本發明涉及通信領域，特別是指一種全雙工通信的數字域自干擾消除方法及一種基站。

背景技術：

近年來移動通信領域高速發展，與通信相關的科學與技術日新月異，通信速度與質量迅猛提升，同時各個行業對通信業務的要求也越來越高，移動通信數據量呈指數級增長。但是頻譜資源瀕臨匱乏，要想提升通信系統的吞吐量，不得不提高通信系統的頻譜利用率。

全雙工通信技術是一種新的通信技術，它能夠實現同頻同時收發信號，將頻譜利用率提升了一倍，使系統容量倍增。然而要想實現全雙工通信，不得不面臨一個巨大的挑戰——自干擾問題。主流的自干擾消除技術，可以分為模擬域自干擾消除技術和數字域自干擾消除技術。現有的技術，大多只描述了自干擾消除方案的架構問題，但是對協議設計以及流程控制的描述還比較匱乏。

技術實現要素：

本發明提供一種全雙工通信的數字域自干擾消除方法，該方法基于ts36.211協議提出了數字域的自干擾消除方法，主要解決在全雙工通信過程中自干擾消除的流程控制問題，從而實現多天線全雙工通信，本發明提出的物理層協議修改方法，彌補了現有的技術在協議設計方面的不足。

本發明提供的一種全雙工通信的數字域自干擾消除方法，包括：

基站與移動設備發送同頻信號；

在下行信號的一個預留位置插入預先設定的訓練序列；所述預留位置與所述移動設備發送的上行信號中沒有發送信號的空閑位置相對應；

根據所述預先設定的訓練序列和接收到的本地發送的下行信號中插入的訓練序列估計出自干擾信道；

根據估計出的自干擾信道與本地發送的下行信號，重構出自干擾信號；

從接收的上行信號減去所述自干擾信號，得到遠端有用信號。

其中，所述預留位置為ts36.211協議中第1號下行子幀的最后一個ofdm符號位置。

其中，當所述全雙工通信的多天線數字域自干擾消除方法用于雙天線系統中時，所述在下行幀的一個預留位置插入預先設定的訓練序列，包括：

從時域上在下行信號的第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置交替地插入第一根收發天線的訓練序列和第二根收發天線的訓練序列，且在每個預留位置，從頻域上連續地插入第一根收發天線或第二根收發天線的訓練序列；

第一根收發天線和第二根收發天線同時發送所述下行信號。

其中，當所述全雙工通信的多天線數字域自干擾消除方法用于雙天線系統中時，所述在下行幀的一個預留位置插入預先設定的訓練序列，包括：

在每幀下行信號的第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置，從頻域上交替地插入第一根收發天線的訓練序列和第二根收發天線的訓練序列；

第一根收發天線和第二根收發天線同時發送所述下行信號。

本發明還提供一種基站，包括：

第一基帶處理模塊，用于對待發送的信號進行基帶處理，在下行信號的一個預留位置插入預先設定的訓練序列，得到下行數字信號并輸出；所述預留位置與所述移動設備發來的上行信號中沒有發送信號的空閑位置相對應；

數模轉換器，用于對所述第一基帶處理模塊輸出的下行數字信號進行數模轉換，得到下行模擬信號；

收發天線，用于給目標移動設備發送所述數模轉換器輸出的下行模擬信號，還用于同頻接收自干擾信號與遠端移動設備發送的上行模擬信號；

模擬域自干擾消除模塊，用于根據所述數模轉換器輸出的下行模擬信號，對所述收發天線接收的自干擾信號和上行模擬信號進行模擬域自干擾消除；

模數轉換器，用于對所述模擬域自干擾消除模塊輸出的自干擾信號和上行模擬信號進行模數轉換；

信道估計模塊，用于根據模數轉換器輸出的自干擾信號中的訓練序列以及所述第一基帶處理模塊用于插入的訓練序列，估計出自干擾信道；

重構模塊，用于根據所述信道估計模塊估計出的自干擾信道與所述第一基帶處理模塊輸出的下行數字信號，重構出自干擾信號；

數字域自干擾消除模塊，用于從所述模數轉換器輸出的上行數字信號中減去所述重構模塊得到的自干擾信號，得到遠端有用信號；

第二基帶處理模塊，用于對所述數字域自干擾消除模塊輸出的遠端有用信號進行基帶處理后輸出。

上述基站中，所述收發天線包括發射天線與接收天線，所述發射天線與接收天線通過環形器實現收發隔離。

其中，所述基站包括兩根收發天線；當所述基站基于ts36.211協議收發信號時；

所述第一基帶處理模塊，具體用于從時域上在下行信號的第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置交替地插入第一根收發天線的訓練序列和第二根收發天線的訓練序列，且在每個預留位置，從頻域上連續地插入第一根收發天線或第二根收發天線的訓練序列；

