本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及無(wú)線信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)及無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法。

背景技術(shù)：

無(wú)線信號(hào)的接收子系統(tǒng)和發(fā)射子系統(tǒng)工作在相同時(shí)間和相同頻率時(shí)，該系統(tǒng)稱為全雙工系統(tǒng)。全雙工系統(tǒng)在解決頻譜利用率方面，較傳統(tǒng)的時(shí)分雙工或頻分雙工，頻譜利用率能夠提升一倍。該系統(tǒng)在解決收發(fā)系統(tǒng)電磁兼容性問題方面，也較傳統(tǒng)的空間收發(fā)隔離、收發(fā)分時(shí)隔離等具有設(shè)備尺寸小、無(wú)收發(fā)分時(shí)隔離引起的覆蓋盲區(qū)等優(yōu)勢(shì)。

發(fā)送子系統(tǒng)對(duì)接收子系統(tǒng)的干擾是影響全雙工系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。近年來，隨著技術(shù)進(jìn)步，全雙工系統(tǒng)已得到無(wú)線通信領(lǐng)域廣泛關(guān)注、研究和驗(yàn)證，并成為第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，有望在2020年前得到商用。消除發(fā)送子系統(tǒng)對(duì)接收子系統(tǒng)的自干擾是全雙工系統(tǒng)的關(guān)鍵。已有大量研究結(jié)果表明，自干擾可以通過方向性自干擾抑制技術(shù)[Everett E,Duarte M,Dick C,et al.Empowering full-duplex wireless communication by exploiting directional diversity.In:Proceedings of Conference Record of the 45th Asilomar Conference on Signals,Systems and Computers,Pacific Grove,2011.2002–2006]、天線隔離技術(shù)[Duarte M,Sabharwal A.Full-duplex wireless communications using off-the-shelf radios:feasibility and first results.In:Proceedings of Conference Record of the 44th Asilomar Conference on Signals,Systems and Computers,PacificGrove,2010.1558–1562]、射頻模擬干擾消除技術(shù)、數(shù)字干擾消除技術(shù)[Suzuki H,Itoh K,Ebine Y,et al.A booster configuration with adaptive reduction of transmitter-receiver antenna coupling for pager systems.In:Proceedings of IEEE VTC 50th Vehicular Technology Conference(VTC Fall),Amsterdam,1999.1516 1520]等，將自干擾強(qiáng)度抑制比背景噪聲功率低3dB，從而對(duì)接收性能沒有明顯影響。其中，數(shù)字干擾消除技術(shù)因其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、符合數(shù)字化趨勢(shì)等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，成為全雙工系統(tǒng)自干擾消除的必選技術(shù)。

數(shù)字干擾消除技術(shù)借助于精確的自干擾信道估計(jì)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字域的自干擾消除。為了估計(jì)自干擾信道，接收機(jī)需要接收來自發(fā)射機(jī)的已知的導(dǎo)頻符號(hào)，并借此估計(jì)信道特性。如何設(shè)計(jì)導(dǎo)頻，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。

導(dǎo)頻設(shè)計(jì)主要包括下述幾個(gè)方面：

1)幀結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)頻符號(hào)與有用的數(shù)字信號(hào)的周期性排列關(guān)系；

2)導(dǎo)頻圖案，即導(dǎo)頻符號(hào)在時(shí)域或頻域排列的方式，有塊狀導(dǎo)頻、梳狀導(dǎo)頻等；

3)導(dǎo)頻功能，即估計(jì)信道特性、時(shí)頻同步等；

4)導(dǎo)頻序列，即導(dǎo)頻符號(hào)上承載的符號(hào)序列，最常用的是具有橫模零自相關(guān)的CAZAC序列；

5)導(dǎo)頻功率，即導(dǎo)頻符號(hào)平均功率與有用的數(shù)字信號(hào)的功率分配。

現(xiàn)有的全雙工技術(shù)方面的公開文獻(xiàn)均假設(shè)理想的信道估計(jì)，鮮有文獻(xiàn)探討全雙工系統(tǒng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)，原因主要是因?yàn)槟壳叭p工技術(shù)均應(yīng)用在無(wú)線數(shù)據(jù)通信(如3GPP LTE系統(tǒng)，IEEEWLAN系統(tǒng)等)領(lǐng)域，可以重用現(xiàn)有系統(tǒng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)，其典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。其主要特征如下：

