全双工通信系统的训练信号的系统和方法
阅读：294发布：2020-05-11
专利汇可以提供全双工通信系统的训练信号的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种方法包括：发送从序列衍生出的训练 信号 ，所述训练信号便于估计设备的发射天线与所述设备的接收天线之间的通信信道的信道冲激响应(CIR)；估计所述通信信道的CIR；以及在所述接收天线上接收对应于第一传输的信号。所述方法还包括根据所述估计的CIR来消除存在于所述接收信号中的自干扰，所述自干扰产生于所述设备的发射天线进行的第二传输，从而产生消除了干扰的接收信号，并且处理所述消除了干扰的接收信号。，下面是全双工通信系统的训练信号的系统和方法专利的具体信息内容。
1.一种用于在全双工模式下操作设备的方法，所述方法包括：
由所述设备通过发射天线在所述设备在半双工模式下运行时发送从序列中衍生出的训练信号，所述训练信号用于估计设备的发射天线与设备的接收天线之间的通信信道的信道冲激响应CIR；
由所述设备通过所述设备的接收天线接收所述训练信号；
由所述设备根据所述训练信号估计所述通信信道的CIR；
由所述设备接收与所述接收天线上的第一传输相对应的信号；
由所述设备根据所述估计的CIR来消除存在于接收信号中的自干扰，所述自干扰产生于所述设备的所述发射天线进行的第二传输，从而产生消除了干扰的接收信号，其中所述第一传输和所述第二传输为全双工传输；以及
由所述设备处理所述消除了干扰的接收信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述序列具有作为缩放单位矩阵的相关矩阵。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述消除包括根据与所述第二传输相关联的数据来消除所述接收信号中存在的自干扰。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述序列包括零相关区ZCZ序列。
5.根据权利要求1所述的方法，其中根据通信系统要求从所述序列衍生出所述训练信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述通信系统要求包括以下至少之一：所述序列的长度在添加循环前缀之前等于期望符号长度N，其中N是整数值；包括所述序列的序列集的大小至少等于设备发射天线的数量Nb；以及序列区段长度至少与决定着序列集中序列的自相关和交叉相关的最小序列区段长度的信道时延扩展Lb相等。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述训练信号从Zadoff-Chu序列衍生出。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述训练信号在特殊子帧中发送，所述特殊子帧包括下行部分、训练部分以及上行部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述训练信号在所述特殊子帧的所述训练部分中发送。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述训练信号在所述特殊子帧的所述下行部分以及所述训练部分中发送。
11.根据权利要求1所述的方法，其中发送所述训练信号包括：
从序列的集合中生成多个训练序列，所述多个训练序列根据通信系统要求生成；
将第一训练序列映射到发射天线；
将所述映射的训练序列与数据符号复用，从而产生传输流；并且
将所述传输流作为所述训练信号进行发送。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述序列的集合中的每个序列都具有作为缩放单位矩阵的相关矩阵。
13.根据权利要求11所述的方法，其中发送所述传输流还包括对所述传输流滤波。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括在复用之前，向所述映射的训练序列附加循环前缀。
15.一种用于进行全双工操作的设备，包括：
发送器，用于在半双工模式下通过发射天线发送从序列中衍生出的训练信号，所述训练信号用于估计设备的发射天线与设备的接收天线之间的通信信道的信道冲激响应CIR；
接收器，可操作地耦合到处理器，所述接收器用于接收所述训练信号；
所述处理器，可操作地耦合到所述发送器，所述处理器用于根据所述训练信号估计所述通信信道的CIR，根据所述估计的CIR消除存在于接收信号中的自干扰，所述接收信号与所述接收天线上的第一传输相对应，所述自干扰产生于所述设备的发送天线进行的第二传输，从而产生消除了干扰的接收信号，其中所述第一传输和所述第二传输为全双工传输，以及处理所述消除了干扰的接收信号；以及
