文 献 综 述
一、全双工MIMO系统背景概述
现如今，网络已经成为人们生活必不可少的一部分，无线通信设备的使用越来越广泛。伴随着通信设备的普及，无线通信网络的速度并没有得到有效的提升。随着科技的进步，人们越来越专注于研究如何提高无线网络系统的传输效率，因此MIMO系统得以提出随后，ATamp;T BELL实验室学者在上世纪90年代中期对无线移动通信系统MIMO技术发展起到了巨大推动作用。MIMO技术相比于传统的单天线系统所不同的是能够有效的提升系统容量和频谱利用率。MIMO系统的优势在于能够在有限的无线频带下充分开发空间资源。不同于传统的单进单出系统，而是采用发射端和接收端多个天线接收和发送。因此，在不增加系统带宽的前提下有效的提高了通信稳定性、系统容量和频谱利用率。
中继协作技术利用了空间分集的原理, 能够有效对抗信道衰落、提高传输可靠性，因而成为现阶段以及未来移动通信手段的重要一环。1979年，Cover等人对中继信道的容量理论作了详细的阐述，并首次提出了协作通信模型。中继通信与协作通信的不同之处在于中继通信仅需要传输源节点的信息，比协作通信简单的多。
全双工通信技术是将来第五代移动通信系统的核心技术之一，为移动通信系统提供比较广阔的地域覆盖范围以及高的频谱效率。相比于传统的半双工中继技术，全双工可以在同一时间内在同一条信道上同时进行数据的接收和发送，极大地提高了系统的频谱效率。
随着通信技术的快速发展，协作通信在无线通信系统中产生了多种应用，其中最主要的就是将MIMO技术与全双工中继技术的结合形成一种新型的联合收发方式。这种新型的收发方式可以让天线数所限的终端用户也能获得MIMO增益。对目前这种新型的全双工MIMO中继系统来说，最主要的问题就是中继的发送端和接收端之间会产生较强的自干扰。如果自干扰无法得到有效抑制，必然会降低信道的容量，严重影响系统的性能。因此为使全双工切实可行，关键在于自干扰消除。现阶段自干扰消除主要有时域消除，空间抑制以及时域消除和空间抑制相结合等方法。我们所主要研究的波束成形技术可以有效抑制多址干扰，是下一代宽带无线MIMO通信系统物理层关键技术之一，也是当前无线通信领域的研究热点。
二、国内外研究现状
全双工MIMO技术对改善频谱资源缺乏的现状具有重要意义，是下一代通信系统的重要技术之一，同时也引起了许多专家学者的关注。尽管在理论上全双工模式相比于半双工模式能够提高一倍的信道容量, 但是这一性能的提高取决于理想的自干扰消除，因而对自干扰的抑制也成为了全双工技术的关键。自干扰消除方式可分为两大类：被动自干扰消除和主动自干扰消除。被动自干扰消除通过隔离发送天线和接收天线，从而降低自干扰信号功率，使得自干扰信号在到达接收天线之前就被有效的衰减。主动自干扰消除包括模拟干扰消除，数字干扰消除以及空间干扰消除技术。文献[1]提到的时域相消抑制是一种比较简单，直接的方法。通过在中继收发端之间增加一个滤波器，就可以实现信道中自干扰的有效抑制。时域相消的优点在于简单，方便较为直接，但其缺点在于不能合理的运用空域技术。当自干扰信道为低秩时，使用时域相消抑制的方法并不能有效的消除干扰。文献[2]、[4]与[7]中都提到了一种迫零自干扰抑制算法（Zero-forcing，ZF），该方法同样简单高效，但其仅仅适用于当环路信道增益为低秩时，只考虑减弱自干扰信号的影响的情况。以上两种技术都只考虑了减弱自干扰信号本身的影响，忽略了中继分配和功率选择在系统中的重要作用。
时域消除技术与空间抑制技术并不是相互独立的，而是可以相互联系的。如果将两种技术相互结合起来，就可以抑制一种技术抑制干扰后的残余干扰，因此可以提供更好的自干扰消除能力。文献[3]就提到了这种时域和空域联合抑制的技术。作者在文章中将这种联合技术和传统的基于SVD奇异值分解（Singular value decomposition）联合置零、理想状态和半双工中继的性能进行了详细的比较。
文献[4]中提出了一种通过使中继发送和接收端的有用信号与干扰信号的比值达到最大，从而设计中继端的发送与接收波束成形矩阵，以达到抑制干扰的同时又能够提高系统性能的最大化中继接收或者发送端的信干比（Signal-to-interference ratio，SIR）方法，并在低秩和满秩的不同自干扰信道下都进行了仿真。将文献[4]和[7]中提到的时域消除（Time-domain cancellation，TDC）和零空间投影（Null space projection，NSP）相比较，作者发现TDC对信道估计误差以及发送信号噪声比较敏感，而NSP则需要更多额外的天线增益才能进行有效的抑制。两种方法各有优点也各有不足。
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