CN104539341B - 无线宽带多天线mimo全双工系统主动式回波自干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线宽带多天线MIMO全双工系统主动式回波自干扰抑制方案，将波束成型技术以及自适应迭代滤波处理运用到全双工自干扰抑制方法中，在发送端通过空域波束成型对各路发射信号进行预加权处理，而在接收端利用自适应滤波算法的多次迭代，实现对回波自干扰信号的准确估计和消除。通过将空域波束成型方法引入FD‑MIMO系统构架，提出了一种联合主动式抑制机制的宽带无线FD‑MIMO系统回波自干扰抑制方案，在显著抑制全双工FD系统的高自干扰信号的同时，有效对系统误码率BER性能进行控制，全面提升系统信道传输容量，实现了全双工系统整体性能的改善。本发明在衰落信道条件下，可实现现有理想信道下的全双工系统误码率BER与系统容量，可用于各类新一代宽带无线全双工通信系统。

Description

无线宽带多天线MIMO全双工系统主动式回波自干扰抑制方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种无线宽带多天线MIMO全双工系统主动式回波自干扰抑制方法。

背景技术

相较于传统的时分双工TDD和频分双工FDD系统，无线全双工FD系统具有在单信道条件下同时、同频收发信号的特点，可以更为高效地利用日益紧张的无线频谱资源，因此已成为新一代移动通信系统和无线个域网系统构架和标准演进的关键热门技术。

但是，由于全双工FD系统同时、同频收发信号，造成全双工FD通信系统有一个很严重的缺点：因为系统的收发同时、同频性，通信节点除了会收到来自其他节点的发送信号，还会收到源于自身节点的发送信号，即回波自干扰信号；而且，每一通信节点上的接收天线与其发送天线间的距离远小于与相邻节点发射天线间的距离，根据无线信号路径损耗原理可知，回波自干扰信号将远远大于来自其他节点的有用接收信号，该功率非平衡性导致系统性能恶化。

目前，已有众多全双工回波自干扰信号抑制方法，例如被动式自干扰抑制技术，被动式自干扰抑制主要利用系统收发天线物理隔离、天线指向分离、模拟域信号抵消等原理，再结合数字域基带自适应滤波算法来实现对回波自干扰信号的消除和抑制。虽然被动类抑制方法原理相对简单，但其对回波自干扰的抑制效果比较有限：若在天线空域及模拟信号域不能抵消大部分的回波自干扰信号，由于远端有用信号与自干扰信号之间巨大的功率非平衡特性，则后续数字基带域的抑制效果会完全受限于全双工收发机接收端模数转换A/D的采样位数与精度。例如，D.Bharadia在“Full Duplex Radios”，以及M.Duarte在“Experiment-Driven Characterization ofFull-Duplex Wireless Systems”等文献中给出的被动式无线全双工回波自干扰抑制方法，难以获得较为理想的全双工系统性能。其次，现有的大多数全双工自干扰抑制方法均基于单天线SISO配置，难以匹配目前各类新型无线通信系统基于多天线MIMO配置的需求，因此如何实现多天线MIMO系统自干扰抑制非常迫切。此外，现有的多数自干扰抑制方法并未考虑非理想衰落信道对全双工传输性能的影响，从而降低了现有自干扰抑制方案的实用价值。因此，在抑制回波自干扰信号的同时，如何有效克服远端传输信道因频率选择性或时间选择性衰落所带来的系统误码率BER性能损失，具有重要的现实意义与应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动式的MIMO无线全双工系统回波干扰抑制方法，旨在解决现有全双工回波自干扰抑制方法大多基于单天线SISO配置、且未考虑非理想衰落信道对系统误码率性能的影响等缺陷，以及传统的被动式自干扰抑制方法实现简单、且抑制性能不理想的问题。

