CN107947810B - 一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法 - Google Patents

一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法，该方法首先计算接收信号幅度值，然后根据计算接收信号幅度值的均方误差的缩放值作为发送信号的幅度值，并根据发送信号的幅度值来重构发送信号，再从接收数据中消除发送端干扰信号，最后对干扰消除后的接收数据进行归一化后进行解调；本发明的干扰消除方法，不但可以显著降低发送数据对接收数据产生的干扰，而且可以降低无线信道影响。

Description

一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，涉及一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法。
技术背景
全双工通信可以在同一时间、同一频率实现发送端和接收端的信号传输，相对于传统通信方式，理论上可以提高一倍的频谱利用率。在频谱资源日益紧张的今天，全双工通信技术仅通过软件升级即可大幅提高频谱效率，并有可能作为第5代移动通信(5th-Generation，简称5G)备选技术，因此受到通信界的广泛关注和深入研究。
幅度恒定的数字调制信号的移动通信系统，不需要解决高峰均比问题，可以采用转换效率接近100％的C类功率放大器，从而降低移动终端的能耗需求，在卫星移动通信、全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，GSM)、无人机通信等领域获得广泛应用。
采用恒幅调制的全双工通信接收端系统，不但受到传统无线信道的多径、多普勒以及电子器件产生的高斯白噪声干扰，而且受到发送端信号的自干扰。因此对于恒幅调制的全双工通信接收端系统，只有将干扰降低到可接受的水平，才有可能将全双工通信系统从理论变成可大规模应用系统。当前全双工通信系统采用的典型干扰消除方法包括：天线消除、模拟域消除和数字域消除，如图1所示。为了达到更好的干扰消除效果，接收端系统可以依次采用上述3种干扰消除算法，因此认为在数字域干扰消除前，发送端信号对接收端信号的影响已经获得显著降低。传统数字域干扰消除方法，主要利用了发送端和接收端所采用的不同训练序列自相关值估计无线信道，并进行匹配滤波，从而消除发送端数据对接收端数据的干扰。但是该方法受无线信道环境的影响十分显著，很容易造成信道估计误差，从而降低了数字域干扰消除性能。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提出了一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法。
首先计算接收信号幅度值，然后根据接收信号幅度值的均方误差的缩放值作为发送信号的幅度值，并根据发送信号幅度值重构发送信号，再从接收信号中消除发送信号，最后对干扰消除后的接收信号进行归一化后进行解调。
进一步的，根据公式，计算所述接收信号幅度值Ak：
Figure BDA0001484946160000021
其中，real(·)表示取复数的实部，imag(·)表示取复数的虚部，k表示采样点的序号，K表示最大采样点数，Rk为接收信号的第k点采样信号，表示为：
Figure BDA0001484946160000022
其中，Irk表示第k个采样点的接收有效信号实部，Qrk表示第k个采样点的接收有效信号虚部，Isk表示第k个采样点的发送干扰信号实部，Qsk表示第k个采样点的发送干扰信号虚部，i表示虚数单位，β表示干扰信号幅度。
进一步的，计算发送信号幅度包括：
根据接收信号幅度值Ak的均方误差的缩放值来估计发送信号幅度值，按照公式，计算发送信号幅度值
Figure BDA0001484946160000023
Figure BDA0001484946160000024
其中，α为缩放值，K表示最大采样点数，k表示采样点的序号。
可选地，当α值为1时，计算发送信号幅度值
Figure BDA0001484946160000025
为：
Figure BDA0001484946160000026
其中，K表示最大采样点数，k表示采样点的序号。
进一步的，根据发送信号幅度值重构发送信号，从接收信号中消除发送信号包括：
将接收信号减去发送信号得到重构后的接收信号Rk，可以表示为：
Figure BDA0001484946160000031
Figure BDA0001484946160000032
表示为重构后的接收信号的第k个采样信号，
Figure BDA0001484946160000033
是发送信号幅度的估计值，Rk是第k个采样点接收信号，Isk+Qsk·i为第k个采样点干扰信号，Isk表示第k个采样点发送干扰信号实部，Qsk表示第k个采样点发送干扰信号虚部，i表示虚数单位。