1)幀結(jié)構(gòu)：所有發(fā)送數(shù)據(jù)都成幀。每幀數(shù)據(jù)均由導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)子幀組成。

2)導(dǎo)頻圖案：對(duì)于塊狀導(dǎo)頻設(shè)計(jì)，某個(gè)數(shù)據(jù)子幀的所有符號(hào)都將用于導(dǎo)頻。對(duì)于梳狀導(dǎo)頻設(shè)計(jì)，每個(gè)數(shù)據(jù)子幀的部分符號(hào)用于導(dǎo)頻，其他符號(hào)用于數(shù)據(jù)傳輸。

3)導(dǎo)頻功能：同步序列用于發(fā)送和接收機(jī)的時(shí)域、甚至頻域的同步，塊狀和梳狀導(dǎo)頻用于估計(jì)信道特性；

4)導(dǎo)頻序列：同步序列和信道估計(jì)導(dǎo)頻常為CAZAC序列；

5)導(dǎo)頻功率：同步序列功率P1，信道估計(jì)導(dǎo)頻功率P2，數(shù)據(jù)功率P3，通常P2>P1>P3，且可功率控制。

上述導(dǎo)頻可以用于無(wú)線數(shù)據(jù)通信的全雙工系統(tǒng)的信道狀態(tài)信息估計(jì)和自干擾消除。然而，如圖2所示，這些導(dǎo)頻的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要還是為基站設(shè)備和其遠(yuǎn)端用戶終端之間的通信的信道估計(jì)，而非基站設(shè)備本地發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的自干擾消除。因此，這些導(dǎo)頻的設(shè)計(jì)用于全雙工系統(tǒng)的自干擾消除時(shí)不夠優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種具有專門的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)，與遠(yuǎn)端終端之間通信相互獨(dú)立，從而更適用于全雙工基站系統(tǒng)，有效實(shí)現(xiàn)自干擾消除，同時(shí)提高信號(hào)功率，降低信號(hào)被探測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，且實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)便的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)及無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)具有如下構(gòu)成：

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)和信號(hào)接收子系統(tǒng)。

其中，所述的信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)包括：數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和發(fā)射天線。

數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元用以根據(jù)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)組合導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖，形成成幀的數(shù)字發(fā)射信號(hào)；

數(shù)模轉(zhuǎn)換器用以將所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬發(fā)射信號(hào)；

發(fā)射天線通過發(fā)射射頻通道連接所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用以發(fā)射所述的模擬發(fā)射信號(hào)；

所述的信號(hào)接收子系統(tǒng)則包括：接收天線、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和干擾消除單元。

接收天線用以接收模擬接收信號(hào)；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過接收射頻通道連接所述的接收天線，用以將所述的模擬接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字接收信號(hào)；

干擾消除單元連接所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器及所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元，用以根據(jù)所述的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)消除所述數(shù)字接收信號(hào)中的自干擾，獲得估計(jì)接收信號(hào)。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)中，所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元包括：脈沖發(fā)生器、偽隨機(jī)噪聲發(fā)生器和成幀處理器，其中，脈沖發(fā)生器用以生成所述的導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖；偽隨機(jī)噪聲發(fā)生用以生成偽隨機(jī)噪聲；成幀處理器用以根據(jù)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)及所述的偽隨機(jī)噪聲組合所述的導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖，并利用所述的偽隨機(jī)噪聲控制導(dǎo)頻功率，形成由成幀數(shù)據(jù)組成的數(shù)字發(fā)射信號(hào)；所述的干擾消除單元包括：信道估計(jì)器和自干擾消除器。其中，信道估計(jì)器連接所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和偽隨機(jī)噪聲發(fā)生器，用以根據(jù)所述的偽隨機(jī)噪聲從所述的數(shù)字接收信號(hào)中提取導(dǎo)頻脈沖，并估計(jì)所述導(dǎo)頻脈沖的信道特性，及獲取非導(dǎo)頻脈沖的信道特性；自干擾消除器連接所述的信道估計(jì)器和脈沖發(fā)生器，用以根據(jù)所述的信道特性消除所述數(shù)字接收信號(hào)中的自干擾，獲得所述的估計(jì)接收信號(hào)。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)中，所述的信道估計(jì)器利用最小均方誤差方法估計(jì)導(dǎo)頻脈沖的信道特性，通過插值方法獲取非導(dǎo)頻脈沖的信道特性，并根據(jù)所述的導(dǎo)頻脈沖的信道特性及非導(dǎo)頻脈沖的信道特性獲得信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)信道特性。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)中，所述的自干擾消除器根據(jù)下式實(shí)現(xiàn)干擾消除，獲得所述的估計(jì)接收信號(hào)，