本发明是这样实现的，一种MIMO无线全双工系统主动式回波干扰抑制方法，该主动式MIMO无线全双工系统回波干扰抑制方法联合波束成型技术以及自适应迭代滤波处理，通过空域波束成型，首先在发射端主动对各路发射信号进行预加权处理，其后则在接收端利用自适应滤波算法的多次迭代，以实现对该加权信号中回波自干扰信号的准确估计和消除，具体包括：

步骤一将远端与近端的发送信号分别经过点乘相应的空间向量后，由各自端点的多条发送天线发射；

步骤二，在接收端设置波束成型的最佳权向量，同时选择接收端中自干扰抑制模块中的自适应算法，并设置算法相关的参数初始值；

步骤三，先根据天线数判断各近端接收天线上自干扰信号的迭代估计是否结束，结束，再对最大迭代次数判断有关滤波器最佳权值矢量的迭代是否结束，结束，即获得较准确的自干扰估计信号，否则，继续迭代；

步骤四，从接收信号中滤除估计出的回波自干扰信号，以获得来自远端节点的有用传输信号，可将该信号送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号的准确估计。

进一步，该MIMO无线全双工系统主动式回波干扰抑制方法具体包括如下：

步骤一：在近端节点和远端节点的发送端，首先对近端发送信号即回波自干扰信号和远端发送的有用目标信号分别点乘空间向量：

和

得到实际的近端发送信号和远端发送信号t^NE＝β(θ_n)t^NE(n)和 t^FE＝α(θ_f)t^FE(n)，其中θ_n和θ_f分别为近端信号和远端信号的发送角度；

步骤二：近端通信节点的接收信号为：

t^R(n)＝α(θ_f)H^FE(n)t^FE(n)+β(θ_n)H^NE(n)t^NE(n)+W(n)；

其中，为来自远端通信节点的实际发送信号收信号；而为近端节点的实际自身发射信号；分别表示近端和远端第j(j＝N₁,…,N_T) 条天线上的发送信号矢量；

与

则分别为远端和近端发射信号的信道转移函数；W(n)为信道加性高斯白噪声；其中，N_T表示通信节点发射天线数目，N_R是接收天线数目，N_f是信号每帧长度，(·)^T表示对矩阵或矢量的转置运算符号；

步骤三：将波束成型器的最佳权值向量点乘该接收信号t^R(n)得到经波束成型后的接收信号即表示为：

构建波束成型器的最佳权向量ω实际，由于发送信号角度已知，因此将下式作为最佳权向量的近似表达式：

ω＝t^R(n)(β(θ_n)t^NE(n))^H(β(θ_n)t^NE(n)(β(θ_n)t^NE(n))^H)^-1；

再根据得到经波束成型后的接收信号

其中(·)^H表示对矩阵或矢量的共轭转置运算符号；

步骤四：在接收端通过利用自适应递归最小二乘RLS算法对混有自干扰、信道噪声的接收信号进行自干扰抑制，令RLS自适应算法的初始迭代次数l＝1，并设置最大迭代次数K以及根据近端输入信号的自相关矩阵设置起始步长μ^NE，自适应滤波器的初始化权值矢量α^NE(0)以及滤波器的长度M，开始迭代过程，设置K＝25、M＝11、、μ^NE＝1；

步骤五：根据公式按照以下公式求出近端单天线的估计信号

其中j＝1,…,N_T，N_T表示发送天线总数目，M为自适应滤波器的长度，α^NE(n)表示的是权值矢量，为第j条近端接收天线上经过一次自干扰抑制的接收信号，为第j条近端接收天线上得到的近端信号的估计值；

j<N_T，则令j＝j+1，估计下一接收天线上的估计信号

j＝N_T，则前进至下一步；

步骤六：按照以下公式更新n时刻的权值矢量并根据迭代结果输出近端发送信号t^NE(n)的估计信号

步骤七：从接收信号中滤除估计出的回波自干扰信号，以获得来自远端节点的有用传输信号，可将该信号送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号的准确估计

