全双工MIMO技术具有比较高效的频谱利用率,已成为下一代无线通信的主流技术之一,近年来也吸引了许多专家学者做了大量和全双工相关的研究[7-10],而最核心的问题依然是如何减小系统自干扰。文献[11][12][13]中都涉及到了一种迫零(Zero-forcing,ZF)方案,该方案比较高效,但其局限在于只考虑了如何减小自干扰,且仅适用于环路信道增益为低秩的情况。30143
文献[14]对时域相消抑制方案进行了归纳,旨在通过增加一个反馈环路MIMO相消滤波器,实现信道中自干扰的有效抑制。文献[11]中作者采用了一种空域联合置零技术,并与传统的基于奇异值分解(Singular value decomposition, SVD)联合置零、理想状态和半双工中继的性能进行了比较,发现新提出的抑制算法具有比传统算法更高的容量性能。
意识到自干扰通道可能与从源端至中继和从中继至目的端的独立信道共享有相同的方向,文献[12]通过最大化接收信号与干扰的功率之比,即最大化信干比(Maximum signal to interference and noise ratio, Max-SINR),设计了收发权值滤波器,并将该干扰抑制方案与ZF算法和无自干扰消除的放大转发(Amplify-and-forward, AF)方案分别在低秩的自干扰信道和满秩的自干扰信道进行了仿真,论证了提出的方案要优于原有方案。论文网
文献[11]和[16]的作者首先提出在中继处设计线性的收发滤波器,在提高有用信号功率的同时最小化循环干扰信号的影响。通过仿真,验证了所提出的方案对自干扰的抑制有显著提升,且在高信噪比(Signal to noise ratio, SNR)时误码率可将到最低。随后,又对全双工系统中的抑制问题提出了更加完善的方案:自然隔离,时域相消,空间抑制。结果表明各干扰抑制方案的误码率均可认为是自然隔离误码率的平移。同时还对不同信道的相对估计误差和中继发送端信号的相对失真进行了仿真,表明空间抑制方案优于时域相消方案。
若自干扰抑制过程中只利用了中继端发送信号,自干扰信道和源端至中继端的信道,抑制技术就实现了。然而,由于全双工MIMO中继系统的非理想性,基带和射频之间转换的实现很容易产生各种畸变的影响,如信号频偏、AD/DA转换缺陷、I/Q不平衡等的非线性,就很容易产生信道估计噪声和传输信号噪声,它们对抑制的影响不可忽略。文献[11]和[13]提及了信道估计噪声对全双工MIMO中继系统的影响,信道估计噪声越大系统误码率越大性能越差,并认定其是无法实现零干扰的主要限制因素。
上面涉及的文献都只是在中继收发端分别添加一个滤波器,目的是减小自干扰,而忽略了系统端到端的性能。鉴于上述缺点,文献[17]提出了一种低复杂度的ZF波束成形算法,即分别在源端、中继接收端、中继发送端和目的端进行预编码向量或权重矢量设计。文献[18]对文献[17]进行了补充,提出了基于SVD、最大化信泄噪比(Maximum signal to leakage and noise ratio, Max-SLNR)、ZF的预编码向量和基于SVD、最小均方误差(Minimum mean square error, MMSE)的权重矢量设计方案,上述方案能显著提升通信系统端到端之间的性能。
鉴于全双工中继和MIMO技术的结合,全双工MIMO中继技术同时拥有以上两者的特点,既能显著提升系统的和速率,又能增大小区用户的通信半径,俨然已成为当前通信领域的一大热点。而如何实现自干扰抑制一直是最核心的问题,在未来的研究中也将把着眼点放在这个问题上。
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