无线全双工系统的干扰消除方法技术方案

本发明专利技术提出了一种无线全双工系统的干扰消除方法，主要解决现有技术消除干扰效果不佳的问题。其方案是：设置全双工网络的系统参数；基站和上行用户设备分别发射数据信号；基站和下行用户设备根据发射的数据信号得到接收信号；针对用户设备和基站接收信号中的干扰，通过基站的本地信息直接消除自干扰，对于其他类型的干扰通过联合干扰中和与干扰对齐条件求解出基站和用户设备的预编码矩阵和解码矩阵；基站和上行用户设备按照求解出的预编码发送信号，基站和下行用户设备按照求解出的解码矩阵解码接收的信号，实现消除系统中的干扰。仿真结果表明，本发明专利技术中与现有的干扰对齐方法相比具有更好的消除干扰效果，可用于提升无线全双工系统的网络自由度。双工系统的网络自由度。双工系统的网络自由度。

【技术实现步骤摘要】
无线全双工系统的干扰消除方法


[0001]本专利技术属于通信
，特别涉及一种干扰消除方法，可用于提升无线全双工系统的网络自由度。

技术介绍

[0002]未来五年内移动应用市场对于网络游戏、高清视频等大流量业务的需求愈加旺盛，导致了热点地区的移动数据业务量猛增。根据思科全球移动数据流量预测报告所示，从2017年至2022年，移动数据流量将以46％的复合年增长率增长，到2022年全球移动数据流量相较于2017年将增长7倍。为了应对如此庞大的数据洪流，必须探索新的架构和技术以提高无线网络的承载能力。
[0003]当前的5G时代，具有多址、调制、双工、高频和组网的特点，使得接入网的容量从最初的2G时代增加了1000倍。同频同时全双工技术由于采用上下行共用频段，使其在5G通信射频技术中得到了广泛地应用。进入5G时代，许多应用场景，如增强移动宽带、大容量热点等。针对这些场景的小区上下行链路业务对频率/时间资源的使用是随时间动态变化、不对称的情况，需要采用灵活的双工设置或调整上、下行频谱、时帧的比例，以适应上、下行不同业务带宽的要求。传统的半双工无线电收发器只能使用正交信道，即时分双工TDD或频分双工FDD来实现双向通信。然而全双工FD可以实现在同一频率下同时进行双向通信，这种双向通信虽然可使物理层的频谱效率提高一倍，但又会导致网络中的累积干扰增加，从而阻碍了系统容量的提升，影响系统的性能。同时由于FD运算会产生新的网络拓扑性质，所以针对网络中产生的干扰，传统的干扰对齐IA技术不能直接被应用，运用IA消除干扰还未得到系统的研究，因此研究全双工场景下使用干扰对齐技术具有现实意义。
[0004]长期以来，全双工FD技术实现的最大障碍是发送电路对接收电路的巨大干扰，通常称为自干扰SIC。只有有效地消除自干扰，FD技术才能发挥其潜力，使点对点无线电链路的频谱效率提高一倍。为了解决这一问题，近年来出现了大量探索自干扰消除技术的研究。
[0005]Antonio
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Rodr
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guez E提出了一种能够跟踪FD解码
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转发MIMO中继干扰信道随时间变化的自适应模拟域SIC方法，其剩余的自干扰功率远远低于噪声功率。据报道，迄今为止已知的最先进的SIC技术可以在真实环境中提供超过100分贝的整体消除的性能。Goyal证明了小规模的小区环境更适合全双工FD操作，因为实际上在一个半径约40米的小规模的小区中，遭受100分贝SIC的小区平均接收到的信噪比可高达33分贝。国内学者孟涛设计了一种直接检测射频域自干扰抵消的电路，以更好地在5G通信射频技术中加强对其的应用，将自干扰的消除效果不断优化和完善。此外，在全双工网络中，还会产生额外的小区内和小区间的干扰。
[0006]如何对全双工网络中的小区内和小区间的干扰进行消除成为一个棘手的问题。干扰对齐技术是近年来提出的一种干扰管理方法。干扰对齐IA采用自由度作为系统可达容量的近似，通过设计各发射端的预编码矩阵和接收端的解码矩阵，使得在每个接收端收到的干扰信号尽可能地“对齐”到维度较低的子空间，使未被干扰占用的信号子空间保留较高的
维度，以供有用信号传输。但由于全双工FD运算会产生新的网络拓扑性质，所以传统的干扰对齐技术不能直接被应用。Jafar首要研究干扰对齐可行性的条件，且明确考虑了对称的K
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用户的干扰信道。但是基于FD的网络由于双向通信的原因总是不对称的，因此没有效果。Kim K建立了IA在FD单小区蜂窝网络中的可行性条件，然而基于FD的多小区网络的IA性能研究的进展甚微，实际上在多小区网络中的干扰比单小区网络中的要严重得多。刘琼在论文《全双工基站干扰对齐算法研究》中，针对一个多天线全双工基站和多个单天线半双工用户设备的场景，提出运用干扰对齐技术设计预编码矩阵消除干扰，进而得到的系统自由度，但是由于用户设备是单天线，因此存在着局限。李红艳在论文《On Feasibility of Interference Alignment in Full
‑
Duplex
