CN107359977B - Cdma同频同码无线全双工通信信道自干扰消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种CDMA同频同码无线全双工通信信道自干扰消除方法，包括：模型建立步骤，基于发送信号通过自干扰信道对接收信号的干扰特性，建立信道自干扰模型；模型估计步骤，根据接收信号和发送信号中的测试信号，估计自干扰模型；自干扰消除步骤，根据估计后的自干扰模型和发送信号，消除接收信号中的数据信号的自干扰。本发明可以消除CDMA同频同码无线全双工通信信道自干扰。

Description

CDMA同频同码无线全双工通信信道自干扰消除方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体地说，尤其涉及一种CDMA同频同码无线全双工通信信道自干扰消除方法。

背景技术

同时同频全双工通信是目前通信领域的研究热点，该技术可以大幅提高通信容量。目前，在CDMA无线通信中，通信双方可以使用同一频率同时进行双向通信，但需要采用不同的码字序列对信号进行扩频，使得码字的数量和分配受到了很大的约束。

采用同频同码无线通信方式，通信双方不仅能够工作在同一频率，也能使用同一码字序列进行扩频通信，因此可以节省一半的通信资源，增加一倍的通信用户数。但是，CDMA同频同码无线通信的最大困难是在对接收信号进行解码前，接收端需消除自身已发射信号经过传输信道形成的对自身信号接收的自干扰。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种CDMA同频同码无线全双工通信信道自干扰消除方法，用以消除CDMA同频同码无线全双工通信信道自干扰。

根据本发明的一个实施例，提供了一种CDMA同频同码无线全双工通信信道自干扰消除方法，包括：

模型建立步骤，基于发送信号通过自干扰信道对接收信号的干扰特性，建立信道自干扰模型；

模型估计步骤，根据接收信号和发送信号中的测试信号，估计所述自干扰模型；

自干扰消除步骤，根据估计后的自干扰模型和发送信号，消除接收信号中的数据信号的自干扰。

根据本发明的一个实施例，所述自干扰模型为多径干扰模型。

根据本发明的一个实施例，所述模型估计步骤进一步包括：

采样子步骤，对接收信号和发送信号中的测试信号分别进行采样；

时延估计子步骤，采用自相关检测算法，计算接收信号的采样序列中和测试信号的采样序列中CDMA码字序列同一比特的时间差，以估计多径时延；

相对幅度估计子步骤，根据CDMA码字序列长度以及该CDMA码字序列长度对应范围内的发送信号中测试信号的采样序列、接收信号的采样序列、发送信号的频率和相位，估计多径信号相对发送信号中测试信号的相对幅度；

干扰消除子步骤，根据估计的多径时延和相对幅度，从接收信号中消除该条多径信号的干扰；

重复执行时延估计子步骤、相对幅度估计子步骤和干扰消除子步骤，直至估计的多径信号相对幅度小于预定值或多径信号数目大于预设值，记录每条多径信号的相对幅度和多径时延以估计所述自干扰模型。

根据本发明的一个实施例，所述时延估计子步骤进一步包括：

基于解调算法计算接收信号中的码字序列，并将码字序列中的比特0和比特1对应转换为比特-1和比特1；

将发送信号中测试信号的码字序列中的比特0和比特1对应转换为比特-1和比特1；

以预定长度滑动窗口截取接收信号中的码字序列，并计算与测试信号的码字序列的相关性；

如相关性的取值大于等于截取接收信号中的码字序列的二分之一，则判断出现新的多径信号，根据相关序列第一比特位置确定多径时延并向后移动滑动窗口；

如相关性的取值小于截取接收信号中的码字序列的二分之一，则向后移动滑动窗口并循环执行所述时延估计子步骤。

根据本发明的一个实施例，在所述相对幅度估计子步骤中，采用下式计算多径信号相对发送信号中测试信号的相对幅度；

其中，A_j表示多径信号相对发送信号中测试信号的相对幅度，St表示测试信号的采样序列，Sr表示接收信号的采样序列，w表示发送信号的频率，θ表示发送信号的相位，tj表示第j条多径信号的有效采样序列，n表示第j条多径信号的有效采样序列的采样长度。

