CN108616476A - 一种适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于数字微波通信技术领域，公开了一种适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统和方法，延迟器、解复用器、横向滤波器、加法器、复用器、自适应算法控制模块；本发明采用简化的SBD+neighbors算法实现对横向滤波器的自适应控制，从而使得交叉极化干扰消除器有效工作，成功消除交叉极化干扰，在不影响收敛速度的前提下，极大地降低交叉极化干扰消除器的硬件实现复杂度。本发明硬件实现复杂度低，收敛速度略快，易于工程化实现。用于高阶4096‑QAM等调制方式的微波通信中。

Description

一种适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统和方法
技术领域
本发明属于数字微波通信技术领域，尤其涉及一种适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统和方法。主要涉及数字有线电视网络，微波回程链路等高阶调制方式通信系统的数字接收，可用于处理微波通信中高阶调制方式的交叉极化干扰消除问题。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：随着4G移动通信技术的广泛应用以及5G新纪元的到来，移动终端用户数和新型应用大规模涌现，带宽需求迅猛增长。为支撑剧增的带宽需求，需要大规模建设新的并升级已有的移动基站回程链路。微波链路凭借容量大、传输质量好、组网灵活、成本低、建设速度快等优势，成为当前及未来长时间内更为合适的选择。为了提高频谱的利用率，在微波回程链路中可以采用交叉极化传输方式，在同一时频通道中发送两路单载波QAM(QAM，QuadratureAmplitude Modulation)调制信号，这样频谱利用率能够提高一倍。实现两路QAM信号交叉极化传输的前提是对两路QAM信号进行交叉极化隔离，使得其中一路信号波形的极化方向沿着垂直方向，另一路信号波形的极化方向沿着水平方向。正是由于两信号波形的极化方向相互正交，所以彼此之间不会产生干扰。但是，信号在实际传输过程中可能会遇到地面散射、雨雾天气等恶劣情况，导致交叉极化信号极化性减弱，从而对同极化信号造成严重干扰，即交叉极化干扰(Cross PolarizationInterference,XPI)。交叉极化干扰会给接收端的解调工作产生极大影响，甚至根本解调不出原始信号。为了解决交叉极化干扰带来的问题，XPIC(Cross-polarisationInterference canceller,交叉极化干扰消除器)技术应运而生。由于QAM调制电平数大幅增加，星座图中星座点变得更加密集，相邻星座点的欧式距离减小使得容易发生判决错误，此时系统对于交叉极化干扰十分敏感，所以对XPIC技术的要求极高。因此，研究一种适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除器技术是十分必要的。自适应盲均衡算法可以作为参考用于交叉极化干扰消除器。当CMA算法应用于交叉极化干扰消除时，虽然具有较低的实现复杂度，但是，对于高阶调制信号，该算法收敛速度慢，性能较差。SBD+neighbors算法起初用于单天线自适应盲均衡，当其应用于XPIC时，虽然该算法独立于QAM信号调制阶数，能够在有噪声的情况下达到基于训练序列算法的性能，但是该算法的自适应更新公式中包含了指数运算及大量乘法运算，使得算法的硬件实现复杂度较高，尤其是当QAM信号调制阶数达到4096时，更难以硬件实现。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)CMA算法应用于交叉极化干扰消除器，具有较低的实现复杂度，但是，对于高阶调制信号该算法收敛速度慢，性能差，故不能处理4096-QAM信号中的交叉极化干扰，进而影响接收端正确解调。
(2)SBD+neighbors的XPIC算法硬件实现复杂度较高，尤其是当QAM信号调制阶数达到4096时，难以硬件实现。使得SBD+neighbors的XPIC算法的应用只能停留在理论研究层面，无法投入商用和工程应用。
解决上述技术问题的难度和意义：大大降低了计算复杂度，从而使交叉极化干扰消除器硬件实现复杂度降低，进而降低高阶调制解调系统硬件实现复杂度，使得微波通信设备的价格降低，让数字微波通信技术应用更加广泛。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统和方法。
本发明是这样实现的，一种适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法，所述适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法包括：
步骤一，对V路接收信号进行延迟处理并解复用为实部信号和虚部信号；
步骤二，将H路接收信号解复用为实部信号和虚部信号；
步骤三，将H路接收信号的实部信号和虚部信号分别送入4个横向滤波器进行滤波处理得到干扰信号实部和虚部样本信号；
步骤四，从V路延迟信号的实部信号和虚部信号中分别减去H路干扰信号实部和虚部样本信号，得到理想接收信号的实部和虚部信号；
步骤五，将理想接收信号的实部和虚部信号复用为理想接收信号；
步骤六，将理想接收信号送入自适应算法控制得到误差信号的实部和虚部；
步骤七，利用误差信号的实部和虚部对4个横向滤波器的系数进行调整。
进一步，所述适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法具体包括：
