CN113395119B - 一种应用于无线信道仿真仪射频端口的自干扰消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线信道仿真技术领域。本发明提出了一种应用于无线信道仿真仪射频端口的自干扰消除方法，消除了自干扰信号对无线信道仿真仪端口带来的干扰，并且消耗资源相对过大的计算部分由软件实现，硬件部分只负责实时合成自干扰的反向信号，合理控制软件实现估计部分的时延，使其在自干扰信号大范围变化之前估计到新的自干扰幅度与相位，即可在极小硬件资源开销的情况下实现自干扰的消除。同时，对关键的定时同步、幅度估计、相位估计均进行检验，通过历史阈值数据和实际得到的实时数据之间的比较，可有效降低错误数据量和偶然误差率。

Description

一种应用于无线信道仿真仪射频端口的自干扰消除方法

技术领域

本发明属于无线信道仿真技术领域，具体涉及一种应用于无线信道仿真仪射频端口的自干扰消除方法。

背景技术

无线信道仿真仪是一种无线信道仿真器件，其信号输入输出端口一般都是双工的。由于功分器隔离效果不好或者天线回波等原因，会导致仿真仪的射频端口存在自干扰信号。自干扰信号的功率会远远大于接收信号的功率，对仿真仪的接收系统造成严重干扰，不仅有用信息被淹没在强烈的自干扰信号中，给无线信道仿真带来预期外的“衰落”，造成接收数据错误，而且接收链路的低噪声放大器也会接近饱和对接收系统的硬件造成严重危害。同时，无线信道仿真仪系统工作原理复杂且资源消耗较大，留给端口自干扰消除所使用的硬件资源非常有限。

因此,现阶段需设计一种应用于无线信道仿真仪射频端口的自干扰消除方法,来解决以上问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种应用于无线信道仿真仪射频端口的自干扰消除方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，如：自干扰信号的功率会远远大于接收信号的功率，对仿真仪的接收系统造成严重干扰，不仅有用信息被淹没在强烈的自干扰信号中，给无线信道仿真带来预期外的“衰落”，造成接收数据错误，而且接收链路的低噪声放大器也会接近饱和对接收系统的硬件造成严重危害；同时，无线信道仿真仪系统工作原理复杂且资源消耗较大，留给端口自干扰消除所使用的硬件资源非常有限。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种应用于无线信道仿真仪射频端口的自干扰消除方法，包括以下步骤：

假设发送端发射的信号为Tx＝Ae^jθ，估计一个信号Tx′，使其满足：

ex＝Tx+Tx′

ex＝0，则消除自干扰信号；

假设接收到的干扰信号为

重建干扰信号，需要进行定时同步、干扰的幅度以及相位的估计；

其中，定时同步：

采用滑动相关的方式；

假设u表示长度为m的本地序列，v表示长度为n的自干扰信号，w表示滑动相关的输出序列，其长度为m+n-1：

且j＝max(1,k+1-n):1:min(k,m)；

假设本地序列的长度为N_s，自干扰信号的起始位置为L₁，

自干扰模拟信号中包含本地序列，当本地序列滑动L_h个符号长度后与自干扰信号完全对齐，得到相关峰最大值，则可以计算得到定时同步的位置为

L₁＝L_h-N_s

滑动相关定时的精度只能达到有一个符号周期，如果干扰信号的起始位置是小数符号周期，需要借助小数延迟滤波器进行小数符号周期遍历实现；

小数延迟滤波器实现分数周期的时延，假设小数延迟滤波器共有N个，每个可以实现

周期的时延，T_s表示符号周期，即第n(0≤n≤N)个滤波器可以实现

个周期的时延；

其中，幅度的估计：

自干扰信号经过模拟器件的衰减，其幅度小于干扰信号，在不考虑非线性变换的情况下干扰的幅度：

A′＝var(Tx′)

Tx′序列根据符号定时同步的结果从自干扰序列中得到，其中var()表示序列的方差；

其中，相位的估计：

采用频域相位估计或者时域相位估计。

进一步的，其中，频域相位估计具体为：

采用频域相位估计：

F(ω′)＝FFT(Tx′)

F(ω)＝FFT(a_n)

θ′＝a tan(F(ω′))

θ＝a tan(F(ω))