进一步，空间向量的获得方法如下：

和的表达式：

其中近端接收到来自远端天线的发射信号入射角为θ_f，收到来自近端的干扰信号入射角为θ_n，d为相邻天线的间距；以近端的第N₁条接收天线的为参考点，则第N_k(k＝2,…,N_T)条近端接收天线接收到的远端信号与近端第N₁条接收天线的接收信号的相对位移，当k＝1时，相对位移取为1。

进一步，步骤六的具体方法如下：

第一步，如下式更新下一时刻的权值矢量：

其中，j＝1,…,N_T，N_T表示发送天线总数目，ε表示的是权值矢量α^NE(n)在迭代过程中的调整因数，为第j条近端接收天线上的接收信号，为n 时刻第j条接收天线经RLS自适应滤波后获得的近端误差信号，μ^NE表示收敛步长因子，(·)^*表示对矩阵或矢量的共轭运算符，P(n)为更新逆矩阵，该更新逆矩阵与输入信号t^NE(n)有关，具体表达式为：

P(n)＝(μ^NE)^-1P(n-1)-(μ^NE)^-1(P(n-1)α^NE(n)/(μ^NE+ε))(α^NE(n))^HP(n-1)；

第二步，根据由下式得近端估计信号的最终表达式：

其中，j＝1,…,N_T，N_T表示发送天线总数目，α^NE(n)表示n时刻权值矢量，表示n时刻的权值，其中i＝1,…,M，M表示滤波器的长度，表示第j条接收天线经波束成型后的接收信号，(·)^T表示对矩阵或矢量的转置运算符；

第三步，l<L，则令迭代次数l＝l+1，更新估计信号，并用前一时刻α(n-1)更新迭代当前α(n)，返回步骤五继续执行；

第四步，若l＝L，则迭代结束，由输出传输信号

进一步，步骤七的具体方法如下：

第一步，从接收信号中减去回波自干扰估计信号得到来自远端节点的有用传输信号t^ES(n)，即：

第二步，可将信号t^ES(n)送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号t^FE(n)的精确估计。

本发明提供的MIMO无线全双工系统主动式回波干扰抑制方法，针对多天线MIMO配置全双工系统，并充分考虑到非理想衰落信道对远端节点有用接收信号的影响；在实现原理上，将空域波束成型方法引入了传统被动式全双工回波自干扰抑制方案构架：在系统发射端，主动对各路发射信号进行预加权处理，实现发射波束的定向隔离，主动将发射互扰影响降至最低；而在接收端，通过多次的自适应迭代逼近处理，实现对回波自干扰信号的准确估计，并进一步将其从整体接收信号中移除，以实现对该加权信号中回波自干扰信号的准确估计，从而主被动方式相结合更为有效地抑制自干扰信号，带来全双工MIMO系统误码率BER性能的有效提升。以此技术原理为基础，提出了一种联合主动式抑制机制的宽带无线全双工MIMO系统回波自干扰抑制方案，该方案实现框架基于现代无线通信系统采用的多天线MIMO配置，所提的方案可适配于现有的各类MIMO空时编码方法；而且，为了增加技术方案的实用性，其信号处理流程中还充分考虑了频率和时间选择性衰落信道传输对于远端接收信号的影响，将其对全双工系统误码率性能的影响降至最小。该方案在显著抑制全双工 FD系统的高强度自干扰信号的同时，可以有效对系统误码率BER性能进行控制，全面提升了系统的信道传输容量，进而实现了MIMO全双工系统整体性能的改善。实验结果表明，本发明的误码率性能较未引入主动式空域波束成型机制的全双工系统性能更优；其次，在同样的MIMO天线配置下，在理想信道条件下，该发明可达信道容量为理想半双工MIMO系统的1.7倍；而在衰落信道条件下，该方案以信噪比牺牲0.3-0.5dB的代价，获得的可达信道容量为未传统被动式全双工MIMO系统的1.2倍。该技术方案具有高的可行性与可实现性，能够综合提高无线全双工MIMO系统的整体性能。，可用于各类新一代宽带无线全双工通信系统。