(1)经过交叉极化干扰信道后，水平极化方向的发送信号对垂直极化方向的接收信号产生交叉极化干扰：水平极化方向的发送信号HS(n)对垂直极化方向接收信号VR(n)产生交叉极化干扰，则垂直极化方向接收信号VR(n)可以表示为VR(n)＝VS(n)+α0Hs(n)+wV(n)，其中，VS(n)为垂直极化方向的发送信号，HS(n)为水平极化方向的发送信号，wV(n)为垂直极化方向的加性高斯白噪声，α0为水平极化方向的发送信号HS(n)对垂直极化方向接收信号的极化干扰因子，该干扰因子强度与交叉极化鉴别率XPD(Cross PolarizationDiscrimination,)有关：XPD＝20lgα0(dB)；
(2)将垂直极化方向接收信号延迟：将正交振幅调制QAM系统接收机得到的垂直极化方向接收信号VR(n)，将垂直极化方向接收信号VR(n)延迟M个时钟得到垂直极化方向接收到的延迟信号V′R(n)，其中，L为自适应滤波器阶数，垂直极化方向接收到的延迟信号V′R(n)；
(3)垂直极化方向接收到的延迟信号解复用：将垂直极化方向接收到的延迟信号V′R(n)输入到第一解复用器中，该信号被解复用为垂直极化方向接收到的延迟实部信号VI(n)和垂直极化方向接收到的延迟虚部信号VQ(n)；
(4)将水平极化方向接收信号解复用：将正交振幅调制QAM系统接收机得到的水平极化方向接收信号HR(n)解复用，该信号被解复用为水平极化方向接收信号HR(n)的实部信号HI(n)和垂直极化方向接收信号HR(n)的虚部信号HQ(n),水平极化方向接收信号HR(n)是基带信号；
(5)横向滤波器分别对水平极化方向接收信号的实部和虚部进行自适应滤波：将水平极化方向接收信号HR(n)的实部信号HI(n)送入第一横向滤波器得到第一横向滤波器的滤波信号H1(n)，将水平极化方向接收信号HR(n)的实部信号HI(n)送入第三横向滤波器得到自适应滤波器3的滤波信号H3(n)，将水平极化方向接收信号HR(n)的虚部信号HQ(n)送入第二横向滤波器得到第二横向滤波器的滤波信号H2(n)，将水平极化方向接收信号HR(n)的虚部信号HQ(n)送入第四横向滤波器得到第四横向滤波器的滤波信号H4(n)；
(6)提取水平极化方向的干扰样本信号的实部和虚部：将第一横向滤波器的滤波信号H1(n)和第二横向滤波器的滤波信号H2(n)送入第三加法器相加得到水平极化方向的干扰样本实部信号EI(n)，将第三横向滤波器的滤波信号H3(n)和第四横向滤波器的滤波信号H4(n)送入第四加法器相加得到水平极化方向的干扰样本虚部信号EQ(n)；
(7)消除极化干扰：将水平极化方向的干扰样本实部信号EI(n)取相反数后和垂直极化方向接收到的延迟实部信号VI(n)一起送入第一加法器，二者相加得到垂直极化方向的理想接收实部信号yR(n)，将水平极化方向的干扰样本虚部信号EQ(n)取相反数后和垂直极化方向接收到的延迟虚部信号VQ(n)一起送入第二加法器，二者相加得到垂直极化方向的理想接收虚部信号yI(n)；
(8)获得垂直极化方向的理想接收信号：将垂直极化方向的理想接收实部信号yR(n)和垂直极化方向的理想接收虚部信号yI(n)送入复用器得到垂直极化方向的理想接收信号yV(n)；
(9)自适应算法控制：将垂直极化方向的理想接收信号yV(n)送入自适应算法控制模块，得到误差信号实部信号eR(n)和误差信号虚部信号eI(n)，将这两个信号分别送给4个横向滤波器，控制4个横向滤波器调整抽头系数。
进一步，所述(9)具体包括：
1)理想接收信号判决：将垂直极化方向的理想接收信号yV(n)送入判决模块经判决后得到判决信号yd(n)和判决误差信号e(n)，e(n)为理想接收信号y(n)和判决信号yd(n)的差值，表示为yd(n)-y(n)；
2)产生均方误差：均方误差产生模块利用接收到的判决模块输出判决误差信号e(n)通过迭代公式计算得到均方判决误差信号MSE(n)并送入误差计算模块；
其迭代公式如下：
MSE(n)＝A×MSE(n-1)+(1-A)×|e(n)|2；
其中，A可以取0.99、0.999等值；
3)产生误差信号的实部和虚部：误差计算模块利用判决模块输出的判决输出信号yd(n)和判决误差e(n)以及均方误差产生模块输出的均方判决误差信号MSE(n)计算得到误差信号实部信号eR(n)和误差信号虚部信号eI(n)。
进一步，所述3)具体包括：
首先将判决输出信号yd(n)解复用为实部和虚部并分别取绝对值得到|yR(n)|和|yI(n)|，接着将判决误差信号e(n)解复用为实部eR(n)和虚部eI(n)，其次四个选择器分别根据均方判决误差信号MSE(n)和判决输出信号的实部或虚部输出四个值，接着将判决输出信号实部的绝对值、第二解复用器输出的误差信号实部以及第一选择器的输出值相乘并与第三选择器的输出值相加得到误差信号的实部，即errR(n)＝|yR(n)|×eR(n)×c1+c3，其中c1、c3分别是第一选择器和第三选择器的输出值；同时将判决输出信号虚部的绝对值、第二复用器输出的误差信号虚部以及第二选择器的输出值相乘并与第四选择器的输出值相加得到误差信号的虚部，errI(n)＝|yI(n)|×eI(n)×c2+c4，其中c2、c4分别是第二选择器和第四选择器的输出值。
