基于mimo的lte全双工系统中模拟干扰抵消方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线通信技术领域，特别设及一种LTE全双工系统的干扰抵消方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术和应用的发展，个人终端无线互连正在迅猛普及，无线通信已 经成为个人和社会不可缺少的必备交互手段。然而，目前的无线频谱资源已近枯竭，无线通 信业务对频谱资源的需求却正在指数上升。
[0003] 传统的观点认为：由于无线信号随距离快速衰减，从本地发送天线的信号是数 十万倍强于来自其他节点传输来的信号。因此，一直普遍假定，在同一频率上一个节点不能 在接收到信号的同时发送信号。现有的抑D(化equen巧Division Duplexing,频分双工） 和TOD(Time Division Duplexing,时分双工）技术都通过浪费一半的无线资源来避免上 下行干扰。CCFD(C〇-化equen巧Co-time化11 Duplex,同频同时全双工技术）无线通信设 备使用相同的时间、相同的频率，同时发射和接收无线信号，使得无线通信链路的频谱效率 提高了一倍。CC抑现已成为4G后续演进技术中挖掘无线频谱资源的一个重要方向。
[0004] MIMO(Multiple-I吨Ut Multiple-〇u1:put，多输入多输出）系统是一项考虑用于 802. Iln的技术。可将吞吐量提高到100Mbps。MIMO有时被称作空间多样，因为它使用多空 间通道传送和接收数据。MIMO的优点是能够增加无线范围并提高性能，提高信道的容量，同 时也可W提高信道的可靠性，降低误码率。
[0005] 如果在全双工系统中再结合MIMO技术，就能够充分利用信道的空间资源，W此提 高无线通信系统的频谱利用率和功率效率，有效改善系统的性能。因此，可W认为在未来 移动通信系统中，为了提高无线通信系统的频谱利用率和功率效率，有效改善系统的性 能，更好的构建无线网络，有必要对MIMO下的全双工进行深入的研究，提高MIMO下的全 双工技术对未来移动通信传输的适配能力，从而提高移动通信系统的使用效率。
[0006] 实现同频同时全双工技术的关键就是消除本地自干扰信号。现有的干扰抵消方法 基本都是在=个地方对本地干扰信号进行处理：天线抵消或采用隔离器、模拟干扰抵消、数 字干扰抵消。
[0007] 在已有的实现同频同时全双工技术的方法中，Stan化rd化iversity的Mayank Jain,化ng11化Oi等人提出了一种天线干扰抵消、射频干扰抵消和基带干扰抵消的体系 架构。2011年他们又提出了一种拜伦抵消的方法，并结合数字干扰抵消的方法来实现同频 同时全双工。拜伦抵消主要是通过产生另一路模拟信号跟原信号反相，通过控制振幅衰减 跟频率偏移的多次迭代来实现抵消的最大化。而数字抵消则是通过信道估计的方法在数字 域对数字信号抵消。
[000引 2012 年趾san Aryafar,Mohammad (Amir)趾Ojastepour 和 Karthikeyan Sundaresan等研究了 MIDU巧n油ling MIMO化11 Duplex)的系统设计，运是无线网路中的 第一个将全双工与MIMO技术结合在一起的设计。他们的设计采用的RF技术中的天线消除 技术（该技术对称的放置接收和发送天线）。
[0009] 2013年 Stanford University 的Dinesh Miaradia，血ily McMilin，Sachin Katti 等人提出了一种新型环形天线隔离器、模拟干扰抵消和数字干扰抵消的方案。环形隔离器 通过加一路有线传输的信号与接收到的信号相抵消。模拟干扰抵消和数字干扰抵消都利用 了本地信号的导频信号来重建干扰信号与接收信号相抵消。2014年他们又提出了一中新的 方案来抵消基于MIMO的同频同时全双工中干扰信号。该方案并没有提出新的干扰消除技 术，而是再次使用SISO全双工中已有的自扰消除系统，并通过级联SISO全双工中的抵消系 统的方式（减少复杂性）来消除互干扰。
[0010] 虽然现在已经有了能达到很好的抵消效果SISO全双工自干扰抵消系统，但是将 MIMO技术与同频同时全双工技术相结合并应用到LTE系统中还有很多技术难题。
[0011] 在MIDU巧n油ling MIMO化11 Duplex)的系统设计中，该方案可W在625KHZ带宽 信号中成功的消除45地，但是他们提出MIDU方案还存在许多限制：1.为了实现M个天线的 MIMO下全双工系统，该方案却用了 4M个天线；2.在20MHz带宽的LTE系统中，MIDU运个方 案却对自身的干扰的消除达不到需求，该方法对带宽有很大的限制。