附图说明

图1是本发明实施例提供的无线宽带多天线MIMO全双工系统主动式回波自干扰抑制方案流程图；

图2是本发明实施例提供的全双工系统近端节点收发机系统结构框图及对应的信号示意图；；

图3是本发明实施例提供的全双工天线阵列示意图；

图4是本发明实施例提供的整体信号处理流程示意图；

图5是本发明实施例提供的主动式自干扰抑制处理的具体信号处理流程详细示意图；

图6是本发明实施例提供的在2发送天线、1接收天线以及三种调制方式下的FD系统误码率仿真效果图；

图7是本发明实施例提供的在2发送天线、2接收天线以及三种调制方式下的FD系统误码率仿真效果图；

图8是本发明实施例提供的在4发送天线、1接收天线以及三种调制方式下的FD系统误码率仿真效果图；

图9是本发明实施例提供的与未引入空域波束成型的FD系统在复高斯衰落信道下的系统容量仿真效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的MIMO无线全双工系统主动式回波干扰抑制方法包括以下步骤：

S101：将远端与近端的发送信号分别经过点乘相应的空间向量后，由各自端点的多条发送天线发射；

S102：在接收端设置波束成型的最佳权向量，同时选择接收端中自干扰抑制模块中的自适应算法，并设置算法相关的参数初始值；

S103：先根据天线数判断各近端接收天线上自干扰信号的迭代估计是否结束，若结束，再对最大迭代次数判断有关滤波器最佳权值矢量的迭代是否结束，若结束，即获得较准确的自干扰估计信号，否则，继续迭代；

S104：用近端信道信息点乘自干扰估计信号，将得到信号从总接收信号中滤除，之后再乘以远端信道信息的伪逆矩阵，即可获得对远端发送信号的估计。

本发明的具体步骤如下：

如图4和图5所示：

步骤一，在近端节点和远端节点的发送端，首先对近端发送信号即回波自干扰信号和远端发送的有用目标信号分别点乘空间向量和得到实际的近端发送信号和远端发送信号β(θ_n)t^NE(n)和α(θ_f)t^FE(n)，其中θ_n和θ_f分别为近端信号和远端信号的发送角度；

步骤二，假设近端通信节点的接收信号为

t^R(n)＝α(θ_f)H^FE(n)t^FE(n)+β(θ_n)H^NE(n)t^NE(n)+W(n)

其中，为来自远端通信节点的实际发送信号收信号；而为近端节点的实际自身发射信号；分别表示近端和远端第j(j＝N₁,…,N_T)

条天线上的发送信号矢量；

与

则分别为远端和近端发射信号的信道转移函数；W(n)为信道加性高斯白噪声；其中，N_T表示通信节点发射天线数目，N_R是接收天线数目，N_f是信号每帧长度，(·)^T表示对矩阵或矢量的转置运算符号；

步骤三，将波束成型器的最佳权值向量点乘该接收信号t^R(n)得到经波束成型后的接收信号即可表示为：

步骤四，在接收端通过利用自适应递归最小二乘RLS算法对混有自干扰、信道噪声的接收信号进行自干扰抑制，令RLS自适应算法的初始迭代次数l＝1，并设置其最大迭代次数K以及根据近端输入信号的自相关矩阵设置起始步长μ^NE，自适应滤波器的初始化权值矢量α^NE(0)以及滤波器的长度M，开始迭代过程；

步骤五，根据公式按照以下公式求出近端单天线的估计信号

其中j＝1,…,N_T，N_T表示发送天线总数目，M为自适应滤波器的长度，α^NE(n) 表示的是权值矢量，为第j条近端接收天线上经过一次自干扰抑制的接收信号，为第j条近端接收天线上得到的近端信号的估计值；