所述接收器还用于接收所述信号。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述处理器用于根据与所述第二传输相关联的数据来消除存在于所述接收信号中的自干扰。
17.根据权利要求15所述的设备，其中所述序列包括零相关区ZCZ序列。
18.根据权利要求15所述的设备，其中根据通信系统要求从所述序列衍生出所述训练信号。
19.根据权利要求15所述的设备，其中所述发送器用于在特殊子帧的训练部分中发送所述训练信号。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述发送器用于在所述特殊子帧的下行部分中发送所述训练信号。
21.根据权利要求15所述的设备，其中所述设备包括演进NodeB。
22.一种通信系统，包括：
多个用户设备；以及
全双工设备，可操作地耦合到所述多个用户设备，所述全双工设备包括：
处理器；以及
非临时性计算机可读存储介质，其存储有由所述处理器执行的程序，所述程序包括指令，用以：
通过所述全双工设备的发射天线在所述全双工设备在半双工模式下运行时发送从序列中衍生出的训练信号，所述训练信号用于估计所述全双工设备的发射天线与接收天线之间的通信信道的信道冲激响应CIR；
通过所述全双工设备的接收天线接收所述训练信号；
根据所述训练信号估计通信信道的CIR；
接收与所述接收天线上的第一传输相对应的信号；
根据所述估计的CIR来消除存在于接收信号中的自干扰，所述自干扰产生于所述全双工设备的所述发射天线进行的第二传输，从而产生消除了干扰的接收信号，其中所述第一传输和所述第二传输为全双工传输；以及
处理所述消除了干扰的接收信号。
23.根据权利要求22所述的通信系统，其中所述程序包括指令，用以根据与所述第二传输相关联的数据来消除所述接收信号中存在的自干扰。
24.根据权利要求22所述的通信系统，其中所述程序包括指令，用以在特殊子帧中发送所述训练信号，所述特殊子帧包括下行部分、训练部分以及上行部分。
25.根据权利要求22所述的通信系统，其中所述程序包括指令，用以从序列的集合中生成多个训练序列，所述多个训练序列根据通信系统要求生成，将第一训练序列映射到发射天线，将所述映射的训练序列与数据符号复用，从而产生传输流，并且将所述传输流作为训练信号进行发送。
26.根据权利要求25所述的通信系统，其中所述程序包括指令，用以在复用所述映射的训练序列之前，向所述映射的训练序列附加循环前缀。
全双工通信系统的训练信号的系统和方法
[0001] 本申请要求享有于2015年2月9日提交的申请号为14/617,598、发明名称为“全双工通信系统的训练信号的系统和方法”的美国非临时申请的权益，并且涉及以下于2015年2月9日提交的申请号为14/617,679、发明名称为“无线通信系统中的全双工操作的系统和方法”的共转让(co-assigned)美国非临时申请，所述各申请通过引用结合于此。
技术领域
[0002] 本公开总体上涉及数字通信，并且更具体地涉及用于全双工通信系统的训练信号的系统和方法及其使用。
背景技术
[0003] 全双工被考虑为用于第五代(5G)及往后无线通信系统的无线电接入技术。在全双工操作中，设备在相同的信道上同时发送和接收。全双工通信系统中的重大挑战是在设备的接收器处的干扰，其中该干扰直接来自设备的发送器。这种干扰可以被称为自干扰。例如，对于第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)基站收发器，该自干扰可以比3GPP LTE基站收发器的接收器的灵敏度水平高出多达120dB。
[0004] 因此，需要训练信号(或类似地，导频信号)来帮助促进信道冲激响应(CIR)估计，以实现接收信号中的干扰消除，同时也需要用于使用该训练信号的系统和方法。
发明内容
[0005] 提供全双工通信系统的训练信号的系统和方法及其使用的本公开示例性实施例。
[0006] 根据本公开的示例性实施例，提供了一种用于在全双工模式下操作设备的方法。所述方法包括：由所述设备发送从序列中衍生出的训练信号，所述训练信号用于估计所述设备的发射天线与接收天线之间的通信信道的信道冲激响应(CIR)，并且由所述设备估计所述通信信道的CIR。所述方法还包括：由所述设备在接收天线上接收与第一传输相对应的信号，由所述设备根据所述估计的CIR来消除存在于所述接收信号中的自干扰，所述自干扰产生于所述设备的发射天线进行的第二传输，从而产生消除了干扰的接收信号，并且由所述设备处理所述消除了干扰的接收信号。
