一种全双工系统的自干扰消除方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种全双工系统的自干扰消除方法。
【背景技术】
[0002] 在无线通信领域，全双工（FD，FullDuplex)技术是指一个通信节点在同一时间同 一频带发送和接受数据，相较于传统的半双工模式有着更高的频谱效率。全双工的主要问 题是每个通信节点会受到极强的自干扰。具体来说，无线信号随着距离的增大而衰减，本地 的发射天线的信号会大大高于其他节点发射天线的信号，以至于难以解调来自其他发射结 点的信息。
[0003] 针对全双工系统，现有的数字域自干扰消除采用的方法是直接估计自干扰信道， 然后再进行自干扰消除。这种方法需要额外进行自干扰信道的估计，会造成传输效率的降 低，该问题在自干扰信道变化较快时尤为严重。
[0004] 空域调制全双工（SMFD，SpatialModulationFullDuplex)是全双工系统的一 种，它将空域调制（SM，SpatialModulation)技术应用到了全双工技术中。SM技术是一项 新颖的多输入多输出（MIMO,Multiple-InputMultipleOutput)技术。SM有两个信息携 带单元，一个是发射符号，一个是天线序号。现有技术在SM调制中，每一时隙从符号调制器 的星座图中选择一个符号，选择一根发射天线激活并将此符号发射出去。此符号和激活的 发射天线的天线序号（或空间位置）均携带发射信息。在全双工场景下，SM体现为选择发 射天线和接受天线的序号。在全双工中使用SM可以充分利用全双工节点拥有多根天线带 来的空间资源。然而，和普通的全双工一样，空域调制全双工同样受到极强的自干扰，而现 有的自干扰消除方法需要额外进行自干扰信道的估计，造成传输效率低下，且难以有效地 消除空域调制全双工系统的自干扰，无法使得每个节点能更好地解调所需信息。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种新颖的全双工系统的自干扰消除 方法。在下面的说明中，普通全双工系统指的是未进行空域调制的全双工系统，全双工系统 包括普通全双工系统和空域调制全双工系统。本发明既可以应用于全双工系统中，即既可 用于普通全双工系统中，也可以运用于空域调制全双工系统中。该方法通过全双工节点的 接收模块收集连续的多个时隙数据进行自干扰消除，达到无需估计信道即可在数字域消除 自干扰的目的。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] -种全双工系统的自干扰消除方法，全双工系统包括全双工节点A和B;每个全双 工节点包括符号调制器、发射模块、接收模块和两根天线；其中，符号调制器的作用是将所 要发射的信息映射到符号调制器的星座点上；两根天线中的一根为发射天线，另一根为接 收天线；全双工系统的自干扰消除方法通过全双工节点的接收模块收集连续多个时隙的数 据进行自干扰消除，包括如下步骤：
[0008] 1)对于每一个全双工节点，发送给符号调制器的信息比特流被调制到符号调制器 相应的星座点上，该信息比特流完成调制后发送给发射模块；
[0009] 2)对于每一个全双工节点，通过发射模块发射符号；将发射模块发射的信息与接 收模块共享，即将发射模块所发射的符号内容也传给接收模块；在第i时隙，节点A的发射 天线％所发射的符号设为X〗，节点B的发射天线h所发射的符号设为;4;节点A的接收天 线A所接收的信号记为M，对应的噪声为;
[0010] 3)经过发射模块连续多个时隙发射，节点A的发射天线％发射的连续多个时隙的 符号为
【主权项】
1. 一种全双工系统的自干扰消除方法，所述全双工系统包括全双工节点A和B ;每个全 双工节点包括符号调制器、发射模块、接收模块和两根天线，每根天线为发射天线和接收天 线中的一种；其特征是，所述自干扰消除方法通过全双工节点的接收模块收集连续多个时 隙的数据进行自干扰消除，具体包括如下步骤： 1) 对于每一个全双工节点，发送给符号调制器的信息比特流被调制到符号调制器相应 的星座点上，所述信息比特流完成调制后发送给发射模块； 2) 对于每一个全双工节点，通过发射模块发射符号；并将发射模块所发射的符号内容 也传给接收模块；在第i时隙，节点A的发射天线％所发射的符号设为节点B的发射 天线匕所发射的符号设为站;节点A的接收天线^所接收的信号记为)?，对应的噪声记为 3) 经过发射模块连续多个时隙发射，节点A的发射天线％发射的连续多个时隙的符号
