[發明專利]基于聯合收發波束成形的全雙工單向中繼自干擾抑制方法

有效

• 申請號: 201710125698.3
• 申請日: 2017-03-05
• 公開（公告）號: CN107124245B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 張延華;楊旭月;楊睿哲;孫艷華;吳文君
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04J11/00
• 分類號: H04J11/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

基于聯合收發波束成形的全雙工單向中繼自干擾抑制方法，首先建立不含直接通信鏈路的全雙工多天線單向中繼系統模型；然后，分析現存自干擾抑制算法的性能及缺陷，并根據現存算法的不足，提出了一種基于聯合收發波束成形的全雙工單向中繼自干擾抑制方法。首先根據收發波束成形原理和系統模型確定中繼節點接收信號干擾噪聲比的數學表達式，之后利用奇異值分解算法及聯合收發最大比波束成形優化策略對各個節點的收發波束成形矢量進行估計，使得中繼接收端的信號干擾噪聲比近似最大化，最終獲得的收發波束成形矢量即為最優收發矢量。本方法有效地抑制了全雙工單向中繼接收端自干擾信號的影響，改善了系統的誤比特性能，同時獲得較好的魯棒性。

技術領域

本發明涉及一種基于聯合收發波束成形的全雙工單向中繼自干擾抑制方法，屬于系統信號處理技術領域。

背景技術

傳統半雙工多天線單向中繼(one-way relay)作為協作通信的關鍵技術被廣泛使用。它不僅可以擴大通信的覆蓋面積，而且能夠提升通信鏈路的可靠性。然而，隨著用戶需求的不斷提升，有限的頻譜資源已經無法滿足龐大的通信流量。因此，人們開始研究更多的方法來增大頻譜資源的利用率，其中，同時同頻的全雙工(full-duplex)工作模式可以有效地降低頻譜資源短缺所帶來的壓力，從而提高頻譜的利用率。

全雙工模式作為第五代移動通信系統的關鍵技術被廣泛關注與研究。它能夠有效地提升系統容量、吞吐量和頻譜利用率。然而，由于需要同時同頻的收發信號，自身發送端泄露的自干擾信號(self-interference signal)成為影響全雙工通信鏈路可靠性的關鍵因素，因此，如何有效地抑制自干擾信號的影響成為研究關注的熱點。

對于全雙工單入單出系統(single-input single-output,SISO)，自干擾抑制算法的研究主要集中在時域自干擾刪除部分。時域刪除的主要原理是節點利用自身已知的發送信號和自反饋信道的估計結果從接收信號中除去存在的自干擾部分。隨著多輸入多輸出技術(multiple-input multiple output,MIMO)的引入，自干擾抑制技術研究的重心向空域轉移。由于時域自干擾刪除算法無法充分利用空間資源帶來的優勢，因此TaneliRiihonen等人提出了空域自干擾抑制算法。該類算法主要根據自反饋信道設計節點的收發濾波器，從而抑制自干擾信號的影響。典型的空域抑制算法為迫零(zero forcing,ZF)和最小均方誤差(minimum mean square error,MMSE)自干擾抑制算法。ZF算法通過設計自反饋信道的正交濾波矩陣刪除自干擾信號的影響且效果顯著。然而，該算法存在的主要問題為應用局限性大且所設計的接收濾波矩陣有可能會放大信道噪聲。MMSE算法設計收發濾波矩陣的原理為使實際接收信號與發送信號之間的均方誤差最小。該算法雖然考慮了信道噪聲的影響，但它的自干擾抑制效果并不顯著，尤其是在信號干擾比(signal to interferenceratio,SIR)較小的情況下。除上述兩種典型算法之外，前人還提出了一些其他類似的算法，例如，最大化接收信號干擾比(maximum signal to interference ratio,MSIR)算法、零空間與子空間投影法、奇異值(singular value)自干擾抑制法及時域刪除與空域抑制結合算法等。雖然現有算法在一定程度上對自干擾信號進行抑制，但它們均存在各自的缺陷且部分算法沒有考慮接收端的誤碼性能問題。因此，如何在全雙工多天線單向中繼系統中進一步提高中繼節點的接收性能成為本發明關注的重點。

綜上所述，本發明主要將聯合收發最大比波束成形估計算法應用于全雙工單向中繼自干擾抑制方向，旨在有效地抑制自干擾信號的影響，降低中繼節點的誤碼率，同時獲得較好的魯棒性。相比于ZF和MMSE等傳統算法，本發明獲得了較好的性能增益和更高的分集增益。

發明內容