[0007] 根据本公开的另一示例实施例，提供了一种用于全双工操作的设备。所述设备包括发送器、可操作地耦合到所述发送器的处理器、以及可操作地耦合到所述处理器的接收器。所述发送器发送从序列中衍生出的训练信号，所述训练信号用于估计所述设备的发射天线与接收天线之间的通信信道的信道冲激响应(CIR)。所述处理器估计所述通信信道的CIR，根据估计的CIR消除接收信号中存在的自干扰，其中所述接收信号对应于在所述接收天线上的第一传输，所述自干扰产生于所述设备的所述发射天线进行的第二发射，从而产生了消除了干扰的接收信号，并且所述处理器处理所述消除了干扰的接收信号。所述接收器接收所述信号。
[0008] 根据本公开的又一示例性实施例，提供了一种通信系统。所述通信系统包括多个用户设备，以及可操作地耦合到所述多个用户设备的全双工设备。所述全双工设备包括处理器和非暂时性计算机可读存储介质，所述存储介质存储供所述处理器执行的程序。所述程序包括指令，用以发送从序列中衍生出的训练信号，所述训练信号用于估计所述设备的发射天线与接收天线之间的通信信道的信道冲激响应(CIR)、估计所述通信信道的CIR、接收与所述接收天线上的第一传输对应的信号、根据所述估计的CIR来消除存在于所述接收信号中的自干扰，所述自干扰产生于所述设备的发射天线进行的第二传输，从而产生消除了干扰的接收信号，并且处理所述消除了干扰的接收信号。
[0009] 示例性实施例的实施例的有益特征可以包括用于发送训练信号的方法。所述方法包括由用于在全双工模式下操作的设备从序列集中生成多个训练序列，所述多个训练序列根据通信系统要求生成；由所述设备将第一训练序列映射到发射天线；由所述设备将所述映射的训练序列与数据符号进行复用，从而产生传输流；以及由所述设备发送所述传输流。
[0010] 所述方法还可以包括，其中所述序列集中的每个序列都具有作为缩放单位矩阵的相关矩阵。该方法还可以包括，其中发送所述传输流包括过滤所述传输流。该方法还可以包括，其中所述通信系统要求包括以下至少之一：所述序列的长度在添加循环前缀之前等于期望符号长度N，其中N是整数值；所述序列集的大小至少等于所述设备Nb的发射天线的数目；并且序列区段长度至少等于信道时延扩展Lb，其指示用于序列集中的序列的自相关和交叉相关的最小序列区段长度。该方法还可以包括，还包括在复用之前将循环前缀附加到映射的训练序列。
[0012] 为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考结合附图的下述说明，其中：
[0013] 图1示出了根据本文描述的示例性实施例的示例性通信系统；
[0014] 图2示出了根据本文描述的示例性实施例的示例性全双工设备；
[0016] 图3b示出了根据本文描述的示例性实施例的用于支持全双工操作的通信系统的帧的子帧的示例性序列；
[0017] 图4a示出了根据本文描述的示例性实施例的示例性全双工设备；
[0018] 图4b示出了根据本文描述的示例性实施例的示例性干扰消除单元；
[0019] 图5示出了根据本文描述的示例性实施例在不同样本指数(sample index)下的示例性消除残差的数据图；
[0020] 图6示出了根据本文描述的示例性实施例在全双工通信系统的训练信号的选择中发生的示例性操作的流程图；
[0021] 图7示出了根据本文描述的示例性实施例在全双工模式中操作的设备上发生的示例性操作的流程图；
[0022] 图8示出了根据本文描述的示例性实施例的用于发送训练信号的示例性数据路径的图；
[0023] 图9a示出了根据本文描述的示例性实施例的示例性信道估计器；
[0024] 图9b示出了根据本文描述的示例性实施例的第一示例性MIMO接收器；
[0025] 图9c示出了根据本文描述的示例性实施例的第二示例性MIMO接收器；
[0026] 图10示出了根据本文描述的示例性实施例的突出显示随机OFDM训练信号和基于ZCZ序列的训练信号之间的差异的示例性消除残差的数据图；并且
[0027] 图11示出了根据本文描述的示例性实施例的示例性通信设备。
具体实施方式
[0028] 下面详细讨论本示例性实施例的操作及其结构。然而，应当理解，本公开提供了可以在各种各样的具体上下文中体现的许多可应用的创造性概念。所讨论的具体实施例仅仅是本公开的具体结构和本公开操作方式的说明，而不限制本公开的范围。
[0029] 本公开的一个实施例涉及用于全双工通信系统的训练信号(或导频信号)及其使用。例如，全双工设备发送从零相关区(ZCZ)序列衍生出的训练信号，该零相关区(ZCZ)序列用于估计设备的发射天线与接收天线之间的通信信道的信道冲激响应(CIR)，并且估计通信信道的CIR，在接收天线处接收对应于第一传输的信号。该全双工设备还根据所估计的CIR和已知的发送符号来消除存在于所接收信号中的自干扰，该自干扰是由该设备的发射天线进行的第二传输所引起，从而产生消除干扰的接收信号，并且处理该消除干扰的接收信号。