[0012] 还有一种简单实现基于MIMO的同频同时全双工系统的方法，就是为每个接收天 线的干扰信号（自干扰+互干扰）的每一个干扰链路都拥有一个SISO全双工的自干扰抵 消系统，运样虽然可W达到很好的抵消效果，并且带宽不受限制，但是却需要SISO全双工 自干扰抵消系统的数量为天线数量的二次方倍。
[0013] 对于LTE系统来说，由于移动的环境，所W环境是随着时间（间隔）变化而变化 的，因此需要不断的调节消扰电路。对于4根天线的MIMO全双工系统中共需要16个自干 扰抵消系统，由于在W前的研究中，最好的调节算法需要1毫秒调节一次，所W运个设计最 少需要16毫秒时间来调节消扰电路，运个速度对于LTE系统来说太慢了。
[0014] 综上所述，实现基于MIMO的LTE全双工系统来说主要的技术难题：1.带宽受限。 2.为了动态抵消而调节消扰电路的时间太长。
【发明内容】
[0015] 基于上述分析，本发明提出了一种新的模拟抵消算法，将该算法应用于基于MIMO 的LTE全双工系统的模拟抵消中。针对带宽受限的问题，本发明采用将天线发送信号（射 频信号）分为N路，每一路都通过固定延时器和可编程的衰减器的电路，并通过迭代衰减器 系数的方式来模拟抵消自干扰信号。针对当动态的抵消干扰时调节消扰电路时间长的运个 技术难题，采用基于级联的MIMO全双工的模拟抵消算法，该算法比简单复制SISO全双工的 模拟抵消系统给每一个干扰链路的算法上不仅省下很多资源（延时器、衰减器），而且还减 少了调节消扰电路的时间。
[0016] 本发明采取了 W下技术方案：
[0017] 一种基于MIMO的LTE全双工系统中模拟干扰抵消方法，应用于同频同时全双工收 发系统，所述系统具有M根发射天线。在消除接收天线的自干扰信号时，采用基于SISO全双 工系统的模拟干扰抵消方案，在消除互干扰信号时，采用基于级联的方式的MIMO全双工的 模拟干扰抵消方案；其中，所述基于SISO全双工系统的模拟干扰抵消方案为：第一路信号 由发射天线经过近场信道到达接收机，然后产生近似于第一路信号的第二路信号来实现模 拟抵消，最后在接收路径上与第一路信号相减抵消掉；所述第二路信号是由N路经过固定 的延时和可变的衰减的信号，然后对运N路信号求和得到的；所述基于级联的方式的MIMO 全双工的模拟干扰抵消方案通过再次使用自干扰信号的消除中的各个层次的消扰系统，并 通过级联传输函数的方式，来实现MIMO全双工系统的干扰抵消；具体地，产生互干扰的发 射天线i发射的射频信号经由Ci taps产生第i级互干扰抵消信号，所述第i路互干扰抵消 信号与产生互干扰的发射天线i+1发射的射频信号相加后再经由C wtaps产生第i+1级 互干扰抵消信号，如此级联，产生第M-I级互干扰抵消信号，用于抵消MIMO全双工系统的互 干扰；其中，Ci taps表示将射频信号分为Ci路通往固定延时器可编程衰减器，产生C 1路经 过固定的延时和可变的衰减的信号，然后对运Ci路信号求和。
【附图说明】
[001引图1是3根天线的MIMO全双工系统中的自干扰信号和互干扰信号示意图；
[0019] 图2是现有技术中的2根天线的MIMO全双工干扰抵消系统示意图；
[0020] 图3是本发明的2根天线的MIMO全双工干扰抵消系统示意图；
[0021] 图4是基于SISO全双工的模拟干扰抵消算法框图；
[0022] 图5是sine义样算法不意图；
[0023] 图6是N = 6时基于SISO全双工的模拟抵消系统的性能仿真图；
[0024] 图7是N不同时基于SISO全双工的模拟抵消算法的抵消效果示意图；
[002引图8是传统的基于3根天线的MIMO全双工的模拟抵消系统示意图；
[0026] 图9是传统的2根天线的MIMO全双工的模拟抵消算法的抵消效果示意图；
[0027] 图10是N不同时传统的2根天线的MIMO全双工的模拟抵消算法的抵消效果示意 图；
[002引图11是传统的基于3根天线的MIMO全双工的模拟抵消系统示意图；
[0029] 图12是2根天线的基于本发明的级联方式的MIMO全双工的模拟抵消方法的抵消 效果示意图；
[0030] 图13是比较传统的模拟抵消算法和本发明的模拟抵消方法的％数量的示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合【附图说明】及【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0032] 在基于MIMO的LTE同频同时全双工系统中，不仅要消除自干扰信号