第一根收發天線和第二根收發天線同時給目標移動設備發送所述下行信號。

其中，所述基站包括兩根收發天線；當所述基站基于ts36.211協議收發信號時；

所述第一基帶處理模塊，具體用于在每幀下行信號的第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置，從頻域上交替地插入第一根收發天線的訓練序列和第二根收發天線的訓練序列；

第一根收發天線和第二根收發天線同時給目標移動設備發送所述下行信號。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：

上述方案中，利用了上行幀中沒有發送信號的空閑位置，在下行幀的對應位置中通過修改了一個ofdm符號的內容，將原來的業務數據變為訓練序列，以較少的系統開銷代價實現了全雙工通信，解決了全雙工通信過程中自干擾消除的流程控制問題，彌補了現有的技術在協議設計方面的不足。此外，可以根據信道特性的變化快慢來選擇不同的訓練序列插入方式，以保證信道估計的準確性。

附圖說明

圖1為本發明的一種全雙工通信的數字域自干擾消除方法流程圖；

圖2為ts36.211上下行幀結構示意圖；

圖3為雙天線連續插入訓練序列示意圖；

圖4為雙天線連續插入訓練序列發送流程示意圖；

圖5為雙天線交錯插入訓練序列示意圖；

圖6為雙天線交錯插入訓練序列發送流程示意圖；

圖7為本發明的一種用于全雙工通信的基站組成結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

如圖1為本發明的一種全雙工通信的數字域自干擾消除方法流程圖，該方法用于全雙工通信系統中的基站，如圖1中所示，該方法包括如下步驟s101-s105：

s101：基站與移動設備發送同頻信號。

此步驟中，基站發送的下行信號與遠端移動設備發送的上行信號同頻率。

s102：在下行信號的一個預留位置插入預先設定的訓練序列；所述預留位置與所述移動設備發送的上行信號中沒有發送信號的空閑位置相對應。

此步驟中，可以根據全雙工通信使用的數據傳輸協議，選擇該協議上行幀結構中的一個空閑時段，在下行幀的對應位置插入訓練序列。

s103：根據預先設定的訓練序列和接收到的本地發送的下行信號中插入的訓練序列估計出自干擾信道。

其中，自干擾信道估計時，一個自干擾信道只能有一個信號傳輸，其他信號會造成干擾。另外，基站需要一個信道估計周期，該期間內進行自干擾信道估計，未估計出自干擾信道前，遠端發送的數據不能解調出。

s104：根據估計出的自干擾信道與本地發送的下行信號，重構出自干擾信號。

此步驟根據估計出的自干擾信道和本地發送的下行信號(即參考信號)能重構出自干擾信號。

s105：從接收的上行信號減去所述自干擾信號，得到遠端有用信號。

上述方案中，選擇通信協議上行幀結構中的一個空閑時段，在下行幀的對應位置插入訓練序列，用來進行自干擾信道估計。該方法在整個協議中只修改了一個符號用于自干擾消除，因此整個通信系統的吞吐量犧牲較少。

圖2所示為ts36.211上下行幀結構示意圖，如圖2中所示，ts36.211上下行幀結構是同步對齊的，唯一不同的是上行幀的第1號子幀(圖中所示的子幀#1)是特殊子幀，用于上行隨機接入信道(prach)的傳輸，但是隨機接入信號的長度小于一個子幀的長度，所以在上行幀的第1號子幀的尾部有一個空閑，并且該空閑長度大于一個ofdm符號長度。因此，在一個可選實施例中，如圖2所示，可以在下行幀的對應位置插入訓練序列，即以ts36.211協議中第1號下行子幀的最后一個ofdm符號位置作為所述預留位置，實現本發明的自干擾信道估計。本實施例中，利用了ts36.211協議上行幀結構中的一個空閑時段，在下行幀的對應位置插入訓練序列，用來進行自干擾信道估計。在整個協議中只修改了一個ofdm符號，用于自干擾消除，因此整個通信系統的吞吐量犧牲較少，且對協議ts36.211進行的修改，有現實應用的基礎，能夠在現有的網絡中快速的部署，并且實現的成本較低。

