一种同时同频全双工中继放大转发残余自干扰抑制方法

摘要

本发明提出了一种同时同频全双工中继放大转发残余自干扰抑制方法，通过导频等信道估计手段，对于链路中的各条点对点链路进行信道估计，获得各个链路的信道系数；以目的节点信干噪比为目标函数，利用梯度下降法求解最佳中继放大系数；源节点信号进行OFDM调制并加入循环前缀后发送，中继节点将接收信号进行置零编码和放大处理后，进行全双工转发；目的节点对于接收信号进行去循环前缀、均衡和OFDM解调；本发明对于全双工中继节点处经过自干扰抑制后的残余自干扰信号，在目的节点处进行分集利用和抑制，消除其符号间干扰分量，获得部分循环正交的符号内干扰分量的分集增益，大幅提升中继链路的链路容量。

说明书

技术领域

本发明属于信号传输技术领域，具体地，涉及一种同时同频全双工中继放大转发残余自干扰抑制方法。

背景技术

中继技术，利用其固有的分集特性，来对抗衰落信道，提供了一种低成本的扩大无线连接覆盖范围的解决方案，主要包括放大转发和解码转发两类协议，放大转发协议在处理时延和复杂度方面具有突出优势。

同时同频全双工技术旨在使用同一频率、同一时隙进行信息的发送和接收，这使得其相比于传统的频分双工和时分双工技术，理论上增加一倍的频谱效率或减少一半的点到点时延。

中继节点利用同时同频全双工技术在同一时隙同一频率进行接收和转发，这大大提升了中继链路的链路容量，但却在中继节点引入了自干扰信号，由于现有全双工自干扰抑制能力有限，经过自干扰抑制后的残余自干扰信号与经历了大尺度衰落后的有用信号相比仍然具有相当强度，使得链路性能极差。现有方法是将残余自干扰信号等效为多径信号，采用OFDM调制，利用OFDM的特性将残余自干扰信号在目的节点进行分集利用，达到抑制残余自干扰信号的方法。该方法改善了全双工中继链路的性能，但对于循环前缀长度较为严格，其性能和效率仍具有较大提升空间。

发明内容

本发明提出了一种同时同频全双工中继放大转发残余自干扰抑制方法，通过采用OFDM调制，并在中继节点处对中继转发信号进行置零编码，抑制残余自干扰中的符号间干扰分量，提升中继链路的链路容量，并给出最佳中继放大因子计算方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种同时同频全双工中继放大转发残余自干扰抑制方法：

所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、通过导频进行信道估计，得到源节点S、中继节点R和目的节点D之间信道系数，确定OFDM循环前缀长度N

步骤二、以目的节点D的信干噪比为目标函数，利用梯度下降法求解最佳中继放大系数；

步骤三、源节点S根据步骤一的OFDM循环前缀长度N

中继节点R接收信号进行自干扰消除后，根据步骤二中求得的最佳中继放大系数进行置零编码及放大处理，进行全双工转发；

步骤四、目的节点D收中继节点R的转发信号和源节点S的直达信号，进行去循环前缀、均衡和OFDM解调。

进一步地，在步骤一中，

述源节点S与目的节点D之间信道的系数为h

进一步地，在步骤二中，

目的节点接收信干噪比为

其中，μ为归一化功率放大系数，μ＝|α|

以SINR

进一步地，在步骤三中，

源节点S根据步骤一中确定的OFDM循环前缀长度N

中继节点接收信号进行自干扰消除后进行置零编码及放大处理，中继节点处理后的发送信号t(i)为：

其中，r(i)为中继节点接收信号，k＝0,1,2,……，N为符号长度；

中继节点在i＝kN采样时隙进行置零，其他时隙进行放大转发；β为中继放大系数，取值为步骤二中得到的最佳中继放大系数β

一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

本发明有益效果

本发明将中继节点残余自干扰等效为目的节点处的多径信号，在源节点进行OFDM调制，并在中继节点进行放大转发时对中继转发信号进行置零编码；置零编码消除了残余自干扰带来的等效多径信号的符号间干扰部分，抑制残余自干扰中的符号间干扰分量，提升中继链路的链路容量；OFDM及其循环前缀的引入对于等效多信号的符号内干扰部分进行分集利用和抑制；同时，利用梯度下降法求解最佳中继放大系数，以此作为中继节点放大转发的放大系数，以得到最佳链路容量；

本发明对于全双工中继节点处经过自干扰抑制后的残余自干扰信号，在目的节点处进行分集利用和抑制，消除其符号间干扰分量，获得部分循环正交的符号内干扰分量的分集增益，大幅提升中继链路的链路容量，相比于传统的频分双工和时分双工技术，理论上增加一倍的频谱效率或减少一半的点到点时延。

附图说明

图1为本发明的系统模型图，其中S为源节点，R为中继节点，D为目的节点；

图2为本发明的流程图；

图3为源节点发射机框图；

图4为中继节点信号处理框图；

图5为目的节点接收机框图；

图6为置零编码OFDM相对于OFDM的性能增益；

图7为最佳归一化放大系数验证。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1至图7。

一种同时同频全双工中继放大转发残余自干扰抑制方法：

所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、通过导频等方法进行信道估计，得到源节点S、中继节点R和目的节点D之间信道系数，确定OFDM循环前缀长度N

步骤二、以目的节点D的信干噪比为目标函数，利用梯度下降法求解最佳中继放大系数；

步骤三、源节点S根据步骤一的OFDM循环前缀长度N

中继节点R接收信号进行自干扰消除后，根据步骤二中求得的最佳中继放大系数进行置零编码及放大处理，进行全双工转发；

步骤四、目的节点D收中继节点R的转发信号和源节点S的直达信号，进行去循环前缀、均衡和OFDM解调。

在步骤一中，

节点间信道为准静态平坦衰落信道，所述源节点S与目的节点D之间信道的系数为h

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：在步骤二中，

目的节点接收信干噪比为

其中，μ为归一化功率放大系数，μ＝|α|

以SINR

在步骤三中，

源节点S根据步骤一中确定的OFDM循环前缀长度N

中继节点接收信号进行自干扰消除后进行置零编码及放大处理，中继节点处理后的发送信号t(i)为：

其中，r(i)为中继节点接收信号，k＝0,1,2,……，N为符号长度；

中继节点在i＝kN采样时隙进行置零，其他时隙进行放大转发；β为中继放大系数，取值为步骤二中得到的最佳中继放大系数β

一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

本实施例基于置零编码OFDM的同时同频全双工中继放大转发残余自干扰抑制方法的工作过程，假设条件：

中继节点工作在同时同频全双工模式，自干扰抑制不完全，且自干扰抑制可以等效为一个准静态平坦衰落信道，信道系数为h

节点间信道为准静态平坦衰落信道，源节点S与目的节点D之间信道的系数为h

源节点S发送信号进行OFDM调制，符号长度为N＝N

中继节点接收信号进行自干扰消除后进行置零编码及放大处理，

按照表1所示的参数进行仿真；得到仿真结果如图3所示

表1仿真参数

循环前缀长度、子载波数和归一化放大系数相同时，在中继节点加入置零编码后得到一定性能增益。

对于归一化放大系数α在α∈(0,1)范围内以0.05步长进行遍历，绘制误比特率最小时的性能曲线，同时对于步骤二计算得到的最佳中继放大系数β

图7中方框和菱形框为理论最佳归一化中继放大系数α

以上对本发明所提出的一种同时同频全双工中继放大转发残余自干扰抑制方法，进行了详细介绍，对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。