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Based Small Cell Networks》中，提出建立干扰对齐在全双工多小区网络中的可行性条件，其中小区基站是全双工，用户设备是半双工，通过采用干扰对齐技术联合设计预编码矩阵和解码矩阵消除网络中全部干扰，并基于Bezout定理推导出消除全部干扰的可行性的条件，即需要满足干扰消除过程中的等式数不大于变量数，最终得出全双工场景下的系统自由度高于半双工场景下系统自由度的结果，以实现对全双工系统中的干扰全部消除。但由于系统中预编码矩阵的数量有限，因而该方法运用干扰对齐技术消除的干扰的数量十分有限，需要在接收端采用更多的天线来消除干扰信号，以获得期望信号。而实际上，天线资源往往是受限的，为了充分利用天线资源则就需要通过设计预编码矩阵和解码矩阵来消除干扰，将其中更多的天线用于接收期望信号。为了消除干扰，可以利用干扰对齐技术设计预编码矩阵消除干扰，但是因为系统中的预编码矩阵的数目较少时，设计预编码矩阵消除的干扰较少，接收端还会接收到很多干扰，就要设计接收端的解码矩阵以消除剩下的干扰，这将需要接收端将更多的天线用于处理干扰，使得接收到的期望信号变少，影响干扰消除效果。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出一种无线全双工系统的干扰消除方法，以将接收端更多的天线用于接收期望信号，提升系统消除干扰的性能。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下：
[0009](1)设置全双工网络的参数配置
[0010]设置网络中全双工基站、半双工上行用户设备和半双工下行用户设备数均为P，基站天线M个，用户天线N个，设上行信道为干扰信道，下行信道为X信道，下行用户设备和基站会接收到期望信号和不同类型的干扰；
[0011](2)基站和上行用户设备分别发射数据信号；
[0012](3)基站和下行用户设备根据发射信号得到不同的接收信号：
[0013]下行用户设备接收的信号为：
[0014][0015]基站在处于上行状态时，其接收信号为：
[0016][0017]其中，为第j个基站处于下行状态到第i个下行用户设备的信道矩阵；为第j个上行用户设备到第i个上行用户设备的信道矩阵；为到基站处于上行状态时的信道矩阵；为到的信道矩阵；为发送给的数据信号；为的预编码矩阵；为发送的数据信号；为的预编码矩阵；和分别为和接收到的噪声；
[0018](4)消除接收信号中的干扰：
[0019]4a)设计基站和用户消除干扰的预编码矩阵：
[0020]4a1)设下行用户设备采用干扰中和技术及干扰对齐技术进行干扰消除，其需要满足的条件如下：
[0021]干扰中和条件：
[0022]干扰对齐条件1：
[0023]干扰对齐条件2：
[0024]4a2)根据4a1)分别得到基站和用户的预编码矩阵：
[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线全双工系统的干扰消除方法，其特征在于，包括：(1)设置全双工网络的参数配置设置网络中全双工基站、半双工上行用户设备和半双工下行用户设备数均为P，基站天线M个，用户天线N个，设上行信道为干扰信道，下行信道为X信道，下行用户设备和基站会接收到期望信号和不同类型的干扰；(2)基站和上行用户设备分别发射数据信号；(3)基站和下行用户设备根据发射信号得到不同的接收信号：下行用户设备接收的信号为：基站在处于上行状态时，其接收信号为：其中，为第j个基站处于下行状态到第i个下行用户设备的信道矩阵；为第j个上行用户设备到第i个上行用户设备的信道矩阵；为到基站处于上行状态时的信道矩阵；为到的信道矩阵；为发送给的数据信号；为的预编码矩阵；为发送的数据信号；为的预编码矩阵；和分别为和接收到的噪声；(4)消除接收信号中的干扰：4a)设计基站和用户消除干扰的预编码矩阵：4a1)设下行用户设备采用干扰中和技术及干扰对齐技术进行干扰消除，其需要满足的条件如下：干扰中和条件：干扰对齐条件1：干扰对齐条件2：4a2)根据4a1)分别得到基站和用户的预编码矩阵：通过式<1>解出第i个基站发送给第j个下行用户设备的数据信号的基站预编码矩阵和第P+1
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i个基站发送给第j个下行用户设备的数据信号的基站预编码矩阵通过式<2>解出第i个基站发送给第1个下行用户设备的数据信号的基站预编码矩阵
通过式<3>解出第i个上行用户设备发送数据信号的用户预编码矩阵其中i∈{1,...,P},j∈{2,...,P}，是为解出基站预编码矩阵设置的张成空间，是为求解用户预编码阵设置的张成空间，span为矩阵所有列向量张成的矩阵空间，4b)根据预编码矩阵设计基站和用户消除剩余干扰的解码矩阵：4b1)基于(4a)中得到的基站和用户的预编码矩阵，设计消除全部剩余干扰需要满足的两组条件：第一组为第k个下行用户设备消除全部干扰需要满足的三个条件：第二组为第k个基站消除全部干扰需要满足的三个条件：其中，H表示矩阵的共轭转置，rank表示矩阵的秩，d
s
为一个数据信号的长度，x为下行用户设备的期望信号数；4b2)由第一组条件解出用户的解码矩阵由第二组条件解出基站的解码矩阵4c)基站根据上述求解出的基站的预编码矩阵发射信号，并根据解码矩阵对其接收的信号进行解码；上行用户设备根据上述求解出的用户预编码矩阵发射信号，下行用户设备根据上述求解出的用户解码矩阵对其接收的信号进行解码，以消除接收信号中的干扰。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(2)中基站发射的数据信号，表示如下：其中为第j个基站处于下行状态发送给第i个下行用户设备的数据信号，表示发送给的第i个数据流，d
s
为基站发送的数据信号的长度，T表示矩阵的转置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(2)中上行用户设备发射的数据信号，表示如下：其中为第j个上行...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，肖轶，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：