[发明专利]空间域与极化域联合的全双工自干扰消除方法

权利要求书

1.一种基于空间域与极化域联合的全双工自干扰消除方法，具体步骤如下：

步骤一：在同一节点的发射天线与接收天线间进行空间隔离

空间隔离距离d对信道参数中由空间特性影响的部分产生影响，同时影响自干扰消除量，理想情况下完全的空间隔离消除自干扰达70dB，信道受到空间特性与极化特性的影响，将自干扰信号信道H_I与期望信号信道H_S建模为莱斯信道，即

其中K为莱斯因子，其中H_Rice表示莱斯衰落，定义为单位矩阵，H_Ray瑞利衰落建模为

其中定义为哈达玛乘积，H_sp为表征空间特性的瑞利单极化信道矩阵，由与空间隔离距离d相关的空间系数决定，H_p为表征极化特性的共放置天线的瑞利双极化信道矩阵，接收的信号经过模数转换后表示为：

其中H_I为自干扰信号所经信道，H_S为期望信道，N_L为高斯白噪声的矢量表达式，P_I与P_S分别为自干扰信号与期望信号的极化状态矩阵，i与s分别为自干扰信号与期望信号，与分别为自干扰信号与期望信号发射端上变频时引入的相位噪声，表示接收端信号下变频引入的相位噪声；

步骤二：在数字域对接收信号进行极化处理

利用正交双极化天线，接收端获得信号的全部极化信息，进一步进行极化处理：

(1)消除自干扰信号的相位噪声

通过构造酉矩阵，利用酉矩阵的旋转特性，将自干扰信号的乘性相位噪声转化为加性的高斯噪声，消除相位噪声对自干扰的影响，经过酉矩阵处理后的接收信号表示为：

其中U_θ为酉矩阵，N_L1表示经过酉矩阵处理后的高斯白噪声；

(2)估计补偿消除自干扰

假设自干扰信号的极化状态已知，通过信道估计得到估计的接收端自干扰信号，对消除自干扰相位噪声后的信号进行估计补偿消除相位噪声：

其中为对自干扰信号所经过信道的信道估计；

(3)极化匹配恢复期望信号

自干扰消除后的信号的主要部分为期望信号，利用期望信号的极化状态信息对期望信号进行匹配接收恢复期望信号，即

其中P^H为对期望信号的匹配接收矩阵，满足P^HH_SP_S＝h_s，h_s为信道增益，n_L为高斯白噪声，由公式可知期望信号的恢复已完成。

2.根据权利要求1所述的一种基于空间域与极化域联合的全双工自干扰消除方法，其特征在于：步骤一中所述的空间域的天线空间隔离方法，空间隔离距离对信道的影响具体为：

对于式(2)中的空间特性矩阵与极化特性矩阵决定的双极化信道，H_sp为表征空间特性的瑞利单极化信道矩阵，由与空间隔离距离相关的空间系数决定：

其中H_w为由空间特性决定的空间不相关的瑞利信道矩阵，R为单极化协方差矩阵

空间相关系数r,t,s₁,s₂由发射天线间距D、空间隔离距离d以及信号波长λ的0阶贝塞尔函数J₀决定，为接收、发射的相关系数，为信道互相关系数；

同时，式(2)中表征极化特性的共放置天线的瑞利双极化信道矩阵H_p表示为

χ,μ∈[0,1]分别表示交叉极化鉴别度、垂直水平方向上的传播损耗比，φ为归一化的随机角度；

此外，根据极化信号的定义，极化信号是由极化状态表征的矢量信号，包含了信号的幅度信息与相位信息，极化状态的数学表达形式定义为：

其中ε表示信号的极化角，用来控制极化信号两条支路的幅度比，δ表示信号的相位角，用来控制极化信号两支路的相位差。

3.根据权利要求1所述的一种基于空间域与极化域联合的全双工自干扰消除方法，其特征在于：步骤二中(1)所述的酉矩阵消除相位噪声方法，具体为

通过构造酉矩阵，利用酉矩阵的旋转特性，将自干扰信号的乘性相位噪声转化为加性的高斯噪声，消除相位噪声对自干扰的影响，酉矩阵的定义为θ为旋转角，酉矩阵具有旋转特性U_θAe^jθ≈Α，其中A∈C^2×2为任意可逆矩阵，酉矩阵消除相位噪声方法利用酉矩阵的旋转特性，通过利用已知自干扰信号信息重构自干扰信号，进一步估计酉矩阵旋转角利用构造的酉矩阵处理接收信号，从而消除自干扰信号所受到的相位噪声干扰，式(4)展开为