[0030] 本公开将结合在特定上下文中的示例性实施例进行描述，该实施例即支持全双工操作的兼容第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)TDD的通信系统。本公开可以应用于符合标准的通信系统，例如兼容3GPP LTE频分双工(FDD)，IEEE 802.11等技术标准的通信系统和兼容非标准的支持全双工操作的通信系统。
[0031] 图1示出了示例性通信系统100。通信系统100包括eNB 105。eNB 105可以服务用户设备(UE)，例如UE 110，UE 112和UE 114。一般来说，eNB 105可以作为UE的中介，接收去往和来自UE的传输，然后将传输转发到它们的预期目的地。通信系统100还可以包括中继节点(RN)120，其使用由eNB105提供的一些带宽来服务UE，例如UE 116。RN 120可以通过利用eNB 105所提供的一些网络资源来帮助改善覆盖，数据速率以及整体通信系统性能。eNB还可以通常被称为基站、NodeB、控制器、接入点、基站收发器等，而UE也可以通常被称为站、移动设备、移动台、终端、用户、订户等等。通信系统100还可以包括设计设备130。设计装置130可以用于设计和/或选择在全双工操作中使用的训练信号。训练信号也可以通常被称为导频信号。训练信号和导频信号在本文中可以互换使用而不失一般性。设计设备130可以为通信系统100设计和/或选择训练信号。或者，设计设备130可以为通信系统100的一部分设计和/或选择训练信号，并且通信系统100可以包括多个设计设备。设计设备130可以是如图1所示的独立实体。或者，设计设备130可以与另一网络实体，例如eNB同地协作。
[0032] 虽然应当理解，通信系统可以使用能够与多个UE通信的多个eNB，但是为了简单起见，仅示出一个eNB、一个RN、一个设计设备和多个UE。
[0033] 半双工设备仅能够在允许其通信的任何给定时间，频率和/或空间性上进行发送或接收。通常，半双工设备不必担心自干扰。换句话说，由于半双工设备的接收器没有在与半双工设备的发送器相同的时间，频率和/或空间性下使用，接收器不必担心由发送器引起的干扰。全双工设备能够在相同的给定时间，频率和/或空间性，其可以被简单地称为信道上进行发送和接收，而全双工设备被允许在该信道上通信。全双工设备可以具有内置机制来补偿自干扰。全双工设备也可以作为半双工设备进行工作。
[0034] 图2示出了示性全双工设备200。全双工设备200可以是能够进行全双工操作的eNB。全双工设备200也可以是能够进行全双工操作的UE。全双工设备200可以包括一个或多个发射天线205和一个或多个接收天线210。由于在大多数实现中，发射天线205相对靠近或与接收天线210并置(共享)，因此使用发射天线205发送的信号可以以出现在接收天线210，并且其传输功率水平显著高于远程定位设备传输到全双工设备200的功率水平。尽管全双工设备200在图2中被示为具有并置的发射天线205和接收天线210，但是全双工设备200的替代实现式可以具有并置或远程定位的发射天线205和/或接收天线210。作为说明性示例，替代性全双工设备可以包括用作发射天线和/或接收天线的多个远程天线。因此，具有并置天线的全双工设备200的图示不应被解释为限制示例性实施例的范围或精神。
[0035] 如前所述，自干扰在全双工通信系统的发展中一直是相当大的障碍。一般来说，接收器中的自干扰消除包括在训练周期期间的信道估计，其中训练信号(或导频信号)被发送以促进信道估计，例如多输入多输出(MIMO)信道估计，CIR估计等，以及基于已知的发送数据符号和信道估计来产生自干扰的复制品。
[0036] 为了支持传统设备，例如，半双工设备，可以修改现有的半双工帧结构以支持全双工通信，包括训练信号(或导频信号)的传输，以便于信道估计。作为说明性示例，第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)TDD帧结构可以被修改以支持全双工通信。图3a示出了示例性全双工子帧结构300。全双工子帧结构300基于兼容3GPP LTE TDD的通信系统的子帧配置3。全双工子帧结构300的子帧O和2可以分别用于下行传输和上行传输。全双工子帧结构300的子帧1可以是包括下行(DwPTS)部分305、保护周期/训练周期(GP/TP)310和上行(UpPTS)部分315的特殊子帧。GP/TP 310可以用于几个目的。例如，当全双工子帧结构300与传统(半双工)eNB结合使用时，GP/TP 310可以用作DwPTS部分305和UpPTS部分315之间的用于从下行传输切换到上行传输的GP。然而，例如，当全双工子帧结构300与全双工eNB结合使用时，GP/TP 310还可以用于允许全双工设备根据在半双工GP/TP 310中发送的训练信号(或导频信号)来执行CIR估计。可以使用特殊子帧配置来调整GP/TP 310的长度。