本发明的另一目的在于提供一种所述适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法的适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统，所述适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统由延迟器、2个解复用器模块、4个横向滤波器模块、4个加法器模块、复用器模块和自适应算法控制模块连接构成；延迟器的输出端口与第一解复用器的输入端口连接，第一解复用器的输出端口1为第一加法器的输入端口1，第一解复用器的输出端口2为第二加法器的输入端口1，第二解复用器的输出端口1同时与第一横向滤波器的输入端口、第三横向滤波器的输入端口连接，第二解复用器的输出端口2同时与第二自适应滤波器的输入端口、第四横向滤波器的输入端口连接，第一横向滤波器的输出端口为第三加法器的输入端口1，第二横向滤波器的输出端口为第三加法器的输入端口2，第三横向滤波器的输出端口为第四加法器的输入端口1，第四横向滤波器的输出端口为第四加法器的输入端口2，第三加法器的输出信号取相反数是第一加法器的输入端口2，第四加法器的输出信号取相反数是第二加法器的输入端口2，第一加法器的输出端口1为复用器的输入端口1，第二加法器的输出端口为复用器的输入端口2，复用器的输出端口为自适应算法控制模块的输入端口，自适应算法控制模块的输出端口1分别连接第一横向滤波器的输入端口3和第二横向滤波器的输入端口3，自适应算法控制模块的输出端口2分别连接第三横向滤波器的输入端口3和第四横向滤波器的输入端口3。
进一步，所述自适应算法控制模块包含有判决模块、均方误差产生模块和误差计算模块，判决模块的输入端口为复用器模块的输出端口，判决模块的输出端口1为误差计算模块的输入模块1，判决模块的输出端口2为均方误差产生模块的输入端口和误差计算模块的输入端口2，均方误差产生模块的输出端口为误差计算模块的输入端口3。
进一步，所述误差计算模块误差计算模块包含有2个解复用器、2个绝对值计算器、4个选择器、4个乘法器、2个加法器，第一解复用器的输入为判决模块的输出端口1，第一解复用器的输出端口1为绝对值计算器1的输入端口，第二解复用器的输入为判决模块的输出端口2，第二解复用器的输出端口1为第一乘法器的输入端口2，第二解复用器的输出端口2为第二乘法器的输入端口2，绝对值计算器1的输出端口为第一乘法器的输入端口1，第一乘法器的输出端口为第三乘法器的输入端口2，第一选择器的输入端口为均方误差产生模块的输入和第一解复用器的输出端口1，第一选择器的输出端口为第三乘法器的输入端口1，第一乘法器的输入端口为第三乘法器的输入端口2，第三乘法器的输出端口为第一加法器的输入端口1，第三选择器的输入为均方误差产生模块的输出与第一解复用器的输出端口1，第三选择器的输出端口为第一加法器的输入端口2，第一加法器的输出端口为自适应算法控制模块的输出端口1，第一解复用器的输出端口2为第二绝对值计算器的输入端口，第二绝对值计算器的输出端口为第二乘法器的输入端口1，第二乘法器的输出端口为第四乘法器的输入端口2，第二选择器的输入端口为均方误差产生模块的输入和第一解复用器的输出端口2，第二选择器的输出端口为第四乘法器的输入端口1，第四乘法器的输出端口为第二加法器的输入端口1，第四选择器的输入为均方误差产生模块的输出与第一解复用器的输出端口2，第四选择器的输出端口为第二加法器的输入端口2，第二加法器的输出端口为自适应算法控制模块的输出端口2。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法的交叉极化干扰消除器。
本发明的另一目的在于应用所述适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法的1024-QAM、4096-QAM高阶调制方式。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明采用简化SBD+neighbors算法实现对横向滤波器的自适应控制，从而使得XPIC有效工作，成功消除交叉极化干扰，在不影响收敛速度的前提下，极大地降低XPIC的硬件实现复杂度。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
(1)本发明的低复杂度的微波通信中高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统和方法是对现有最优技术进行的改进，降低硬件实现复杂度，提出一种应用简化SBD+neighbors算法的自适应滤波器的微波通信中适合高阶调制方式的XPIC系统和方法，优势在于保持原技术有效消除交叉极化干扰，收敛速度快，收敛后稳态剩余误差小的特点，同时，降低XPIC的硬件实现复杂度，原技术方案应用SBD+neighbors算法进行误差计算时，其硬件实现需要20个实数乘法器，5个指数运算器，18个模值运算器，20个加法和比较器，而本发明应用简化SBD+neighbors的XPIC算法进行误差计算时，其硬件实现只需要4个实数乘法器，0个指数运算器，2个模值运算器，14个加法和比较器，占用更少的硬件资源，利于电路集成。
(2)本发明的低复杂度的微波通信中适合高阶调制方式的XPIC系统和方法在降低硬件实现复杂度的基础上并未损失性能，收敛速度和收敛后的稳态剩余误差均与原技术方案保持在同一水平。
(3)本发明具有收敛性能好，复杂度低等优点。
(4)本发明适用于高阶4096-QAM调制方式，做稍许改动即可应用于其他调制方式，如256-APSK(Amplitude and phase-shift keying,幅度相位键控)、1024-QAM等。
附图说明
图1是本发明实施例提供的适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法结构示意图。
图2是本发明实例提供的接收信号模型和交叉极化干扰消除器系统的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的微波通信中适合高阶调制方式的低复杂度快收敛交叉极化干扰消除器的结构示意图。
图4是本发明实施例提供的自适应算法控制模块的结构图。
图5是本发明实施例提供的误差计算模块的结构图。
图6是本发明实施例提供的第一选择器的原理图。
图7是本发明实施例提供的第二选择器的原理图。
图8是本发明实施例提供的与GMMA的XPIC算法、SBD+neighbors的XPIC算法的均方误差(MSE)曲线对比图。
