[发明专利]一种基于相位噪声高斯白化的单载波全双工极化自干扰消除方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及极化信息处理技术和单载波全双工系统中的相位噪声消除技术。具体地说，是指一种基于相位噪声高斯白化的单载波全双工极化自干扰消除方法。

背景技术

全双工通信允许一个节点在同一时间和同一频段进行双向通信，相比于传统的TDD和FDD通信，全双工通信具有更高的频谱效率，更大的吞吐量、更少的信令开销以及更小的传输延迟，能够更好的满足下一代通信的需求。而全双工通信面临一个关键挑战是本地发射机耦合进入本地接收机的自干扰信号，该自干扰信号比期望信号高60dB-100dB。而相位噪声是制约自干扰信号消除性能的瓶颈。这引起了业界很多学者的关注和研究。

现有解决相位噪声对自干扰消除影响的方法主要是估计和补偿，通过插入导频，估计相位噪声对自干扰信号的影响来提升消除量，现有的解决相位噪声对自干扰消除的方法只是考虑相位噪声对干扰信号的影响，忽略了相位噪声对期望信号的影响；其次，估计方法的选择也会影响到自干扰信号的消除量；此外，由于插入导频引入了额外的开销，降低了数据的有效传输速率，因此传统时频域对抗相位噪声的方法存在明显缺陷，不具有普遍适用性。

发明内容

为了降低相位噪声对单载波全双工自干扰消除影响，本发明提供了一种基于相位噪声高斯白化的单载波全双工极化自干扰消除方法，提升了自干扰消除量。

信号的极化状态作为区别于信号时间、频率、空间、码特性的另一本质表征逐渐引起人们的重视。信号的极化状态已被证实可以用来承载信息，采用正交双极化天线可以对信号进行发射和接收，采用极分多址的接入和调制机制，并利用斜投影极化滤波对用户信号进行区分。本发明利用信号的极化域信息，在发射端采用正交双极化天线发射具特定的极化状态的信号，在高斯白噪声信道条件下，接收端采用正交双极化天线进行接收。由于信号的极化状态取决于两支路的幅度比和相位差，与绝对相位无关，而相位噪声只改变极化信号两支路的绝对相位，因此相位噪声不改变信号的极化状态。本发明利用极化信息这一优势消除相位噪声对单载波自干扰消除的影响。

本发明提供的基于相位噪声高斯白化的单载波全双工极化自干扰消除方法，具体步骤如下：

第一步，消除相位噪声对自干扰信号的影响。接收信号经过下变频后为：

其中和分别为用Jones矢量表示的接收到的基带期望信号和自干扰信号，E_hs和E_vs分别表示期望信号H路和V路的幅度，E_hi和E_vi分别表示自干扰信号H路和V路的幅度，δ_s和δ_i分别表示期望信号和自干扰信号的相位角，φ_st(t)和φ_it(t)分别表示期望信号和自干扰信号的发射机本振引入的相位噪声，φ_r(t)表示接收机本振引入的相位噪声，为2维高斯白噪声，n_hc和n_hs分别为H路的同相和正交分量，n_vc和n_vs分别为V路的同相和正交分量，根据酉矩阵旋转特性，采用Stokes参量推理可知

其中且和同分布，和同分布，即分别与的均值和方差都相同。利用本地发射端反馈的自消除信号y_cl(t)进行自干扰消除，则消除自干扰后的信号y_LR(t)可以表示为：

第二步：消除相位噪声对期望信号的影响。采用Stokes参量推理，可以将公式(3)的表达式形式变换为：

其中中各分量跟各分量独立同分布。

第三步：对两步消除后的信号进行匹配滤波。

利用期望信号的极化状态对其进行匹配接收，则如式(5)所示：

其中为利用最小方差估计准则估计出的期望信号极化状态。其中ε_s为期望信号的极化状态幅度比的相位描述子，s(t)为滤波后恢复出的期望信号。信号经过极化匹配接收后，由于接收矩阵与期望信号极化状态匹配，期望信号s(t)恢复出来，而白噪声原来为全极化状态，经过匹配接收后，只保留了与接收矩阵相匹配的部分信号，因此功率降为原来的一半，自干扰消除量提升3dB。

本发明的有益效果有：

(1)利用基于相位噪声高斯白化解决相位噪声对自干扰消除的影响，解决了时频域采用导频估计引入的额外开销，提升了数据有效传输速率；