[0037] 全双工子帧结构300的剩余子帧可以以灵活(F)方式使用，这意味着每个子帧可以用于下行传输和/或上行传输。换句话说，可以为每个子帧调度一个或多个上行传输和/或一个或多个下行传输。可以基于多个准则(多准则)来优化可以以灵活方式使用的子帧的调度，例如最大容量，干扰约束等。从UE的角度来看，UE可能需要能够基于在控制信道或更高层信令(例如无线电资源控制(RRC)信令)上接收的调度分配来准备上行传输或下行接收。
[0038] 图3b示出了支持全双工操作的通信系统的帧350的子帧的示例性序列。帧350可以以通信系统的帧为代表，该通信系统支持使用扩展到利用配置0、1、2和6，并兼容3GPP LTE TDD的通信系统的全双工操作。帧350包括第一特殊子帧355，其包括DwPTS部分、GP/TP部分和UpPTS部分。帧350还包括第二特殊子帧360。对于扩展到支持利用配置3、4和5，并兼容3GPP LTE TDD的通信系统的全双工操作的通信系统，代表性帧可以是类似的，但是除了每个帧只有单个特殊子帧之外。训练周期的长度以及周期性可以取决于环境和/或通信系统因素。作为说明性示例，可能需要满足接收器处的信道估计器的信噪比(SNR)要求，并且可能在确定训练周期的长度和/或周期性中起作用。在确定训练周期的长度和/或周期性中可能起作用的另一因素可以是例如训练的重复小于信道的时间相关性的要求。在题为“无线通信系统中的全双工传输的系统和方法”的共转让的(co-assigned)专利申请中提供了关于支持全双工操作的帧结构的详细描述。
[0039] 图4a示出了示例性全双工设备400。全双工设备400包括天线，所述天线包括由包括发送器“TX 1”407在内的各发送器和包括接收器“RX 1”409在内的各接收器共享的天线405。全双工设备400还包括循环器，包括循环器409，其将天线，例如天线405，耦合到相关联的发送器(例如发送器407)和接收器(例如接收器409)。接收器上的自干扰可源于不同的路径(通常称为多径)而引起。作为说明性示例，发送的信号可以通过循环器泄漏并且由天线反射到接收器。此外，来自并置天线的其他发送信号以及围绕结构的发射信号的反射可以被接收器检测。为了有效地去除接收器中的自干扰，必须准确地估计从发送器到接收器的信道估计(例如，MIMO信道估计、CIR等)，使得自干扰的复制品可以被再现并用于消除接收器上的自干扰，例如在干扰消除单元413上进行消除。在消除了干扰的接收信号可以由信号处理单元415处理以产生信息。
[0040] 图4b示出了示例性干扰消除单元450。干扰消除单元450可以是图400的全双工设备400的干扰消除单元的示例性实现。干扰消除单元450可以按多阶段模式操作。在第一阶段中，干扰消除单元450可以使用信道估计单元455来执行信道估计，例如CIR估计、MIMO信道估计等。可以利用被发送以促进信道估计的训练信号(或导频信号)(例如x1，x2，...，xNb)来执行信道估计。作为示意性示例，回到图3a和3b，可以在特殊子帧的半双工GP/TP部分中发送训练信号。在第二阶段中，干扰消除单元450的干扰复制品生成单元460可基于已知的发送数据符号(例如，x1，x2，...，xNb)和信道估计单元455产生的信道估计(例如 )，生成自干扰复制品。组合器465可以将(由干扰复制品生成单元460生成的)干扰复制品与接收信号(例如yp)进行组合(即从中减去)，以产生接收信号的无干扰或干扰抑制版本。
[0041] 为了讨论的目的，请考虑一个一般的MIMO通信系统，其有Nb个发射天线、Mb个接收天线，以及代表从发送器到接收器的信道时延扩展的如个抽头，并且该训练信号以半双工模式发送，即在训练周期中只发送训练信号，不允许来自通信其他端的传输。因为天线通常并置或同地协作，因而假设任何发送器和接收器对之间的CIR均具有相同的长度(即Lb)。然而，本文给出的示例性实施例能够操作具有不同信道时延扩展的CIR。在第p个接收器上的样本的基带表达式可以表示为
[0042]
[0043] 其中xq(.)是从第q个天线发送的训练信号的训练符号，gp，q(.)是从第q个发射天线到第p个接收天线的CIR的抽头，并且vp(.)是接收器上的AWGN。注意到由于在训练周期中发送的训练信号假设为半双工，所以式(1)中不存在想要的信号。对于具有N个样本的块，n＝k，k+1，...，k+N-1，为了方便，将它们收集在向量中，并将式(1)推广到矩阵形式，可以表示为：
[0044] yp＝Xgp+vp (2)
[0045] 其中
[0046] yp＝[yp(k)，yp(k+1)，...，yp(k+N-1)]T (3)
[0047] 且
[0048] vp＝[vp(k)，v(k+1)，...，vp(k+N-1)]T (4)
