【正文】 in Texas, USA. Philip Levis , Sachin Katti , Prasun Sinha,The Ohio State University Ohio, USA. Practical, Realtime, Full Duplex Wireless. (11) .百度百科，F(xiàn)DD，TDD，CDMA，同時(shí)同頻全雙工致 謝在這次論文完成過(guò)程中，張四海老師從前期幫我選題到中期輔導(dǎo)到后期審查，一路上都給予了我極大地幫助，悉心指導(dǎo)我完成論文，在此表達(dá)衷心感謝。參考資料(1) . Choi J I, Jain M, Srinivasan K, et al. Achieving single channel, full duplex wireless munication[C]. Proceedings of the 16th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom39。目前世界上有些科研機(jī)構(gòu)較早就開(kāi)始做自干擾消除實(shí)驗(yàn)，如加州大學(xué)，萊斯大學(xué)，斯坦福大學(xué)，以及國(guó)內(nèi)的電子科大今年來(lái)都有對(duì)次方面進(jìn)行研究。由于實(shí)際的自干擾信號(hào)與產(chǎn)生的發(fā)射信號(hào)不 同（由于失真），所以從接收信號(hào)中抵消掉信道估計(jì)之后的信號(hào)會(huì)比直接抵 消掉原始發(fā)射信號(hào)效果更好，至少可以滿足20dB的消除目標(biāo)。圖11 單極性b位ADC傳遞函數(shù)ADC 前引入系數(shù)固定為λ的放大器，并通過(guò)加法器疊加一固定偏移量c，使得包含干擾的信號(hào)可以映射到 ADC 的量化區(qū)間內(nèi)，并使得判決門(mén)限映射到量化門(mén)限處，判決門(mén)限映射到量化門(mén)限處，則放大調(diào)整后的信號(hào)為其中λ可求得如此量化方案設(shè)置，相當(dāng)于將 ADC 的量化門(mén)限逆映射到了放大器前接收信號(hào)電平的與之間。因此，消除干擾再進(jìn)行判別可以視為一個(gè)新的直接判決過(guò)程，消除干擾等效于改變判決門(mén)限，新的判決門(mén)限為原判決門(mén)限作了干擾值對(duì)應(yīng)的平移。接收天線Rx 接收到的信號(hào)為其中n(t)為加性高斯白噪聲。在同頻全雙工系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字自干擾消除時(shí)，自干擾的信息為已知，因此相比傳統(tǒng)的數(shù)字消除省去了先解出不期望的那個(gè)發(fā)射機(jī)信息的步驟。射頻干擾消除利用噪聲消除電路來(lái)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步干擾消除，這樣可以把干擾信號(hào)強(qiáng)度降到更低，有利于后期的數(shù)字干擾消除對(duì)自干擾信號(hào)更徹底的消除，從而為我們的最終目的———同時(shí)同頻全雙工通信掃除了自干擾這一最大的“障礙”。 射頻干擾消除實(shí)驗(yàn)效果在斯坦福大學(xué)的一項(xiàng)研究中，科研人員采用 QHx220噪聲消除芯片來(lái)作射頻干擾消除的實(shí)驗(yàn)，QHx220芯片可以從接收信號(hào)中消除已知的干擾信號(hào)，并且還能改變干擾參考信號(hào)的振幅和相位來(lái)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行干擾匹配。 小結(jié)由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，如果利用天線消除方案來(lái)進(jìn)行自干擾消除，不管接收天線在哪個(gè)位置，至少都可以比單根天線帶來(lái)的干擾減少6dB。圖7圖8由波的干涉我們知道，當(dāng)兩路電磁波相遇會(huì)發(fā)生干涉，如果兩列波頻率相同，會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定干涉波形，并且在某些點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)某些點(diǎn)減弱。圖6圖6左邊所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖是圖4左圖在大范圍空間的情況，其實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置與圖4的設(shè)置完全相同，只是所取的分析范圍為030m。其中，左圖的實(shí)驗(yàn)參數(shù)是兩路發(fā)射信號(hào)的功率相等，但是相移了；而右邊的圖表示兩路信號(hào)發(fā)射功率不相等，但是沒(méi)有相移。 天線消除技術(shù)擴(kuò)展天線消除技術(shù)可以減少自身發(fā)射器帶來(lái)的干擾，但是對(duì)于其真正想要接收的信號(hào)會(huì)有什么影響？另外，天線消除技術(shù)與其他一些原理相似的方法比起來(lái)有什么好處，比如兩根發(fā)射信號(hào)發(fā)射的是已經(jīng)經(jīng)過(guò)了相移的兩路信號(hào)，然后把接收天線置于發(fā)射天線中間，理論上來(lái)說(shuō)這兩種方法的效果是一樣的，并且相移技術(shù)并不需要衰減器。另外，振幅差異對(duì)于天線消除性能的影響與信號(hào)中心頻率關(guān)系不大，這樣產(chǎn)生的頻率響應(yīng)就比較平滑。圖2則列出了天線干擾消除的效果與兩路干擾信號(hào)的振幅差的關(guān)系，這里要假設(shè)對(duì)于不同帶寬的信號(hào)，接收天線都按照不同的中心頻率放在理想的位置。