本发明专利技术公开了一种基于极化失配的功放非线性影响下的全双工自干扰消除方法，属于无线通信技术领域。本发明专利技术首先建立全双工系统模型，全双工系统中两个节点在同一时刻使用相同的载波频段实现点对点的通信，每一个节点处使用分开的两副正交双极化天线，一副用来发射信号，另一副用来接收信号；并且采用极化失配矩阵对接收端的信号进行极化失配处理，最后对期望信号的幅度相位进行补偿。本发明专利技术可以有效的消除存在PA非线性时系统的自干扰；消除性能不会随着非线性自干扰信号功率的增大而出现下降的现象。
【技术实现步骤摘要】
基于极化失配的功放非线性影响下的全双工自干扰消除方法
本专利技术属于无线通信
，特别涉及全双工通信技术和全双工通信系统中的自干扰消除。具体地说，是指基于极化失配的功放非线性影响下的全双工自干扰消除方法。
技术介绍
全双工通信能够在同一时间和同一频段上实现双向通信，与传统的TDD和FDD通信相比，全双工技术能大大提升物理层的性能。全双工通信中的一个关键挑战是消除同一节点发射机天线耦合引起的自干扰，这个自干扰信号比期望信号高60dB～100dB。目前，国内外有很多学者在致力于自干扰消除方法的设计。在全双工系统中，由于发射端PA(功率放大器，简称功放)非线性失真引起的自干扰严重影响了全双工设备的性能，尤其当发射信号的发射功率比较大的时候。现在已有一些关于解决由PA非线性带来的自干扰的研究。比如采用泰勒级数对PA非线性进行建模，然后对其中的非线性系数进行估计，进而构建自消除信号。也有采用联合信道估计和非线性参数估计的迭代方法，能够消除由PA非线性引起的自干扰。还有采用并行Hammerstein模型对PA非线性进行建模，并且将射频消除后的自干扰信号也等价转化为该模型的表达形式，对其参数进行估计，构建自消除信号进行非线性数字自干扰的消除。现有这些方法，通常都需要对PA非线性进行建模，并对模型中的非线性参数进行估计，然后根据估计出的非线性参数构建存在PA非线性时的自干扰信号，最后在接收端减去构建的消除信号完成干扰消除。在实际的系统中，如果在估计PA非线性使用的模型与PA的实际特性不匹配的时候，则当非线性自干扰信号强度越大，那么由这种不匹配带来的消除性能的下降也会越大。
技术实现思路
针对存在PA非线性的全双工系统，本专利技术提出了一种基于极化失配的功放非线性影响下的全双工自干扰消除方法。该方法利用自干扰的极化特性不受PA非线性的影响，能有效的消除PA非线性引起的自干扰。在全双工系统中，由于存在很强的自干扰信号，系统的非线性成为限制传统自干扰消除性能的一个重要因素。本专利技术提出了一种极化域的自干扰消除方法，用以消除存在PA非线性时系统的自干扰。本专利技术利用自干扰信号的极化特性不受PA非线性的影响，在接收端通过对自干扰信号进行极化失配处理,采用具有与自干扰极化状态正交的极化状态的极化失配矩阵接收信号对其进行消除。理论分析和仿真显示，本专利技术可以有效的消除存在PA非线性时系统的自干扰，同时当发射信号的功率增大时，本方法的消除性能不会随着非线性自干扰信号功率的增大而出现下降的现象。本专利技术提供的基于极化失配的功放非线性影响下的全双工自干扰消除方法，具体步骤如下：第一步，建立全双工系统模型。全双工系统中两个节点Node1和Node2在同一时刻使用相同的载波频段实现点对点的通信，每一个节点处使用分开的两副正交双极化天线，一副用来发射信号，另一副用来接收信号，在发射端，信号经过PA后使用功分器将信号分成两路幅度比固定的信号，经过移相器调整这两路信号之间的相位差，最后两路信号通过正交双极化天线发射出去；接收端在某一时刻接收到远端发射过来的期望信号ES(t)的同时，也会接收到来自同一节点发射端天线耦合过来的自干扰信号EI(t)。对于节点Node1，经过功放之后的信号表示为其中l表示功放非线性的阶数，L是非线性最高阶数，a表示非线性增益，wc是载波角频率，t表示时间。经过功分器和移相器后，信号变为其中PI表示的是发射信号的极化状态，用极化相位描述子()表示。对于节点Node2的发射端，其发射的期望信号表示为，其中，PS是期望信号的极化状态，由极化相位描述子()表征，S(t)是时域信号波形。