全雙工通信中，當天線數量變成多個以后(比如說mimo系統)，不同天線間的自干擾問題變得十分復雜。本發明對多天線自干擾消除方案的流程控制進行了設計，用于解決多個天線之間自干擾信道估計問題，以下進行具體說明。

不同的訓練序列插入方式，會有不同的效果。比如，連續插入訓練序列方式，在多天線自干擾信道估計中，估計周期較長，但是實現簡單；交錯插入訓練序列方式，在多天線自干擾信道估計中，估計周期較短，但是需要結合插值算法，復雜度比前者高，且會引入誤差。不同的訓練序列插入方式，需要不同的控制流程。下面說明當本發明提供的全雙工通信的多天線數字域自干擾消除方法用于雙天線系統中時，在下行幀的一個預留位置插入預先設定的訓練序列的方法。

圖3為雙天線連續插入訓練序列示意圖，圖4為雙天線連續插入訓練序列發送流程示意圖。雙天線連續插入訓練序列的方法為：(1)如圖3所示，從時域上在下行信號的第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置(圖中所示的l＝13位置)交替地插入第一根收發天線(圖中以“天線0”表示)的訓練序列和第二根收發天線(圖中以“天線1”表示)的訓練序列，并圖4中所示，在每個預留位置，從頻域上連續地插入第一根收發天線(天線0)或第二根收發天線(天線1)的訓練序列；(2)第一根收發天線(天線0)和第二根收發天線(天線1)同時發送所述下行信號。例如，在下行信號的奇數幀的第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置插入第一根收發天線(天線0)的訓練序列，并在下行信號的偶數幀的第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置交替地插入第二根收發天線(天線1)的訓練序列，在每個插入位置(預留位置)，如圖4所示，從頻域上連續地插入相應收發天線的訓練序列后，兩根收發天線同時發送插入了訓練序列后的下行信號，從而保證相同時間內只發送一根天線訓練序列。則基站自身根據接收的訓練序列和參考信號估計出自干擾信道(1200個子載波位置的信道)。

圖5為雙天線交錯插入訓練序列示意圖，圖6為雙天線交錯插入訓練序列發送流程示意圖。雙天線交錯插入訓練序列的方法為：(1)如圖5所示，在每幀下行信號的第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置，從頻域上交替地插入第一根收發天線(圖中以“天線0”表示)的訓練序列和第二根收發天線(圖中以“天線1”表示)的訓練序列；(2)第一根收發天線和第二根收發天線同時發送所述下行信號。本實施例中，訓練序列交錯地插入在第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置，即相同子載波位置只有一根天線的訓練序列。天線0和天線1同時發送訓練序列，基站根據接收的訓練序列和參考信號估計出信道(600個子載波位置的信道)，信道估計時，僅插入訓練信號的子載波位置信道才能被估計出，剩余位置的信道利用插值算法得到。

本發明提供的上述全雙工通信的數字域自干擾消除方法，可以根據信道特性來選擇不同的訓練序列插入方式。信道不穩定時可以采用交錯插入訓練序列方式，以減少估計時間，跟蹤信道變化；信道較穩定時可以采用連續插入方式，以減少估計誤差，保證信道估計的準確性。

對應于本發明實施例提供的全雙工通信的數字域自干擾消除方法，本發明實施例還提供一種用于實現該方法的基站，如圖7所示，該基站包括第一基帶處理模塊71、數模轉換器72、收發天線73、模擬域自干擾消除模塊74、模數轉換器75、數字域自干擾消除模塊76、第二基帶處理模塊77；其中，數字域自干擾消除模塊76具體包括信道估計模塊761、重構模塊762、自干擾消除模塊763。如圖7所示，第一基帶處理模塊71與數模轉換器72、信道估計模塊761、重構模塊762連接，數模轉換器72還與收發天線73、模擬域自干擾消除模塊74連接，模擬域自干擾消除模塊74還與模數轉換器75連接，模數轉換器75還與信道估計模塊761、自干擾消除模塊763連接，信道估計模塊761還與重構模塊762連接，重構模塊762還與自干擾消除模塊763連接，自干擾消除模塊763還與第二基帶處理模塊77連接。