若j<N_T，则令j＝j+1，估计下一接收天线上的估计信号

若j＝N_T，则前进至下一步；

步骤六，按照以下公式更新n时刻的权值矢量：

并根据迭代结果输出近端发送信号β(θ_n)t^NE(n)的估计信号

其中ε表示的是权值矢量α^NE(n)在迭代过程中的调整因数，为n时刻第j条接收天线经自适应滤波后获得的近端误差信号，μ^NE表示收敛步长因子， (·)^*表示对矩阵或矢量的共轭运算符，P(n)为更新逆矩阵，该更新逆矩阵与输入信号t^NE(n)有关，其具体表达式为：

P(n)＝(μ^NE)^-1P(n-1)-(μ^NE)^-1(P(n-1)α^NE(n)/(μ^NE+ε))(α^NE(n))^HP(n-1)；

若l<L，则令迭代次数l＝l+1，用上一时刻α(n-1)更新迭代当前时刻的α(n)，返回步骤七继续执行，再返回步骤五重新更新估计信号

若l＝L，则迭代结束，由输出传输信号

步骤八，从接收信号中滤除估计出的回波自干扰信号，以获得来自远端节点的有用传输信号，可将该信号送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号的准确估计，具体包括：

第一步，从接收信号中减去回波自干扰估计信号得到来自远端节点的有用传输信号t^ES(n)，即：

第二步，可将信号t^ES(n)送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号t^FE(n)的精确估计。

本发明的具体实施例：

参照图2，本发明的具体实现步骤如下：

步骤一：在近端节点和远端节点的发送端，首先对近端发送信号即回波自干扰信号和远端发送的有用目标信号分别点乘空间向量和得到实际的近端发送信号和远端发送信号β(θ_n)t^NE(n)和α(θ_f)t^FE(n)，其中θ_n和θ_f分别为近端信号和远端信号的发送角度；

由下式以及图3的推导可得到空间向量：

和的表达式：

其中近端接收到来自远端天线的发射信号入射角为θ_f，收到来自近端的干扰信号入射角为θ_n，d为相邻天线的间距(一般选为波长λ的一半)；以近端的第N₁条接收天线的为参考点，则第N_k(k＝2,…,N_T)条近端接收天线接收到的远端信号与近端第N₁条接收天线的接收信号的相对位移(当k＝1时，相对位移取为 1)；

步骤二：假设近端通信节点的接收信号为：

t^R(n)＝α(θ_f)H^FE(n)t^FE(n)+β(θ_n)H^NE(n)t^NE(n)+W(n)；

其中，为来自远端通信节点的实际发送信号收信号；而为近端节点的实际自身发射信号；分别表示近端和远端第j(j＝N₁,…,N_T) 条天线上的发送信号矢量；

与

则分别为远端和近端发射信号的信道转移函数；W(n)为信道加性高斯白噪声；其中，N_T表示通信节点发射天线数目，N_R是接收天线数目，N_f是信号每帧长度，(·)^T表示对矩阵或矢量的转置运算符号；

步骤三：将波束成型器的最佳权值向量点乘该接收信号t^R(n)得到经波束成型后的接收信号即可表示为：

构建波束成型器的最佳权向量ω实际，由于发送信号角度已知，因此将下式作为最佳权向量的近似表达式：

再根据得到经波束成型后的接收信号

其中(·)^H表示对矩阵或矢量的共轭转置运算符号；

步骤四：在接收端通过利用自适应递归最小二乘RLS算法对混有自干扰、信道噪声的接收信号进行自干扰抑制，令RLS自适应算法的初始迭代次数l＝1，并设置其最大迭代次数K以及根据近端输入信号的自相关矩阵设置起始步长μ^NE，自适应滤波器的初始化权值矢量α^NE(0)以及滤波器的长度M，开始迭代过程，本实例分别设置K＝25、M＝11、、μ^NE＝1；

