CN103200140B - 一种基于预均衡的干扰消除系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于频域预均衡的自干扰消除系统及方法，属于通信和信号处理领域。在接收端，接收到的信号被分路器分为两路，一路送入干扰消除自适应滤波器作为其输入信号，另一路则送入预均衡计算模块，预均衡计算模块根据接收信号或信道估计值计算权重，并将计算出的权重传送给干扰发射端的预均衡器。在干扰发射端，发射信号被分路器分为两路，一路作为参考信号送入接收端干扰消除自适应滤波器，另一路送入预均衡器，预均衡器对发射信号进行预均衡处理并发射。与传统的干扰消除方法相比，本发明简化了自适应干扰消除滤波器的工作，且对宽带自干扰信号进行有效消除。

Description

一种基于预均衡的干扰消除系统及方法

技术领域

本发明涉及通信和信号处理领域，特别涉及一种基于预均衡的自干扰消除系统及方法。

背景技术

在通信中，高效率双工方法的研发一直受到重视。现存的收发双工系统有:频分双工系统和时分双工系统。其中频分双工系统采用不同的频率隔离收发链路之间的干扰。时分双工系统虽然采用相同频率于收发链路数据传输，但是利用不同时隙隔离收发链路之间的干扰。上述两种双工方法的收发或各自占频率资源或各自占用时间资源。因此，它们的频谱效率是相同的。为了提高无线通信系统的频谱利用率，需要提出一种新的通信方法，使得系统收发信道可以共享频率和时间资源。

基于干扰消除的双工方法便是一种新的高效双工方法。其基本思想是使收发双方在同一时隙使用同一频段进行通信。这就要求在接收机使用干扰消除的方法消除本地发射信号对本地接收机的干扰。可以使用自适应干扰消除滤波器来实现这种干扰消除。

目前，使用自适应滤波器来消除发射天线的自干扰信号的方法为：记本地发射出的信号为S_TX1，在接收天线处，得到该信号受到损伤后的自干扰信号S_TX1'。另一方面，自适应滤波器根据S_TX1估计出S_TX1'的值，记为为了完全消除自干扰信号，可以采用以下运算：

$\stackrel{\‾}{S_{RX1}}={S_{TX1}}^{\′}-\stackrel{\‾}{{S_{TX1}}^{\′}}---\left(1\right)$

可见，只要能根据S_TX1准确地估计出S_TX1'的值，那么就可以将本地发射天线发出的自干扰信号完全消除。

如果可以在接收端有效地消除干扰，那么该接收机还可以接收并解调其它发射机的发射信号，这样就可以在同一时隙同一频率进行收发通信的高效双工系统。

但是，对于宽带信号而言，S_TX1'可能会受到频率选择性衰落信道的影响，导致S_TX1'的频谱不平坦。接收机干扰消除器为了恢复干扰信号，需要使用多阶滤波器模拟信道影响；随着滤波器阶数的增加，接收机处理复杂度也随之增加，精度下降。尤其重要的是，当信号受到频率选择性衰落信道影响后，接收机难以在射频进行有效的干扰消除，因为在模拟射频上难以对信号进行自适应滤波。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于预均衡的自干扰消除方法，该方法可用于同时同频双工系统中。

本法明的技术方案如下:

本发明提供的基于频域预均衡的自干扰消除系统，如图1所示。具体方案如下：在接收端，接收机接收到的干扰信号S_TX1'被分路器分为两路，一路送入干扰消除自适应滤波器作为其输入信号，另一路则送入预均衡计算模块，预均衡计算模块是通过计算利用发射端提供的发射信号和接收机提供的接收信号进行信道估计，根据信道估计计算权重，并将计算出的权重传送给干扰发射端的预均衡器。在干扰发射端，发射信号被分路器分为三路，一路作为参考信号送入接收端干扰消除自适应滤波器，一路送入预均衡计算模块，另一路送入预均衡器，预均衡器对发射信号S_TX1进行预均衡处理并由发射机发射预均衡信号S_PreTX1。上述发射信号S_TX1、预均衡信号S_PreTX1和接收到的自干扰信号S_TX1'的频谱如图2所示。

上述预均衡处理可以使用任何现有预均衡算法，如迫零(ZF)算法、最小均方误差(MMSE)算法或者自适应滤波算法如：最小均方(LMS)算法等。预均衡算法可以针对空口信道进行预均衡，也可以针对发射端和接收端基带处理与空口信道合成的等效信道进行均衡。例如，对于CDMA系统，可以针对扩频码信道和空口多径信道以及收发端滤波器等级联组成的等效信道进行均衡。计算权重所需要信道信息可以由接收端进行信道估计后反馈回发射端；也可以由发射端进行估计，例如在时分双工(TDD)系统中，可以利用信道的互易性采用发射端信道估计；此外，还可以根据接收信号进行权重值的计算。

