CN105812083A - 一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，包括以下步骤：S1.获取自干扰抵消后的接收信号强度指示RSSI；S2.以接收信号强度指示RSSI为目标函数，对自干扰信号的相位偏移进行固定搜索，确定一个幅度衰减和相位偏移的变化区间；S3.以变化区间作为折半搜索的初始搜索区间，对自干扰信号的相位偏移进行折半搜索；S4.当相位偏移的误差在预设的范围内时，自适应迭代估计幅度衰减并对幅度衰减进行折半搜索，直到达到预设的搜索精度；S5.根据估计得到的幅度衰减和相位偏移重建自干扰信号；S6.用接收到的信号减去重建的自干扰信号。本发明实现了对自干扰信号幅度衰减和相位偏移的自适应估计，从而完成了射频自干扰的自适应抵消。

Description

一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法

技术领域

本发明涉及同时同频全双工通信技术领域，特别是涉及一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法。

背景技术

目前，全球第5代移动通信技术(5G)的研究已经开启，其中一个主要技术指标就是峰值的传输速率增长至第4代移动通信系统(4G)的100倍。现有的无线通信系统常用的双工方式有两种：(1)时分双工(TDD：TimeDivisionDuplex)。使用相同的频段、不同的时隙，传输上行、下行数据；(2)频分双工(FDD：FrequencyDivisionDuplex)。使用相同的时隙、不同的频段，传输上行、下行数据。

时分双工、频分双工的特点决定了他们的频谱效率低，而使用相同时隙、相同频段传输上行、下行数据的实时全双工技术，理论上能够获得双倍的频谱效率。

然而，在同时同频全双工传输模式的收发信机中，接收信号受到了来自本地设备自己发送的同时同频信号(即自干扰)的大功率干扰。到目前为止，针对这一大功率的自干扰信号，在已有的同时同频全双工射频自干扰抵消技术中，均采用手动调整幅度和相位的方式，没有给出自适应的调整算法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，该方法以剩余接收信号功率为目标函数，实现了对自干扰信号幅度衰减和相位偏移的自适应估计，从而完成了射频自干扰的自适应抵消，提高了频谱利用率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，包括以下步骤：

S1.获取自干扰抵消后的接收信号强度指示RSSI；

S2.以接收信号强度指示RSSI为目标函数，对自干扰信号的相位偏移进行固定搜索，确定一个幅度衰减和相位偏移的变化区间；

S3.以步骤S2中的变化区间作为折半搜索的初始搜索区间，对自干扰信号的相位偏移进行折半搜索；

S4.当相位偏移在预设的误差范围内时，自适应迭代估计幅度衰减并对幅度衰减进行折半搜索，当幅度衰减的折半搜索精度达到预设搜索精度时终止该折半搜索；

S5.根据估计得到的幅度衰减和相位偏移重建自干扰信号；

S6.用接收到的信号减去重建的自干扰信号。

所述步骤S1包括以下子步骤：

S11.根据远端发射信号和近端发射信号得到接收信号；

S12.对接收信号进行自干扰的抵消；

S13.计算自干扰抵消后的信号的功率，并将该功率定义为自干扰抵消后的接收信号强度指示RSSI。

所述步骤S11中的接收信号为：

$r^n\left(t\right)=K_f{x}^f(t-{\mathrm{\τ}}_n^f)+K_n{x}^n(t-{\mathrm{\τ}}_n^n)+n\left(t\right)$

式中，K_f为远端发射信号的幅度衰减因子，为远端发射信号的传播时间延迟，K_n为近端发射信号的幅度衰减因子，为近端发射信号的传播时间延迟，为远端发射信号，为近端发射信号，n(t)为加性白高斯噪声，f_c为发射频率，P_f是远端发射信号功率，φ^f为远端发射载波初始相位，P_n是近端发射信号功率，φⁿ为近端发射载波初始相位。

所述步骤S12中自干扰抵消后的接收信号为：

$z^n\left(t\right)=r^n\left(t\right)-{\hat{x}}^n\left(t\right)$

${\hat{x}}^n\left(t\right)={\hat{K}}_n\sqrt{2P_f}\underset{k=-\mathrm{\∞}}{\overset{+\mathrm{\∞}}{\mathrm{\Σ}}}{d}_k^{f}h(t-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n-\mathrm{\Δ}t-kT)cos\[2{\mathrm{\πf}}_c(t-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n-\mathrm{\Δ}t)+{\mathrm{\φ}}^f\]$

