一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】
一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法
本专利技术涉及卫星通信领域，是一种全双工卫星中继通信的自干扰消除方法。
技术介绍
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。本专利技术针对特定卫星场景，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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的基本原理为：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。本专利技术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，本专利技术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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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；...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎海涛，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11