CN109617566A - 一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法 - Google Patents

一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109617566A
CN109617566A CN201811576223.7A CN201811576223A CN109617566A CN 109617566 A CN109617566 A CN 109617566A CN 201811576223 A CN201811576223 A CN 201811576223A CN 109617566 A CN109617566 A CN 109617566A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
self
interference
sef
filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811576223.7A
Other languages
English (en)
Inventor
黎海涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201811576223.7A priority Critical patent/CN109617566A/zh
Publication of CN109617566A publication Critical patent/CN109617566A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18515—Transmission equipment in satellites or space-based relays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H04B1/50—Circuits using different frequencies for the two directions of communication
    • H04B1/52—Hybrid arrangements, i.e. arrangements for transition from single-path two-direction transmission to single-direction transmission on each of two paths or vice versa
    • H04B1/525—Hybrid arrangements, i.e. arrangements for transition from single-path two-direction transmission to single-direction transmission on each of two paths or vice versa with means for reducing leakage of transmitter signal into the receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202—Channel estimation
    • H04L25/0224—Channel estimation using sounding signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法涉及卫星通信领域。首先，卫星中继器发送端发射导频信号，利用信道估计算法得到自干扰传输信道估计值，并将其输入到自适应滤波器作为滤波器的加权初值。然后，把在自适应滤波器中根据输入的发射信号和滤波器加权初值进行滤波得到自干扰估计信号。最后，从数字域接收信号中减去自干扰估计信号，得到消除自干扰后的接收信号，并将其反馈到自适应滤波器处理，自适应滤波器依据相应算法自适应调节其加权系数，输出不断接近实际自干扰的信号估计值，使得接收信号中包含的自干扰被完全抵消。