θ′表示自干扰信号的频域相位，θ表示本地信号的频域相位；

其中FFT表示对序列进行快速傅里叶变换，atan表示反正切，mean表示对信号取均值。

进一步的，其中，时域相位估计具体为：

采用时域相位估计：

θ′＝a tan(Tx′)

θ＝a tan(a_n)

θ′表示自干扰信号的频域相位，θ表示本地信号的频域相位；

进一步的，还包括幅度检验步骤，具体如下：

从无线信道仿真仪射频端口的历史数据中获取自干扰信号的幅度数据，记为阈值干扰幅度数据；

从重建的干扰信号中获取干扰信号的幅度数据，记为实时干扰幅度数据；

将所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据进行匹配比较，若此时所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据符合，则幅度检验通过，若此时所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据不符合，则重新进行幅度的估计；

当幅度重新估计完成后，再将此时的所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据进行匹配比较，若此时所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据符合，则幅度检验通过，若此时所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据仍不符合，则幅度检验不通过，进行幅度估计异常报警。

进一步的，当幅度估计异常报警时，进行定时同步检验步骤，具体如下：

记首次定时同步得到的位置数据为第一定时同步位置；

当幅度估计异常报警时，重新进行定时同步步骤，此时得到的定时同步的位置数据记为第二定时同步位置；

若所述第一定时同步位置与所述第二定时同步位置匹配，则定时同步检验通过；

若所述第一定时同步位置与所述第二定时同步位置不匹配，则定时同步检验不通过，进行定时同步异常报警。

进一步的，还包括相位检验步骤，具体如下：

从无线信道仿真仪射频端口的历史数据中获取自干扰信号的相位数据，记为阈值干扰相位数据；

从重建的干扰信号中获取干扰信号的相位数据，记为实时干扰相位数据；

将所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据进行匹配比较，若此时所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据符合，则相位检验通过，若此时所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据不符合，则重新进行相位的估计；

当相位重新估计完成后，再将此时的所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据进行匹配比较，若此时所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据符合，则相位检验通过，若此时所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据仍不符合，则相位检验不通过，进行相位估计异常报警。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本方案的一个创新点在于，本申请消除了自干扰信号对无线信道仿真仪端口带来的干扰，并且消耗资源相对过大的计算部分由软件实现，硬件部分只负责实时合成自干扰的反向信号，合理控制软件实现估计部分的时延，使其在自干扰信号大范围变化之前估计到新的自干扰幅度与相位，即可在极小硬件资源开销的情况下实现自干扰的消除。同时，对关键的定时同步、幅度估计、相位估计均进行检验，通过历史阈值数据和实际得到的实时数据之间的比较，可有效降低错误数据量和偶然误差率。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的滑动相关示意图。

图2是本发明具体实施方式的滑动相关峰值示意图。

图3是本发明具体实施方式的定时同步示意图。

图4是本发明具体实施方式的自干扰消除实现示意图。

图5是本发明具体实施方式的自干扰信号抵消对比示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1-5，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。

实施例：

本发明提出了一种简单实用的自干扰消除算法来消除自干扰信号对无线信道仿真仪端口带来的干扰。

假设发送端发射的信号为

干扰对消的目的是，估计出一个信号Tx′，使其满足：

ex＝Tx+Tx′

如果ex＝0，则能完全消除自干扰信号。

假设接收到的干扰信号为

重建干扰信号，需要进行定时同步、干扰的幅度以及相位的估计。

无线信道仿真仪的自干扰信号是模拟信号，类似于通信接收的定时同步，需要准确的定位干扰信号的起始位置，使用估计的信号取反叠加来消除干扰。

同步方案采用滑动相关的方式，假设本地序列的长度为N_s，自干扰信号的起始位置为L₁，如图1所示。

假设u表示长度为m的本地序列，v表示长度为n的自干扰信号，w表示滑动相关的输出序列，其长度为m+n-1：

且j＝max(1,k+1-n):1:min(k,m)。

自干扰模拟信号中包含了本地序列，当本地序列滑动了L_h个符号长度后与自干扰信号完全对齐，如图2所示的示意图，得到相关峰最大值，则可以计算得到定时同步的位置为

L₁＝L_h-N_s

滑动相关定时的精度只能达到有一个符号周期，如果干扰信号的起始位置是小数符号周期，例如3.15个符号周期，则0.15个符号周期需要借助小数延迟滤波器进行小数符号周期遍历实现。

小数延迟滤波器可以实现分数周期的时延，假设小数滤波器共有N个，每个可以实现

周期的时延，T_s表示符号周期，即第n(0≤n≤N)个滤波器可以实现

个周期的时延。实现框图如图3所示.