y₁-x₁·H₁

其中，y₁為所述的估計(jì)接收信號(hào)，x₁為所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)，H₁為信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)信道特性。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)還包括數(shù)字域符號(hào)同步機(jī)制發(fā)生器，該數(shù)字域符號(hào)同步機(jī)制發(fā)生器分別連接所述的成幀處理器和信道估計(jì)器，用以存儲(chǔ)所述的導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖的時(shí)序，實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)與信號(hào)接收子系統(tǒng)符號(hào)同步。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)中，所述的接收天線通過限幅器及所述的接收射頻通道連接所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述的限幅器用以限制所述模擬接收信號(hào)的波幅。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)中，所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)的每一幀包括M個(gè)長(zhǎng)度固定的子幀，每個(gè)所述的子幀包括K個(gè)脈沖，每幀包括Q個(gè)導(dǎo)頻脈沖，每幀包括MK-Q個(gè)數(shù)據(jù)脈沖，所述數(shù)據(jù)脈沖的平均功率為所述的導(dǎo)頻脈沖的平均功率為其中，P為峰值功率，T為脈沖周期，τ為脈寬，α為衰減因子。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)中，所述導(dǎo)頻脈沖的導(dǎo)頻圖案為散射導(dǎo)頻圖案，相鄰導(dǎo)頻脈沖的間距為均值為K的偽隨機(jī)數(shù)。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)中，所述導(dǎo)頻脈沖功率小于所述數(shù)據(jù)脈沖功率。

本發(fā)明還提供一種全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法，該方法包括以下步驟：

(1)數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元根據(jù)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)組合導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖，形成成幀的數(shù)字發(fā)射信號(hào)；

(2)數(shù)模轉(zhuǎn)換器將所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬發(fā)射信號(hào)；

(3)發(fā)射天線發(fā)射所述的模擬發(fā)射信號(hào)；

(4)接收天線接收模擬接收信號(hào)；

(5)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述的模擬接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字接收信號(hào)；以及

(6)干擾消除單元根據(jù)所述的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)消除所述數(shù)字接收信號(hào)中的自干擾，獲得估計(jì)接收信號(hào)。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法中，所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元包括：脈沖發(fā)生器、偽隨機(jī)噪聲發(fā)生器和成幀處理器，所述的步驟(1)具體包括以下步驟：

(11)脈沖發(fā)生器生成所述的導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖；

(12)偽隨機(jī)噪聲發(fā)生器生成偽隨機(jī)噪聲；

(13)成幀處理器根據(jù)所述的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)及所述的偽隨機(jī)噪聲組合所述的導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖，并利用該偽隨機(jī)噪聲控制導(dǎo)頻功率，形成由成幀數(shù)據(jù)組成的數(shù)字發(fā)射信號(hào)；

所述的干擾消除單元包括：信道估計(jì)器和自干擾消除器，所述的步驟(6)具體包括以下步驟：

(61)信道估計(jì)器根據(jù)所述的偽隨機(jī)噪聲從所述的數(shù)字接收信號(hào)中提取導(dǎo)頻脈沖，并估計(jì)所述導(dǎo)頻脈沖的信道特性，及獲取非導(dǎo)頻脈沖的信道特性；

(62)自干擾消除器根據(jù)所述的信道特性消除所述數(shù)字接收信號(hào)中的自干擾，獲得所述的估計(jì)接收信號(hào)。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法中，所述的步驟(61)具體為：