式中，表示近端发射信号到达近端接收天线时所经历幅度衰减K_n的估计值；表示近端发射信号到达近端接收天线时所经历传输时延的估计值；Δt是器件原因造成的射频抵消时延误差。

所述步骤S13中自干扰抵消后的接收信号强度指示RSSI为：

$J=E\[{\left(K_f{x}^f\right(t-{\mathrm{\τ}}_n^f)+K_n{x}^n(t-{\mathrm{\τ}}_n^n)-{\hat{K}}_n{x}^n(t-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n)+n(t\left)\right)}^2\]$

式中，K_f为远端发射信号的幅度衰减因子，为远端发射信号的传播时间延迟，K_n为近端发射信号的幅度衰减因子，为近端发射信号的传播时间延迟，为远端发射信号，为近端发射信号，n(t)为加性白高斯噪声，f_c为发射频率，P_f是远端发射信号功率，φ^f为远端发射载波初始相位，P_n是近端发射信号功率，φⁿ为近端发射载波初始相位。

所述步骤S2包括以下子步骤：

S21.为幅度衰减和相位偏移分别赋初始值，统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J(0)；

S22.以固定步长μ_φ改变相位偏移统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J(1)：

若剩余信号强度J(1)小于剩余信号强度J(0)，则在相同方向以固定步长μ_φ改变相位偏移

若剩余信号强度J(1)大于等于剩余信号强度J(0)，则在相反方向以固定步长μ_φ改变相位偏移

S23.统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J(k)：

若剩余信号强度J(k)小于剩余信号强度J(k-1)，则跳转步骤S24；

若剩余信号强度J(k)大于剩余等于信号强度J(k-1)，则跳转步骤S25；

S24.按照上一次迭代中相位偏移改变的方向，以固定步长μ_φ继续改变相位偏移跳转步骤S3；

S25.保留信号强度J(k)、信号强度J(k-1)和信号强度J(k-2)，以及对应的估计相位估计相位和估计相位

所述步骤S21中剩余信号强度J(0)的计算方式为：

$J\left(0\right)=\frac{1}{T_0}{\∫}_t^{t+T_0}{z}^n{\left(t\right)}^{2}dt$

式中，T₀为一次接收信号强度指示RSSI的统计时间。

所述步骤S3中对自干扰信号的相位偏移进行折半搜索包括以下子步骤：

S31.选择剩余信号强度J(k)和剩余信号强度J(k-2)中较小的一项作为剩余信号强度J_a，定义剩余信号强度J_a对应的估计相位为φ_a，令剩余信号强度J(k-1)为信号强度J_b，定义剩余信号强度J(k-1)对应的估计相位为φ_b，则相位偏移更新为

S32.统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J(k+i)；选择剩余信号强度J_a和剩余信号强度J_b中较小的一项作为新的剩余信号强度J_a，定义新的剩余信号强度J_a对应的估计相位为φ_a；令剩余信号强度J(k+i)为新的剩余信号强度J_b，定义新的剩余信号强度J(k+i)对应的估计相位为φ_b，则下一次迭代的相位偏移更新为

S33.重复步骤S32。

所述步骤S4中对幅度衰减进行折半搜索包括以下子步骤：

S41.令幅度衰减统计剩余信号强度J_K(0)；

S42.令幅度衰减统计剩余信号强度J_K(1)；

S43.令幅度衰减统计剩余信号强度J_K(2)；

S44.选择剩余信号强度J_K(0)和剩余信号强度J_K(1)中较小的一项为剩余信号强度J_a1，定义剩余信号强度J_a1对应的幅度衰减为K_a；令剩余信号强度J_K(2)为剩余信号强度J_b1，定义剩余信号强度J_b1对应的幅度衰减为K_b，则幅度衰减更新为

S45.统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J_K(i)；选择剩余信号强度J_a和剩余信号强度J_b中较小的一项为新的剩余信号强度J_a1，定义新的剩余信号强度J_a1对应的幅度衰减为K_a；令剩余信号强度J_K(i)为新的剩余信号强度J_b1，定义新的剩余信号强度J_b1对应的幅度衰减为K_b，则幅度衰减更新为