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。
本发明主要涉及数字有线电视网络，微波回程链路等正交幅度调制(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)通信系统的数字接收，具体是一种微波通信中适合高阶4096-QAM高阶调制的XPIC(Cross-polarisation Interference canceller,交叉极化干扰消除器)系统和方法，可用于处理微波通信中高阶4096-QAM调制信号的交叉极化干扰消除问题。本发明适用于高阶4096-QAM调制方式，做稍许改动即可应用于其他调制方式，如256-APSK(Amplitude and phase-shift keying,幅度相位键控)、1024-QAM等。
如图1所示，本发明实施例提供的适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法包括以下步骤：
S101：对V路接收信号进行延迟处理并解复用为实部信号和虚部信号；
S102：将H路接收信号解复用为实部信号和虚部信号；
S103：将H路接收信号的实部信号和虚部信号分别送入4个横向滤波器进行滤波处理得到干扰信号实部和虚部样本信号；
S104：从V路延迟信号的实部信号和虚部信号中分别减去H路干扰信号实部和虚部样本信号，得到理想接收信号的实部和虚部信号；
S105：将理想接收信号的实部和虚部信号复用为理想接收信号；
S106：将理想接收信号送入自适应算法控制得到误差信号的实部和虚部；
S107：利用误差信号的实部和虚部对4个横向滤波器的系数进行调整。
如图2所示，本发明实例提供的适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统包括：4个加法器、2个XPIC构成的交叉极化干扰消除系统。加法器1的一个输入端为垂直极化方向发送信号VS(n)，另一个输入端为极化干扰因子α0与水平极化发送信号相乘后的水平极化干扰信号，加法器3的两个输入端分别为加法器1的输出端和V路加性高斯白噪声wV(n)，加法器3的输出端与V路XPIC模块的输入端连接，加法器2的一个输入端为水平极化方向发送信号HS(n)，另一个输入端为极化干扰因子α1与垂直极化发送信号相乘后的垂直极化干扰信号，加法器4的两个输入端分别为加法器2的输出端和H路加性高斯白噪声wH(n)，加法器4的输出端与H路的XPIC模块的输入端连接。
如图3所示，本发明实施例提供的适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统包括：由延迟器、2个解复用器模块、4个横向滤波器模块、4个加法器模块、复用器模块和自适应算法控制模块连接构成的XPIC系统，延迟器的输出端口与第一解复用器的输入端口连接，第一解复用器的输出端口1为第一加法器的输入端口1，第一解复用器的输出端口2为第二加法器的输入端口1，第二解复用器的输出端口1同时与第一横向滤波器的输入端口、第三横向滤波器的输入端口连接，第二解复用器的输出端口2同时与第二自适应滤波器的输入端口、第四横向滤波器的输入端口连接，第一横向滤波器的输出端口为第三加法器的输入端口1，第二横向滤波器的输出端口为第三加法器的输入端口2，第三横向滤波器的输出端口为第四加法器的输入端口1，第四横向滤波器的输出端口为第四加法器的输入端口2，第三加法器的输出信号取相反数是第一加法器的输入端口2，第四加法器的输出信号取相反数是第二加法器的输入端口2，第一加法器的输出端口1为复用器的输入端口1，第二加法器的输出端口为复用器的输入端口2，复用器的输出端口为自适应算法控制模块的输入端口，自适应算法控制模块的输出端口1分别连接第一横向滤波器的输入端口3和第二横向滤波器的输入端口3，自适应算法控制模块的输出端口2分别连接第三横向滤波器的输入端口3和第四横向滤波器的输入端口3。
下面结合附图及实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
实施例1
由于QAM具有较高的带宽效率和功率效率，近年来被数字微波通信系统、有线电视网络数据传输等领域广泛应用。在数字微波通信系统中，为了提高频谱的利用率，在微波回程链路中可以采用交叉极化传输方式，在同一时频通道中发送两路单载波QAM调制信号，这样频谱利用率能够提高一倍。由于QAM调制电平数大幅增加，星座图中星座点变得更加密集，相邻星座点的欧式距离减小使得容易发生判决错误，此时系统对于交叉极化干扰十分敏感，所以对XPIC技术的要求极高。
针对上述状况，本发明展开了探索与研究，提出一种微波通信中适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统，如图3，一种微波通信中适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统，为依次由延迟器、2个解复用器模块、4个横向滤波器模块、4个加法器模块、复用器模块和自适应算法控制模块连接构成的XPIC系统，延迟器的输出端口与第一解复用器的输入端口连接，第一解复用器的输出端口1为第一加法器的输入端口1，第一解复用器的输出端口2为第二加法器的输入端口1，第二解复用器的输出端口1同时与第一横向滤波器的输入端口、第三横向滤波器的输入端口连接，第二解复用器的输出端口2同时与第二自适应滤波器的输入端口、第四横向滤波器的输入端口连接，第一横向滤波器的输出端口为第三加法器的输入端口1，第二横向滤波器的输出端口为第三加法器的输入端口2，第三横向滤波器的输出端口为第四加法器的输入端口1，第四横向滤波器的输出端口为第四加法器的输入端口2，第三加法器的输出信号取相反数是第一加法器的输入端口2，第四加法器的输出信号取相反数是第二加法器的输入端口2，第一加法器的输出端口1为复用器的输入端口1，第二加法器的输出端口为复用器的输入端口2，复用器的输出端口为自适应算法控制模块的输入端口，自适应算法控制模块的输出端口1分别连接第一横向滤波器的输入端口3和第二横向滤波器的输入端口3，自适应算法控制模块的输出端口2分别连接第三横向滤波器的输入端口3和第四横向滤波器的输入端口3，4个横向滤波器的输入端口2都为外部输入步长μ，复用器的输入为最终XPIC输出的理想信号，其特征在于，所述自适应算法控制模块，基于简化SBD+neighbors的XPIC算法，通过自适应算法控制模块模拟和跟踪信道特性，自适应滤波器实时地拟合出逼近于实际情况的交叉极化干扰进行交叉极化干扰消除。