第二步，对接收端的信号进行极化失配处理。接收端的信号表示为：Y(t)＝HSES(t)+HIEI(t)+N(t)(3)＝HSPsS(t)+HIPII(t)+N(t)其中表示接收到的期望信号，PS是期望信号的极化状态，S(t)是时域信号波形，N(t)为二维独立同分布的高斯白噪声；为期望信号的极化相位描述子，HS表示期望信号到达接收端经过的无线信道，HI表示自干扰信道；接收端的信号经过下变频后进入A/D，用基带信号形式表示A/D的输出信号，Y(k)＝HSPSS(k)+HIPII(k)+N(k)(6)其中k表示离散的时间，令表示期望信号经过莱斯信道HS后到达接收端时的极化状态，令表示经过莱斯信道HI后自干扰信号的极化状态；令极化失配自干扰消除后的信号Yresidual(k)表示为，Yresidual(k)＝M[HSPSS(k)+HIPII(k)+N(k)](7)＝MHSPSS(k)+MHIPII(k)+MN(k)其中Yresidual(k)表示经过极化失配自干扰消除后的信号，令称之为极化失配矩阵，其中和为极化失配矩阵的极化相位描述子；令M满足MHIPI＝0，则Yresidual(k)＝MHSPSS(k)+MN(k)，那么自干扰信号被完全消除了。第三步，对期望信号的幅度相位进行补偿。本专利技术的有益效果有：(1)可以有效的消除存在PA非线性时系统的自干扰；(2)消除性能不会随着非线性自干扰信号功率的增大而出现下降的现象。附图说明图1：本专利技术实施例的使用极化失配技术的全双工系统设计图；图2：本专利技术采用的极化失配消除方法的具体设计图；图3：本专利技术中不同发射功率，不同天线消除量下，存在和不存在PA非线性两种情况下的消除性能对比图(坐标图)；图4：本专利技术中不同发射功率，不同天线消除量下，不同接收SNR下，系统输出SINR对比图(坐标图)；图5：本专利技术中期望信号极化状态估计存在估计误差情况下的消除性能对比图(坐标图)。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供一种基于极化失配的功放非线性影响下的全双工自干扰消除方法，具体如下：第一步，建立全双工系统模型。本专利技术采用如图1所示的全双工系统模型，该全双工系统中两个节点(Node1和Node2)在同一时刻使用相同的载波频段实现点对点的通信，与传统全双工系统的区别在于每一个节点处使用分开的两副正交双极化天线，一副用来发射信号，另一副用来接收信号。在发射端，信号经过PA后使用功分器将信号分成两路幅度比固定的信号，经过移相器调整这两路信号之间的相位差，最后两路信号通过正交双极化天线发射出去。接收端在某一时刻接收到远端(其他节点)发射过来的期望信号ES(t)的同时，也会接收到来自同一节点(自身节点)发射端天线耦合过来的自干扰信号EI(t)。对于节点Node1的正交双极化天线Tx1，用i(t)表示原始的基带发射信号，当受到功放非线性的影响后，PA输出信号I(t)可以表示为输入信号的多项式函数，如式(1)所示，l表示功放非线性的阶数，L是非线性最高阶数，a表示非线性增益，wc是载波角频率，t表示时间。PA输出信号I(t)经过功分器和移相器后，变为发射信号EI(t)也称自干扰信号经正交双极化天线发射，其中，GFI(t)表示经过功分器和移相器之后的信号，PI表示的是发射信号的极化状态，用极化相位描述子()表示。表征两路信号的幅度关系，表征两路信号的相位差。由此可见，尽管存在PA的非线性，但PA的输出信号经过功分器和移相器之后，其极化状态完全由功分器和移相器的参数确定下来了，即()。