每个小数滤波器步进

根据搜索到的最大值n确定

1.匹配自干扰序列的分数周期时延的本地序列a_n；

2.根据b_n得到整数倍的符号定时序列；

自干扰信号经过模拟器件的衰减，其幅度会小于干扰信号，在不考虑非线性变换的情况下

A′＝var(Tx′)

Tx′序列可以根据符号定时的结果从自干扰序列中得到，其中var()表示序列的方差。

自干扰的相位估计可以采用频域相位估计或者时域相位估计。

如果采用频域相位估计：

F(ω′)＝FFT(Tx′)

F(ω)＝FFT(a_n)

θ′＝a tan(F(ω′))

θ＝a tan(F(ω))

θ′表示自干扰信号的频域相位，θ表示本地信号的频域相位。

其中FFT表示对序列进行快速傅里叶变换，atan表示反正切，mean表示对信号取均值。

如果采用时域相位估计：

θ′＝a tan(Tx′)

θ＝a tan(a_n)

θ′表示自干扰信号的频域相位，θ表示本地信号的频域相位

无线信道仿真仪的硬件资源非常有限，不可能实现上述框图中所述的分数阶滤波与滑动相关。干扰对消整体功能的实现如图4所示。

可以看出，消耗资源相对过大的计算部分由软件实现，硬件部分只负责实时合成自干扰的反向信号。合理控制软件实现估计部分的时延，使其在自干扰信号大范围变化之前估计到新的自干扰幅度与相位，即可在极小硬件资源开销的情况下实现自干扰的消除。

利用上述估计得到的幅度与相位，硬件可以根据b_n准确实时构造自干扰信号的对消信号

其中，a_n表示经过小数滤波器n的本地序列。

图5给出了采用本发明所述干扰对消方法得到的抵消对比。从抵消结果可以看出无论是频域相位估计还是时域相位估计，均可以正确合成对消信号，降低干扰信号幅度超过20dB。

进一步的，还包括幅度检验步骤，具体如下：

从无线信道仿真仪射频端口的历史数据中获取自干扰信号的幅度数据，记为阈值干扰幅度数据；

从重建的干扰信号中获取干扰信号的幅度数据，记为实时干扰幅度数据；

将所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据进行匹配比较，若此时所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据符合，则幅度检验通过，若此时所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据不符合，则重新进行幅度的估计；

当幅度重新估计完成后，再将此时的所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据进行匹配比较，若此时所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据符合，则幅度检验通过，若此时所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据仍不符合，则幅度检验不通过，进行幅度估计异常报警。

进一步的，当幅度估计异常报警时，进行定时同步检验步骤，具体如下：

记首次定时同步得到的位置数据为第一定时同步位置；

当幅度估计异常报警时，重新进行定时同步步骤，此时得到的定时同步的位置数据记为第二定时同步位置；

若所述第一定时同步位置与所述第二定时同步位置匹配，则定时同步检验通过；

若所述第一定时同步位置与所述第二定时同步位置不匹配，则定时同步检验不通过，进行定时同步异常报警。

进一步的，还包括相位检验步骤，具体如下：

从无线信道仿真仪射频端口的历史数据中获取自干扰信号的相位数据，记为阈值干扰相位数据；

从重建的干扰信号中获取干扰信号的相位数据，记为实时干扰相位数据；

将所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据进行匹配比较，若此时所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据符合，则相位检验通过，若此时所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据不符合，则重新进行相位的估计；

当相位重新估计完成后，再将此时的所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据进行匹配比较，若此时所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据符合，则相位检验通过，若此时所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据仍不符合，则相位检验不通过，进行相位估计异常报警。

综上，消除了自干扰信号对无线信道仿真仪端口带来的干扰，并且消耗资源相对过大的计算部分由软件实现，硬件部分只负责实时合成自干扰的反向信号，合理控制软件实现估计部分的时延，使其在自干扰信号大范围变化之前估计到新的自干扰幅度与相位，即可在极小硬件资源开销的情况下实现自干扰的消除。同时，对关键的定时同步、幅度估计、相位估计均进行检验，通过历史阈值数据和实际得到的实时数据之间的比较，可有效降低错误数据量和偶然误差率。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种应用于无线信道仿真仪射频端口的自干扰消除方法，其特征在于，包括以下步骤：