本发明中的自适应算法控制模块，基于简化SBD+neighbors的XPIC算法，大大降低了计算复杂度，从而使自适应算法模块的硬件实现复杂度降低，进而降低高阶调制解调系统硬件实现复杂度，使得微波通信设备的价格降低，让数字微波通信技术应用更加广泛。
实施例2
微波通信中适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统的总体构成同实施例1，如图4，本发明的自适应算法控制模块包含有判决模块、均方误差产生模块和误差计算模块，判决模块的输入端口为复用器模块的输出端口，判决模块的输出端口1为误差计算模块的输入模块1，判决模块的输出端口2为均方误差产生模块的输入端口和误差计算模块的输入端口2，均方误差产生模块的输出端口为误差计算模块的输入端口3。
本发明中的自适应算法控制模块，其所基于的简化SBD+neighbors的XPIC算法，在简化了原SBD+neighbors的XPIC算法计算复杂度的基础上，其收敛速度并没有减慢，仍然具有快速收敛的优点，且收敛后稳态剩余误差水平与原算法保持一致，能够较好地处理微波通信中适合高阶调制方式的XPIC系统中的交叉极化干扰问题。
实施例3
微波通信中适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统的总体构成同实施例1-2，如图5，本发明的误差计算模块误差计算模块包含有2个解复用器、2个绝对值计算器、4个选择器、4个乘法器、2个加法器，第一解复用器的输入为判决模块的输出端口1，第一解复用器的输出端口1为绝对值计算器1的输入端口，第二解复用器的输入为判决模块的输出端口2，第二解复用器的输出端口1为第一乘法器的输入端口2，第二解复用器的输出端口2为第二乘法器的输入端口2，绝对值计算器1的输出端口为第一乘法器的输入端口1，第一乘法器的输出端口为第三乘法器的输入端口2，第一选择器的输入端口为均方误差产生模块的输入和第一解复用器的输出端口1，第一选择器的输出端口为第三乘法器的输入端口1，第一乘法器的输入端口为第三乘法器的输入端口2，第三乘法器的输出端口为第一加法器的输入端口1，第三选择器的输入为均方误差产生模块的输出与第一解复用器的输出端口1，第三选择器的输出端口为第一加法器的输入端口2，第一加法器的输出端口为自适应算法控制模块的输出端口1，第一解复用器的输出端口2为第二绝对值计算器的输入端口，第二绝对值计算器的输出端口为第二乘法器的输入端口1，第二乘法器的输出端口为第四乘法器的输入端口2，第二选择器的输入端口为均方误差产生模块的输入和第一解复用器的输出端口2，第二选择器的输出端口为第四乘法器的输入端口1，第四乘法器的输出端口为第二加法器的输入端口1，第四选择器的输入为均方误差产生模块的输出与第一解复用器的输出端口2，第四选择器的输出端口为第二加法器的输入端口2，第二加法器的输出端口为自适应算法控制模块的输出端口2。
本发明中的误差计算模块，利用相邻区间星座点差值的等值关系，对误差信号中相邻区间误差项进行合并及分区间化简，最终得到简化后的误差计算模块只需通过选择器选择出相应的常数送入乘法器及加法器，避免了原算法中的指数运算及大量乘法运算，极大地降低了微波通信中高阶调制方式的XPIC系统的硬件实现复杂度。
实施例4
本发明还是一种微波通信中适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法，在上述的微波通信中适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统上实现，微波通信中适合高阶调制方式的XPIC系统总体构成同实施例1-3，结合图2、图6、图7，本发明的微波通信中适合高阶调制方式的XPIC方法包括有以下步骤：
(1)经过交叉极化干扰信道后，水平极化方向的发送信号对垂直极化方向的接收信号产生交叉极化干扰：水平极化方向的发送信号HS(n)对垂直极化方向接收信号VR(n)产生交叉极化干扰，则垂直极化方向接收信号VR(n)可以表示为VR(n)＝VS(n)+α0Hs(n)+wV(n)，其中，VS(n)为垂直极化方向的发送信号，HS(n)为水平极化方向的发送信号，wV(n)为垂直极化方向的加性高斯噪声信号，α0为水平极化方向的发送信号HS(n)对垂直极化方向接收信号的极化干扰因子，该干扰因子强度与XPD(Cross Polarization Discrimination,交叉极化鉴别率)有关：XPD＝20lgα0(dB)。
(2)将垂直极化方向接收信号延迟：将正交振幅调制QAM系统接收机得到的垂直极化方向接收信号VR(n)，将垂直极化方向接收信号VR(n)延迟M个时钟得到垂直极化方向接收到的延迟信号VR′(n)，其中，L为自适应滤波器阶数，垂直极化方向接收到的延迟信号VR′(n)；
(3)垂直极化方向接收到的延迟信号解复用：将垂直极化方向接收到的延迟信号VR′(n)输入到第一解复用器中，该信号被解复用为垂直极化方向接收到的延迟实部信号VI(n)和垂直极化方向接收到的延迟虚部信号VQ(n)；
(4)将水平极化方向接收信号解复用：将正交振幅调制QAM系统接收机得到的水平极化方向接收信号HR(n)解复用，该信号被解复用为水平极化方向接收信号HR(n)的实部信号HI(n)和垂直极化方向接收信号HR(n)的虚部信号HQ(n),水平极化方向接收信号HR(n)是基带信号；
