[发明专利]一种基于被动消除和数字消除的同频全双工系统实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域的一种全双工技术的实现方法，特别是涉及一种采用天线被动消除和节点数字消除方法，在复杂度较低的条件下实现了两终端节点利用同一频率同时进行数据交换。

背景技术

在无线通信领域中，终端节点进行数据交换时需要占用频谱资源和时间资源。全双工技术指两节点同时进行数据交换。半双工技术指两节点不能同时进行数据交换，同一时间只能发送或接收，其通信效率一般低于全双工通信技术。

在全双工技术中，目前将其分为频分双工FDD(Frequency Division Duplex，FDD)技术和时分双工TDD(Time Division Duplex，TDD)技术。其分类的主要依据为无线通信中收发信道占用的是不同的频谱资源或不同的时间资源。FDD技术为两终端节点的收发信道采用不同的频率同时进行传输，为避免干扰，需要一定的频率保护间隔，此方法占用了较多的频谱资源。TDD技术为两终端节点采用相同频率，收发双方采用不同时隙进行数据交换，一般在发送方和接收方转换时，还要加入一定的保护时隙，此方法占用了较多的时间资源。

端节点利用同一频率同时收发的全双工技术FD(Full Duplex，FD)在无线通信领域中实现难度非常大，一直没有在实际应用上得到普及。其难度主要集中在同时同频传输的情况下，节点发送的信号会在该节点接收处形成大功率的自干扰信号。一般情况下，该信号功率要远大于远端节点发送的有用信号，由于现在通信终端的模数转换器即A/D转换器(Analog to Digital Converter，ADC)模块量化位数普遍为8位或12位，精度有限，有用信号会被自干扰信号干扰，发生量化失真和削波失真，使得该节点无法正确接收有用信号。

能否消除自干扰信号，成为能否实现同时，同频全双工技术的关键。在以往的研究中，一般要求自干扰信号在进入接收端的ADC之前，要将其消除到接近噪声的水平。以便在数字域提取有用信息。对于自干扰信号的消除，目前主要有被动消除，主动消除(又被称为模拟消除)，数字消除三种方法。

关于被动消除的方法，现有的方案主要涉及三种方案。第一种方案依靠了环形缝隙天线的设计特性，在特定方向上实现了较大的衰减。第二种方案，依靠了相位相反的思路以抵消自干扰信号，但只对窄带信号效果明显。第三种方案利用了定向天线，吸波材料，极化方式的差异来消除特定方向的自干扰信号，虽然效果很好，但单一节点的设计复杂度高，且吸波材料较为昂贵。

关于主动消除的方法，这是一种开销最大，设计复杂度最高的消除方法，且通常需要额外的硬件设备。这些硬件的引入通常增加了通信系统的不确定性，增加了其失调的概率，系统的延迟和复杂度。

关于数字消除的方法，研究者虽然也进行了相关研究，但是普遍研究的较少。主要都是依靠导频序列进行信道估计，但估计的准确性有待提高。而且在研究中发现，虽然主动消除和被动消除都可以达到消除自干扰信号的目的，但是两者都使用的效果并不等于各自效果的线性叠加。因此，在实际应用中应该对引入主动消除模块增加的设计复杂度和其带来的消除效果进行权衡。

目前现有的全双工技术方法，其都是依靠被动消除，主动消除，数字消除三种方法同时使用实现的。这使得节点复杂度高，系统开销大。但在节点复杂度较低的情况下，能否去掉开销最大的主动消除模块，最大限度的利用被动消除和数字消除方法，尚未有相关研究成果。发明内容

为了解决频分双工和时分双工通信效率低的问题，同时兼顾系统复杂度和系统设计开销，实现同时同频的全双工通信系统，本发明提出了一种基于被动消除和数字消除的全双工通信系统。该系统可以在不引入主动消除模块，仅利用节点自身的计算能力的前提下，提高无线通信系统的通信效率。

为实现上述发明目的，本发明所采用基于被动消除和数字消除的全双工通信系统的实现方法，其特征在于：

利用同一节点收发天线的上下摆放方式对节点的自干扰信号进行被动消除，利用一种基于递归最小二乘算法(Recursive Least Squares，RLS)的新型数字消除方法进行数字消除。

所述实现方法包括以下步骤：

在所述被动消除方法中，利用全向天线的物理特性，按如下方式摆放，A节点的发送天线垂直放置于该节点接收天线上方，B节点的发送天线垂直放置于该节点接收天线的下方，同时A节点的接收天线和B节点的发送天线处于同一水平位置，A节点的发送天线和B节点的接收天线处于同一水平位置，其中，所述A节点和B节点为进行全双工通信的两个终端节点，B节点较A节点有一定的发送延迟。