所以当确定了功分器和移相器的参数后，发射信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于极化失配的功放非线性影响下的全双工自干扰消除方法，其特征在于：第一步，建立全双工系统模型；全双工系统中两个节点Node1和Node2在同一时刻使用相同的载波频段实现点对点的通信，每一个节点处使用分开的两副正交双极化天线，一副用来发射信号，另一副用来接收信号，在发射端，信号经过PA后使用功分器将信号分成两路幅度比固定的信号，经过移相器调整这两路信号之间的相位差，最后两路信号通过正交双极化天线发射出去；接收端在某一时刻接收到远端发射过来的期望信号ES(t)的同时，也会接收到来自同一节点发射端天线耦合过来的自干扰信号EI(t)；第二步，对接收端的信号进行极化失配处理；接收端的信号表示为：Y(t)＝HSES(t)+HIEI(t)+N(t) (3)＝HSPsS(t)+HIPII(t)+N(t)其中ES(t)=cosαtSsinαtSejβtSS(t)=PSS(t)]]>表示接收到的期望信号，PS是期望信号的极化状态，S(t)是时域信号波形，N(t)为二维独立同分布的高斯白噪声；为期望信号的极化相位描述子，HS表示期望信号到达接收端经过的无线信道，HI表示自干扰信道；接收端的信号经过下变频后进入A/D，用基带信号形式表示A/D的输出信号，Y(k)＝HSPSS(k)+HIPII(k)+N(k) (6)其中k表示离散的时间，令HSPS=cosαrSsinαrSejβrST,]]>表示期望信号经过莱斯信道HS后到达接收端时的极化状态，令HIPI=cosαrIsinαrIejβrIT,]]>表示经过莱斯信道HI后自干扰信号的极化状态；令极化失配自干扰消除后的信号Yresidual(k)表示为，Yresidual(k)＝M[HSPSS(k)+HIPII(k)+N(k)] (7)＝MHSPSS(k)+MHIPII(k)+MN(k)其中Yresidual(k)表示经过极化失配自干扰消除后的信号，令M=cosαrMsinαrMejβrM,]]>称之为极化失配矩阵，其中和为极化失配矩阵的极化相位描述子；令M满足MHIPI＝0，则Yresidual(k)＝MHSPSS(k)+MN(k)，那么自干扰信号被完全消除了；第三步，对期望信号的幅度相位进行补偿。...
【技术特征摘要】
1.基于极化失配的功放非线性影响下的全双工自干扰消除方法，其特征在于：第一步，建立全双工系统模型；全双工系统中两个节点Node1和Node2在同一时刻使用相同的载波频段实现点对点的通信，每一个节点处使用分开的两副正交双极化天线，一副用来发射信号，另一副用来接收信号，在发射端，信号经过PA后使用功分器将信号分成两路幅度比固定的信号，经过移相器调整这两路信号之间的相位差，最后两路信号通过正交双极化天线发射出去；接收端在某一时刻接收到远端发射过来的期望信号ES(t)的同时，也会接收到来自同一节点发射端天线耦合过来的自干扰信号EI(t)；第二步，对接收端的信号进行极化失配处理；接收端的信号表示为：其中表示接收到的期望信号，PS是期望信号的极化状态，S(t)是时域信号波形，N(t)为二维独立同分布的高斯白噪声；为期望信号的极化相位描述子，HS表示期望信号到达接收端经过的无线信道，HI表示自干扰信道；PI表示发射信号的极化状态，I(t)表示节点经过功放之后的信号；接收端的信号经过下变频后进入A/D，用基带信号形式表示A/D的输出信号，Y(k)＝HSPSS(k)+HIPII(k)+N(k)(2)其中k表示离散的时间，令表示期望信号经过莱斯信道HS后到达接收端时的极化状态，为接收到的期望信号的极化相位描述子，令表示经过莱斯信道HI后自干扰信号的极化状态，为接收到的自干扰信号的极化相位描述子；S(k)表示k时刻的时域信号，N(k)表示k时刻的高斯白噪声，I(k)表示k时刻的节点经过功放之后的信号；令极化失配自干扰消除后的信号Yresidual(k)表示为，其中Yresidual(k)表示经过极化失配自干扰消除后的信号，令称之为极化失配矩阵，其中和为极化失配矩阵的极化相位描述子；令M满足MHIPI＝0，则Yresidual(k)＝MHSPSS(k)+...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳芳，赵闻，冯春燕，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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