所述的信道估計(jì)器利用最小均方誤差方法估計(jì)導(dǎo)頻脈沖的信道特性，通過插值方法獲取非導(dǎo)頻脈沖的信道特性，并根據(jù)所述的導(dǎo)頻脈沖的信道特性及非導(dǎo)頻脈沖的信道特性獲得信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)信道特性。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法中，所述的步驟(62)具體為：

所述的自干擾消除器根據(jù)下式實(shí)現(xiàn)干擾消除，獲得所述的估計(jì)接收信號(hào)，

y₁-x₁·H₁

其中，y₁為所述的估計(jì)接收信號(hào)，x₁為所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)，H₁為信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)信道特性。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法中，所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)的每一幀包括M個(gè)長(zhǎng)度固定的子幀，每個(gè)所述的子幀包括K個(gè)脈沖，每幀包括Q個(gè)導(dǎo)頻脈沖，每幀包括MK-Q個(gè)數(shù)據(jù)脈沖，所述數(shù)據(jù)脈沖的平均功率為所述的導(dǎo)頻脈沖的平均功率為其中，P為峰值功率，T為脈沖周期，τ為脈寬，α為衰減因子。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法中，所述導(dǎo)頻脈沖的導(dǎo)頻圖案為散射導(dǎo)頻圖案，相鄰導(dǎo)頻脈沖的間距為均值為K的偽隨機(jī)數(shù)。

該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法中，所述導(dǎo)頻脈沖功率小于所述數(shù)據(jù)脈沖功率。

采用了該發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)及無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法，其信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)的數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元根據(jù)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)組合導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖，形成成幀的數(shù)字發(fā)射信號(hào)；信號(hào)接收子系統(tǒng)的干擾消除單元?jiǎng)t根據(jù)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)消除所述數(shù)字接收信號(hào)中的自干擾，獲得估計(jì)接收信號(hào)。從而能夠利用專門的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自干擾消除，且導(dǎo)頻圖案具有偽隨機(jī)特性，使無(wú)線信號(hào)不易被偵測(cè)，同時(shí)省去了現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)中的同步序列，降低了導(dǎo)頻開銷、提升了信號(hào)功率，進(jìn)一步降低信號(hào)被探測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，特別適用于全雙工基站系統(tǒng)。且本發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低廉，本發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法，應(yīng)用方式簡(jiǎn)便，應(yīng)用范圍也較為廣泛。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的全雙工系統(tǒng)中的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)的全雙工系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。

圖3本發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的信號(hào)傳輸數(shù)學(xué)模型。

圖4本發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式的信號(hào)傳輸數(shù)學(xué)模型。

圖5為本發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)示意圖。

圖6為本發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)生成的成幀數(shù)字發(fā)射信號(hào)的時(shí)序圖。

圖7為本發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法的步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說明。

在一種實(shí)施方式中，如圖3及圖4所示，該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)和信號(hào)接收子系統(tǒng)。

其中，所述的信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)包括：數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和發(fā)射天線。

數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元用以根據(jù)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)組合導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖，形成成幀的數(shù)字發(fā)射信號(hào)；

數(shù)模轉(zhuǎn)換器用以將所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬發(fā)射信號(hào)；

發(fā)射天線通過發(fā)射射頻通道連接所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用以發(fā)射所述的模擬發(fā)射信號(hào)；

所述的信號(hào)接收子系統(tǒng)則包括：接收天線、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和干擾消除單元。

接收天線用以接收模擬接收信號(hào)；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過接收射頻通道連接所述的接收天線，用以將所述的模擬接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字接收信號(hào)；

干擾消除單元連接所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器及所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元，用以根據(jù)所述的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)消除所述數(shù)字接收信號(hào)中的自干擾，獲得估計(jì)接收信號(hào)。

本發(fā)明還提供一種全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法，該方法如圖7所示，包括以下步驟：

(1)數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元根據(jù)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)組合導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖，形成成幀的數(shù)字發(fā)射信號(hào)；

(2)數(shù)模轉(zhuǎn)換器將所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬發(fā)射信號(hào)；