上述预均衡器可以采用时域的FIR滤波器实现，也可以采用频域的单抽头滤波器实现。频域滤波需要先将发射信号利用FFT变换到频域，再对各个频点信号进行加权，然后再用IFFT变换回时域。

上述干扰发射机和接收机可以是在一个设备内部通过有线连接，也可以是两台设备之间通过有线连接的。

接收机的干扰消除自适应滤波器利用接收信号和发射端传送来的参考信号再次进行信道估计，并重建干扰信号，然后从接收信号中将干扰信号消除。

本发明的有益效果如下：

本发明利用对发射信号进行预均衡的方法减少了接收信号的信道多径影响。与传统的干扰消除方法相比，该方法减少了接收端自适应干扰消除滤波器的阶数，提高了精度，并且易于从模拟射频上进行干扰消除，从而达到对干扰信号更加有效地消除的目的。

附图说明

图1是基于预均衡的干扰消除方法的原理图；

图2是基于预均衡的干扰消除方法的各信号节点频谱图；其中(a)为发射信号S_TX1；(b)为预均衡信号S_PreTX1；(c)为自干扰信号S_TX1'。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明的内容，但不以任何方式限制本发明的范围。

正交频分复用系统同频同时双工的实施例如下所述。

在宽带的基于干扰消除的同频同时双工系统中，收发在同一个物理信道上传输，需要将发射信号在接收天线上造成的干扰消除，以便接收目标信号。

如图1所示，本发明在本地发射端加入预均衡器，在本地接收端加入预均衡计算模块。

在接收端，接收到的信号被分路器分为两路，一路送入干扰消除自适应滤波器作为其输入信号，另一路则送入预均衡计算模块，预均衡计算模块通过比对自干扰信号S_TX1'和发射信号S_TX1的频谱，计算出预均衡处理所需要的权重反馈给发射端的预均衡器。在发射端，发射信号被分路器分为三路，一路送入接收端干扰消除自适应滤波器作为参考信号，一路送入预均衡计算模块，另一路送入预均衡器，预均衡器根据反馈信息对发射信号S_TX1的频谱进行加权处理并发射。

在本实施例中，预均衡计算模块是通过计算利用发射端提供的发射信号和接收机提供的接收信号进行信道估计，然后并通过迫零(ZF)算法计算出权重。设权重计算模块对第n个子载波信道的信道估值为F(n)，n＝1,2,…,N，其中N表示子载波数。则根据迫零算法，权重计算模块给出该子载波上预均衡加权系数为1/F(n)。预均衡器对发射信号在频域上进行加权处理，即在第n个子载波上的发射信号乘以加权因子1/F(n)。发射信号S_TX1、预均衡信号S_PreTX1和接收到的自干扰信号S_TX1'的频谱如图2所示。

在接收端，后级的干扰消除自适应滤波器只要通过调整相应的抽头系数来获得宽带多径自干扰信号S_TX1'每一径的幅度和相位参数，即可实现得到自干扰信号S_TX1'的准确估计而这些处理正是目前现有的干扰对消自适应滤波器所能胜任的工作。本实施例中所述干扰对消自适应滤波器即是一个基于LMS算法的32阶自适应滤波器。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种基于频域预均衡的自干扰消除系统，其特征在于，包括干扰消除自适应滤波器、预均衡计算模块和预均衡器，其中，在接收端，接收机接收到的干扰信号被分路器分为两路，一路送入干扰消除自适应滤波器作为其输入信号，另一路则送入预均衡计算模块；在干扰发射端，发射信号被分路器分为三路，一路作为参考信号送入接收端的干扰消除自适应滤波器，一路送入预均衡计算模块，另一路送入预均衡器，预均衡器对发射信号进行预均衡处理并由发射机发射预均衡信号。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，预均衡计算模块采用时域的FIR滤波器。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，预均衡计算模块采用频域的单抽头滤波器，该滤波器先将发射信号利用FFT变换到频域，再对各个频点信号进行加权，然后再用IFFT变换回时域。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，发射机和接收机在一个设备内部通过有线连接，或是两台设备之间通过有线连接的。

5.一种采用权利要求1所述系统的预均衡方法，其特征在于，预均衡计算模块是通过计算利用发射端提供的发射信号和接收机提供的接收信号进行信道估计，根据信道估计计算权重，并将计算出的权重传送给干扰发射端的预均衡器；预均衡器对发射信号进行预均衡处理并由发射机发射预均衡信号。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，采用迫零算法、最小均方误差算法或者自适应滤波算法进行预均衡处理。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，针对空口信道进行预均衡处理，或针对发射端和接收端基带处理与空口信道合成的等效信道进行预均衡处理。

8.权利要求5所述的方法，其特征在于，接收端的干扰消除自适应滤波器利用接收信号和发射端传送来的参考信号再次进行信道估计，并重建干扰信号，然后从接收信号中将干扰信号消除。