S46.判断幅度衰减的折半搜索精度是否达到预设搜索精度，若达到预设搜索精度则终止该折半搜索，否则重复步骤S45。

所述步骤S46中判断幅度衰减的折半搜索精度是否达到预设搜索精度的方式为：当连续两次幅度衰减估计值之间小于等于预设值δ时，则认为达到预设搜索精度。

本发明的有益效果是：本发明针对自干扰信号的幅度衰减和相位偏移，以干扰抵消后的剩余接收信号功率作为目标函数，运用折半搜索的思想，对自干扰信号的幅度衰减和相位偏移进行自适应估计，然后给出了一种自适应的射频自干扰快速抵消算法，提高了频谱利用率。

附图说明

图1为本发明一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法的流程图；

图2为本发明的一个系统模型示意图；

图3为本发明中接收信号强度指示RSSI与幅度衰减相位偏移的关系示意图；

图4为本发明中相位偏移的估计值随着迭代次数增加的变化趋势示意图；

图5为本发明中幅度衰减的估计值随着迭代次数增加的变化趋势示意图；

图6为本发明中自干扰抵消前后的接收信号功率谱密度对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，包括以下步骤：

S1.获取自干扰抵消后的接收信号强度指示RSSI(RSSI：ReceivedSignalStrengthIndication)。

所述步骤S1包括以下子步骤：

S11.根据远端发射信号和近端发射信号得到接收信号。

假设远端发射信号从远端发射天线到达近端接收天线时，经历了加性白高斯噪声(AwGN)信道，其幅度衰减因子为K_f，传播时间延迟为近端发射信号从近端发射天线到达近端接收天线时，也经历了加性白高斯噪声(AWGN)信道，其幅度衰减因子为K_n，传播时间延迟为则接收信号表示为：

$r^n\left(t\right)=K_f{x}^f(t-{\mathrm{\τ}}_n^f)+K_n{x}^n(t-{\mathrm{\τ}}_n^n)+n\left(t\right)---\left(1\right)$

式中，K_f为远端发射信号的幅度衰减因子，为远端发射信号的传播时间延迟，K_n为近端发射信号的幅度衰减因子，为近端发射信号的传播时间延迟，为远端发射信号，为近端发射信号，n(t)为加性白高斯噪声，f_c为发射频率，P_f是远端发射信号功率，φ^f为远端发射载波初始相位，P_n是近端发射信号功率，φⁿ为近端发射载波初始相位。

表示远端期望信号，表示近端自干扰信号。

在自由空间中，定义远端发射天线和近端接收天线之间的距离为近端发射天线和近端接收天线之间的距离为一般来说，距离远大于距离故而幅度衰减因子K_f远大于幅度衰减因子K_n，因此，传播延时可表示为：

${\mathrm{\τ}}_n=\frac{l_n}{c}---\left(2\right)$

式中，c＝3×10⁸为电磁波在自由空间中的传播速度。

S12.对接收信号进行自干扰的抵消。

所述步骤S12中自干扰抵消后的接收信号为：

$z^n\left(t\right)=r^n\left(t\right)-{\hat{x}}^n\left(t\right)---\left(3\right)$

式中，是公式(1)中第二项近端自干扰信号的估计。

$\begin{array}{c}{\hat{x}}^n\left(t\right)={\hat{K}}_n{x}^n(t-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n)\\ ={\hat{K}}_n\sqrt{2P_f}\underset{k=-\mathrm{\∞}}{\overset{+\mathrm{\∞}}{\mathrm{\Σ}}}{d}_k^{f}h(t-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n-\mathrm{\Δ}t-kT)\cos \[2{\mathrm{\πf}}_c(t-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n-\mathrm{\Δ}t)+{\mathrm{\φ}}^f\]\end{array}---\left(4\right)$

式中，表示近端发射信号到达近端接收天线时所经历幅度衰减K_n的估计值；表示近端发射信号到达近端接收天线时所经历传输时延的估计值；Δt是器件原因造成的射频抵消时延误差。

S13.计算自干扰抵消后的信号的功率，并将该功率定义为自干扰抵消后的接收信号强度指示RSSI。

由公式(3)可知，zⁿ(t)是近端接收机自干扰抵消后的信号。结合公式(1)和公式(3)可知，所述步骤S13中自干扰抵消后的接收信号强度指示RSSI为：

$\begin{array}{c}J=E\[z^n{\left(t\right)}^2\]\\ =E\[{\left(K_f{x}^f\right(t-{\mathrm{\τ}}_n^f)+K_n{x}^n(t-{\mathrm{\τ}}_n^n)-{\hat{K}}_n{x}^n(t-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n)+n(t\left)\right)}^2\]\end{array}---\left(5\right)$

