[发明专利]基于单载波全双工的多输入多输出系统

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及到多输入多输出MI MO系统中的无线通信系统传输以及单载波通信，可应用在无线通信链路或者无线网络中，提高频带的利用率和系统容量，也可用来解决无线网络中的隐藏终端等媒质接入控制的传统问题。

背景技术

随着通信技术的不断发展和移动通信用户数量的急剧增加，可用的通信频段越来越拥挤。在人们期望未来通信系统不仅能够提供更高的数据传输速率，而且能够更有效的利用频谱资源。采取双工方式可以在发送设备的发送方和接收设备的接收方之间采取点到点的连接，能够得到更高的数据传输速度。

通信技术中的双工方式是指通信双方如何实现收发双方向的通信。在传统的有线及无线技术中，为了防止收发信号之间的干扰，通常采用频分双工FDD或者时分双工TDD的双工方式。在FDD方式中，收发采用不同的载波频率或频段同时发送信号实现双向通信；TDD在不同的方向采用相同的载波，收发双方分别在不同的时间进行发送，由于收发之间切换的非常频繁，对用户而言仍感觉到在同时进行实时的双向通信。

FDD和TDD这两种双工方式在同一时间同一载波频率上只会出现单一方向的信号，避免了同一节点收发信号之间的自干扰，接收机和发送机的实现较为简单，构成了当前通信技术收发机的基础。但是，这两种技术都未能充分利用频率资源，在技术上，在单一载波频段上同时进行双向通信是可行的，这种方式被称作“单载波全双工通信”。单载波全双工不仅能够更充分的利用频率资源，而且可以做到“边说边听”，在无线分组通信中具有更多优势。

在现有在单频全双工系统的研究和实现中，主要关心的问题有两方面：一个是如何通过收发信机设计、接收回路设计和数字干扰消除来提高接收信号信噪比；二是如何能在现有方案基础上提高频宽和发射功率。

美国斯坦福大学Jung Choi等人提出利用放置三根天线即两发一收，并精准设置天线之间的距离，使得两根发射天线发出的无线载波信号恰好在接收天线处相互抵消，从而降低强自干扰的作用。莱斯大学的Ashutosh Sabharwal团队提出将天线消除、模拟干扰消除和数字干扰消除的三种组合方案：天线+模拟消除ASAC，天线+数字消除ASDC，天线+模拟+数字消除ASADC，并通过分析和仿真给出了三种方案的理想性能，最差都能够取得将近70dB的干扰信号消除能力。

国内方面，北京交通大学在提出的专利“一种消干扰全双工中继通信系统和全双工中继设备”（申请日：2010.06.11，申请号：2010205580.X，公布号：101882965A）中，描述了通过一个消干扰模块对接收到的信号进行回声干扰消除。其消干扰模块包括译码器和编码器，译码器用于对接收到的信号进行译码，相应的译码矩阵为D，编码器用于对译码后的信号进行编码，相应的编码矩阵为P，其中D与P满足：D^HEP=0，其中E为中继节点设备中的回声信道矩阵。

这些相关成果表明，通过综合利用天线、模拟回波抵消电路和数字信号处理技术，进入到数字域的接收信号可以避免被强自干扰信号所淹没，因而，在此基础上可以利用更先进的数字信号处理技术获得更高传输容量，提高频谱利用效率。在当前所提出的单频全双工技术有多个天线，但是却只能实现收发通信，并没有充分利用多天线的能力。

发明内容

本发明的目的在于基于现有的自干扰消除技术以及MIMO技术，提供一种能够在单载波上实现全双工通信的MIMO系统，以提高单频全双工系统的通信容量和频谱利用率。

为实现上述目的，本发明的系统包括：MIMO发送信号处理模块1，MIMO接收信号处理模块5和N个并行支路，其中N≥2，每个支路中包含数模转换上变频模块（2），收发信机3和模数转换下变频模块4，其特征在于，

数模转换上变频模块2与收发信机3之间连接有回波抵消网络6，用于消除由于多径散射等原因引起的回波反射；

回波抵消网络6与模数转换下变频模块4之间连接有强自干扰消除模块7，用于利用已知本地发送信号的信息，对本地天线之间的强自干扰信号进行消除，以使接收到的有用信号在通过模拟数字转换器时不被强信号掩盖；

模数转换下变频模块4与MIMO接收信号处理模块5之间连接有数字域干扰消除模块8，用于利用本地发送信号的信息对经过回波抵消网络和强自干扰消除模块后的残余干扰进行进一步的消除。