、自适应自干扰重构单元4、加法器5及基带接 收处理单元6。基带发送处理单元1的输出分别与射频自干扰消除单元2、信号谱分析单元 及3自适应自干扰重构单元4相连。信号谱分析单元3的输入与射频自干扰消除单元2相 连，输出与自适应自干扰重构单元4相连。加法器5的输入与射频自干扰消除单元2及自 适应自干扰重构单元4相连，输出与自适应自干扰重构单元4及基带接收处理单元6相连。
[0029] 射频自干扰消除单元2包括DAC21、射频发射通道22、分路器23、天线模块24、相 位调节模块25、合路器26、射频接收通道27及ADC28。DAC21的输入连接基带发送处理单 元1，输出通过射频发射通道22连接分路器23,天线模块24及相位调节模块25连接于分 路器23和合路器26之间，ADC28经由射频接收通道27连接合路器26并和加法器5相连。 相位调节模块25可以包括调幅调相模块及反相模块以对信号进行调节。基带发送处理单 元1发送的信号经DAC21进行数模转换后传送至射频发射通道22,再由分路器23分成两路 完全相同的信号，分别进入天线模块24和相位调节模块25进行处理后于合路器26进行合 路，用于对自干扰信号进