[发明专利]一种基于多维矩阵的双向全双工中继系统信道估计方法

说明书

本发明在全双工双向中继系统中提出了一种基于多维矩阵的信号估计方法，主要解决全双工系统存在同频干扰情况下的信道估计问题。该方法由自干扰消除、多维矩阵建模及信道估计三部分组成，通过使用少量训练序列获得信号及信道的估计信息。该方法无须迭代，具有较低的计算复杂度。仿真结果验证了所提方法的有效性。同时，与已有的双向中继接收方法相比，该方法考虑了全双工干扰的消除，更具有实际意义。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及一种基于全双工通信系统的信号估计方法，可用于未来第五代移动通信(5th-Generation，简称5G)中消除全双工系统的同频干扰，同时可使用少量训练序列获得信号及信道的估计信息，为5G的技术发展提供了高效的解决方案。本发明也介绍了本方法应用于毫米波MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统中获取信道信息的方法。

背景技术

5G具有低成本、低能耗、可靠安全的特点，能够为用户带来卓越的交互体验，已成为通信领域的研究热点。在实施过程中，5G技术的大量终端接入和超密集组网，需要更高的频率资源利用率。同时同频全双工是一种全双工通信系统，它允许无线设备使用相同的时间、相同的频率，同时发射和接收无线信号。

在全双工系统中，由于自干扰的存在，信号处理复杂度提高，系统接收和检测的难度加大。因此，为了获得更准确的信号，需对全双工系统进行信道估计，这也是该系统信号处理的重要研究方向。能否获得准确可靠的信道信息，并且在接收端正确地解调出发射信号，是衡量无线通信系统性能的重要指标之一。

本发明在使用AF(Amplify-and-forward)协议的双向中继全双工系统中，提出了一种基于多维矩阵的直接求解法，获得信道估计，该算法无须迭代，通过少量的计算即可求得信道状态信息，降低了计算复杂度及累计误差，且性能优于传统的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对全双工系统的同频干扰的问题，提出一种基于多维矩阵的信道估计方法，本发明数据主要来源于无人机的数据采集。为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

考虑如图1所示的全双工模型。在该模型中用户1和用户2分别配备M₁和M₂根天线，m个中继的天线数分别为N₁，N₂，...，N_m，其中M_R＝N₁+N₂+…+N_m。用户之间通过中继传递信息，整个传输过程分为2个阶段：第一阶段，每个用户分别把自己的信息发送给中继；第二阶段，中继把接收的信息放大处理后，再转发给用户，同时，也接收来自用户1和用户2的信息。由于系统为全双工系统，故在用户端发送和接收信号时均会产生信号间干扰，即自干扰。由于自干扰存在，在提取所需信息时存在困难，为了估计信道参数，令两个用户端都发送导频序列x_1，j，x_2，j，其中j＝1，2，...，N_P，可利用张量合并表示为X，即

全双工模型中，主要考虑自干扰的影响，本发明选择采用天线消除结合射频消除的方法消除自干扰。天线消除是指收发天线之间存在空间距离，使自干扰信号进入接收天线之前得到一定的衰减；射频消除是指从发送链路引入模拟参考信号，故自干扰的部分可以忽略。接收到的信号最终包括传输信道信息、放大器信息和信道噪声。

为了便于计算，仅考虑无噪声下的表达式，通过代数求解信道估计问题，从训练数据中计算两用户信道估计信息和用户1的解，由于对称性用户2的解也可以通过该方法求得。