假设发送端发射的信号为Tx＝Ae^jθ，估计一个信号Tx′，使其满足：

ex＝Tx+Tx′

ex＝0，则消除自干扰信号；

假设接收到的干扰信号为

重建干扰信号，需要进行定时同步、干扰的幅度以及相位的估计；

其中，定时同步：

采用滑动相关的方式；

假设u表示长度为m的本地序列，v表示长度为n的自干扰信号，w表示滑动相关的输出序列，其长度为m+n-1：

且j＝max(1,k+1-n):1:min(k,m)；

假设本地序列的长度为N_s，自干扰信号的起始位置为L₁，

自干扰模拟信号中包含本地序列，当本地序列滑动L_h个符号长度后与自干扰信号完全对齐，得到相关峰最大值，则可以计算得到定时同步的位置为

L₁＝L_h-N_s

滑动相关定时的精度只能达到有一个符号周期，如果干扰信号的起始位置是小数符号周期，需要借助小数延迟滤波器进行小数符号周期遍历实现；

小数延迟滤波器实现分数周期的时延，假设小数延迟滤波器共有N个，每个可以实现

周期的时延，T_s表示符号周期，即第n(0≤n≤N)个滤波器可以实现

个周期的时延；

其中，幅度的估计：

自干扰信号经过模拟器件的衰减，其幅度小于干扰信号，在不考虑非线性变换的情况下干扰的幅度：

A′＝var(Tx′)

Tx′序列根据符号定时同步的结果从自干扰序列中得到，其中var()表示序列的方差；

其中，相位的估计：

采用频域相位估计或者时域相位估计；

其中，频域相位估计具体为：

采用频域相位估计：

F(ω′)＝FFT(Tx′)

F(ω)＝FFT(a_n)

θ′＝atan(F(ω′))

θ＝atan(F(ω))

θ′表示自干扰信号的频域相位，θ表示本地信号的频域相位；

其中FFT表示对序列进行快速傅里叶变换，atan表示反正切，mean表示对信号取均值；

其中，时域相位估计具体为：

采用时域相位估计：

θ′＝atan(Tx′)

θ＝atan(a_n)

θ′表示自干扰信号的频域相位，θ表示本地信号的频域相位；

2.如权利要求1所述的一种应用于无线信道仿真仪射频端口的自干扰消除方法，其特征在于，还包括幅度检验步骤，具体如下：

从无线信道仿真仪射频端口的历史数据中获取自干扰信号的幅度数据，记为阈值干扰幅度数据；

从重建的干扰信号中获取干扰信号的幅度数据，记为实时干扰幅度数据；

将所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据进行匹配比较，若此时所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据符合，则幅度检验通过，若此时所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据不符合，则重新进行幅度的估计；

当幅度重新估计完成后，再将此时的所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据进行匹配比较，若此时所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据符合，则幅度检验通过，若此时所述实时干扰幅度数据与所述阈值干扰幅度数据仍不符合，则幅度检验不通过，进行幅度估计异常报警。

3.如权利要求1所述的一种应用于无线信道仿真仪射频端口的自干扰消除方法，其特征在于，当幅度估计异常报警时，进行定时同步检验步骤，具体如下：

记首次定时同步得到的位置数据为第一定时同步位置；

当幅度估计异常报警时，重新进行定时同步步骤，此时得到的定时同步的位置数据记为第二定时同步位置；

若所述第一定时同步位置与所述第二定时同步位置匹配，则定时同步检验通过；

若所述第一定时同步位置与所述第二定时同步位置不匹配，则定时同步检验不通过，进行定时同步异常报警。

4.如权利要求1所述的一种应用于无线信道仿真仪射频端口的自干扰消除方法，其特征在于，还包括相位检验步骤，具体如下：

从无线信道仿真仪射频端口的历史数据中获取自干扰信号的相位数据，记为阈值干扰相位数据；

从重建的干扰信号中获取干扰信号的相位数据，记为实时干扰相位数据；

将所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据进行匹配比较，若此时所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据符合，则相位检验通过，若此时所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据不符合，则重新进行相位的估计；

当相位重新估计完成后，再将此时的所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据进行匹配比较，若此时所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据符合，则相位检验通过，若此时所述实时干扰相位数据与所述阈值干扰相位数据仍不符合，则相位检验不通过，进行相位估计异常报警。

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