步骤五：根据公式按照以下公式求出近端单天线的估计信号

其中j＝1,…,N_T，N_T表示发送天线总数目，M为自适应滤波器的长度，α^NE(n)表示的是权值矢量，为第j条近端接收天线上经过一次自干扰抑制的接收信号，为第j条近端接收天线上得到的近端信号的估计值；具体包括：

第一步，若j<N_T，则令j＝j+1，估计下一接收天线上的估计信号

第二步，若j＝N_T，则前进至下一步；

步骤六：按照以下公式更新n时刻的权值矢量并根据迭代结果输出近端发送信号t^NE(n)的估计信号,具体过程如下：

第一步，如下式更新下一时刻的权值矢量：

其中，j＝1,…,N_T，N_T表示发送天线总数目，ε表示的是权值矢量α^NE(n)在迭代过程中的调整因数，仿真中设置的大小为0.001，为第j条近端接收天线上的接收信号，为n时刻第j条接收天线经RLS自适应滤波后获得的近端误差信号，μ^NE表示收敛步长因子，(·)^*表示对矩阵或矢量的共轭运算符， P(n)为更新逆矩阵，该更新逆矩阵与输入信号t^NE(n)有关，具体表达式为：

P(n)＝(μ^NE)^-1P(n-1)-(μ^NE)^-1(P(n-1)α^NE(n)/(μ^NE+ε))(α^NE(n))^HP(n-1)；

第二步，根据由下式可得近端估计信号的最终表达式：

其中，j＝1,…,N_T，N_T表示发送天线总数目，α^NE(n)表示n时刻权值矢量，表示n时刻的权值，其中i＝1,…，M，M表示滤波器的长度，表示第j条接收天线经波束成型后的接收信号，(·)^T表示对矩阵或矢量的转置运算符；

第三步，若l<L，则令迭代次数l＝l+1，更新估计信号，并用前一时刻α(n-1)更新迭代当前α(n)，返回步骤五继续执行；

第四步，若l＝L，则迭代结束，由输出传输信号

步骤七：从接收信号中滤除估计出的回波自干扰信号，以获得来自远端节点的有用传输信号，可将该信号送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号的准确估计，具体包括：

第一步，从接收信号中减去回波自干扰估计信号得到来自远端节点的有用传输信号t^ES(n)，即：

第二步，可将信号t^ES(n)送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号t^FE(n)的精确估计。

通过以下仿真对本发明的应用效果做进一步的说明：

1)仿真条件：在全双工MIMO-OFDM系统中，选择子载波个数为N＝1024，循环前缀长度为256，OFDM的帧数为10帧，每帧中的OFDM符号数为20，信号的编码方式为空时编码STBC，选用的天线对数为三种，包括：2发送天数1接收天线，2发送天线2接收天线以及4发送天数1接收天线，信号调制方式也有三种，分别为：正交相移编码QPSK方式，正交幅度调制16QAM方式，以及64QAM方式，信道为复高斯衰落信道；

2)仿真内容与结果：

仿真1，在2发送天线、1接收天线的基础上，将本发明与未引入空域波束成型但仍采用递归最小二乘RLS自适应算法的全双工被动式自干扰抑制两种方法获得的误码率BER性能进行比较，比较结果如图6所示；

仿真2，在2发送天线、2接收天线的基础上，将本发明与未引入空域波束成型但仍采用递归最小二乘RLS自适应算法的全双工被动式自干扰抑制两种方法获得的误码率BER性能进行比较，比较结果如图7所示；

仿真3，在4发送天线、1接收天线的基础上，将本发明与未引入空域波束成型但仍采用递归最小二乘RLS自适应算法的全双工被动式自干扰抑制两种方法获得的误码率BER性能进行比较，比较结果如图8所示；

仿真4，在三种多天线配置基础上，将理想全双工系统容量和理想半双工系统容量分别作为全双工FD系统容量和半双工HD系统容量的上下限，将本发明与未引入空域波束成型但仍采用递归最小二乘RLS自适应算法的全双工被动式自干扰抑制两种方法获得的误码率BER性能进行比较，比较结果如图9 所示；