，节点B的发射天线h发射连续多个时隙的符号为
：节点A的接收模块接收连续 多个时隙的信号为
，建立如下等式：
式1中，ajP b汾别为A节点和B节点的发射天线；由和&:分别为A节点和B节点的 接收天线；为节点A在第i个时隙所发射的符号；为节点B在第i个时隙所发射的符 号；hA为A节点自干扰信道的大小；h u为A节点的第i根天线和B节点的第j根天线之间 的信道； 4) 在式1方程的两边都乘上下面的矩阵式2,对节点A的连续多个时隙的接收信号
做与矩阵乘法相应的运算：
通过矩阵乘法运算得到式3 :
5)通过式3得到
，为节点A的接收模块接收到的连续多个时隙的接收信号经过变 换得到自干扰消除后的接收信号。
2. 如权利要求1所述全双工系统的自干扰消除方法，其特征是，步骤5)得到经过变换 消除自干扰后的接收信号之后，再通过最大似然方法对变换后的接收信号进行解调。
3. 如权利要求1所述全双工系统的自干扰消除方法，其特征是，所述全双工系统为空 域调制全双工系统，每个全双工节点还包括一个空域调制器，通过全双工节点的空域调制 器进行空域调制，将所述全双工节点所要发射的信息映射为天线序号；每根天线为发射天 线和接收天线中的一种，通过全双工节点的空域调制器选择决定。
4. 如权利要求3所述全双工系统的自干扰消除方法，其特征是，在步骤1)之前，对于每 一个全双工节点，将信息比特流分为两个部分；一部分信息比特流用来控制空域调制器决 定本节点的两根天线中，哪一根天线是发射天线或接收天线；另一个部分信息比特流被编 码并发送给符号调制器。
5. 如权利要求1所述全双工系统的自干扰消除方法，其特征是，步骤2)和步骤3)所述 发射模块发射符号是通过旋转符号调制器的星座点的方法来发射符号的。
6. 如权利要求5所述全双工系统的自干扰消除方法，其特征是，所述旋转符号调制器 的星座点的方法，具体为：对于通信的双方，只在一方每隔一个时隙进行发射符号星座点的 旋转来发射符号。
7. 如权利要求5所述全双工系统的自干扰消除方法，其特征是，所述旋转符号调制器 的星座点具体是根据调制方式来旋转发射符号星座点的。
8. 如权利要求7所述全双工系统的自干扰消除方法，其特征是，所述调制方式包括 M-PSK调制、BPSK调制和QPSK调制。
9. 如权利要求8所述全双工系统的自干扰消除方法，其特征是，当所述调制方式为 M-PSK调制，所述发射符号星座点旋转的角度为π/M，M代表调制的阶数；当所述调制方式 为BPSK调制，所述发射符号星座点旋转的角度为π/2 ;当所述调制方式为QPSK调制，所述 发射符号星座点旋转的角度为η/4。
10. 如权利要求8所述空域调制全双工系统的自干扰消除方法，其特征是，所述调制方 式为M-PSK调制，所述旋转符号调制器的星座点的方法具体是：设定节点A进行星座点旋 转，则星座点旋转的角度为η /Μ，节点A进行旋转星座点之后连续多个时隙发射的符号Xa 表示为：
? .·代表节点A未进行旋转星座 点时连续多个时隙的发射符号，
为节点A进行旋转星座点之后连续多个时隙发 射的符号，e代表自然对数，i代表虚数单位，π代表圆周率，M代表M-PSK调制的阶数。
【专利摘要】本发明公布一种全双工系统的自干扰消除方法，每个全双工节点包括符号调制器、发射模块、接收模块和两根天线；通过节点的接收模块收集连续多个时隙的数据进行代数运算即可进行自干扰消除；得到变换后的接收信号之后，再通过最大似然方法进行解调。发射模块可通过旋转符号调制器的星座点的方法发射符号，避免对变换后的接收信号进行解调时出现固有模式的解调错误。本发明既可用于普通全双工系统，又可用于空域调制全双工系统中；其消除自干扰无需进行自干扰信道的估计，提高信噪比，降低设备成本，提高通信效率，对于通信设备制造商、通信运营商都有重大经济价值。
【IPC分类】H04L5-14, H04B1-525
【公开号】CN104682996
【申请号】CN201510055019
【发明人】程翔, 鞠培中, 温淼文
【申请人】北京大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月3日