Description

一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，是一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法。
背景技术
卫星通信因其容量大、距离远、不受地理限制和机动性好等优点，多年来已成为不可或缺的通信手段。相比地面移动无线通信网络，卫星通信利用高、中、低轨卫星可实现广域甚至全球覆盖，可以为全球用户提供无差别的通信服务。截止2017年底，全球在轨通信卫星数量805颗，占在轨卫星总数的45％。随着随着通信卫星的大面积部署，卫星网络节点数量逐渐增加，用户和业务对通信质量的要求越来越高，频率资源短缺的问题愈加突出，探索高频谱效率的卫星中继传输技术，已成为促进卫星应用能力跃升需要解决的首要问题，也是卫星中继传输系统发展的主要目标。
为此，人们提出了诸多新技术与新方法，包括认知无线电、多波束天线等，这些技术在频谱利用、干扰抑制等方面能够取得较好效果，但不能解决目前双工无线通信系统所存在的固有问题：现有时分双工(TDD)或频分双工(FDD)通信要求信号的发送、接收必须在时间或频率维度正交，这使得收发信机不能同时同频收发信号而实现真正的全双工(FullDuplex)通信。理论上，上、下行采用不同频段或时隙收发的FDD或TDD系统容量仅为同时同频收发的带内全双工系统的一半。新近提出的同时同频全双工技术通过在相同频带上同时进行信号收发，节省了频率资源和时间资源，在同一信道上实现双向通信使得信道容量加倍。考虑到全双工技术优势，我们把同时同频的全双工技术引入到卫星中继系统，这对于提升频谱资源短缺环境下卫星通信系统的频谱效率具有重要意义。
长期以来，同时同频全双工无线通信未能得以有效工程实现，其主要原因在于收发信机工作时，发送端泄漏到接收端的自干扰会严重降低其性能，即使采用天线隔离等方法，仍不能完全抑制自干扰，导致远端接收信号可能被自干扰信号淹没，这在卫星通信环境下高功率发射时尤为突出，故实现全双工卫星通信的关键是消除自干扰。本发明针对特定卫星场景，考虑其高功率、长距离特征，结合转发器系统组成和星上信号处理能力，提出一种应用于全双工卫星通信系统的自适应干扰消除方法，达到消除全双工卫星中继器中自干扰目的。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何在尽量不改变现有卫星的硬件系统前提下，在数字域尽量消除全双工卫星中继器的自干扰。
本发明的基本原理为：通过数字域的自适应信道估计获取卫星中继系统发射端产生的自干扰信号到达接收端所产生的变化，再利用发射端数字基带信号及自适应信道估计结果来构造自干扰估计信号。然后，从量化的总接收信号中减去估计出的自干扰信号，从而实现自干扰抵消。同时采用自适应算法对滤波器系数进行调整，使得估计的自干扰信号趋近实际自干扰值。本发明所提出在信道估计与自适应滤波相结合的自干扰消除技术原理如图1。
一种自适应的全双工卫星通信自干扰消除方法，包括以下实现步骤，如图2：
步骤(1)：卫星中继器发送端发射导频信号。
步骤(2)：卫星中继器接收端接收来自发送端的导频信号，利用信道估计算法得到从发送端到接收端的自干扰传输信道估计值。
步骤(3)：把自干扰信道估计值输入到自适应滤波器作为滤波器的加权初值。
步骤(4)：卫星中继器发射通信信号，同时把发射信号输入到自适应滤波器。
步骤(5)：自适应滤波器根据输入的发射信号和滤波器加权初值进行滤波处理，输出初始的自干扰估计信号。
步骤(6)：卫星中继器接收通信信号，并将其量化后得到总接收信号。
步骤(7)：从总接收信号中减去自干扰估计信号，得到消除自干扰后的接收信号，该信号包含自干扰抵消后的误差信号以及有用信号。
步骤(8)：把自干扰消除后的接收信号反馈到自适应滤波器处理，输出不断接近实际自干扰信号的估计值。
自适应滤波器滤的功能是尽可能减小误差信号，使自干扰消除后的信号尽可能接近有用信号。若自干扰信号发生变化，则误差信号也会随之改变，此时自适应滤波器依据自适应算法调节其加权系数，使输出的自干扰估计信号不断接近实际自干扰信号，使得消除后的信号更加接近于有用信号。
步骤(9)：周期地执行步骤(6)～(8)，获得消除实际自干扰的接收信号，该信号接近真实的有用信号。
有益效果
由于通信节点自身收发天线间的距离很近，现有数字域干扰消除技术均假设自干扰信号的传输信道是准静态的，直接利用信道估计结果来构造自干扰估计信号完成抵消。但实际的应用环境并不理想，特别是在卫星高速运动情况下，任何细小变化将导致所构造的自干扰估计信号不准确，从而影响干扰消除效果。
与一般数字消除方法不同，本发明提出的信道估计输出与发射端基带信号并没有直接相乘，而是用于自适应滤波器作为滤波器的加权初值，发射端基带信号作为滤波器的输入信号。这样，滤波器先输出一个初始的自干扰估计信号。然后，从ADC量化后的总接收信号减去自干扰估计信号，得到自干扰消除后的信号(包含自干扰抵消后的误差信号以及有用信号)，并反馈到自适应滤波器。若自干扰信号发生变化，则误差信号也会随之改变，此时自适应滤波器就会依据相应的算法自适应调节其加权系数，使输出的估计信号不断接近自干扰信号，使得消除后的信号更加接近于有用信号。
附图说明
图1为自适应自干扰消除原理。
图2为自干扰消除实施步骤。
图3为全双工卫星通信链路。
具体实施方式
考虑如图3所示的全双工卫星通信链路，卫星中继系统与地面站、地面卫星用户终端之间通信，且卫星系统采用相同频率发送、接收信号。
步骤(1)：卫星中继器发射导频信号为p。
步骤(2)：卫星中继器接接收到的导频信号为yp，利用最小均方误差(MMSE)信道估计算法得到从发送端到接收端的自干扰传输信道估计值为
其中(·)H表示共轭转置，I是单位阵，RH是信道相关矩阵，是噪声功率。
步骤(3)：把自干扰信道估计值输入到自适应滤波器作为滤波器的初始加权系数。
步骤(4)：卫星中继器发射通信信号x，同时把发射信号x输入到自适应滤波器。
步骤(5)：自适应滤波器根据输入的发射信号x和滤波器加权初值进行滤波处理，输出初始的自干扰估计信号
步骤(6)：卫星中继器接收通信信号，并将其量化后得到总接收信号r，其主要包括有用信号c和自干扰ysi，即r＝c+ysi。
步骤(7)：从总接收信号r中减去自干扰估计信号得到消除自干扰后的接收信号该信号y包含自干扰抵消后的误差信号以及有用信号c，即y＝c+e。
步骤(8)：把自干扰消除后的接收信号y反馈到最小均方(LMS)自适应滤波器处理后，输出自干扰信号的估计值不断接近其实际值ysi。
自适应滤波器滤的功能是尽可能减小误差信号，使自干扰消除后的信号尽可能接近有用信号。若自干扰信号发生变化，则误差信号也会随之改变，此时自适应滤波器依据自适应算法调节其加权系数，使输出的自干扰估计信号不断接近实际自干扰信号值，使得自干扰可被完全抵消，故自干扰消除后的信号y更加接近于有用信号c。
步骤(9)：每隔时间T＝10ms周期地执行步骤(6)～(8)，获得消除实际自干扰的接收信号c，该信号接近真实的有用信号，且此时误差信号e趋近于零。

Claims (2)