(5)横向滤波器分别对水平极化方向接收信号的实部和虚部进行自适应滤波：将水平极化方向接收信号HR(n)的实部信号HI(n)送入第一横向滤波器得到第一横向滤波器的滤波信号H1(n)，将水平极化方向接收信号HR(n)的实部信号HI(n)送入第三横向滤波器得到自适应滤波器3的滤波信号H3(n)，将水平极化方向接收信号HR(n)的虚部信号HQ(n)送入第二横向滤波器得到第二横向滤波器的滤波信号H2(n)，将水平极化方向接收信号HR(n)的虚部信号HQ(n)送入第四横向滤波器得到第四横向滤波器的滤波信号H4(n)；
(6)提取水平极化方向的干扰样本信号的实部和虚部：将第一横向滤波器的滤波信号H1(n)和第二横向滤波器的滤波信号H2(n)送入第三加法器相加得到水平极化方向的干扰样本实部信号EI(n)，将第三横向滤波器的滤波信号H3(n)和第四横向滤波器的滤波信号H4(n)送入第四加法器相加得到水平极化方向的干扰样本虚部信号EQ(n)；
(7)消除极化干扰：将水平极化方向的干扰样本实部信号EI(n)取相反数后和垂直极化方向接收到的延迟实部信号VI(n)一起送入第一加法器，二者相加得到垂直极化方向的理想接收实部信号yR(n)，将水平极化方向的干扰样本虚部信号EQ(n)取相反数后和垂直极化方向接收到的延迟虚部信号VQ(n)一起送入第二加法器，二者相加得到垂直极化方向的理想接收虚部信号yI(n)，
(8)获得垂直极化方向的理想接收信号：将垂直极化方向的理想接收实部信号yR(n)和垂直极化方向的理想接收虚部信号yI(n)送入复用器得到垂直极化方向的理想接收信号yV(n)。
(9)自适应算法控制：将垂直极化方向的理想接收信号yV(n)送入自适应算法控制模块，得到误差信号实部信号eR(n)和误差信号虚部信号eI(n)，将这两个信号分别送给4个横向滤波器，控制4个横向滤波器调整抽头系数。具体包括以下步骤：
(9a)理想接收信号判决：将垂直极化方向的理想接收信号yV(n)送入判决模块经判决后得到判决信号yd(n)和判决误差信号e(n)，e(n)为理想接收信号y(n)和判决信号yd(n)的差值，表示为yd(n)-y(n)；
(9b)产生均方误差：均方误差产生模块利用接收到的判决模块输出判决误差信号e(n)通过迭代公式计算得到均方判决误差信号MSE(n)并送入误差计算模块；
其迭代公式如下：
MSE(n)＝A×MSE(n-1)+(1-A)×|e(n)|2
其中，A可以取0.99、0.999等值。
(9c)产生误差信号的实部和虚部：误差计算模块利用判决模块输出的判决输出信号yd(n)和判决误差e(n)以及均方误差产生模块输出的均方判决误差信号MSE(n)计算得到误差信号实部信号eR(n)和误差信号虚部信号eI(n)，具体包括以下步骤：
首先将判决输出信号yd(n)解复用为实部和虚部并分别取绝对值得到|yR(n)|和|yI(n)|，接着将判决误差信号e(n)解复用为实部eR(n)和虚部eI(n)，其次四个选择器分别根据均方判决误差信号MSE(n)和判决输出信号的实部或虚部输出四个值，接着将判决输出信号实部的绝对值、第二解复用器输出的误差信号实部以及第一选择器的输出值相乘并与第三选择器的输出值相加得到误差信号的实部，即errR(n)＝|yR(n)|×eR(n)×c1+c3，其中c1、c3分别是第一选择器和第三选择器的输出值；同时将判决输出信号虚部的绝对值、第二复用器输出的误差信号虚部以及第二选择器的输出值相乘并与第四选择器的输出值相加得到误差信号的虚部，即errI(n)＝|yI(n)|×eI(n)×c2+c4，其中c2、c4分别是第二选择器和第四选择器的输出值。
本发明是对现有最优技术进行改进，降低硬件实现复杂度，优势在于保持原技术收敛速度快，收敛后稳态剩余误差低的特点，降低XPIC的硬件实现复杂度，采用本发明和原技术的高阶调制方式的通信系统的误比特率性能几乎相同，符合工程要求，本发明具备的复杂度低，成本低，收敛快等优势更易于工程化实现。
下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。
微波通信中适合高阶调制方式的XPIC方法同实施例4，本发明是在Joao MendesFilho等人在《Accelerating the convergence of a decision-based algorithm forblind equalization of QAM signals》提出的单天线盲均衡SBD+neighbors算法的基础上所提出的一种改进的极化干扰消除算法，通过以下仿真进一步说明本发明的优越性。
仿真条件：仿真信道为交叉极化干扰信道，假设垂直极化方向的接收信号中只有垂直极化方向信号对其的交叉极化干扰，交叉极化鉴别率为25dB，且叠加加性高斯噪声，调制方式为4096-QAM，信噪比SNR＝45dB，每个横向滤波器阶数L＝13，横向滤波器系数初始化采用中心抽头系数为1，其余抽头系数为0，外部输入步长μ＝0.0002。
仿真内容：当信噪比为SNR＝45dB时，对比本发明与应用于交叉极化干扰消除器的GMMA的XPIC算法、SBD+neighbors的XPIC算法的MSE曲线。横坐标为符号个数，即接收信号个数，纵坐标为均方判决误差，单位为dB。图7是100次蒙特卡洛仿真得到的结果。
仿真结果：从图8可见，本发明与原SBD+neighbors的XPIC算法的收敛速度相当并且一开始的收敛速度更快，到达稳态后的剩余误差与原SBD+neighbors的XPIC算法的剩余误差保持一致，同时，本发明的收敛速度比GMMA的XPIC算法快。
