一种基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型及方法技术

本发明专利技术属于无线通信系统领域，公开了一种基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型及方法，将记忆多项式经过matlab仿真，产生补偿信号，实现增益。本发明专利技术的补偿效果比直接结构高2dB，且前者收敛速度快；利用训练估计器和失真补偿器(与训练估计器有相同的传输函数)，最大优点在于无需知道非线性的具体形式。仿真结果表明，本发明专利技术能够有效地校正由于非线性元件引起的非线性失真，且实现了较高的增益。

A fully digital self interference cancellation model and method based on memory polynomial

The invention belongs to the field of wireless communication system, and discloses a full digital self interference elimination model and method based on memory polynomial. The memory polynomial is simulated through MATLAB to generate compensating signals and realize gain. The compensation effect of the invention is higher than that of the direct structure 2dB, and the former has a fast convergence speed; the maximum advantage of the training estimator and the distortion compensator (with the same transmission function as the training estimator) is that it is unnecessary to know the specific form of nonlinearity. The simulation results show that the proposed method can effectively correct the nonlinear distortion caused by nonlinear components and achieve higher gain.

【技术实现步骤摘要】
一种基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型及方法
本专利技术属于无线通信系统领域，尤其涉及一种基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型及方法。
技术介绍
目前，随着用户速率和业务量需求的飞速增长，无线通信系统所需的带宽不断增大，对频谱资源的需求迅速增加。然而，无线资源是有限的，扩展无线通信频段也会带来各方面的挑战。CDMA是在扩频通信技术基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。系统容量大是CDMA系统的主要优点，第二次世界大战期间，因战争的需要而研究开发出了CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方的通信干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司将其引入公众蜂窝移动通信系统，在第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在全球得到了迅速推广和应用，3G三大主流标准均基于CDMA。在向3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能,包括V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多带-OFDM。在5G系统中，由于支撑高数据速率的需要，可能需要高达1GHz的带宽，但在某些较低的频段，难以获得连续的宽带频谱资源，使得存在一些未被利用的频谱资源，这些未利用频谱资源不一定是连续的，可用带宽也不一定相同，采用OFDM技术难以实现对这些频谱的使用，而灵活有效的利用这些频谱，是5G系统设计的一个重要问题。斯坦福大学研究生院的学生在2010年开发出了利用同时同频(CCFD)进行全双工通信。对比传统的时分双工(TDD)与频分双工(FDD)方式。CCFD进行数据收发的无线通信技术，是收发使用同一频率，更大的节省频率资源，令5G定位于频谱效率更高、速率更快、容量更大的无线网络。同频全双工系统可以在相同的时间和相同频率上发送和接收信息，其理论上传输速率可以达到原始通信方式的2倍，但是同时同频允许多个用户使用会导致各用户信号叠加，所以最具有挑战性的问题就是如何有效的消除自干扰。当发射机发送某个信号时，其中的部分能量会被自身的接收装置接收到。如果正好发送与接收信号同频率，就会产生干扰，并且由于信号源离自身的接收机很近，所以自己发射出去的信号能量可能会比接收到的信号能量大。目前主要的自干扰消除技术有被动天线抑制，即增大天线收发距离使得本地接受天线的自干扰受到抑制；模拟干扰消除，一般利用信号抵消进行；数字干扰消除，从发送基带获得数字参考信号，经过适当调整还原残余自干扰信号，与之抵消。大多数消除方法都集中在自干扰信号的建模上，却由于非线性建模复杂，考虑到成本原因而选择忽略了功放及混频所带来的非线性失真的影响，使得最终接收端信号产生非线性失真，从而导致消除性能不理想，传输过程中仍旧有干扰存在，不能准确恢复出原始信号。综上所述，现有技术存在的问题是：目前的消除方法存在忽略功放及混频带来的非线性失真的影响导致消除性能不理想。