(3)發(fā)射天線發(fā)射所述的模擬發(fā)射信號(hào)；

(4)接收天線接收模擬接收信號(hào)；

(5)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述的模擬接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字接收信號(hào)；以及

(6)干擾消除單元根據(jù)所述的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)消除所述數(shù)字接收信號(hào)中的自干擾，獲得估計(jì)接收信號(hào)。

在較優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元包括：脈沖發(fā)生器、偽隨機(jī)噪聲發(fā)生器和成幀處理器，其中，脈沖發(fā)生器用以生成所述的導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖；偽隨機(jī)噪聲發(fā)生用以生成偽隨機(jī)噪聲；成幀處理器用以根據(jù)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)及所述的偽隨機(jī)噪聲組合所述的導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖，并利用所述的偽隨機(jī)噪聲控制導(dǎo)頻功率，形成由成幀數(shù)據(jù)組成的數(shù)字發(fā)射信號(hào)；所述的干擾消除單元包括：信道估計(jì)器和自干擾消除器。其中，信道估計(jì)器連接所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和偽隨機(jī)噪聲發(fā)生器，用以根據(jù)所述的偽隨機(jī)噪聲從所述的數(shù)字接收信號(hào)中提取導(dǎo)頻脈沖，并估計(jì)所述導(dǎo)頻脈沖的信道特性，及獲取非導(dǎo)頻脈沖的信道特性；自干擾消除器連接所述的信道估計(jì)器和脈沖發(fā)生器，用以根據(jù)所述的信道特性消除所述數(shù)字接收信號(hào)中的自干擾，獲得所述的估計(jì)接收信號(hào)。

在利用上述較優(yōu)選的實(shí)施方式所述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法中，所述的步驟(1)具體包括以下步驟：

(11)脈沖發(fā)生器生成所述的導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖；

(12)偽隨機(jī)噪聲發(fā)生器生成偽隨機(jī)噪聲；

(13)成幀處理器根據(jù)所述的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)及所述的偽隨機(jī)噪聲組合所述的導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖，并利用該偽隨機(jī)噪聲控制導(dǎo)頻功率，形成由成幀數(shù)據(jù)組成的數(shù)字發(fā)射信號(hào)；

所述的步驟(6)具體包括以下步驟：

(61)信道估計(jì)器根據(jù)所述的偽隨機(jī)噪聲從所述的數(shù)字接收信號(hào)中提取導(dǎo)頻脈沖，并估計(jì)所述導(dǎo)頻脈沖的信道特性，及獲取非導(dǎo)頻脈沖的信道特性；

(62)自干擾消除器根據(jù)所述的信道特性消除所述數(shù)字接收信號(hào)中的自干擾，獲得所述的估計(jì)接收信號(hào)。

在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的信道估計(jì)器利用最小均方誤差方法估計(jì)導(dǎo)頻脈沖的信道特性，通過插值方法獲取非導(dǎo)頻脈沖的信道特性，并根據(jù)所述的導(dǎo)頻脈沖的信道特性及非導(dǎo)頻脈沖的信道特性獲得信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)信道特性。

在利用上述進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式所述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法中，所述的步驟(61)具體為：

所述的信道估計(jì)器利用最小均方誤差方法估計(jì)導(dǎo)頻脈沖的信道特性，通過插值方法獲取非導(dǎo)頻脈沖的信道特性，并根據(jù)所述的導(dǎo)頻脈沖的信道特性及非導(dǎo)頻脈沖的信道特性獲得信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)信道特性。

在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的自干擾消除器根據(jù)下式獲得所述的估計(jì)接收信號(hào)，

y₁-x₁·H₁＝s₂·H₂+n

其中，y₁為所述的估計(jì)接收信號(hào)，x₁為所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)，H₁為信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)信道特性，s₂為所述的模擬接收信號(hào)，H₂為信號(hào)接收子系統(tǒng)信道特性，n為均值為0，方差為σ²的加性高斯白噪聲。

在利用上述更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式所述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法中，所述的步驟(62)具體為：