[0049] 二者都是N×1向量，T表示矩阵转置，则gp是NbLb×1向量，代表着从所有发射天线到第p个接收天线的总CIR。换言之，有：
[0050]
[0051] 来自所有发射天线的训练符号可以堆叠在N×NbLb矩阵X中，其可以具有形式：
[0052]
[0053] 其中Xq是N×Lb信道卷积矩阵，其中来自第q个发射天线的符号可表示为：
[0054]
[0055] 如果X已知并且vp是高斯白噪声向量，则式(2)中达到Cramer-Rao下限(CRLB)的CIR的估计量(estimator)gp可以是最小二乘(LS)估计量，可表示为：
[0056]
[0057] 其中H表示矩阵共轭转置。然后可以生成自干扰的复制品，有：
[0058]
[0059] 则消除残差(cancellation residual)可以表示为：
[0060]
[0061] LS信道估计量需要对与所发送的数据符号相关联的相关矩阵进行矩阵求逆，可表示为：
[0062] Rx＝XHX (11)
[0063] 其中维度NbLb×NbLb随着发射天线的数目和信道抽头数线性增长，这就使得在Nb范围为从2至8、Lb的范围为20及以上时，难以为典型MIMO系统(例如3GPP LTE)实时计算矩阵求逆。
[0064] 注意到可以先验地计算矩阵求逆并存储 以供后续使用。但是，此解决方案可能需要大量内存空间。典型的FD系统可能需要多级消除，并且每个级所需的信道抽头数可以不同。因此，可能需要存储多个版本的 每个版本具有不同的维度。此外，预先计算矩阵求逆会导致信道估计器无法动态地调整抽头数来最佳地匹配多径环境，也就会限制信道估计器的适应性。
[0065] 此外，计算矩阵求逆(无论是先验地还是实时地)具有与维度增加相关联的数值不稳定性。为了讨论的目的，请考虑带宽20MHz、N＝2048和循环前缀长度Ncp＝512的2×2MIMO LTE系统(Nb＝Mb＝2)的示例。按照Lb＝40的瑞利多径情况建模，并且用具有随机64-QAM数据的单个正交频分复用(OFDM)符号用作训练信号。表1示出了矩阵求逆本身的数值不稳定性。表1示出了根据示例性实施例的训练信号的相关矩阵的条件数、基于训练信号的LS估计量的信道估计误差、和随机OFDM符号的残差均方误差(MSE)。在随机OFDM符号下，Rx的条件数可以高达1.37×1017，这表示Rx近于奇异(singular)，并且即使使用基于奇异值分解(SVD)的伪求逆来计算矩阵求逆， 也将在数值上不稳定。这种数值上的不稳定性转化为更大的信道估计误差和更高的消除残差，如表1所示。
[0066]
[0067] 表1：矩阵求逆中固有的数值不稳定性
[0068] 此外，数值不稳定性还可能使信道估计产生数据依赖性，也就可能在训练周期之外的自干扰复制品(由式(9)产生)中的OFDM符号之间引入不连续性。这种不连续性可能在消除残差(由式(10)产生)中表现为OFDM符号之间的尖峰。图5示出了不同样本指数(sample index)的示例性消除残差的数据图500。数据图500从如上所述的2×2MIMO LTE系统得出的数据而生成。
[0069] 根据示例性实施例，选择相关矩阵是单位矩阵或缩放单位矩阵的信号作为训练信号(或导频信号)来用于全双工通信系统。换言之，有：
[0070]
[0071] 其中 则LS估计量可以表示为：
[0072]
[0073] 其为训练信号和接收到的样本之间的交叉相关，并且矩阵求逆被完全消去。可以基于式(5)和(6)来重新调整式(13)，以使信道估计器更灵活，此时估计量可以表示为：
[0074]
[0075] 其中
[0076]
[0077] 式(15)可意味着任一对发送器和接收器中的单独的CIR都可单独地和独立地估计。换言之，有：
[0078]
[0079] 以上发现的一个好处在于，单独的CIR可以具有不同的长度Lp，q而不是相等的长度Lb(比如可以重新定义为各个CIR的最大信道长度)。另一个好处在于，如果有多个计算引擎可用，则可以并行计算各个信道估计量。
[0080] 为了推导出比式(12)更可实现的充分条件来求解(式(13))并为训练信号的设计提供指导，将式(11)关于式(6)展开，可表示为：
[0081]
[0082] 式(17)中的每个子块矩阵还可以使用式(7)进一步展开，可表示为
[0083]
[0084] 其中
[0085]
[0086] 且有
[0087] k1，k2∈{k，k-1，...，k-Lb+1}，或|k1-k2|∈{0，1，...，Lb-1} (20)[0088] 假设每个训练信号在发送之前附加最后Ncp(Ncp＞Lb)个样本的循环前缀。则式(19)的相关性变为式(20)的Lb个延迟的区段内的周期相关性，其中n+k1和n+k2是N的模(mod)。若满足以下条件，则式(12)的命题为真：
[0089]