1.一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法，其特征在于，包括以下实现步骤：
步骤(1)：卫星中继器发送端发射导频信号；
步骤(2)：卫星中继器接收端接收来自发送端的导频信号，利用信道估计算法得到从发送端到接收端的自干扰传输信道估计值；
步骤(3)：把自干扰信道估计值输入到自适应滤波器作为滤波器的加权初值；
步骤(4)：卫星中继器发射通信信号，同时把发射信号输入到自适应滤波器；
步骤(5)：自适应滤波器根据输入的发射信号和滤波器加权初值进行滤波处理，输出初始的自干扰估计信号；
步骤(6)：卫星中继器接收通信信号，并将其量化后得到总接收信号；
步骤(7)：从总接收信号中减去自干扰估计信号，得到消除自干扰后的接收信号，该信号包含自干扰抵消后的误差信号以及有用信号；
步骤(8)：把自干扰消除后的接收信号反馈到自适应滤波器处理，输出不断接近实际自干扰信号的估计值；
步骤(9)：周期地执行步骤(6)～(8)，获得消除实际自干扰的接收信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤(1)：卫星中继器发射导频信号为p；
步骤(2)：卫星中继器接接收到的导频信号为yp，利用最小均方误差信道估计算法得到从发送端到接收端的自干扰传输信道估计值为
其中(·)H表示共轭转置，I是单位阵，RH是信道相关矩阵，是噪声功率；
步骤(3)：把自干扰信道估计值输入到自适应滤波器作为滤波器的初始加权系数；
步骤(4)：卫星中继器发射通信信号x，同时把发射信号x输入到自适应滤波器；
步骤(5)：自适应滤波器根据输入的发射信号x和滤波器加权初值进行滤波处理，输出初始的自干扰估计信号
步骤(6)：卫星中继器接收通信信号，并将其量化后得到总接收信号r，其主要包括有用信号c和自干扰ysi，即r＝c+ysi；
步骤(7)：从总接收信号r中减去自干扰估计信号得到消除自干扰后的接收信号该信号y包含自干扰抵消后的误差信号以及有用信号c，即y＝c+e；
步骤(8)：把自干扰消除后的接收信号y反馈到最小均方自适应滤波器处理后，输出自干扰信号的估计值不断接近其实际值ysi；
步骤(9)：每隔时间T＝10ms周期地执行步骤(6)～(8)，获得消除实际自干扰的接收信号c。
CN201811576223.7A 2018-12-22 2018-12-22 一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法 Pending CN109617566A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811576223.7A CN109617566A (zh) 2018-12-22 2018-12-22 一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811576223.7A CN109617566A (zh) 2018-12-22 2018-12-22 一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109617566A true CN109617566A (zh) 2019-04-12

Family

ID=66009938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811576223.7A Pending CN109617566A (zh) 2018-12-22 2018-12-22 一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109617566A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110731053A (zh) * 2019-04-29 2020-01-24 Oppo广东移动通信有限公司 自干扰估计的方法和终端设备
CN111294094A (zh) * 2019-04-26 2020-06-16 韩曦 一种基于多维矩阵的双向全双工中继系统信道估计方法
CN111669265A (zh) * 2020-05-25 2020-09-15 北京邮电大学 一种极化全双工通信中的极化状态估计方法及系统
CN112290974A (zh) * 2019-07-11 2021-01-29 中移(苏州)软件技术有限公司 一种自干扰抵消实现方法、装置和存储介质
CN114978289A (zh) * 2022-05-24 2022-08-30 中国人民解放军国防科技大学 同时同频全双工卫星高速数据传输系统
CN115642958A (zh) * 2022-11-15 2023-01-24 南京控维通信科技有限公司 基于自适应干扰抵消光机收发隔离度增强方法及系统
CN116436511A (zh) * 2023-06-13 2023-07-14 武汉能钠智能装备技术股份有限公司四川省成都市分公司 一种卫星信号设备的自干扰对消方法及系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102355433A (zh) * 2011-09-30 2012-02-15 武汉中昊信科技有限公司 一种物理层中继器中实现干扰抵消的方法
CN103427872A (zh) * 2013-09-03 2013-12-04 电子科技大学 一种同时同频全双工多抽头射频自干扰抵消系统及方法
WO2014121290A1 (en) * 2013-02-04 2014-08-07 Kumu Networks Signal cancellation using feedforward and feedback paths
US20150341125A1 (en) * 2014-05-23 2015-11-26 Kumu Networks, Inc. Systems and methods for multi-rate digital self-interference cancellation
TW201639312A (zh) * 2015-04-06 2016-11-01 高通公司 使用數位濾波器和輔助接收器的自干擾消除
CN106209151A (zh) * 2016-07-14 2016-12-07 上海志良电子科技有限公司 全双工自干扰消除无线信号收发系统及无线信号收发方法
CN108781089A (zh) * 2016-03-04 2018-11-09 雷神公司 用于同时传送和接收的离散时间模拟信号处理