由图6可见，在2发送天线1接收天线下，本发明的误码率BER性能明显优于单天线对的半双工HD系统的误码率性能，而且比未引入空域波束成型的FD系统具有更优的BER性能；

由图7可见，在2发送天线2接收天线下，本发明的误码率BER性能明显优于单天线对的半双工HD系统的误码率性能，而且比未引入空域波束成型的FD系统具有更优的BER性能；

由图8可见，在4发送天线1接收天线下，本发明的误码率BER性能明显优于单天线对的半双工HD系统的误码率性能，而且比未引入空域波束成型的FD系统具有更优的BER性能；

由图9可见，在同样的天线配置下，在理想信道条件下，该发明可达系统容量为理想半双工MIMO系统的1.7倍；而在衰落信道条件下，该方案以信噪比牺牲0.3-0.5dB的代价，获得的可达系统容量为未采用空域波束成型 FD-MIMO系统的1.2倍；

结合图6、图7和图8可见，在复高斯衰落信道下，本发明在引入了空域波束成型技术后，系统实现的复杂度有所提高，但获得了较未引入空域波束成型的FD系统更优的误码率BER性能，并且引入空域波束成型的FD系统在低信噪比的条件下，该发明的误码率性能较未引入空域波束成型的FD系统有明显的改善；

结合图6、图7、图8和图9可见，在复高斯衰落信道下，本发明可以获得较未引入空域波束成型的全双工系统更优的系统性能，且在低信噪比条件下，误码率BER性能得到了明显的改善。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种MIMO无线全双工系统主动式回波干扰抑制方法，其特征在于，该MIMO无线全双工系统主动式回波干扰抑制方法将波束成型技术以及迭代滤波处理运用到全双工自干扰抑制方法中，通过空域波束成型对各路发射信号进行预加权处理，再利用自适应滤波算法的迭代，实现对该加权信号中自干扰信号的准确估计，具体包括：

(1)将远端与近端的发送信号分别经过点乘相应的空间向量后，由各自端点的多条发送天线发射；

(2)在接收端设置波束成型的最佳权向量，同时选择接收端中自干扰抑制模块中的自适应算法，并设置算法相关的参数初始值；

(3)先根据天线数判断各近端接收天线上自干扰信号的迭代估计是否结束，结束，再对最大迭代次数判断有关滤波器最佳权值矢量的迭代是否结束，结束，即获得较准确的自干扰估计信号，否则，继续迭代；

(4)从接收信号中滤除估计出的回波自干扰信号，以获得来自远端节点的有用传输信号，将该信号送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号的准确估计。

2.一种MIMO无线全双工系统主动式回波干扰抑制方法，其特征在于，该MIMO无线全双工系统主动式回波干扰抑制方法具体包括如下：

步骤一：在近端节点和远端节点的发送端，首先对近端发送信号即回波自干扰信号和远端发送的有用目标信号分别点乘空间向量：

和

得到实际的近端发送信号和远端发送信号β(θ_n)t^NE(n)和α(θ_f)t^FE(n)，其中θ_n和θ_f分别为近端信号和远端信号的发送角度；

步骤二：近端通信节点的接收信号为：

其中，为来自远端通信节点的实际发送信号；而为近端节点的实际自身发射信号； 分别表示近端和远端第j(j＝N₁,…,N_T)条天线上的发送信号矢量；

与

则分别为远端和近端发射信号的信道转移函数；W(n)为信道加性高斯白噪声；其中，N_T表示通信节点发射天线数目，N_R是接收天线数目，N_f是信号每帧长度，(·)^T表示对矩阵或矢量的转置运算符号；