圖7中，第一基帶處理模塊71，用于對待發送的信號進行基帶處理，在下行信號的一個預留位置插入預先設定的訓練序列，得到下行數字信號并輸出；預留位置與移動設備發來的上行信號中沒有發送信號的空閑位置相對應；

數模轉換器72，用于對第一基帶處理模塊71輸出的下行數字信號進行數模轉換，得到下行模擬信號；

收發天線73，用于給目標移動設備發送數模轉換器72輸出的下行模擬信號，還用于同頻接收自干擾信號與遠端移動設備發送的上行模擬信號；

模擬域自干擾消除模塊74，用于根據數模轉換器72輸出的下行模擬信號，對收發天線73接收的自干擾信號和上行模擬信號進行模擬域自干擾消除，得到消除模擬域自干擾后的自干擾信號和上行模擬信號；接收信號需要經過模擬消除，使信號幅值在模數轉換器75的動態范圍內，才能進行模數轉換，避免引入過多量化噪聲；

模數轉換器75，用于對模擬域自干擾消除模塊74輸出的自干擾信號和上行模擬信號進行模數轉換；

信道估計模塊761，用于根據模數轉換器75輸出的自干擾信號中的訓練序列以及第一基帶處理模塊71用于插入的訓練序列，估計出自干擾信道；

重構模塊762，用于根據信道估計模塊761估計出的自干擾信道與第一基帶處理模塊71輸出的下行數字信號，重構出自干擾信號；

自干擾消除模塊763，用于從模數轉換器75輸出的上行數字信號中減去重構模塊762得到的自干擾信號，得到遠端有用信號；

第二基帶處理模塊77，用于對自干擾消除模塊763輸出的遠端有用信號進行基帶處理后輸出。

優選地，收發天線73包括發射天線與接收天線，且發射天線與接收天線通過環形器實現收發隔離。但是環形器隔離的不徹底，會有信號從發射鏈路泄露到接收鏈路造成自干擾，自干擾信號來源于自身發送的信號和本地其他n-1天線的信號，自干擾總數為n*n。

在一個可選實施例中，該基站包括兩根收發天線，若該基站基于ts36.211協議收發信號時，第一基帶處理模塊71，具體用于從時域上在下行信號的第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置交替地插入第一根收發天線的訓練序列和第二根收發天線的訓練序列，且在每個預留位置，從頻域上連續地插入第一根收發天線或第二根收發天線的訓練序列；例如，在下行信號的奇數幀的第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置，從頻域上連續地插入第一根收發天線的訓練序列，并在下行信號的偶數幀的第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置，從頻域上連續地插入第二根收發天線的訓練序列，隨后第一根收發天線和第二根收發天線同時給目標移動設備發送所述下行信號。

在一個可選實施例中，該基站包括兩根收發天線，若該基站基于ts36.211協議收發信號時，第一基帶處理模塊71，具體用于在每幀下行信號的第1號下行子幀的第13號ofdm符號位置，從頻域上交替地插入第一根收發天線的訓練序列和第二根收發天線的訓練序列；隨后第一根收發天線和第二根收發天線同時給目標移動設備發送所述下行信號。

本發明對全雙工通信的協議進行了具體的設計，包括幀結構、資源網絡中訓練序列的排列結構、全雙工控制流程和基帶數據處理流程，彌補了現有的全雙工技術在協議設計上的不足。能夠從廣泛應用的ts36.211協議進行簡單修改得到通信協議，具有實用性強的特點。由于利用了上行幀中的空閑，在下行幀中只修改了一個ofdm符號的內容，將原來的業務數據變為訓練序列，以較少的系統開銷代價實現了全雙工通信。此外，還可以根據信道特性的變化快慢來選擇不同的訓練序列插入方式，信道不穩定時可以采用交錯插入訓練序列方式，其估計周期短能夠跟蹤信道變化；信道較穩定時可以采用連續插入方式，以保證信道估計的準確性。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。