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102355433A (zh) * 2011-09-30 2012-02-15 武汉中昊信科技有限公司 一种物理层中继器中实现干扰抵消的方法
WO2014121290A1 (en) * 2013-02-04 2014-08-07 Kumu Networks Signal cancellation using feedforward and feedback paths
CN103427872A (zh) * 2013-09-03 2013-12-04 电子科技大学 一种同时同频全双工多抽头射频自干扰抵消系统及方法
US20150341125A1 (en) * 2014-05-23 2015-11-26 Kumu Networks, Inc. Systems and methods for multi-rate digital self-interference cancellation
TW201639312A (zh) * 2015-04-06 2016-11-01 高通公司 使用數位濾波器和輔助接收器的自干擾消除
CN108781089A (zh) * 2016-03-04 2018-11-09 雷神公司 用于同时传送和接收的离散时间模拟信号处理
CN106209151A (zh) * 2016-07-14 2016-12-07 上海志良电子科技有限公司 全双工自干扰消除无线信号收发系统及无线信号收发方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111294094A (zh) * 2019-04-26 2020-06-16 韩曦 一种基于多维矩阵的双向全双工中继系统信道估计方法
CN111294094B (zh) * 2019-04-26 2023-06-30 北方工业大学 一种基于多维矩阵的双向全双工中继系统信道估计方法
CN110731053A (zh) * 2019-04-29 2020-01-24 Oppo广东移动通信有限公司 自干扰估计的方法和终端设备
CN110731053B (zh) * 2019-04-29 2020-12-11 Oppo广东移动通信有限公司 自干扰估计的方法和终端设备
CN112290974A (zh) * 2019-07-11 2021-01-29 中移(苏州)软件技术有限公司 一种自干扰抵消实现方法、装置和存储介质
CN111669265A (zh) * 2020-05-25 2020-09-15 北京邮电大学 一种极化全双工通信中的极化状态估计方法及系统
CN114978289A (zh) * 2022-05-24 2022-08-30 中国人民解放军国防科技大学 同时同频全双工卫星高速数据传输系统
CN114978289B (zh) * 2022-05-24 2023-09-26 中国人民解放军国防科技大学 同时同频全双工卫星高速数据传输系统
CN115642958A (zh) * 2022-11-15 2023-01-24 南京控维通信科技有限公司 基于自适应干扰抵消光机收发隔离度增强方法及系统
CN115642958B (zh) * 2022-11-15 2023-04-04 南京控维通信科技有限公司 基于自适应干扰抵消光机收发隔离度增强方法及系统
CN116436511A (zh) * 2023-06-13 2023-07-14 武汉能钠智能装备技术股份有限公司四川省成都市分公司 一种卫星信号设备的自干扰对消方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109617566A (zh) 一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法
Nwankwo et al. A survey of self-interference management techniques for single frequency full duplex systems
KR101131399B1 (ko) 신호 품질을 개선하기 위해 온-채널 중계기와 결합된 적응형 안테나 어레이의 이용
Riihonen et al. Spatial loop interference suppression in full-duplex MIMO relays
Ahmed et al. Performance analysis of full-duplex-MRC-MIMO with self-interference cancellation using null-space-projection
Anokye et al. Low-resolution ADC quantized full-duplex massive MIMO-enabled wireless backhaul in heterogeneous networks over Rician channels
Guo et al. Performance analysis of TAS/MRC in MIMO relay systems with outdated CSI and co-channel interference
Adams et al. Use of the recursive least squares filter for self interference channel estimation
Riera-Palou et al. Scalable cell-free massive MIMO networks with LEO satellite support
Collins et al. Practical insights on full-duplex personal wireless communications gained from operational experience in the satellite environment
Taghizadeh et al. Physical-layer security for simultaneous information and power transfer in full-duplex multi-user networks
Kojima et al. A study of interference canceller for DDD system on millimeter-wave band fixed wireless access system
Jebur Full duplex-transceivers: architectures and performance analysis
Chen et al. A novel interference suppression method in wireless relay networks
Iimori et al. Full-duplex transmission optimization for bi-directional MIMO links with QoS guarantees
Shahid et al. Emerging Advancements in 6G NTN Radio Access Technologies: An Overview
Xu et al. Distributed space-time coding and equalization for cooperative cellular communication system
Li et al. A new hybrid half-duplex/full-duplex relaying system with antenna diversity
Sutthisangiam On the performance interference cancellation in uplink cooperative wireless networks
Kawano et al. Null beamforming to self in cooperative MIMO for full-duplex systems
CN204559615U (zh) 一种全双工无线中继站自反馈干扰抑制装置
Rikkinen et al. Full-duplex radios for local access, final report
上野衆太 Studies on Interference Compensation Techniques and Performance Evaluation for Digital Radio Systems
Li et al. Adaptive cooperative transmission and spectrum sharing in MIMO-CCRN
Grotz Interference Mitigation and Synchronization for Satellite Communications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190412