综上所述，本发明公开的一种微波通信中适合高阶调制方式的XPIC系统和方法，解决了微波通信中高阶调制信号交叉极化干扰消除硬件实现复杂度高的技术问题，本发明的系统中包括有含有延迟器、解复用器、横向滤波器、加法器、复用器、自适应算法控制模块；本发明方法采用了简化SBD+neighbors的XPIC算法实现对横向滤波器的自适应控制，从而使得XPIC有效工作，成功消除交叉极化干扰，在不影响收敛速度的前提下，极大地降低XPIC的硬件实现复杂度。本发明硬件实现复杂度低，收敛速度略快，易于工程化实现，用于高阶4096-QAM调制方式的微波通信中。
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 (9)

1.一种适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法，其特征在于，所述适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法包括：
步骤一，对V路接收信号进行延迟处理并解复用为实部信号和虚部信号；
步骤二，将H路接收信号解复用为实部信号和虚部信号；
步骤三，将H路接收信号的实部信号和虚部信号分别送入4个横向滤波器进行滤波处理得到干扰信号实部和虚部样本信号；
步骤四，从V路延迟信号的实部信号和虚部信号中分别减去H路干扰信号实部和虚部样本信号，得到理想接收信号的实部和虚部信号；
步骤五，将理想接收信号的实部和虚部信号复用为理想接收信号；
步骤六，将理想接收信号送入自适应算法控制得到误差信号的实部和虚部；
步骤七，利用误差信号的实部和虚部对4个横向滤波器的系数进行调整。
2.如权利要求1所述的适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法，其特征在于，所述适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法具体包括：
(1)经过交叉极化干扰信道后，水平极化方向的发送信号对垂直极化方向的接收信号产生交叉极化干扰：水平极化方向的发送信号HS(n)对垂直极化方向接收信号VR(n)产生交叉极化干扰，则垂直极化方向接收信号VR(n)可以表示为VR(n)＝VS(n)+α0Hs(n)+wV(n)，其中，VS(n)为垂直极化方向的发送信号，HS(n)为水平极化方向的发送信号，wV(n)为垂直极化方向的加性高斯白噪声，α0为水平极化方向的发送信号HS(n)对垂直极化方向接收信号的极化干扰因子，该干扰因子强度与交叉极化鉴别率XPD(Cross PolarizationDiscrimination)有关：XPD＝20lgα0(dB)；
(2)将垂直极化方向接收信号延迟：将正交振幅调制QAM系统接收机得到的垂直极化方向接收信号VR(n)，将垂直极化方向接收信号VR(n)延迟M个时钟得到垂直极化方向接收到的延迟信号VR′(n)，其中，L为自适应滤波器阶数，垂直极化方向接收到的延迟信号VR′(n)；
(3)垂直极化方向接收到的延迟信号解复用：将垂直极化方向接收到的延迟信号VR′(n)输入到第一解复用器中，该信号被解复用为垂直极化方向接收到的延迟实部信号VI(n)和垂直极化方向接收到的延迟虚部信号VQ(n)；
(4)将水平极化方向接收信号解复用：将正交振幅调制QAM系统接收机得到的水平极化方向接收信号HR(n)解复用，该信号被解复用为水平极化方向接收信号HR(n)的实部信号HI(n)和垂直极化方向接收信号HR(n)的虚部信号HQ(n),水平极化方向接收信号HR(n)是基带信号；
(5)横向滤波器分别对水平极化方向接收信号的实部和虚部进行自适应滤波：将水平极化方向接收信号HR(n)的实部信号HI(n)送入第一横向滤波器得到第一横向滤波器的滤波信号H1(n)，将水平极化方向接收信号HR(n)的实部信号HI(n)送入第三横向滤波器得到自适应滤波器3的滤波信号H3(n)，将水平极化方向接收信号HR(n)的虚部信号HQ(n)送入第二横向滤波器得到第二横向滤波器的滤波信号H2(n)，将水平极化方向接收信号HR(n)的虚部信号HQ(n)送入第四横向滤波器得到第四横向滤波器的滤波信号H4(n)；
(6)提取水平极化方向的干扰样本信号的实部和虚部：将第一横向滤波器的滤波信号H1(n)和第二横向滤波器的滤波信号H2(n)送入第三加法器相加得到水平极化方向的干扰样本实部信号EI(n)，将第三横向滤波器的滤波信号H3(n)和第四横向滤波器的滤波信号H4(n)送入第四加法器相加得到水平极化方向的干扰样本虚部信号EQ(n)；
(7)消除极化干扰：将水平极化方向的干扰样本实部信号EI(n)取相反数后和垂直极化方向接收到的延迟实部信号VI(n)一起送入第一加法器，二者相加得到垂直极化方向的理想接收实部信号yR(n)，将水平极化方向的干扰样本虚部信号EQ(n)取相反数后和垂直极化方向接收到的延迟虚部信号VQ(n)一起送入第二加法器，二者相加得到垂直极化方向的理想接收虚部信号yI(n)；
(8)获得垂直极化方向的理想接收信号：将垂直极化方向的理想接收实部信号yR(n)和垂直极化方向的理想接收虚部信号yI(n)送入复用器得到垂直极化方向的理想接收信号yV(n)；
(9)自适应算法控制：将垂直极化方向的理想接收信号yV(n)送入自适应算法控制模块，得到误差信号实部信号eR(n)和误差信号虚部信号eI(n)，将这两个信号分别送给4个横向滤波器，控制4个横向滤波器调整抽头系数。
3.如权利要求2所述的适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法，其特征在于，所述(9)具体包括：
1)理想接收信号判决：将垂直极化方向的理想接收信号yV(n)送入判决模块经判决后得到判决信号yd(n)和判决误差信号e(n)，e(n)为理想接收信号y(n)和判决信号yd(n)的差值，表示为yd(n)-y(n)；
2)产生均方误差：均方误差产生模块利用接收到的判决模块输出判决误差信号e(n)通过迭代公式计算得到均方判决误差信号MSE(n)并送入误差计算模块；