式中，K_f为远端发射信号的幅度衰减因子，为远端发射信号的传播时间延迟，K_n为近端发射信号的幅度衰减因子，为近端发射信号的传播时间延迟，为远端发射信号，为近端发射信号，n(t)为加性白高斯噪声，f_c为发射频率，P_f是远端发射信号功率，φ^f为远端发射载波初始相位，P_n是近端发射信号功率，φⁿ为近端发射载波初始相位。

不失一般性，假设远端发射比特流与近端发射比特流统计独立，加性白高斯噪声n(t)分别与x^f(t)、xⁿ(t)统计独立，且x^f(t)、xⁿ(t)，以及n(t)均是广义平稳随机过程，则公式(5)可以写为：

$J=K_f^2{R}_{x^f}\left(0\right)+K_n^2{R}_{x^n}\left(0\right)+R_n\left(0\right)+{\hat{K}}_n^2{R}_{x^n}\left(0\right)-2K_n{\hat{K}}_{n}E\[x^n(t-{\mathrm{\τ}}_n^n)x^n(t-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n)\]---\left(6\right)$

其中：

$R_{x^f}\left(0\right)=E\[{\left(x^f\right(t\left)\right)}^2\]---\left(7\right)$

$R_{x^n}\left(0\right)=E\[{\left(x^n\right(t\left)\right)}^2\]---\left(8\right)$

R_n(0)＝E[n²(t)](9)

由于近端发射天线与近端接收天线距离很近，根据公式(2)，近端发射信号到达近端接收天线时所经历传输时延的估计值极小。由于干扰抵消在射频前端完成，不妨假设器件原因造成时延Δt也极小。考虑窄带信号的应用场景，则：

$h(t-{\mathrm{\τ}}_n^n)\≈h\left(t\right)---\left(10\right)$

$h(t-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n)\≈h\left(t\right)---\left(11\right)$

因此，

$J=K_f^2{P}_f+R_n\left(0\right)+K_n^2{P}_n+{\hat{K}}_n^2{P}_n-2K_n{\hat{K}}_n{P}_{n}cos\[2{\mathrm{\πf}}_c({\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n-{\mathrm{\τ}}_n^n)\]---\left(12\right)$

令则：

$J=K_f^2{P}_f+R_n\left(0\right)+K_n^2{P}_n+{\hat{K}}_n^2{P}_n-2K_n{\hat{K}}_n{P}_{n}cos({\widehat{\mathrm{\φ}}}_0^n-{\mathrm{\φ}}_0^n)---\left(13\right)$

由公式(12)和公式(13)可以看出，剩余接收信号功率由幅度衰减近端发射信号到达近端接收天线时所经历传输时延的估计值决定，同时，也可等效为由幅度衰减相位偏移决定。因此，对干扰信号参数的估计可视为对幅度衰减相位偏移的估计。

S2.以接收信号强度指示RSSI为目标函数，对自干扰信号的相位偏移进行固定搜索，确定一个幅度衰减和相位偏移的变化区间，使得由此变化区间确定的目标函数只包含极小值，不包含极大值。

所述步骤S2包括以下子步骤：

S21.为幅度衰减和相位偏移分别赋初始值，统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J(0)；实际操作中，幅度衰减的初始值可以通过统计小段时间的为抵消噪声接收新号功率来参考设置。统计当前幅度衰减和相位偏移的剩余信号强度，考虑到剩余接收信号是各态遍历的，统计方式为：

$J\left(0\right)=\frac{1}{T_0}{\∫}_t^{t+T_0}{z}^n{\left(t\right)}^{2}dt---\left(14\right)$