根据本发明的一个实施例，所述干扰消除子步骤进一步包括：

根据多径时延及相对幅度确定该条多径信号的信道干扰参数；

将该条多径信号的信道干扰参数与发送信号中的测试信号卷积，以得到该条多径信号产生的干扰信号；

从接收信号中消除该条多径信号产生的干扰信号。

根据本发明的一个实施例，所述自干扰消除步骤进一步包括：将估计后的自干扰模型与发送信号进行卷积，并将卷积结果从接收信号的数据信号中去除。

根据本发明的一个实施例，所述自干扰模型表示为：

H(t)＝A₁*δ(t-t1)+A₂*δ(t-t2)+...+A_i*δ(t-ti)

其中，H(t)表示在发送信号为单位冲激响应下的多径信号产生的干扰信号，δ(t-ti)表示单位冲激信号，A_i表示对应第i条多径信号的相对幅值，ti表示表示对应第i条多径信号的多径时延，t表示接收时间。

根据本发明的一个实施例，所述发送信号还包括数据信号，在所述发送信号中的测试信号和所述发送信号中的数据信号之间设置有空白信号。

根据本发明的一个实施例，所述空白信号的时间长度大于最大多径时延。

本发明的有益效果：

本发明通过建立自干扰模型，实现了CDMA同频同码全双工通信，相比于传统CDMA通信，节省了一半的信道资源，可以增加一倍的用户数。该容量提升幅度在目前容量明显受限的蜂窝无线通信中具有重大的实际意义。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是一种CDMA同频同码无线全双工通信的流程图；

图2是根据本发明的一个实施例的CDMA同频同码无线全双工通信信道自干扰消除方法流程图；

图3是根据本发明的一个实施例的模型估计步骤流程图；

图4是根据本发明的一个实施例的CDMA同频同码全双工通信应用于蜂窝无线通信示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时同频全双工通信可以大幅度提高通信容量。在同时同频的基础上，出现了收发双方使用同一个码字序列进行扩频通信(即同频同码通信)，如图1所示为一种CDMA同频同码全双工通信的流程图。如图1所示，在发送端，发送信号经信号编码、扩频和调制后上行发射至基站。基站将接收的信号下行发送至接收端。接收端对接收的信号进行解调、解扩和解码。其中，需要扩频序列对信号进行扩频和解扩，需要本征频率和相位对扩频序列进行进行调制和解调，在信号发射和信号接收时需要进行自干扰消除。并且，发送端发送的信号和接收端接收的信号同频同码。

基于图1所示的CDMA同频同码全双工通信流程图，本发明提供了一种CDMA同频同码全双工通信信道自干扰消除方法，利用CDMA通信码字的良好自相关特性，取代传统基于导频插入的信道估计方法，避免了导频污染，消除了CDMA同频同码全双工通信自干扰问题。如图2所示为根据本发明的一个实施例的CDMA同频同码无线全双工通信信道自干扰消除方法流程图，以下参考图2来对本发明进行详细说明。

首先是步骤S110，模型建立步骤，即基于发送信号通过自干扰信道对接收信号的干扰特性，建立信道自干扰模型。此处的发送信号和接收信号为同一装置中的发送端发送的信号和接收端接收的信号。由于是同一装置的发送端和接收端采用CDMA同频同码无线全双工通信，因此发送端发出的信号会对接收端接收的信号产生自干扰影响。因此，在本发明中，根据同一装置的发送信号通过自干扰信道对自身接收端的干扰特性建立无线通信信道自干扰模型。由于同一装置的发送信号对接收信号的影响主要为多径干扰，因此，本申请建立的信道自干扰模型为多径干扰模型。当然，也可以根据其他影响建立对应的干扰模型，本发明不限于此。在本发明的一个实施例中，该信道自干扰模型表示为：

H(t)＝A₁*δ(t-t1)+A₂*δ(t-t2)+...+A_i*δ(t-ti) (1)

其中，H(t)表示在发送信号为单位冲激响应下的多径信号产生的干扰信号，δ(t-ti)表示单位冲激信号，A_i表示对应第i条多径信号的接收幅值，ti表示表示对应第i条多径信号的接收时延，t表示接收时间。基于实际情况和算法复杂度考虑，可将最大多径跳数(即多径信号数目)设置为5，当然也可以设置为其他预设值。

接下来是步骤S120，模型估计步骤，即根据接收信号和发送信号中的测试信号，估计自干扰模型。在本发明中，发送端发出的发送信号中除包括数据信号外，还包括测试信号。该测试信号用于估计该自干扰模型。基于CDMA算法和格式产生的信号均可用作测试信号，例如，将CDMA原始码字序列长度设置为大于等于4，码字序列使用伪随机序列，每个CDMA码字比特采用BPSK调制方式，调制频率为f1，码字比特序列长度为n1。

