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同时同频全双工数字自干扰抑制关键技术

张志亮  
【摘要】:同时同频全双工在相同时间使用相同频率发送接收信号,相对传统的时分双工和频分双工,最高能获得两倍的频谱利用率,是提高下一代无线通信系统容量的有效措施之一。实现同时同频全双工需要解决同频自干扰的问题,目前普遍采用的是天线抑制、射频抑制和数字抑制联合的自干扰抑制方案。数字抑制作为最后一道抑制手段,其残留的自干扰将会作为最终残留自干扰,所以对最终抑制效果的影响非常重要。本文聚焦于高性能、低成本的数字自干扰抑制技术研究,具体贡献包括:第一,给出数字自干扰抑制下干信比与ADC位数影响误符号率的闭式解。通过分析数字自干扰抑制下干信比与ADC位数对实际判决门限的影响,推导得出QAM调制系统误符号率表达式,从而可为工程上设定模拟自干扰抑制指标限制干信比和选择ADC位数提供依据。在16-QAM调制,比特信噪比14dB,干信比不大于40dB时,只需12位ADC即可能达到接近510-的极限误符号率。第二,提出一种反馈辅助精确测量非线性自干扰的抑制方案。首先通过分析抑制能力,证明反馈方案由于获知了发射通道非线性因而优于非反馈方案。在相位噪声方差为0.0075rad2,反馈与接收通道时延误差为30ns时,反馈方案比非反馈方案的抑制能力高27dB。然后提出一种去除反馈中占主导地位的线性分量并精确测量非线性分量的自干扰抑制方案,在不损失抑制性能的前提下降低对反馈通道ADC位数的需求,从而降低成本。在原反馈通道使用12位ADC接收包含线性与非线性分量自干扰的情况下,本方案只需使用8位ADC接收自干扰非线性分量。第三,提出一种可用于单天线全双工系统的数字预处理自干扰抑制技术。所提技术通过在发射基带引入数字预消除信号,消除时延较大的自干扰径,达到抑制自干扰的效果。当幅值误差在5%范围内时,其对目标径的抑制能力大于20dB。第四,提出一种补偿串扰的全双工MIMO数字自干扰抑制方案。在发射通道存在串扰与非线性失真情况下,通过发射前补偿串扰与数字预失真,抑制自干扰中非线性分量,使得数字自干扰抑制仅需进行线性重建,降低复杂度。对于20MHz带宽的LTE全双工2×2 MIMO,该方案的数字抑制提供了35dB的抑制能力。论文在同时同频全双工数字自干扰抑制方面的研究成果,可以作为全双工收发器系统方案设计、ADC选型、数字自干扰抑制算法设计等方面的重要参考。


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