[0090] 且对于式(20)的区段中的任何k1和k2都有：
[0091]
[0092] 式(21)和(22)在式(20)区段内的充分条件就是零相关区(ZCZ)序列的定义。
[0093] 根据示例性实施例，ZCZ序列用作全双工通信系统中的训练序列。一般来说，任何ZCZ序列，例如二进制和多相ZCZ序列，都可以用作MIMO全双工通信系统中各个发射天线的训练信号，只要ZCZ序列集的参数满足通信系统的要求。这些要求的示例可以包括：ZCZ序列的长度等于期望的符号长度N(在添加循环前缀之前)；ZCZ序列集的大小等于或大于发射天线的数目Nb；以及ZCZ区段长度等于或大于决定着ZCZ序列集中各序列的自相关和交叉相关的最小ZCZ区段长度的信道时延扩展Lb等等。由于ZCZ序列的设计中有着广泛的可用性和较大的自由度，故而示例性实施例可以适用于几乎任何通信系统(例如OFDM和/或OFDMA、单载波和CDMA系统等)。
[0094] 应当理解，基于ZCZ序列集合的训练信号仅是实现式(12)中表示的充分条件的一个示例。其他类型的序列也可以用作训练信号，只要满足式(12)中表达的条件即可。
[0095] 图6示出了在全双工通信系统选择的训练信号中发生的示例性操作600的流程图。当设备选择全双工通信系统的训练信号时，操作600可以指示在设备中发生的操作，诸如全双工eNB和/或全双工UE的全双工设备，或诸如设计设备130的设计设备。
[0096] 操作600可以开始于设备选择满足通信系统要求的信号集(块605)。该信号集可以满足如等式12以及式(21)和(22)中所表示的条件。例如，可以使用ZCZ信号，并且所选择的ZCZ信号集可以满足式(12)、(21)和(22)中设置的条件。选择的ZCZ信号集也可以满足通信系统要求，例如ZCZ序列的长度等于期望的符号长度N(在添加循环前缀之前)；ZCZ序列集的大小等于或大于发射天线的数目Nb；以及该ZCZ区段长度等于或大于决定着ZCZ序列集中各序列的自相关和交叉相关的最小ZCZ区段长度的信道时延扩展Lb等等。设备可以保存ZCZ信号集(块610)。ZCZ信号集(或ZCZ信号集的有关信息，其足以用于生成该ZCZ信号集的副本)可以保存到本地存储器、远程存储器、本地数据库、远程数据库、本地服务器、远程服务器等。
[0097] 图7示出了在以全双工模式下操作的设备上发生的示例性操作700的流程图。当设备在全双工模式下操作时，操作700可以代表在设备上，例如能够进行全双工操作的eNB或全双工UE上，发生的操作。
[0098] 操作700可以开始于设备发送用于全双工CIR估计的训练信号(块705)。训练信号可以是ZCZ信号，或是为达到通信系统要求而选择的满足式(12)的任何其他类型的信号。训练信号可以由设备、设计设备、技术标准、通信系统的运营商等来选择。该设备可以根据训练信号测量自干扰，以及估计CIR(块710)。设备可以发送和/或接收(块715)。该设备可以通过使用估计的CIR来消除接收信号中存在的干扰(块720)。设备可以在干扰消除之后再处理包含在接收信号中的信息(块725)。
[0099] 图8示出了用于发送训练信号的示例性数据路径的图800。图800可以表示用于发送训练信号的数据路径，该训练信号包括ZCZ序列或是为达到通信系统要求而选择的满足式(12)的任何其他类型的信号，该训练信号用于促进全双工信道的CIR估计。图800可以包括序列集构造器805、映射器810、可能有需要或训练信号的类型有要求的循环前缀单元815、复用器820、滤波器825和射频(RF)电路830。序列集构造器805用于从ZCZ信号生成序列集，例如训练信号序列集。序列集构造器805被配置为用通信系统要求作为输入，该通信系统要求包括ZCZ序列的长度等于期望的符号长度N(在添加循环前缀之前)、ZCZ序列集的大小等于或大于发射天线的数目Nb、以及ZCZ区段长度等于或大于决定着ZCZ序列集中各序列的自相关和交叉相关的最小ZCZ区段长度的信道时延扩展Lb等等，并且序列集构造器805根据通信系统要求生成序列集。
[0100] 可以将序列集提供给映射器810，该映射器810用于将序列映射到发射天线端口。映射器810可以从每个发射天线所用的序列集中选择序列。通常，为发射天线选择的序列是唯一的，并且不对其他发射天线重用。在序列集大于发射天线的数目的情况下，可以将未选择的序列分配给相邻小区，以帮助抑制同信道干扰。循环前缀单元815用于向所选择的序列添加循环前缀，产生扩展序列。所使用的循环前缀可以具有长度Ncp，其中Ncp≥Lb。扩展序列可以由复用器820复用。复用器820可以将扩展序列与数据符号进行复用，从而产生符号流。
滤波器825用于对符号流进行滤波，例如以确保符号满足频谱要求。RF电路830用于为传输而准备滤波后的符号，包括升频转换、放大等。