所述的自干擾消除器根據(jù)下式，

y₁-x₁·H₁＝s₂·H₂+n

獲得所述的估計(jì)接收信號(hào)，

在另一種進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，該全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)還包括數(shù)字域符號(hào)同步機(jī)制發(fā)生器，該數(shù)字域符號(hào)同步機(jī)制發(fā)生器分別連接所述的成幀處理器和信道估計(jì)器，用以存儲(chǔ)所述的導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖的時(shí)序，實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)與信號(hào)接收子系統(tǒng)符號(hào)同步。

在另一種更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的接收天線通過限幅器及所述的接收射頻通道連接所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述的限幅器用以限制所述模擬接收信號(hào)的波幅。

在一種更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的數(shù)字發(fā)射信號(hào)的每一幀包括M個(gè)長(zhǎng)度固定的子幀，每個(gè)所述的子幀包括K個(gè)脈沖，每幀包括Q個(gè)導(dǎo)頻脈沖，導(dǎo)頻脈沖的間距為均值為K的偽隨機(jī)數(shù)，每幀包括MK-Q個(gè)數(shù)據(jù)脈沖，所述數(shù)據(jù)脈沖的平均功率為所述的導(dǎo)頻脈沖的平均功率為其中，P為峰值功率，T為脈沖周期，τ為脈寬，α為衰減因子。

在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明的全雙工自干擾消除系統(tǒng)的信號(hào)傳輸模型如圖3所示?；緮?shù)字域發(fā)送信號(hào)x₁(t)，經(jīng)過傳遞函數(shù)為h₁(t)的數(shù)模變換器(DAC)和傳遞函數(shù)為h₂(t)的發(fā)送射頻通道后，經(jīng)天線和空中接口發(fā)送至遠(yuǎn)端終端系統(tǒng)。遠(yuǎn)端終端系統(tǒng)從天線和空中接口(傳遞函數(shù)為h₆(t))到達(dá)基站接收天線，并經(jīng)過傳遞函數(shù)分別為h₄(t)的接收射頻通道和h₅(t)的模數(shù)變換器(ADC)后，作為接收信號(hào)在數(shù)字域進(jìn)行接收處理。當(dāng)系統(tǒng)工作在全雙工狀態(tài)時(shí)，基站發(fā)送信號(hào)與遠(yuǎn)端用戶終端工作在相同時(shí)間、相同頻率。因此，基站發(fā)送信號(hào)將對(duì)基站接收信號(hào)形成自干擾。假設(shè)該系統(tǒng)為單載波窄帶系統(tǒng)(可直接推廣到多載波或?qū)拵到y(tǒng))，則有：

y₁(t)＝s₂(t)·h₆(t)·h₄(t)·h₅(t)+x₁(t)·h₁(t)·h₂(t)·h₃(t)·h₄(t)·h₅(t)+n(t) (式1)

其中，s₂(t)·h₆(t)·h₄(t)·h₅(t)為目標(biāo)接收信號(hào)，x₁(t)·h₁(t)·h₂(t)·h₃(t)·h₄(t)·h₅(t)為自干擾，n(t)為均值為0，方差為σ²的加性高斯白噪聲。

通常情況下，s₂(t)經(jīng)過空中傳播路徑衰減后，到達(dá)接收天線的信號(hào)功率遠(yuǎn)低于發(fā)射信號(hào)對(duì)接收機(jī)的自干擾，因此接受信號(hào)干擾噪聲比嚴(yán)重惡化，無(wú)法正確檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)s₂(t)。

實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，基站接收鏈路將有限幅器件(傳遞函數(shù)為h₇(t))，以免輸入信號(hào)功率過大，燒毀接收鏈路。同時(shí)，引入模擬、射頻域自干擾消除，對(duì)自干擾進(jìn)行模擬、數(shù)字域聯(lián)合消除，此時(shí)系統(tǒng)的信號(hào)傳輸數(shù)學(xué)模型如圖4所示。此時(shí)，系統(tǒng)的信號(hào)傳輸模型為：

y₁(t)＝s₂(t)·h₆(t)·h₄(t)·h₅(t)·h₉(t)+x₁(t)·h₁(t)·h₂(t)·(h₃(t)-h₈(t))·h₄(t)·h₅(t)·h₉(t)+n(t) (式2)

