基于OFDM的无线双向中继通信系统的自干扰消除方法与流程

本发明属于无线通信系统领域，具体设计一种基于ofdm的无线双向中继通信系统的自干扰消除方法。

背景技术：

无线双向中继通信系统是分散式/集中式无线网络的基本要素之一。其最简单的系统包括两个源节点和一个中继节点。两个源节点通过中继节点的帮助进行信息交换。传统上，为了实现信息交换并避免两个源节点之间的干扰可以使用时分双工（tdd）或者是频分双工（fdd）系统。通过时分双工技术，这样的无线中继通信系统一般需要4个时隙完成信息的交换，如图1所示，端节点1在第1时隙向中继节点发送信息，端节点2在第2时隙向中继节点发送另外一段信息，在第3，4时隙，中继节点分别将对应信息分别交替发送给端节点1与2。

但是，通过应用网络编码和自干扰的概念，可以减少使用的时隙，而且无需使用额外的频率资源。两个源节点将信息在相同的频谱上恰好位于同一时间传输到中继节点。而在第二个时隙，中继节点直接放大并转发此叠加信号回到两个源节点。接收到来自中继节点的信号后，两个信号端节点确切地知道它们在第一个时隙中要传输给中继的内容。因此他们可以通过减去自己的消息来消除自我干扰，如图2所示，在第1时隙，端节点1与端节点2同时将信号发送给中继节点，中继节点收到端节点1，2的叠加信号。在时隙2，中继节点1，2将直接将叠加信号发送给端节点1，2，端节点通过第1时隙发送的信号，消除自我干扰最后获得对方节点所发送的信息。

由于时隙1中继节点接收的是来自两个端节点的信息，该信息含有信道噪声干扰信息，并且与两个端节点的负载信息线性叠加，因此，该系统除了对于信号的同步有严格的要求之外，也需要持续与精确的测量信道噪声信息。如图3所示，在时隙1，端节点1与2同时发送信号到中继节点，两个端节点信号分别受到信道1与信道2的干扰之后，最终在中继节点叠加。与在传统的点对点ofdm无线通信系统中，信道检测是通过插入导频符号来完成信道检测工作的，但是在无线双向中继通信系统中该方法不适用，因为来自于端节点1与2的导频在信道中相互叠加，无法通过信号处理的方法检测出信道1与信道2的噪声干扰信息。如图5所示，传统的ofdm帧结构，通过每5个信道插入一个导频符号用于持续的信道检测，但是对于双向中继通信系统，由于导频信号相互叠加，中继节点无法通过处理获知信道1，2的干扰信息。另外一个问题则是，在时隙2，端节点1与2在自干扰消除阶段，需要使用时隙1的信道1与2的干扰信息来完整消除自干扰。如图4所示，在时隙2，中继节点将相互叠加的信息传送到两个端节点后端节点进行自干扰消除信号处理，在这一步，端节点1除了需要知道自己在时隙1发送的信息之外，还需要获知信道1，2，3的干扰信息，才能完成自干扰信号消除处理。同样的，对于端节点2，除了需要知道自己在时隙1发送的信息之外，还需要知道信道1，2，4的干扰信息，才能完成自干扰信号消除处理。因此，端节点1，2到中继节点之间的信道持续精确测量与信道信息共享是解决无线双向中继通信系统的自干扰消除的关键问题。

技术实现要素：

本发明提出了解决基于ofdm的无线中继通信系统的自干扰消除方法。为解决以上问题，本发明提出了一套信道检测与共享的方法使得在时隙2，端节点可以同步与持续的获得自干扰消除所需要的信道信息。

本发明提供的基于ofdm的无线双向中继通信系统的自干扰消除方法包括通过使用时频转换的方法插入相互正交的导频符号达到同时检测第一时隙1的两个1与信道2的方法，还有第二时隙2通过设计ofdm帧结构将时两信道共享到给两端节点的方法。

本发明所述的无线中继通信系统的自干扰消除方法，首先是通过时频互换的方法在odfm信号中插入相互正交的导频符号，从而使得导频在不相互干扰的情况下，分别检测出两信道1与2的干扰信息。然后是在第二时隙2自干扰消除阶段，需要使用第一时隙1的两信道的干扰信息来完成消除自干扰，中继节点通过设计ofdm帧结构将时两信道共享到给两端节点。因此通过两个部分相结合的方法，解决了双向中继通信系统的自干扰消除问题。

本发明所述的无线中继通信系统自干扰消除方法，其特征在于：在无线双向通信系统中，在第一时隙使用插入相互正交的导频符号来分别检测来自两端节点的信道干扰信息。在第二时隙2时，通过含有信道检测导频与两信道1、2信息融合的帧结构来共享信道信息到端节点，从而实现无线双向通信系统的自干扰消除能力。

