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同时同频全双工自干扰抑制关键技术研究与验证

徐强  
【摘要】:同时同频全双工以相同的时间和相同的频率发送接收信号,与频分双工和时分双工相比,理想情况下最高可获得两倍的频谱利用率,是提高下一代无线和有线通信系统容量的有效措施之一。然而,同时同频全双工的发射信号干扰了远端过来期望信号的检测。如何抑制发射信号对自身接收的这种自干扰,工程实现中有什么挑战?本文针对这些问题进行研究。首先,分析并验证了同时同频全双工的射频自干扰抑制能力。在现实的工程约束条件下,分析了自干扰功率、带宽、幅度调整误差、相位调整误差对自干扰抑制能力影响,给出了闭合解析表达式,并进行了实验测试验证。实验与分析结果表明,在自干扰信号带宽为20MHz、自干扰功率为-10dBm的条件下,当幅度调整误差为0.005dB、相位调整误差为0.05度时,射频自干扰抑制能力达到51.2dB。其次,分析并验证了同时同频全双工的数字自干扰抑制能力。针对频域重建自干扰抑制方法,在自干扰信道为多径瑞丽衰落信道的条件下,分析了自干扰功率、自干扰信道估计误差对数字自干扰抑制能力影响,给出了闭合解析表达式,并进行了实验测试验证。实验与分析结果表明,当自干扰信号带宽为20MHz、干噪比为40dB时,数字自干扰抑制能力达到31.2dB。再次,针对自干扰信道估计误差会恶化数字自干扰抑制能力的问题,提出了一种可变窗长离散傅里叶变换信道估计算法,提高了低干噪比下自干扰信道估计的精度。数值分析和仿真结果表明,在莱斯自干扰信道的条件下,干噪比为15dB时,可变窗长离散傅里叶变换信道估计算法相对于最小二乘信道估计能带来约2.2dB的自干扰抑制能力提升。最后,针对LTE的应用场景,联合射频自干扰抑制和数字自干扰抑制,设计了单发单收LTE同时同频全双工工程样机。分析了LTE同时同频全双工系统对自干扰抑制能力需求,设计了自干扰抑制工程实现方案。工程样机实验测试表明,在自干扰功率为-10dBm的条件下,射频与数字联合自干扰抑制能力达到70dB,LTE同时同频全双工双向数据速率提高了一倍。论文工作为同时同频全双工自干扰抑制技术提供了理论和方法支撑,部分成果得到了工程验证。研究结果可应用于中继系统、军用无线通信系统、无线局域网以及下一代无线和有线通信系统中。


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