式中，T₀为一次接收信号强度指示RSSI的统计时间。

S22.以固定步长μ_φ改变相位偏移统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J(1)：

若剩余信号强度J(1)小于剩余信号强度J(0)，则在相同方向以固定步长μ_φ改变相位偏移

若剩余信号强度J(1)大于等于剩余信号强度J(0)，则在相反方向以固定步长μ_φ改变相位偏移

S23.统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J(k)：

若剩余信号强度J(k)小于剩余信号强度J(k-1)，则跳转步骤S24；

若剩余信号强度J(k)大于剩余等于信号强度J(k-1)，则跳转步骤S25；

S24.按照上一次迭代中相位偏移改变的方向，以固定步长μ_φ继续改变相位偏移跳转步骤S3；

S25.保留信号强度J(k)、信号强度J(k-1)和信号强度J(k-2)，以及对应的估计相位估计相位和估计相位

S3.以变化区间作为折半搜索的初始搜索区间，对自干扰信号的相位偏移进行折半搜索，每一次迭代搜索时，对实时目标函数进行分析和判断，得到缩小一半的新搜索区间。

所述步骤S3中对自干扰信号的相位偏移进行折半搜索包括以下子步骤：

S31.选择剩余信号强度J(k)和剩余信号强度J(k-2)中较小的一项作为剩余信号强度J_a，定义剩余信号强度J_a对应的估计相位为φ_a，令剩余信号强度J(k-1)为信号强度J_b，定义剩余信号强度J(k-1)对应的估计相位为φ_b，则相位偏移更新为

S32.统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J(k+i)；选择剩余信号强度J_a和剩余信号强度J_b中较小的一项作为新的剩余信号强度J_a，定义新的剩余信号强度J_a对应的估计相位为φ_a；令剩余信号强度J(k+i)为新的剩余信号强度J_b，定义新的剩余信号强度J(k+i)对应的估计相位为φ_b，则下一次迭代的相位偏移更新为

S33.重复步骤S32。

S4.当相位偏移在预设的误差范围内时，自适应迭代估计幅度衰减并对幅度衰减进行折半搜索，当幅度衰减的折半搜索精度达到预设搜索精度时终止该折半搜索。

所述步骤S4中对幅度衰减进行折半搜索包括以下子步骤：

S41.令初始的幅度衰减统计剩余信号强度J_K(0)。

S42.令第一次迭代后的幅度衰减统计剩余信号强度J_K(1)。

S43.令第二次迭代后的幅度衰减统计剩余信号强度J_K(2)。

S44.选择剩余信号强度J_K(0)和剩余信号强度J_K(1)中较小的一项为剩余信号强度J_a1，定义剩余信号强度J_a1对应的幅度衰减为K_a；令剩余信号强度J_K(2)为剩余信号强度J_b1，定义剩余信号强度J_b1对应的幅度衰减为K_b，则幅度衰减更新为

S45.统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J_K(i)；选择剩余信号强度J_a和剩余信号强度J_b中较小的一项为新的剩余信号强度J_a1，定义新的剩余信号强度J_a1对应的幅度衰减为K_a；令剩余信号强度J_K(i)为新的剩余信号强度J_b1，定义新的剩余信号强度J_b1对应的幅度衰减为K_b，则幅度衰减更新为

S46.判断幅度衰减的折半搜索精度是否达到预设搜索精度，若达到预设搜索精度则终止该折半搜索，否则重复步骤S45。

所述步骤S46中判断幅度衰减的折半搜索精度是否达到预设搜索精度的方式为：当连续两次幅度衰减估计值之间小于等于预设值δ时，则认为达到预设搜索精度。即当连续两次幅度衰减估计值K_a1与K_b1之差K_a1-K_b1≤δ时，终止搜索，其中δ为预先给定的一个极小正数，代表搜索精度。

S5.根据估计得到的幅度衰减和相位偏移重建自干扰信号；

S6.用接收到的信号减去重建的自干扰信号，以实现自干扰信号的对消。

本发明以剩余接收信号功率为目标函数，该方法首先选择一个幅度衰减、相位偏移的变化区间，使得由此区间确定的目标函数只包含极小值，不包含极大值，并将其作为折半搜索的初始搜索区间；每一次迭代搜索时，对实时目标函数进行分析和判断，得到缩小一半的新搜索区间。以此类推，搜索区间的大小将呈2的指数次幂下降，最终收敛于极小值。本发明实现了对自干扰信号幅度衰减和相位偏移的自适应估计。

如图2所示，表示远端发送的比特流，表示近端发送的比特流，以近端接收机为例，接收到的信号由两部分组成，来自远端的期望信号x^f(t)，以及来自近端发射机的大功率自干扰信号xⁿ(t)，zⁿ(t)表示干扰抵消后的剩余接收信号。

如图3所示，在接收期望信号功率为0dB，接收噪声功率为0dB，接收干扰信号功率为36dB，以及相位偏移为0rad的条件下，描绘出了接收信号强度指示RSSI与幅度衰减相位偏移的关系。可以看出，接收信号强度指示RSSI虽然不是一个很规则的平面，但在处取得极小值，这为CCFD射频自适应干扰抵消算法提供了条件。