步骤三：

将下式作为最佳权向量的近似表达式：

再根据得到经波束成型后的接收信号

其中(·)^H表示对矩阵或矢量的共轭转置运算符号；

步骤四：在接收端通过利用自适应递归最小二乘RLS算法对混有自干扰、信道噪声的接收信号进行自干扰抑制，令RLS自适应算法的初始迭代次数l＝1，并设置最大迭代次数K以及根据近端输入信号的自相关矩阵设置起始步长μ^NE，自适应滤波器的初始化权值矢量α^NE(0)以及滤波器的长度M，开始迭代过程，设置K＝25、M＝11、

步骤五：根据公式按照以下公式求出近端单天线的估计信号

其中j＝1,…,N_T，N_T表示发送天线总数目，M为自适应滤波器的长度，a^NE(n)表示的是权值矢量，为第j条近端接收天线上经过一次自干扰抑制的接收信号，为第j条近端接收天线上得到的近端信号的估计值；为n时刻第j条接收天线经RLS自适应滤波后获得的近端误差信号；

j<N_T，则令j＝j+1，估计下一接收天线上的估计信号

j＝N_T，则前进至下一步；

步骤六：按照以下公式更新n时刻的权值矢量并根据迭代结果输出近端发送信号β(θ_n)t^NE(n)的估计信号；

步骤七：从接收信号中滤除估计出的回波自干扰信号，以获得来自远端节点的有用传输信号，将该信号送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号的准确估计，具体包括：

第一步，从接收信号中减去回波自干扰估计信号得到来自远端节点的有用传输信号t^ES(n)，即：

第二步，将信号t^ES(n)送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号t^FE(n)的精确估计。

3.如权利要求2所述的MIMO无线全双工系统主动式回波干扰抑制方法，其特征在于，空间向量的获得方法如下：

和的表达式：

其中近端接收到来自远端天线的发射信号入射角为θ_f，收到来自近端的干扰信号入射角为θ_n，d为相邻天线的间距；以近端的第N₁条接收天线的为参考点，则第N_k(k＝2,…,N_T)条近端接收天线接收到的远端信号与近端第N₁条接收天线的接收信号的相对位移，当k＝1时，相对位移取为1；λ表示波长。

4.如权利要求2所述的MIMO无线全双工系统主动式回波干扰抑制方法，其特征在于，步骤六的具体方法如下：

第一步，如下式更新下一时刻的权值矢量：

其中，j＝1,…,N_T，N_T表示发送天线总数目，ε表示的是权值矢量α^NE(n)在迭代过程中的调整因数，为第j条近端接收天线上的接收信号，为n时刻第j条接收天线经RLS自适应滤波后获得的近端误差信号，μ^NE表示收敛步长因子，(·)^*表示对矩阵或矢量的共轭运算符，P(n)为更新逆矩阵，该更新逆矩阵与输入信号t^NE(n)有关，具体表达式为：

P(n)＝(μ^NE)^-1P(n-1)-(μ^NE)^-1(P(n-1)α^NE(n)/(μ^NE+ε))(α^NE(n))^HP(n-1)；

第二步，根据由下式得近端估计信号的最终表达式：

其中，j＝1,…,N_T，N_T表示发送天线总数目，α^NE(n)表示n时刻权值矢量，表示n时刻的权值，其中i＝1,…,M，M表示滤波器的长度，表示第j条接收天线经波束成型后的接收信号，(·)^T表示对矩阵或矢量的转置运算符；

第三步，l<L，则令迭代次数l＝l+1，更新估计信号并用前一时刻α(n-1)更新迭代当前α(n)，返回步骤五继续执行；

第四步，l＝L，则迭代结束，由输出传输信号

5.如权利要求2所述的MIMO无线全双工系统主动式回波干扰抑制方法，其特征在于，步骤七的具体方法如下：

从接收信号中滤除估计出的回波自干扰信号，以获得来自远端节点的有用传输信号，将该信号送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号的准确估计，具体包括：

第一步，从接收信号中减去回波自干扰估计信号得到来自远端节点的有用传输信号t^ES(n)，即：

第二步，将信号t^ES(n)送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号t^FE(n)的精确估计。