基于極化失配的功放非線性影響下的全雙工自干擾消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及全雙工通信技術(shù)和全雙工通信系統(tǒng)中的 自干擾消除。具體地說，是指基于極化失配的功放非線性影響下的全雙工自干擾消除方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全雙工通信能夠在同一時(shí)間和同一頻段上實(shí)現(xiàn)雙向通信，與傳統(tǒng)的TDD和FDD通 信相比，全雙工技術(shù)能大大提升物理層的性能。全雙工通信中的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是消除同一 節(jié)點(diǎn)發(fā)射機(jī)天線耦合引起的自干擾，這個(gè)自干擾信號(hào)比期望信號(hào)高60dB?100dB。目前，國(guó) 內(nèi)外有很多學(xué)者在致力于自干擾消除方法的設(shè)計(jì)。
[0003] 在全雙工系統(tǒng)中，由于發(fā)射端PA(功率放大器，簡(jiǎn)稱功放）非線性失真引起的自干 擾嚴(yán)重影響了全雙工設(shè)備的性能，尤其當(dāng)發(fā)射信號(hào)的發(fā)射功率比較大的時(shí)候?，F(xiàn)在已有一 些關(guān)于解決由PA非線性帶來的自干擾的研究。比如采用泰勒級(jí)數(shù)對(duì)PA非線性進(jìn)行建模， 然后對(duì)其中的非線性系數(shù)進(jìn)行估計(jì)，進(jìn)而構(gòu)建自消除信號(hào)。也有采用聯(lián)合信道估計(jì)和非線 性參數(shù)估計(jì)的迭代方法，能夠消除由PA非線性引起的自干擾。還有采用并行Hammerstein 模型對(duì)PA非線性進(jìn)行建模，并且將射頻消除后的自干擾信號(hào)也等價(jià)轉(zhuǎn)化為該模型的表達(dá) 形式，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，構(gòu)建自消除信號(hào)進(jìn)行非線性數(shù)字自干擾的消除。現(xiàn)有這些方法， 通常都需要對(duì)PA非線性進(jìn)行建模，并對(duì)模型中的非線性參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，然后根據(jù)估計(jì)出的 非線性參數(shù)構(gòu)建存在PA非線性時(shí)的自干擾信號(hào)，最后在接收端減去構(gòu)建的消除信號(hào)完成 干擾消除。在實(shí)際的系統(tǒng)中，如果在估計(jì)PA非線性使用的模型與PA的實(shí)際特性不匹配的時(shí) 候，則當(dāng)非線性自干擾信號(hào)強(qiáng)度越大，那么由這種不匹配帶來的消除性能的下降也會(huì)越大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)存在PA非線性的全雙工系統(tǒng)，本發(fā)明提出了一種基于極化失配的功放非線 性影響下的全雙工自干擾消除方法。該方法利用自干擾的極化特性不受PA非線性的影響， 能有效的消除PA非線性引起的自干擾。
[0005] 在全雙工系統(tǒng)中，由于存在很強(qiáng)的自干擾信號(hào)，系統(tǒng)的非線性成為限制傳統(tǒng)自干 擾消除性能的一個(gè)重要因素。本發(fā)明提出了一種極化域的自干擾消除方法，用以消除存在 PA非線性時(shí)系統(tǒng)的自干擾。本發(fā)明利用自干擾信號(hào)的極化特性不受PA非線性的影響，在接 收端通過對(duì)自干擾信號(hào)進(jìn)行極化失配處理，采用具有與自干擾極化狀態(tài)正交的極化狀態(tài) 的極化失配矩陣接收信號(hào)對(duì)其進(jìn)行消除。理論分析和仿真顯示，本發(fā)明可以有效的消除存 在PA非線性時(shí)系統(tǒng)的自干擾，同時(shí)當(dāng)發(fā)射信號(hào)的功率增大時(shí)，本方法的消除性能不會(huì)隨著 非線性自干擾信號(hào)功率的增大而出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。
[0006] 本發(fā)明提供的基于極化失配的功放非線性影響下的全雙工自干擾消除方法，具體 步驟如下：
[0007] 第一步，建立全雙工系統(tǒng)模型。
[0008] 全雙工系統(tǒng)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)Nodel和Node2在同一時(shí)刻使用相同的載波頻段實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì) 點(diǎn)的通信，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)處使用分開的兩副正交雙極化天線，一副用來發(fā)射信號(hào)，另一副用來 接收信號(hào)，在發(fā)射端，信號(hào)經(jīng)過PA后使用功分器將信號(hào)分成兩路幅度比固定的信號(hào)，經(jīng)過 移相器調(diào)整這兩路信號(hào)之間的相位差，最后兩路信號(hào)通過正交雙極化天線發(fā)射出去；接收 端在某一時(shí)刻接收到遠(yuǎn)端發(fā)射過來的期望信號(hào)Es (t)的同時(shí)，也會(huì)接收到來自同一節(jié)點(diǎn)發(fā) 射端天線耦合過來的自干擾信號(hào)氏(t)。
[0009] 對(duì)于節(jié)點(diǎn)Nodel，經(jīng)過功放之后的信號(hào)表示為