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于记忆多项式的全数字自干扰消除方法。本专利技术是这样实现的，一种基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型，所述基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型的记忆多项式为：其中z(n)和y(n)分别表示非线性器件的输入和输出，chq为从非线性器件中提取的系数，h均指输入信号包络的阶数，q为记忆多项式的记忆深度。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型的全数字自干扰消除方法，由本地发送端信号通过非线性补偿系统生成抵消信号，与本地接收端收到的信号中的自干扰信号相互抵消，使得接收端最终收到的信号仅为期望信号。进一步，由本地发送端信号通过非线性补偿系统生成抵消信号，与本地接收端收到的信号中的自干扰信号相互抵消，使得接收端最终收到的信号仅为期望信号；接收端经自干扰消除系统后收到的期望信号x1(n)可表示为：x1(n)＝T(n)-y(n)其中T(n)为发送端发出的期望信号与自干扰信号的叠加，表示为：T(n)＝SI(n)+x1(n)其中，h1(n)为记忆多项式模型系统，h2(n)为非线性器件系统；放大器非线性过程可以描述为输入信号的泰勒级数展开形式，即放大器输出信号y(n)与放大器输入信号z(n)的关系式为：式中，多项式第一项表示放大器的线性输出，其余高次项表示非线性失真。进一步，为了有效的实现自干扰消除，需要在接收端准确恢复出自干扰信号，并将其在接收端减去,假设y1(n)为自干扰信号SI(n)的估计值；有：SI(n)-y1(n)＝yre(n)则自干扰消除过程可以表示为：T(n)-y1(n)＝x1(n)yre为自干扰消除后的残留干扰信号。当y1(n)越逼近SI(n),时，误差越小，自干扰信号消除的越彻底。本专利技术的优点及积极效果为：记忆多项式应用于消除非线性失真，经过matlab仿真，更能准确产生补偿信号，并且实现了25dB左右的增益，而且对非线性的类型有很强的适应性。数字干扰消除从发送基带获得数字参考信号，经过适当调整还原残余自干扰信号，与之抵消；与模拟干扰消除对比，本专利技术的数字干扰由于将所有非线性器件广义化为一个系统进行补偿，使该补偿方案对非线性的类型有很强的适应性，增强了算法的灵活性和可靠性，对于进一步开发全双工尺寸、功耗、复杂度具有重要的意义。本专利技术的补偿效果比直接结构高2dB，且收敛速度快；利用训练估计器和失真补偿器(与训练估计器有相同的传输函数)的误差来自自适应控制器，无需知道非线性的具体形式。仿真结果表明，本专利技术能够有效地校正由于非线性元件引起的非线性失真，且实现了较高的增益。附图说明图1是本专利技术实施例提供的自干扰消除增益性能MATLAB仿真示意图；图2是本专利技术实施例提供的全双工系统的误码率性能示意图；图3是本专利技术实施例提供的全双工系统的所述模型对自干扰消除中反馈支路的信号进行补偿图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1到3所示，本专利技术实施例提供的基于记忆多项式的全数字自干扰消除方法的记忆多项式为：其中z(n)和y(n)分别表示非线性器件的输入和输出，chq为从非线性器件中提取的系数，h均指输入信号包络的阶数，q为记忆多项式的记忆深度。所述模型对自干扰消除中反馈支路的信号进行补偿，以提升自干扰消除效果。具体如图3所示。应用于消除非线性失真，经过matlab仿真，该基于记忆多项式的自干扰消除方案更能准确产生补偿信号，并且实现了25dB左右的增益，而且对非线性的类型有很强的适应性。本专利技术实施例提供的基于记忆多项式的全数字自干扰消除方法的间接结构，利用训练估计器和预失真器的误差来设计自适应控制器，其特点在于，可将非线性器件模型广义化，使其适应多种非线性器件。本专利技术实施例提供的基于记忆多项式的全数字自干扰消除设方法的数字自干扰消除是需要在接收端准确恢复出自干扰信号，并将其在接收端减去，从而消除自干扰信号。自干扰系统中，本地发送信号需经过非线性器件系统，例如功率放大器。所述非线性失真信号是由于自干扰消除系统中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型，其特征在于，所述基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型的记忆多项式为：

【技术特征摘要】
1.一种基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型，其特征在于，所述基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型的记忆多项式为：其中z(n)和y(n)分别表示非线性器件的输入和输出，chq为从非线性器件中提取的系数，h均指输入信号包络的阶数，q为记忆多项式的记忆深度。2.一种基于权利要求1所述基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型的全数字自干扰消除方法，其特征在于，所述全数字自干扰消除方法由本地发送端信号通过非线性补偿系统生成抵消信号，与本地接收端收到的信号中的自干扰信号相互抵消，使得接收端最终收到的信号仅为期望信号。3.如权利要求2所述的基于所述基于记忆多项式的全数字自干扰消除模型的全数字自干扰消除方法，其特征在于，由本地发送端信号通过非线性补偿系统生成抵消信号，与本地接收端收到的信号中的自干扰信号相互抵消，使得接收端最终收到的信号仅为期望信号；接收端经自干扰消除系统后收到的期望信号x1(n)可表示为：x1(n)＝T(n)-y(n)其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马帅，宋怡宁，陈柱瀚，李波，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61