具体的，该步骤S120包括以下几个子步骤，如图3所示。

首先是步骤S210，采样子步骤，即对接收信号和发送信号中的测试信号分别进行采样。对发送端发出的测试信号可以直接进行采样。接收端接收的信号为各种信号的混合信号，所以需对接收信号进行采样。具体实现时，通过信号模数转换和等间隔抽样，记录发送端发送测试信号波形和接收端接收信号波形，基于莱奎斯特采样定理和精确度考虑，将采样频率设为6*f1。

然后是步骤S220，时延估计子步骤，采用自相关检测算法，计算接收信号的采样序列中和测试信号的采样序列中CDMA码字序列同一比特的时间差，以估计多径时延。具体的，基于对应的解调算法(如BPSK解调算法)，计算得到接收信号中的码字序列a(由比特0和1组成)，并将码字序列a中的比特0转换为-1，比特1转换为比特1(即比特1保持不变)。具体的，可采用下式进行转换：

a＝2*a-1 (2)

然后以同样方式将发送端发送的测试信号的原始码字序列b中的比特0和比特1分别对应转换为-1和1：

b＝2*b-1 (3)

最后以预定长度滑动窗口截取接收信号中的码字序列a1，并计算与测试信号的码字序列的相关性，即：

C＝∑a1*b (4)

如果C＞＝n1/2，则判定有新的多径出现，根据相关序列的头一个比特位置确定多径时延ti，并执行后续步骤，同时滑动窗口向后移动。如果C＞＝n1/2，滑动窗口也向后移动，但循环执行本子步骤S220。

然后是步骤S230，相对幅度估计子步骤，即根据CDMA码字序列长度及该CDMA码字序列长度对应范围内的发送信号中测试信号的采样序列、接收信号的采样序列、发送信号的频率和相位，估计多径信号相对发送信号中测试信号的相对幅度。具体的，可依据下式计算多径信号相对发送信号中测试信号的相对幅度：

其中，A_j表示多径信号相对发送信号中测试信号的相对幅度，St表示测试信号的采样序列，Sr表示接收信号的采样序列，w表示发送信号的频率，θ表示发送信号的相位，tj表示第j条多径信号的有效采样序列，n表示第j条多径信号的有效采样序列的采样长度。

基于式(5)，可以有效消除与发送信号不相关的噪声影响，如白噪声、不包含信号频率分量的脉冲噪声等，从而大幅度提高估计精度。由于RAKE接收机广泛应用于CDMA接收端解码，具有优越的性能，本发明将其应用于CDMA通信的多径信道估计，并采用式(5)附加多径信号幅度，可以提高信道估计的精确度，从而提高自干扰消除的性能。

然后是步骤S240，干扰消除子步骤，即根据估计的多径时延和相对幅度，从接收信号中消除该条多径信号的干扰。具体的，先根据多径时延和相对幅度确定该条多径信号的信道干扰参数Hi：

Hi＝A_i*δ(t-ti) (6)

然后将该条多径信号的信道干扰参数与发送信号中的测试信号卷积，以得到该条多径路径的干扰信号：

最后从接收信号中消除该条多径路径的干扰信号：

Sr＝Sr-Ni (8)

最后是步骤S250，重复执行步骤S220、步骤S230和步骤240，直至多径信号的估计相对幅度小于预定值或多径信号数目大于预设值，记录每条多径路径的相对幅度和时延以估计自干扰模型。通过迭代，在消除本条多径信号影响后，对剩余信号进行可能出现的下一条多径信号进行时延和幅度估计。当多径数目达到设定值或本条多径信号估计幅度小于设定值时，迭代过程结束。

最后是步骤S130，自干扰消除步骤，即根据估计后的自干扰模型和发送信号，消除接收信号中的数据信号的自干扰。具体的，将估计后的自干扰模型与发送信号进行卷积，并将卷积结果从接收信号中去除：

通过以上步骤实现了多径效应的自干扰消除。如有必要，算法可与其它自干扰消除算法同时使用(如天线调零法)，以进一步提升性能。

本发明真正实现了CDMA同频同码无线全双工通信，相比于传统CDMA通信，节省了一半的信道资源，可以增加一倍的用户数。该容量提升幅度在目前容量明显受限的蜂窝无线通信中具有重大的实际意义。

