一种全双工大规模天线阵列系统中自干扰的联合抑制方法

技术领域

本发明公开了一种全双工大规模天线阵列系统中自干扰的联合抑制方法，属 于无线通信、信号处理技术领域。

背景技术

全双工技术(in-bandfull-duplex)和大规模天线多输入多输出 (large-scaleantenna，massiveMIMO)技术是最近几年才出现的下一代无线 通信的备选技术。这两种技术有许多优点，比如可以提高频谱效率，提高能量利 用率，提高用户数据的传输速率和系统的吞吐量，进而明显改善用户的体验。

然而全双工技术的最大问题在于前端自干扰很强，会使得接收器的信干噪比 (SINR)大幅度下降，从而影响到系统性能和容量。因此，如何结合大规模天线 技术尽可能地抑制系统发射端对接收端的自干扰，保证系统的性能和容量，是全 双工大规模天线阵列系统中的关键问题。

目前对于全双工非大规模天线系统的干扰抑制较多，但对于全双工大规模天 线阵列自干扰抑制的研究的还很少，而对于将全双工中自干扰信道估计和大规模 天线阵列干扰压缩相结合的自干扰抑制技术的研究几乎还没有出现。

发明内容

本发明提供了一种全双工大规模天线阵列系统中自干扰的联合抑制方法。该 方法采用自干扰信道估计和大规模天线阵列干扰压缩技术相结的方式，可以进一 步大幅度减小自干扰的影响。在这种方法中，我们使用了两组正交导频，分别用 于上行信道和自干扰信道的估计。而且，该方法中对上行自干扰(基站自干扰) 信道的估计过程可以和下行信道的估计过程相结合，不需要使用新的导频资源做 下行信道的估计。

本发明的提出的技术方案如下：

一种在全双工大规模天线阵列系统中自干扰的联合抑制方法，该方法基于全 双工大规模天线阵列系统，该系统包括基站和用户设备，所述天线阵列为基站侧 使用的在同一频率资源上同时发射和接收射频信号的一副大规模天线阵列，还包 括共享式环行器全双工器件；所述用户设备为使用同一频率资源同时发射和接收 射频信号的单天线移动设备，还包括共享式环行器全双工器件，该方法包括以下 过程：

步骤1.用户采用一组正交导频Φ_u，对系统上行信道G进行训练，并在基站 侧进行信道估计，得到估计值

步骤2.基站利用上下行信道的互易性，得到下行信道的预编码矩阵A，其 中A是的函数，随后基站利用预编码矩阵对下行信道编码，并发送给用户设 备；

步骤3.基站采用另一组正交导频Φ_d，在下行信道中进行信道预编码后，对 上行自干扰信道进行训练，然后在基站侧进行信道估计，得到上行自干扰信道估 计值

步骤4.基站利用估计值计算上行自干扰信号，并从上行接收信号中减去 上行自干扰信号；

步骤5.对接收信号中残留的自干扰部分使用线性处理方法，即大规模天线 方法，进一步抑制自干扰。

该方法可以有效减小自干扰信号对基站接收信号的影响，明显提高信噪比， 从而大幅度提高系统容量和性能。

附图说明

图1：本发明系统模型；

图2：本方法的工作过程；

图3：仿真图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明进行进一步的说明，但不限于此例。

本发明的实施方式涉及一种全双工大规模天线阵列系统中自干扰的联合抑 制方法，该方法基于全双工大规模天线阵列系统，如图1所示。该系统包括基站， 大规模天线阵，用户设备和环行器。该系统的上下行信道满足信道互易性，即下 行信道矩阵是上行信道矩阵的转置。该方法是采用信道估计和大规模天线干扰压 缩技术相结合的自干扰联合抑制技术。其中信道估计包括信号信道估计和干扰信 道估计，具体方法比如采用最小均方误差(MMSE)方法；大规模天线自干扰抑制 技术采用迫零(ZF)或最大比发送/合并(MRT/MRC)等线性预编码和解码处理方 法。当基站得到自干扰信道的估计值后，此时自干扰信号对基站来说对为已知信 号，所以可以从基站接收到的上行信号中减去自干扰部分，然后再采用大规模天 线干扰压缩方法，进一步抑制干扰，从而提高接收信号的信噪比。

该自干扰抑制方法包括以下过程：

步骤1.用户采用一组正交导频Φ_u(该导频序列长度大于等于2倍的用户 数)，对系统上行信道G进行训练，并在基站侧，采用比如MMSE方法进行信道 估计，得到估计值其中估计误差

步骤2.基站利用上下行信道的互易性，得到下行信道的预编码矩阵A，其 中A是的函数，随后基站利用预编码矩阵对下行信道编码，并发送给用户设 备；对于ZF方法，对于MRT/MRC方法，其中α_ZF和α_MR为归一化因子。

步骤3.基站采用另一组正交导频Φ_d(该组导频同时与Φ_u中的导频两两正 交，导频长度与Φ_u相同)，在下行信道中利用A进行信道预编码后，对上行自 干扰信道进行训练；此时基站接收到的上行信道信号中，就包含有预编码后经自 干扰信道过来的训练信号，然后再采用MMSE方法进行估计，就得到自干扰信道 的估计值其中估计误差G_sa＝G_sA，G_s为大规模天线阵列的 自干扰矩阵；

步骤4.基站利用干扰信道的估计值计算干扰信号，并从接收到的上行信 号中减去干扰信号，得到新的上行信号；新信号中包含未解调的有用信号和残余 的自干扰信号以及其他噪声；

步骤5.对新信号中的残余的自干扰部分(估计误差部分)使用ZF或MRT/MRC 等线性处理方法，进一步抑制自干扰；具体过程为：利用步骤1中得到的计 算解调矩阵W，然后用该矩阵乘以新的上行信号，从而解调出有用信号。该矩 阵也是的函数，其中对于ZF方法，对于MRT/MRC方法， 由于该方法中有用信号与干扰和噪声功率的比值，即信干噪比，随天 线阵列中天线数量的增加而线性增加，所以可以利用天线阵列的规模进一步压缩 自干扰误差以及其他误差噪声。

该过程持续进行，如图2。另外，从附图3中可以看出，使用本发明的方法 得到的自干扰信号功率明显低于只采用大规模天线阵列处理得到的自干扰功率 (低大约35dB)，也就是说，本发明方法的抑制自干扰能力有显著的提高。