本发明的优越性体现在使用相互正交的导频符号来实现无线通信系统中时隙1的相互叠加信号的信道检测，传统的ofdm导频设计无法处理信号叠加的情况，本方法实现了互相叠加的信道检测。在第二时隙2通过含有信道检测导频与两信道1、2信息融合的帧结构来共享信道信息，使用了50%的信道用于共享信道信息，但是使用获得的信道信息来进行自干扰信号消除，可以得到更高的准确率。除此之外，本方法的另外一个优越性是，相比于使用异步传输的方式共享两信道1，2的信息，其同步要求为20纳秒，但是本方法在帧结构中嵌入两信道1，2的信息可以确保两信道1，2的干扰信息与负载信息保持同步，不需要处理由于使用异步传输的方式导致的信号同步问题。

附图说明

图1是传统无线双向中继通信系统的4时隙结构图；

图2是经过网络编码和自干扰去除之后的无线双向中继通信系统的2时隙结构图；

图3是在时隙1两个端节点发送到中继节点的信道示意图；

图4是在时隙2中继节点发送到两个端节点的信道示意图；

图5是传统基于ofdm的导频设计示意图；

图6是时隙1两个端节点发送到中继节点的帧结构与导频符号示意图；

图7是时隙2中继节点发送到两个端节点的帧结构与导频符号示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

本发明提供一种基于ofdm的无线双向中继通信系统的自干扰消除方法，包括在第一时隙1通过相互正交的导频符号同时检测第一、第二两信道1，2的干扰信息的方法，还有在第二时隙2通过设计帧结构与导频符号的方法解决第一、第二信道1，2的干扰信息共享的问题。在传统的ofdm帧结构设计中，导频被用来进行信道检测的干扰信息，如图5所示，在每五个负载信道前插入一个导频信号，如导频1所示，假设每6个信道之间干扰信息不变，在点对点发通信的情况下，我们接收到信号之后，通过已知的导频信号参数与接收到的经过实际噪声干扰的导频信号的对比，可以通过计算获得连续的信道干扰信息，获得这些信息之后，我们可以通过计算用来消除每个导频所对应的5个负载信道的干扰信息。

但是在无线双向通信系统中，传统的导频信道检测方式无法使用，因为该方法只支持点对点的通信模式。由于在时隙1，中继节点接收到的信号为两第一、第二端节点1，2的导频信号与第一、第二信道1，2干扰信息的线性叠加，因此无法通过传统方法检测第一、第二信道1，2的干扰信息。为了解决这个问题，本发明提出一种新的方法，通过调整帧结构使得导频相互正交来检测信道信息。如图6所示，本专利提出在每6帧为一个单位的ofdm帧结构中，插入相互正交的导频符号，第一帧插入来自于第一端节点1的导频符号，而第二端节点2在该帧位置为0。第二帧插入来自于端节点2的导频符号，而端节点1在该帧的位置为0。通过这样的帧结构与频率正交复用，中继节点则可以通过相互正交的导频来分别检测信道1与信道2的干扰信息。新的方法中，每6个符号有2个导频，其中第一个预留给第一端节点1，第二个预留给第二端节点2。如果假设两端来自端节点的信息是完全同步的，本方法使得来自于第一、第二端节点1，2的导频相互正交。也就是说，在第一端节点1发送导频的时候，第二端节点2发送一个空符号，在第二端节点2发送导频的时候，第一端节点1发送一个空符号。这些导频信号共享ofdm的子信道频谱，并且使得他们相互正交。通过这样的方法会损失一部分的通信带宽，传统的方式由于干扰的原因无法通过传输负载信息。本发明提出的方法则使用了部分带宽用于信道检测，但是通过这样的方法可以实现同时检测来自于第一、第二端节点1，2的干扰信息。

无线双向通信系统的另外一个自干扰消除问题是如何将第一时隙1中继节点获得的第一、第二信道1，2的干扰信息在第二时隙2共享给两个端节点。本专利提出一种新的帧结构排布方式，如图7所示，展示了中继节点帧结构的设计，其中每5帧为一个子结构，其中第一帧为导频，用于检测时隙2中继节点分别发送到第一端节点1与第二端节点2的信道干扰信息，于此同时每8个子结构为一组，每组分别含有第一、第二信道1，2的干扰信息与中继节点在第一时隙1接收到的叠加信息。由此形成一个完整的ofdm帧结构，通过这样的结构排布在第二时隙2把第一、第二信道1、2的信息共享给第一、第二端节点1、2用于自干扰消除阶段的信号处理。我们将未经检测的两信道1，2的干扰信息插入第二时隙2的中继节点发送到端节点的广播信息中。因此，端节点可以在本地通过提取并且处理这些未经检测的第一信道1，第二信道2信息来计算在第一时隙1中继节点接收到的两信道1，2的信道干扰信息。在提出的自干扰消除方法中，在一个帧结构中，有300个子载波，其中100个用来传输第一时隙1中接收到的两端节点1，2的干扰信息，当中继节点将叠加的信息发送给端节点时，本方法将两信道1，2的干扰信息插入到100个子载波中，另外50个导频符号被用来检测时隙2的信道干扰，因此300个子信道的帧结构中，剩余有150个信道用于传递负载信息。所以通过本方法两信道1，2的干扰信息与第二时隙2的干扰信息可以以持续同步的方式传送给端节点。