滤波器825用于对符号流进行滤波，例如以确保符号满足频谱要求。RF电路830用于为传输而准备滤波后的符号，包括升频转换、放大等。
[0101] 图9a示出了示例性信道估计器900。信道估计器900用于利用发射天线所发送的训练信号来估计全双工设备的发射天线与接收天线之间的信道。信道估计器900包括循环前缀单元905、矩阵乘法单元910、序列选择器915、卷积矩阵单元920和缩放单元925。循环前缀单元905用于去除在发送时附加到训练序列上的循环前缀并产生接收的训练序列yp。矩阵乘法单元910用于将接收的训练序列(yp)与用作训练序列Xq的ZCZ序列相乘。ZCZ序列可以根据一个值来选择，例如提供给序列选择器915的与发射天线相关联的指数q。所选择的ZCZ序列可以由卷积矩阵单元920用于生成卷积矩阵，从而产生Xq。矩阵乘法单元910的输出可由缩放单元925缩放，以产生信道估计
[0102] 图9b示出了第一示例性MIMO接收器930。MIMO接收器930可以是全双工设备的接收器上的MIMO接收器的串行实现。图9c示出了第二示例性MIMO接收器960。MIMO接收器960可以是全双工设备的接收器上的MIMO接收器的并行实现。只要Lp，q≤Lb，则发送器-接收器对的各个CIR的长度可以不同。
[0103] 图10示出了示例性消除残差的数据图1000，突出显示了随机OFDM训练信号与基于ZCZ序列的训练信号之间的差异。如图10所示，第一迹线1005表示如图5所示的随机OFDM训练信号的消除残差，第二迹线1010表示基于ZCZ序列的训练信号的消除残差。所使用的ZCZ序列是Zadoff-Chu序列，对应系统参数：Nb＝Mb＝2；LTE系统带宽＝20MHz；N＝2048；Ncp＝512且Lb＝40。生成具有长度N且根u＝1的基本Zadoff-Chu序列(选择1作为根是任意的，也可以使用与N互质的其他根)。换言之，有：
[0104]
[0105] 由于Zadoff-Chu序列的循环移位属性，基底Zadoff-Chu序列可以平移一系列Ncs＝128个位置，以生成最大ZCZ区段Ncs-1(127)的有16个ZCZ序列的序列集。ZCZ区段大小Ncs-1的选择使得其大于Lb，并且可以处理最大时延扩展为128个抽头的信道。该集合可以在具有最大数量为16个发射天线的系统中使用。在集合中，余下的ZCZ序列可表示为：
[0106] xq(n)＝x1((n+(q-1)128)mod N)，q＝2，3，...，16；n＝0，1，...，N-1 (24)[0107] 注意到Zadoff-Chu序列的使用可允许高度的灵活性和大自由度来支持广范的通信系统要求，即序列长度、ZCZ区段长度、集合大小等等。将第一迹线1005与第二迹线1010进行比较可以看出，信道估计精度和消除性能都得到了改进。此外，数值稳定性得以提高。
[0108] 图11示出了示例性通信设备1100。通信设备1100可以是全双工设备的实现，例如全双工eNB或全双工UE。通信设备1100可以用于实现本文所详述的各种实施例。如图11所示，发送器1105用于发送帧、训练信号等。通信设备1100还包括用于接收帧、训练信号等的接收器1110。为了简明起见，这里未示出其他常规单元，例如在发送器和接收器中使用的编码器、解码器、调制器和解调器。
[0109] 训练序列生成单元1120用于生成在CIR估计中使用的训练序列。训练序列生成单元1120用于从ZCZ序列或满足式(12)所示条件的任何其他类型的序列中生成训练序列。训练序列生成单元1120用于生成满足通信系统要求的训练序列。映射器1122用于将训练序列映射到发射天线端口。映射器1122用于从各训练序列中为每个发射天线选择训练序列。如果需要循环前缀单元1124，则将其用于向所选择的训练序列添加循环前缀以产生扩展序列，或者从接收信号中去除循环前缀。复用器1126用于将扩展序列与数据符号进行复用。滤波器1128用于对复用符号进行滤波，例如以确保符号满足频谱要求。测量/估计单元1130用于测量信道。测量/估计单元1130用于根据训练信号测量信道。测量/估计单元1130用于基于信道的测量来估计信道的CIR。干扰消除单元1132用于从接收信号中消除干扰(自干扰和其他)。干扰消除单元1132用于从已知的发送数据和所估计的CIR中生成干扰复制品，从接收信号中减去该复制品，以生成干扰消除后的信号。存储器1140用于存储训练序列、接收到的信号、信道测量、CIR估计、干扰复制品、干扰消除后的信号等。
[0110] 通信设备1100的各要素可以实现为特定的硬件逻辑块。在替代方案中，通信设备1100的要素可以被实现为在处理器、控制器、专用集成电路等中执行的软件。在又一替代方案中，通信设备1100的要素可以实现为软件和/或硬件的组合。
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