其迭代公式如下：
MSE(n)＝A×MSE(n-1)+(1-A)×|e(n)|2；
其中，A可以取0.99、0.999等值；
3)产生误差信号的实部和虚部：误差计算模块利用判决模块输出的判决输出信号yd(n)和判决误差e(n)以及均方误差产生模块输出的均方判决误差信号MSE(n)计算得到误差信号实部信号eR(n)和误差信号虚部信号eI(n)。
4.如权利要求2所述的适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法，其特征在于，所述3)具体包括：
首先将判决输出信号yd(n)解复用为实部和虚部并分别取绝对值得到|yR(n)|和|yI(n)|，接着将判决误差信号e(n)解复用为实部eR(n)和虚部eI(n)，其次四个选择器分别根据均方判决误差信号MSE(n)和判决输出信号的实部或虚部输出四个值，接着将判决输出信号实部的绝对值、第二解复用器输出的误差信号实部以及第一选择器的输出值相乘并与第三选择器的输出值相加得到误差信号的实部，即errR(n)＝|yR(n)|×eR(n)×c1+c3，其中c1、c3分别是第一选择器和第三选择器的输出值；同时将判决输出信号虚部的绝对值、第二复用器输出的误差信号虚部以及第二选择器的输出值相乘并与第四选择器的输出值相加得到误差信号的虚部，errI(n)＝|yI(n)|×eI(n)×c2+c4，其中c2、c4分别是第二选择器和第四选择器的输出值。
5.一种如权利要求1所述适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法的适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统，其特征在于，所述适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统由延迟器、2个解复用器模块、4个横向滤波器模块、4个加法器模块、复用器模块和自适应算法控制模块连接构成；延迟器的输出端口与第一解复用器的输入端口连接，第一解复用器的输出端口1为第一加法器的输入端口1，第一解复用器的输出端口2为第二加法器的输入端口1，第二解复用器的输出端口1同时与第一横向滤波器的输入端口、第三横向滤波器的输入端口连接，第二解复用器的输出端口2同时与第二自适应滤波器的输入端口、第四横向滤波器的输入端口连接，第一横向滤波器的输出端口为第三加法器的输入端口1，第二横向滤波器的输出端口为第三加法器的输入端口2，第三横向滤波器的输出端口为第四加法器的输入端口1，第四横向滤波器的输出端口为第四加法器的输入端口2，第三加法器的输出信号取相反数是第一加法器的输入端口2，第四加法器的输出信号取相反数是第二加法器的输入端口2，第一加法器的输出端口1为复用器的输入端口1，第二加法器的输出端口为复用器的输入端口2，复用器的输出端口为自适应算法控制模块的输入端口，自适应算法控制模块的输出端口1分别连接第一横向滤波器的输入端口3和第二横向滤波器的输入端口3，自适应算法控制模块的输出端口2分别连接第三横向滤波器的输入端口3和第四横向滤波器的输入端口3。
6.如权利要求5所述的的适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统，其特征在于，所述自适应算法控制模块包含有判决模块、均方误差产生模块和误差计算模块，判决模块的输入端口为复用器模块的输出端口，判决模块的输出端口1为误差计算模块的输入模块1，判决模块的输出端口2为均方误差产生模块的输入端口和误差计算模块的输入端口2，均方误差产生模块的输出端口为误差计算模块的输入端口3。
7.如权利要求5所述的适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除系统，其特征在于，所述误差计算模块误差计算模块包含有2个解复用器、2个绝对值计算器、4个选择器、4个乘法器、2个加法器，第一解复用器的输入为判决模块的输出端口1，第一解复用器的输出端口1为绝对值计算器1的输入端口，第二解复用器的输入为判决模块的输出端口2，第二解复用器的输出端口1为第一乘法器的输入端口2，第二解复用器的输出端口2为第二乘法器的输入端口2，绝对值计算器1的输出端口为第一乘法器的输入端口1，第一乘法器的输出端口为第三乘法器的输入端口2，第一选择器的输入端口为均方误差产生模块的输入和第一解复用器的输出端口1，第一选择器的输出端口为第三乘法器的输入端口1，第一乘法器的输入端口为第三乘法器的输入端口2，第三乘法器的输出端口为第一加法器的输入端口1，第三选择器的输入为均方误差产生模块的输出与第一解复用器的输出端口1，第三选择器的输出端口为第一加法器的输入端口2，第一加法器的输出端口为自适应算法控制模块的输出端口1，第一解复用器的输出端口2为第二绝对值计算器的输入端口，第二绝对值计算器的输出端口为第二乘法器的输入端口1，第二乘法器的输出端口为第四乘法器的输入端口2，第二选择器的输入端口为均方误差产生模块的输入和第一解复用器的输出端口2，第二选择器的输出端口为第四乘法器的输入端口1，第四乘法器的输出端口为第二加法器的输入端口1，第四选择器的输入为均方误差产生模块的输出与第一解复用器的输出端口2，第四选择器的输出端口为第二加法器的输入端口2，第二加法器的输出端口为自适应算法控制模块的输出端口2。
8.一种应用权利要求1～4任意一项所述适合高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法的交叉极化干扰消除器。
9.一种应用权利要求1～4任意一项所述适合1024-QAM、4096-QAM高阶调制方式的交叉极化干扰消除方法的交叉极化干扰消除器。
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