考慮到，當(dāng)收發(fā)天線鏈路經(jīng)過校準(zhǔn)后，其信道特性h₂(t)和h₄(t)是慢變的，則自干擾項(xiàng)x₁(t)·h₁(t)·h₂(t)·(h₃(t)-h₈(t))·h₄(t)·h₅(t)·h₉(t)是慢變的，是可以跟蹤和消除的。在慢變周期內(nèi)，上式傳遞函數(shù)可以合并且去掉時(shí)間變量。即：

y₁＝s₂·H₂+x₁·H₁+n (式3)

其中，H₂＝h₆(t)·h₄(t)·h₅(t)·h₉(t)，

H₁＝h₁(t)·h₂(t)·(h₃(t)-h₈(t))·h₄(t)·h₅(t)·h₉(t)。

導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的目的就是估計(jì)信道特性H₁，并結(jié)合已知的x₁進(jìn)行干擾自消除，從而實(shí)現(xiàn)式4所示的無(wú)干擾檢測(cè)，顯著改善接收性能。即：

y₁-x₁·H₁＝s₂·H₂+n (式4)

基于上述信號(hào)傳輸模型，本發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)如圖5所示，具有以下特點(diǎn)：

1)幀結(jié)構(gòu)：所有發(fā)送數(shù)據(jù)都成幀。每幀數(shù)據(jù)均由導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)子幀組成。但幀長(zhǎng)通常遠(yuǎn)大于現(xiàn)有系統(tǒng)的幀長(zhǎng)；

2)導(dǎo)頻圖案：導(dǎo)頻圖案為散射圖案，且相鄰的導(dǎo)頻間距是以均值為K的偽隨機(jī)數(shù)；

3)導(dǎo)頻功能：導(dǎo)頻只用于估計(jì)信道特性，無(wú)需同步序列，通過發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的內(nèi)置同步電路實(shí)現(xiàn)導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)符號(hào)的時(shí)序；

4)導(dǎo)頻序列：信道估計(jì)導(dǎo)頻可以為CAZAC序列、最小M序列等；

5)導(dǎo)頻功率：導(dǎo)頻功率為均值為λ、方差為Г²的偽隨機(jī)幅度噪聲。

在具體應(yīng)用中，如圖4所示的系統(tǒng)的工作原理如下：

1.使用圖5所示的幀結(jié)構(gòu)，并預(yù)定義下述參數(shù)：

a)幀長(zhǎng)M，即每幀有M個(gè)子幀。該參數(shù)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度合理選擇。幀長(zhǎng)越大，性能越好，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度越高。每個(gè)子幀固定長(zhǎng)度，且有K個(gè)脈沖。因此，每幀總共有MK個(gè)脈沖。

b)導(dǎo)頻脈沖數(shù)Q，即每幀有Q個(gè)導(dǎo)頻脈沖。則數(shù)據(jù)脈沖數(shù)為MK-Q個(gè)。

2.產(chǎn)生基站數(shù)字發(fā)送信號(hào)。以矩形脈沖發(fā)生器產(chǎn)生矩形脈沖為例，其他連續(xù)波、三角波等信號(hào)同樣適用。該脈沖同時(shí)可用于數(shù)據(jù)傳輸和導(dǎo)頻符號(hào)。矩形脈沖的主要參數(shù)如下：

a)脈寬τ；

b)脈沖周期T；

c)對(duì)于數(shù)據(jù)脈沖，其峰值功率P，平均功率為P·τ/T；對(duì)于導(dǎo)頻脈沖，引入衰減因子α作導(dǎo)頻功率控制，即導(dǎo)頻符號(hào)的平均功率為α·P·τ/T。該衰減因子為均值為0，方差為σ²的隨機(jī)噪聲，由偽隨機(jī)噪聲發(fā)生器控制，從而形成幅度近似高斯白噪聲的偽隨機(jī)特性。