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于極化失配的功放非線性影響下的全雙工自干擾消除方法，其特征在于： 第一步，建立全雙工系統(tǒng)模型； 全雙工系統(tǒng)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)Nodel和Node2在同一時(shí)刻使用相同的載波頻段實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的 通信，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)處使用分開的兩副正交雙極化天線，一副用來發(fā)射信號(hào)，另一副用來接收 信號(hào)，在發(fā)射端，信號(hào)經(jīng)過PA后使用功分器將信號(hào)分成兩路幅度比固定的信號(hào)，經(jīng)過移相 器調(diào)整這兩路信號(hào)之間的相位差，最后兩路信號(hào)通過正交雙極化天線發(fā)射出去；接收端在 某一時(shí)刻接收到遠(yuǎn)端發(fā)射過來的期望信號(hào)ES (t)的同時(shí)，也會(huì)接收到來自同一節(jié)點(diǎn)發(fā)射端 天線耦合過來的自干擾信號(hào)EI (t); 第二步，對(duì)接收端的信號(hào)進(jìn)行極化失配處理； 接收端的信號(hào)表示為： Y (t) = HsEs (t) +H1E1 (t) +N (t) (3) =HsPsS (t)+H1P1Kt)+N (t) 其中
表示接收到的期望信號(hào)，Ps是期望信號(hào)的極化狀 態(tài)，S(t)是時(shí)域信號(hào)波形，N(t)為二維獨(dú)立同分布的高斯白噪聲；《f、廣/為期望信號(hào)的極 化相位描述子，Hs表示期望信號(hào)到達(dá)接收端經(jīng)過的無線信道，H τ表示自干擾信道； 接收端的信號(hào)經(jīng)過下變頻后進(jìn)入A/D，用基帶信號(hào)形式表示A/D的輸出信號(hào)， Y (k) = HsPsS (k) +H1P11 (k) +N (k) (6) 其中k表示離散的時(shí)間，
，表示期望信號(hào)經(jīng)過萊斯信道 Hs后到達(dá)接收端時(shí)的極化狀態(tài)，令
表示經(jīng)過萊斯信道H1后自 干擾信號(hào)的極化狀態(tài)； 令極化失配自干擾消除后的信號(hào)YresidualGO表示為， YresiduaI (k) = M [HsPsS (k) +H1P1I (k) +N (k)] =MHsPsS (k) +MH1P1I (k) +MN (k) (7) 其中YMsidual(k)表示經(jīng)過極化失配自干擾消除后的信號(hào)，令
稱之為極化失配矩陣，其中和#v為極化失配矩陣的極化 相位描述子； 令M滿足MH1P1 = 0，則Y residual (k) = MHsPsS (k) +MN (k)，那么自干擾信號(hào)被完全消除了； 第三步，對(duì)期望信號(hào)的幅度相位進(jìn)行補(bǔ)償。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于極化失配的功放非線性影響下的全雙工自干擾消除方 法，其特征在于：對(duì)于節(jié)點(diǎn)Nodel，經(jīng)過功放之后的信號(hào)表示為
其中1表示功放非線性的階數(shù)，L是非線性最高階數(shù)，a表示非線性增益，w。是載波角 頻率，t表示時(shí)間；經(jīng)過功分器和移相器后，信號(hào)變?yōu)?br>其中匕表示的是發(fā)射信號(hào)的極化狀態(tài)，用極化相位描述子（α/./0表示，￡[；〇，/2] 心[0,27小 對(duì)于節(jié)點(diǎn)Node2的發(fā)射端，其發(fā)射的期望信號(hào)表示為，
其中，&是期望信號(hào)的極化狀態(tài)，由極化相位描述子表征，S(t)是時(shí)域信號(hào)波 形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于極化失配的功放非線性影響下的全雙工自干擾消除方 法，其特征在于：所述的極化失配矩陣M如下所示，
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于極化失配的功放非線性影響下的全雙工自干擾消除方 法，其特征在于：所述的第三步具體為： 期望信號(hào)經(jīng)過極化失配矩陣后變?yōu)椋?br>由公式（10)可知，期望信號(hào)經(jīng)過極化失配矩陣后幅度和相位產(chǎn)生了失真，故需采用補(bǔ) 償因子C對(duì)失真的期望信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償；
為了求得補(bǔ)償因子C，還需要對(duì)接收端的期望信號(hào)的極化狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，最后得到經(jīng)過 極化失配矩陣M和進(jìn)行補(bǔ)償因子C補(bǔ)償后的信號(hào)為， y(k)=S(k)+CMN(k) (12)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于極化失配的功放非線性影響下的全雙工自干擾消除方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先建立全雙工系統(tǒng)模型，全雙工系統(tǒng)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻使用相同的載波頻段實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)處使用分開的兩副正交雙極化天線，一副用來發(fā)射信號(hào)，另一副用來接收信號(hào)；并且采用極化失配矩陣對(duì)接收端的信號(hào)進(jìn)行極化失配處理，最后對(duì)期望信號(hào)的幅度相位進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明可以有效的消除存在PA非線性時(shí)系統(tǒng)的自干擾；消除性能不會(huì)隨著非線性自干擾信號(hào)功率的增大而出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。
【IPC分類】H04B1-525, H04L5-14
【公開號(hào)】CN104539309
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410822403
【發(fā)明人】劉芳芳, 趙聞, 馮春燕
【申請(qǐng)人】北京郵電大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月25日