进一步的，为了进一步降低恒幅调制信号系统无线信号干扰，需要对干扰消除后的接收信号进行归一化包括：
根据公式：计算归一化后的干扰消除后的接收信号
Figure BDA0001484946160000034
Figure BDA0001484946160000035
其中，
Figure BDA0001484946160000036
表示重构后的信号的第k个采样信号，real(·)表示取复数的实部，imag(·)表示取复数的虚部；K表示最大采样点数，k表示采样点的序号，
Figure BDA0001484946160000037
为干扰消除后的重构信号的第k点采样信号，
Figure BDA0001484946160000038
表示归一化后的干扰消除后的接收信号。
进一步的，解调包括：按照发送端恒幅调制方式的相应的解调方式，把数字信号
Figure BDA0001484946160000039
解调，得到接收数据信号。
附图说明
图1为传统全双工干扰消除结构图；
图2为一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法流程图；
图3为本发明性能仿真图。
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，以下结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：
本发明是一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法，其中传统全双工干扰消除结构如图1所示：传统的全双工干扰消除可以通过天线消除、模拟域消除和数字域消除来进行消除，而本发明的一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法流程图如图2所示：
首先计算接收信号幅度值，然后根据计算接收信号幅度值的均方误差的缩放值作为发送信号的幅度值，并根据发送信号幅度值重构发送信号，再从接收信号中消除发送信号，最后对干扰消除后的接收信号进行归一化后进行解调。
作为一种可选方式，以GSM系统中全双工系统中恒幅的高斯最小频移键控(Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，GMSK)调制方式为例：
进一步的，根据公式，计算所述接收信号幅度值Ak：
Figure BDA0001484946160000041
其中，real(·)表示取复数的实部，imag(·)表示取复数的虚部，k表示采样点的序号，K表示最大采样点数，
Rk为接收信号的第k点采样信号，表示为：
Figure BDA0001484946160000042
其中，Irk表示第k个采样点的接收有效信号实部，Qrk表示第k个采样点的接收有效信号虚部，Isk表示第k个采样点的发送干扰信号实部，Qsk表示第k个采样点的发送干扰信号虚部，i表示虚数单位，β表示干扰信号幅度。
进一步的，计算发送信号幅度包括：
根据接收信号幅度值Ak的均方误差的缩放值来估计发送信号幅度值，按照公式，计算发送信号幅度值
Figure BDA0001484946160000051
Figure BDA0001484946160000052
其中，α为缩放值，K表示最大采样点数，k表示采样点的序号。
可选地，当α值为1时，计算发送信号幅度值
Figure BDA0001484946160000053
为：
Figure BDA0001484946160000054
其中，K表示最大采样点数，k表示采样点的序号。
进一步的，根据发送信号幅度值重构发送信号，从接收信号中消除发送信号包括：
将接收信号减去发送信号得到重构后的第k个采样点的接收信号
Figure BDA0001484946160000055
可以表示为：
Figure BDA0001484946160000056
Figure BDA0001484946160000057
表示为重构后的接收信号的第k个采样信号，
Figure BDA0001484946160000058
是发送信号幅度的估计值，Rk是第k个采样点接收信号，Isk+Qsk·i为第k个采样点干扰信号，Isk表示第k个采样点发送干扰信号实部，Qsk表示第k个采样点发送干扰信号虚部，i表示虚数单位。
进一步的，为了进一步降低恒幅调制信号系统无线信号干扰，需要把干扰消除后接收信号进行归一化操作，从而进一步消除无线信道影响；对干扰消除后的接收信号进行归一化包括：
根据公式：计算归一化后的干扰消除后的接收信号
Figure BDA0001484946160000059
Figure BDA0001484946160000061
其中，