3.在[1，MK]范圍內(nèi)產(chǎn)生Q個(gè)偽隨機(jī)序列，記為[Idx(1)，Idx(2)，…，Idx(i)，…,Idx(Q)，其中1≤i≤Q，1≤Idx(i)≤MK]，并設(shè)置為導(dǎo)頻脈沖位置；則每幀的剩余MK-Q個(gè)脈沖為數(shù)據(jù)脈沖。產(chǎn)生Q個(gè)平均功率為α·P·τ/T，方差為σ²的隨機(jī)噪聲，記為[P0(1)，P0(2)，…，P0(i)，…，P0(Q)]。數(shù)據(jù)脈沖的平均功率可以設(shè)定為恒定值P·τ/T。

4.按照?qǐng)D5所示的幀結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)頻圖案和功率組合導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖。

5.導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)脈沖序列如圖6所示，序列的索引將存儲(chǔ)在數(shù)字域符號(hào)同步機(jī)制發(fā)生器，用于接收處理鏈路與發(fā)送鏈路符號(hào)同步。

6.成幀的數(shù)據(jù)經(jīng)DAC和射頻處理后，通過發(fā)送天線發(fā)送出去。

7.接收天線接收到發(fā)送天線泄露過來的干擾以及來自遠(yuǎn)端終端系統(tǒng)發(fā)送來的信號(hào)后，首先經(jīng)過限幅器，避免輸入信號(hào)功率過大，破壞接收機(jī)鏈路。

8.接收信號(hào)經(jīng)過接收鏈路射頻通道處理和ADC后，在數(shù)字域符號(hào)同步機(jī)制發(fā)生器的輔助下，信道估計(jì)器將提取導(dǎo)頻脈沖，并利用傳統(tǒng)的諸如最小均方誤差(MMSE)等準(zhǔn)則估計(jì)導(dǎo)頻脈沖上的信道特性；并通過諸如插值等方法獲取非導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)符號(hào)位置的信道特性，即獲得式3及式4中的H₁。

9.干擾消除器獲取脈沖發(fā)生器發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)脈沖和估計(jì)的H₁，利用式4，將自干擾從接收信號(hào)中消除，從而以較好的信號(hào)質(zhì)量估計(jì)接收信號(hào)。

對(duì)照?qǐng)D1的現(xiàn)有導(dǎo)頻設(shè)計(jì)，本發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)及方法所采用的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)導(dǎo)頻圖案具有偽隨機(jī)特性，對(duì)于非協(xié)作基站和遠(yuǎn)程用戶終端系統(tǒng)而言，具有很好的隱蔽性和不易被檢測(cè)性；

2)無(wú)需同步序列，通過發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的內(nèi)置同步電路實(shí)現(xiàn)導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)符號(hào)的時(shí)序，去除了對(duì)干擾自抵消無(wú)益的同步序列，降低了導(dǎo)頻開銷、提升了信號(hào)功率，同時(shí)大大降低了被發(fā)現(xiàn)概率；

3)降低了對(duì)導(dǎo)頻序列自相關(guān)特性的要求，改善了被檢測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)；

4)導(dǎo)頻功率可以靈活配置，特別是可以配置較低的平均功率和隨機(jī)的幅度噪聲特性，提高了信號(hào)功率，降低了被檢測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)。

采用了該發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)及無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法，其信號(hào)發(fā)送子系統(tǒng)的數(shù)字發(fā)射信號(hào)生成單元根據(jù)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)組合導(dǎo)頻脈沖和數(shù)據(jù)脈沖，形成成幀的數(shù)字發(fā)射信號(hào)；信號(hào)接收子系統(tǒng)的干擾消除單元?jiǎng)t根據(jù)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)消除所述數(shù)字接收信號(hào)中的自干擾，獲得估計(jì)接收信號(hào)。從而能夠利用專門的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自干擾消除，且導(dǎo)頻圖案具有偽隨機(jī)特性，使無(wú)線信號(hào)不易被偵測(cè)，同時(shí)省去了現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)中的同步序列，降低了導(dǎo)頻開銷、提升了信號(hào)功率，進(jìn)一步降低信號(hào)被探測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，特別適用于全雙工基站系統(tǒng)。且本發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低廉，本發(fā)明的全雙工自干擾消除無(wú)線信號(hào)收發(fā)方法，應(yīng)用方式簡(jiǎn)便，應(yīng)用范圍也較為廣泛。

在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。