如图4所示为根据本发明的一个实施例的CDMA同频同码全双工通信应用于蜂窝无线通信示意图，当一个小区内有多个用户同时需要与基站通信时，采用CDMA同频同码通信方式的基站可以采用同一频率与这些用户同时进行通信。

具体的，在通信建立期间，基站将为每个用户分配不同的CDMA原始码字序列，并将码字序列信息通过公共通信信道传递给各个用户。然后，用户和基站均以该码字序列为基础进行扩频通信，即通信双方采用相同的码字序列进行信号扩频调制。

发送和接收信号以帧为单位，每帧信号包含三个区块，分别包括测试信号(只需一个符号长度)、空白信号(为避免通信两端测试信号相互干扰，只需两到三个符号长度，空白信号的时间长度大于最大多径时延)和数据信号(传输几十个符号)。

当基站或用户需要接收相关信息时，首先通过接收到的测试信号进行信道自干扰估计，并基于估计的信道特性，对接收到的数据信号部分进行自干扰消除，从而从中获取对方的有用数据。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种CDMA同频同码无线全双工通信信道自干扰消除方法，包括：

模型建立步骤，基于发送信号通过自干扰信道对接收信号的干扰特性，建立信道自干扰模型；

模型估计步骤，根据接收信号和发送信号中的测试信号，估计所述自干扰模型；

自干扰消除步骤，根据估计后的自干扰模型和发送信号，消除接收信号中的数据信号的自干扰；

其中，所述自干扰模型为多径干扰模型；

其中，所述模型估计步骤进一步包括：

采样子步骤，对接收信号和发送信号中的测试信号分别进行采样；

时延估计子步骤，采用自相关检测算法，计算接收信号的采样序列中和测试信号的采样序列中CDMA码字序列同一比特的时间差，以估计多径时延；

相对幅度估计子步骤，根据CDMA码字序列长度以及该CDMA码字序列长度对应范围内的发送信号中测试信号的采样序列、接收信号的采样序列、发送信号的频率和相位，估计多径信号相对发送信号中测试信号的相对幅度；

干扰消除子步骤，根据估计的多径时延和相对幅度，从接收信号中消除该条多径信号的干扰；

重复执行时延估计子步骤、相对幅度估计子步骤和干扰消除子步骤，直至估计的多径信号相对幅度小于预定值或多径信号数目大于预设值，记录每条多径信号的相对幅度和多径时延以估计所述自干扰模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时延估计子步骤进一步包括：

基于解调算法计算接收信号中的码字序列，并将码字序列中的比特0和比特1对应转换为比特-1和比特1；

将发送信号中测试信号的码字序列中的比特0和比特1对应转换为比特-1和比特1；

以预定长度滑动窗口截取接收信号中的码字序列，并计算与测试信号的码字序列的相关性；

如相关性的取值大于等于截取接收信号中的码字序列的二分之一，则判断出现新的多径信号，根据相关序列第一比特位置确定多径时延并向后移动滑动窗口；

如相关性的取值小于截取接收信号中的码字序列的二分之一，则向后移动滑动窗口并循环执行所述时延估计子步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述相对幅度估计子步骤中，采用下式计算多径信号相对发送信号中测试信号的相对幅度；

其中，A_j表示多径信号相对发送信号中测试信号的相对幅度，St表示测试信号的采样序列，Sr表示接收信号的采样序列，w表示发送信号的频率，θ表示发送信号的相位，tj表示第j条多径信号的有效采样序列，n表示第j条多径信号的有效采样序列的采样长度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述干扰消除子步骤进一步包括：

根据多径时延及相对幅度确定该条多径信号的信道干扰参数；

将该条多径信号的信道干扰参数与发送信号中的测试信号卷积，以得到该条多径信号产生的干扰信号；

从接收信号中消除该条多径信号产生的干扰信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自干扰消除步骤进一步包括：将估计后的自干扰模型与发送信号进行卷积，并将卷积结果从接收信号的数据信号中去除。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自干扰模型表示为：

H(t)＝A₁*δ(t-t1)+A₂*δ(t-t2)+...+A_i*δ(t-ti)

其中，H(t)表示在发送信号为单位冲激响应下的多径信号产生的干扰信号，δ(t-ti)表示单位冲激信号，A_i表示对应第i条多径信号的相对幅值，ti表示表示对应第i条多径信号的多径时延，t表示接收时间。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送信号还包括数据信号，在所述发送信号中的测试信号和所述发送信号中的数据信号之间设置有空白信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述空白信号的时间长度大于最大多径时延。