Figure BDA0001484946160000062
表示干扰消除后的重构信号的第k点采样信号，real(·)表示取复数的实部，imag(·)表示取复数的虚部；K表示最大采样点数，k表示采样点的序号，
Figure BDA0001484946160000063
表示归一化后的干扰消除后的接收信号。
进一步的，优选的，解调包括按照发送端恒幅调制方式的相应的解调方式，把数字信号
Figure BDA0001484946160000064
解调，得到接收数据信号。
针对GSM系统的全速率话音，优选的，接收端采用信道估计、匹配滤波、最大似然均衡算法、信道译码等过程，在α＝1，K＝148，高斯白噪声分别为SNR＝0：15dB时，如图3所示，采用本发明提出的一种全双工恒幅调制的数字域干扰消除方法，与未采用本发明数字域干扰消除方法相比，可以显著提高接收端性能，比特出错率(Bit Error Ratio，BER)显著减小，并随着干扰水平的降低干扰消除效果越好。
本发明以上实施例对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所举实施方式或者实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法，其特征在于，包括：计算接收信号幅度值；根据接收信号幅度值，计算发送信号幅度值，即根据计算接收信号幅度值的均方误差的缩放值，计算发送信号幅度值；并根据发送信号幅度值重构发送信号，从接收信号中消除发送信号；对干扰消除后的接收信号进行归一化后进行解调。
2.根据权利要求1所述的一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法，其特征在于，所述计算接收信号幅度值包括：
根据公式，计算接收信号幅度值Ak：
Figure FDA0002298355450000011
其中，real(·)表示取复数的实部，imag(·)表示取复数的虚部，k表示采样点的序号，K表示最大采样点数，Rk为接收信号的第k点采样信号，其中：
Figure FDA0002298355450000012
其中，Irk表示第k个采样点的接收有效信号实部，Qrk表示第k个采样点的接收有效信号虚部，Isk表示第k个采样点的发送干扰信号实部，Qsk表示第k个采样点的发送干扰信号虚部，i表示虚数单位，β表示干扰信号幅度。
3.根据权利要求1所述的一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法，其特征在于，所述根据计算接收信号幅度值，计算发送信号幅度值包括：
按照公式，计算发送信号幅度值
Figure FDA0002298355450000013
Figure FDA0002298355450000014
其中，Ak为接收信号幅度值，α为缩放值，K表示最大采样点数，k表示采样点的序号。
4.根据权利要求1所述的一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法，其特征在于，所述根据发送信号幅度值重构发送信号，从接收信号中消除发送信号包括：
将接收信号减去发送信号得到重构后的接收信号，表示为：
Figure FDA0002298355450000021
Figure FDA0002298355450000022
表示为重构后的接收信号的第k个采样信号，
Figure FDA0002298355450000023
是发送信号幅度的估计值，Rk是第k个采样点接收信号，Isk+Qsk·i为第k个采样点干扰信号，Isk表示第k个采样点发送干扰信号实部，Qsk表示第k个采样点发送干扰信号虚部，i表示虚数单位。
5.根据权利要求1所述的一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法，其特征在于，将所述对干扰消除后的接收信号进行归一化包括：
根据公式：计算归一化后的干扰消除后的接收信号
Figure FDA0002298355450000024
Figure FDA0002298355450000025
其中，
Figure FDA0002298355450000026
表示重构后的信号的第k个采样信号，real(·)表示取复数的实部，imag(·)表示取复数的虚部；K表示最大采样点数，k表示采样点的序号，
Figure FDA0002298355450000027
表示归一化后的干扰消除后的接收信号。
6.根据权利要求1所述的一种全双工恒幅调制系统的数字域干扰消除方法，其特征在于，所述解调包括按照发送端恒幅调制方式的相对应的解调方式，把数字信号
Figure FDA0002298355450000028
解调，得到接收数据信号。
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