同時(shí)同頻全雙工無線通信自干擾抑制.pdf

1、傳輸業(yè)務(wù)量激增和電磁波頻譜資源有限的矛盾日益突出，面向新一代的無線傳輸技術(shù)已經(jīng)提上日程。在空中接口方面，同時(shí)同頻全雙工(CCFD: Co-time Co-frequency Full Duplexing)技術(shù)(后面簡(jiǎn)稱“全雙工”)能夠在相同頻率同時(shí)收發(fā)電磁波信號(hào)，相對(duì)于現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的時(shí)分雙工和頻分雙工，頻譜效率有望提升一倍。
　　全雙工傳輸健康工作的核心問題是如何在本地接收機(jī)中抑制本地設(shè)備自己發(fā)射的信號(hào)(即自干擾)。目前廣泛采用的

2、是天線抵消、射頻抵消和基帶抵消三級(jí)聯(lián)合的自干擾消除方式。其中射頻和基帶抵消的原理是：預(yù)先進(jìn)行自干擾信道參數(shù)估計(jì)，再重建自干擾信號(hào)并與接收信號(hào)反相疊加，實(shí)現(xiàn)自干擾消除。而自干擾估計(jì)和重建過程中的誤差、放大器非線性等因素制約了全雙工自干擾消除能力。本文將針對(duì)全雙工傳輸?shù)淖愿蓴_抑制能力展開研究。
　　本文首先研究了自干擾對(duì)全雙工傳輸容量的影響，突出自干擾抑制的重要性；接著從誤碼率和干擾抑制比(ICR:Interference Cance

3、llation Ratio)角度，分析了自干擾抑制時(shí)的幅度、相位、時(shí)延誤差對(duì)自干擾抑制性能的影響；最后討論了功率放大器的非線性對(duì)全雙工傳輸?shù)挠绊?。具體包含以下四個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：
　　第一，考慮收發(fā)獨(dú)立天線的全雙工，分析了高斯和衰落信道中全雙工的加權(quán)速率和(WSR:Weighted Sum-rate)，給出全雙工優(yōu)于半雙工的判決準(zhǔn)則及WSR上下界的閉合表達(dá)式。
　　?高斯信道中，同等發(fā)射功率、接收噪聲和傳播衰減條件下，當(dāng)ICR高于某

4、個(gè)門限時(shí)，全雙工的WSR優(yōu)于半雙工。特別的，當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率均為30dBm，接收機(jī)噪聲功率均為?95dBm，節(jié)點(diǎn)之間的功率傳播衰減為?100dB時(shí)，全雙工至少要消除112.5dB的自干擾，WSR才能超越傳統(tǒng)的半雙工。
　　?衰落信道中，同等發(fā)射功率、接收噪聲和功率衰減條件下，相比固定收發(fā)天線的全雙工，能根據(jù)信道信息動(dòng)態(tài)選擇收發(fā)天線的全雙工(優(yōu)選全雙工)的性能更好。特別的，當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率均為30dBm，接收機(jī)噪聲功率均為?95dBm，

5、節(jié)點(diǎn)之間的功率傳播衰減為?100dB，ICR大于140dB時(shí)，與固定收發(fā)天線的全雙工相比，優(yōu)選全雙工的WSR要高2.4bps/Hz。
　　第二，在加性白高斯噪聲的無線傳播信道和自干擾信道中，分析了自干擾抵消時(shí)的幅度、相位和時(shí)延誤差對(duì) ICR的影響，并給出了誤碼率閉合表達(dá)式；最后討論了不同脈沖成型對(duì)誤碼率的影響。
　　?當(dāng)傳輸信號(hào)采用二進(jìn)制相位調(diào)制(BPSK)、自干擾信號(hào)的幅度估計(jì)相對(duì)誤差|h|<0.2％、總相位估計(jì)誤差|Dy

6、|<0.1?時(shí)，可以抑制55dB的自干擾；
　　?當(dāng)傳輸信號(hào)采用BPSK調(diào)制信號(hào)、信干比SIR為?45dB、自干擾幅度估計(jì)相對(duì)誤差h的標(biāo)準(zhǔn)差為0.001、相位估計(jì)誤差Dy的標(biāo)準(zhǔn)差為0.1?、誤碼率為410-時(shí)，與理想BPSK誤碼率曲線相比，采用方波成型和采用b=0.22的根升余弦成型的全雙工分別損失信噪比5dB和1.6dB。
　　第三，在平坦衰落和頻率選擇性衰落自干擾信道中，分析了自干擾抵消時(shí)的幅度、相位和時(shí)延誤差對(duì)全雙工I

7、CR的影響，并給出了誤碼率閉合表達(dá)式。
　　?在頻率選擇性衰落的自干擾信道中，當(dāng)直射路徑(LOS: Line of Sight)的自干擾被抵消后，眾多的自干擾散射分量成為進(jìn)一步提高自干擾抑制能力的瓶頸。特別的，當(dāng)自干擾信道為K=30dB的萊斯多徑信道時(shí)，若要實(shí)現(xiàn)>30dB的自干擾抑制，必須考慮散射路徑的干擾；
　　?當(dāng)SIR為?30dB，各條徑有相同的自干擾估計(jì)誤差(幅度估計(jì)相對(duì)誤差h的標(biāo)準(zhǔn)差為0.001，相位估計(jì)誤差Dy的

8、標(biāo)準(zhǔn)差為0.1?)，與理想BPSK誤碼率曲線相比損失信噪比4.3dB(誤碼率210-)。
　　最后，研究了典型功率放大器的非線性及參考信號(hào)的來源對(duì)干擾抑制比和誤碼率的影響。在自干擾抑制過程中考慮了兩種參考信號(hào)的來源：方案 A，非線性功放的輸出端；方案B，非線性功放的輸入端。研究結(jié)果表明，在相同的自干擾估計(jì)誤差條件下，方案 A自干擾抑制效果更好；在給定的誤碼率工作點(diǎn)，非線性功放存在最佳的功率回退點(diǎn)，使得總體性能損失最小。特別的，采用