表1同时同频全双工系统参数设置表

在表1的参数设置下，对本发明提出的一种同时同频全双工系统的射频自干扰快速抵消方法的有效性进行了验证。

如图4所示，在表1的参数设置下，相位偏移估计过程分为两个阶段：第一阶段为固定搜索阶段，容易看出，该阶段经历了5次迭代；第二阶段为折半搜索阶段，进入折半搜索阶段后，相位偏移的估计值与真实值之间，其偏差呈2的指数下降。

如图5所示，在表1的参数设置下，幅度衰减的估计值与真实值之间，其偏差呈2的指数下降。

如图6所示，在表1的参数设置下，CCFD射频自适应干扰抵消前后的接收信号功率谱密度对比。从图6中可以看出，本发明提出的基于折半搜索的一种同时同频全双工系统的射频自干扰快速抵消方法实现了约40dB的自干扰对消效果。

综上所述，考虑加性白高斯噪声(AwGN)自干扰信道，本发明提出的基于折半搜索的一种同时同频全双工系统的射频自干扰快速抵消方法，能够实现对自干扰信号的幅度衰减、相位偏移估计值的自适应更新，并无限逼近幅度衰减、相位偏移的真实值。从图4～图6给出的仿真结果中容易看出：在2.4GHz载频、1MHz带宽、BPSK调制、0dB信噪比，以及-80dB信干比的仿真条件下，本发明提出的基于折半搜索的一种同时同频全双工系统的射频自干扰快速抵消方法，可以实现约40dB的干扰抵消效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.获取自干扰抵消后的接收信号强度指示RSSI；

S2.以接收信号强度指示RSSI为目标函数，对自干扰信号的相位偏移进行固定搜索，确定一个幅度衰减和相位偏移的变化区间；

S3.以步骤S2中的变化区间作为折半搜索的初始搜索区间，对自干扰信号的相位偏移进行折半搜索；

S4.当相位偏移在预设的误差范围内时，自适应迭代估计幅度衰减并对幅度衰减进行折半搜索，当幅度衰减的折半搜索精度达到预设搜索精度时终止该折半搜索；

S5.根据估计得到的幅度衰减和相位偏移重建自干扰信号；

S6.用接收到的信号减去重建的自干扰信号。

2.根据权利要求1所述的一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下子步骤：

S11.根据远端发射信号和近端发射信号得到接收信号；

S12.对接收信号进行自干扰的抵消；

S13.计算自干扰抵消后的信号的功率，并将该功率定义为自干扰抵消后的接收信号强度指示RSSI。

3.根据权利要求2所述的一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤S11中的接收信号为：

$r^n\left(t\right)=K_f{x}^f(t-{\mathrm{\τ}}_n^f)+K_n{x}^n(t-{\mathrm{\τ}}_n^n)+n\left(t\right)$

式中，K_f为远端发射信号的幅度衰减因子，为远端发射信号的传播时间延迟，K_n为近端发射信号的幅度衰减因子，为近端发射信号的传播时间延迟，为远端发射信号，为近端发射信号，n(t)为加性自高斯噪声，f_c为发射频率，P_f是远端发射信号功率，φ^f为远端发射载波初始相位，P_n是近端发射信号功率，φⁿ为近端发射载波初始相位。

4.根据权利要求2所述的一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤S12中自干扰抵消后的接收信号为：

$z^n\left(t\right)=r^n\left(t\right)-{\hat{x}}^n\left(t\right)$

${\hat{x}}^n\left(t\right)={\hat{K}}_n\sqrt{2P_f}\underset{k=-\mathrm{\∞}}{\overset{+\mathrm{\∞}}{\Σ}}{d}_k^{f}h(t-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n-\mathrm{\Δ}t-kT)cos\[2{\mathrm{\πf}}_c(t-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n-\mathrm{\Δ}t)+{\mathrm{\φ}}^f\]$

式中，表示近端发射信号到达近端接收天线时所经历幅度衰减K_n的估计值；表示近端发射信号到达近端接收天线时所经历传输时延的估计值；Δt是器件原因造成的射频抵消时延误差。

5.根据权利要求2所述的一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤S13中自干扰抵消后的接收信号强度指示RSSI为：

$J=E\[{\left(K_f{x}^f\right(t-{\mathrm{\τ}}_n^f)+K_n{x}^n(t-{\mathrm{\τ}}_n^n)-{\hat{K}}_n{x}^n(t-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_n^n)+n(t\left)\right)}^2\]$

式中，K_f为远端发射信号的幅度衰减因子，为远端发射信号的传播时间延迟，K_n为近端发射信号的幅度衰减因子，为近端发射信号的传播时间延迟，为远端发射信号，为近端发射信号，n(t)为加性自高斯噪声，f_c为发射频率，P_f是远端发射信号功率，φ^f为远端发射载波初始相位，P_n是近端发射信号功率，φⁿ为近端发射载波初始相位。

6.根据权利要求1所述的一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下子步骤：

S21.为幅度衰减和相位偏移分别赋初始值，统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J(0)；

S22.以固定步长μ_φ改变相位偏移统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J(1)：

若剩余信号强度J(1)小于剩余信号强度J(0)，则在相同方向以固定步长μ_φ改变相位偏移

若剩余信号强度J(1)大于等于剩余信号强度J(0)，则在相反方向以固定步长μ_φ改变相位偏移

S23.统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J(k)：

若剩余信号强度J(k)小于剩余信号强度J(k-1)，则跳转步骤S24；

若剩余信号强度J(k)大于剩余等于信号强度J(k-1)，则跳转步骤S25；

S24.按照上一次迭代中相位偏移改变的方向，以固定步长μ_φ继续改变相位偏移跳转步骤S3；

S25.保留信号强度J(k)、信号强度J(k-1)和信号强度J(k-2)，以及对应的估计相位估计相位和估计相位

7.根据权利要求6所述的一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤S21中剩余信号强度J(0)的计算方式为：

$J\left(0\right)=\frac{1}{T_0}{\∫}_t^{t+T_0}{z}^n{\left(t\right)}^{2}dt$

式中，T₀为一次接收信号强度指示RSSI的统计时间。

8.根据权利要求6所述的一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤S3中对自干扰信号的相位偏移进行折半搜索包括以下子步骤：

S31.选择剩余信号强度J(k)和剩余信号强度J(k-2)中较小的一项作为剩余信号强度J_a，定义剩余信号强度J_a对应的估计相位为φ_a，令剩余信号强度J(k-1)为信号强度J_b，定义剩余信号强度J(k-1)对应的估计相位为φ_b，则相位偏移更新为

S32.统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J(k+i)；选择剩余信号强度J_a和剩余信号强度J_b中较小的一项作为新的剩余信号强度J_a，定义新的剩余信号强度J_a对应的估计相位为φ_a；令剩余信号强度J(k+i)为新的剩余信号强度J_b，定义新的剩余信号强度J(k+i)对应的估计相位为φ_b，则下一次迭代的相位偏移更新为

S33.重复步骤S32。

9.根据权利要求1所述的一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤S4中对幅度衰减进行折半搜索包括以下子步骤：

S41.令幅度衰减统计剩余信号强度J_K(0)；

S42.令幅度衰减统计剩余信号强度J_K(1)；

S43.令幅度衰减统计剩余信号强度J_K(2)；

S44.选择剩余信号强度J_K(0)和剩余信号强度J_K(1)中较小的一项为剩余信号强度J_a1，定义剩余信号强度J_a1对应的幅度衰减为K_a；令剩余信号强度J_K(2)为剩余信号强度J_b1，定义剩余信号强度J_b1对应的幅度衰减为K_b，则幅度衰减更新为

S45.统计当前幅度衰减和相位偏移下的接收信号强度指示RSSI，得到剩余信号强度J_K(i)；选择剩余信号强度J_a和剩余信号强度J_b中较小的一项为新的剩余信号强度J_a1，定义新的剩余信号强度J_a1对应的幅度衰减为K_a；令剩余信号强度J_K(i)为新的剩余信号强度J_b1，定义新的剩余信号强度J_b1对应的幅度衰减为K_b，则幅度衰减更新为

S46.判断幅度衰减的折半搜索精度是否达到预设搜索精度，若达到预设搜索精度则终止该折半搜索，否则重复步骤S45。

10.根据权利要求9所述的一种同时同频全双工系统中的射频快速自干扰抵消方法，其特征在于：所述步骤S46中判断幅度衰减的折半搜索精度是否达到预设搜索精度的方式为：当连续两次幅度衰减估计值之间小于等于预设值δ时，则认为达到预设搜索精度。