關(guān)于天線消除的性能，下面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖直觀地呈現(xiàn)了其與接收天線的位置、干擾信號(hào)的振幅差以及發(fā)射信號(hào)的頻率之間的關(guān)系： 圖1：接收信號(hào)功率與接收天線位置匹配的關(guān)系 圖2：接收信號(hào)功率與兩組干擾信號(hào)幅度差的關(guān)系 從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖可以看出，如果接收天線的位置離理想位置相差一毫米，那么最多可以將干擾信號(hào)降低到29dB；而第二幅圖可看出，當(dāng)兩路干擾信號(hào)的幅度相差達(dá)到10%，最多能達(dá)到23dB的消除效果。也會(huì)因?yàn)樾盘?hào)帶寬對(duì)天線消除的性能產(chǎn)生影響。為了分析天線消除的效果，可以來(lái)看看天線消除后接收天線處的自干擾信號(hào)的功率。 效果分析理想情況下，兩根發(fā)射天線的信號(hào)到達(dá)接收天線時(shí)會(huì)恰好相差π相位，正好達(dá)到匹配相消的理想狀況。另外，我們可以在數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣之后在數(shù)字域利用之字形解碼技術(shù)來(lái)消除干擾，不過(guò)現(xiàn)有的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率還不足以讓接收到的信號(hào)通過(guò)，因?yàn)榘l(fā)送信號(hào)的干擾使得他比本底噪聲高了60dB。而最新的研究表明，如果能利用多種方法消除自干擾的話，真正的全雙工是有可能實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)然，運(yùn)用此種方法進(jìn)行天線消除時(shí)要注意信號(hào)匹配，即要求從兩根發(fā)射天線發(fā)出的信號(hào)相位是同步的，當(dāng)兩根發(fā)送天線的信號(hào)匹配程度越高，到達(dá)接收器時(shí)產(chǎn)生的消除效果是最好的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將發(fā)送信號(hào)進(jìn)行分流，從兩個(gè)發(fā)射天線發(fā)射出去，而接收天線只有一根。目前，同頻同時(shí)全雙工技術(shù)正逐漸成為無(wú)線通信領(lǐng)域的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，并且已經(jīng)初步顯示出廣闊的應(yīng)用前景。專利中明確描述了一種全雙工通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用射頻干擾抑制、數(shù)字干擾抑制兩級(jí)進(jìn)行自干擾消除，達(dá)到同時(shí)同頻收發(fā)信號(hào)的效果。 全雙工通信現(xiàn)狀及前景全雙工通信技術(shù)目前還處在研究階段，由于收發(fā)同時(shí)同頻，CCFD發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號(hào)會(huì)對(duì)本地接收機(jī)產(chǎn)生干擾，使用CCFD的首要工作是抑制強(qiáng)自干擾。因此對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，選擇統(tǒng)一的A接口是比較困難的。(2) 其次，在標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題上，CDMA的標(biāo)準(zhǔn)并不十分完善。OCELP是利用碼表矢量量化差值的信號(hào)，并根據(jù)語(yǔ)音激活的程度產(chǎn)生一個(gè)輸出速率可變的信號(hào)。即兼容性好?？梢栽谠拕?wù)量高峰期通過(guò)提高誤幀率來(lái)增加可以用的信道數(shù)。通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，保證了通話的連續(xù)性，減少了掉話的可能性。由于是寬帶傳輸起到了頻率分集的作用，同時(shí)在基站和移動(dòng)臺(tái)采用了RAKE接收機(jī)技術(shù)，相當(dāng)于時(shí)間分集的作用。但是，CDMA通信系統(tǒng)既不分頻道又不分時(shí)隙，無(wú)論傳送何種信息的信道都靠采用不同的碼型來(lái)區(qū)分。在CDMA蜂窩通信系統(tǒng)中，用戶之間的信息傳輸是由基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。如果從頻域或時(shí)域來(lái)觀察，多個(gè)CDMA信號(hào)是互相重疊的。 CDMA基本概念CDMA即碼分多址(Code Division Multiple Access)，它是在數(shù)字技術(shù)的分支——擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一種嶄新而成熟的無(wú)線通信技術(shù)。回顧第一二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的建設(shè)，中國(guó)幾乎100%依靠進(jìn)口國(guó)外產(chǎn)品，而現(xiàn)在的情況已經(jīng)大不相同了。綜比兩者，可見(jiàn)FDD系統(tǒng)的抗干擾性能要好于TDD系統(tǒng)。據(jù)測(cè)算，TDD系統(tǒng)的基站設(shè)備成本比FDD系統(tǒng)的基站成本低約20%~50%。因?yàn)?，目前TDD系統(tǒng)在芯片處理速度和算法上還達(dá)不到更高的標(biāo)準(zhǔn)。在支持對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)能充分利用上下行的頻譜，但在進(jìn)行非對(duì)稱的數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)時(shí)，頻譜的利用率則大為降低，約為對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)的60%。(3) 移動(dòng)速度受限對(duì)于TDD模式的CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)，上下行鏈路利用同一頻率，根據(jù)接收信號(hào)TDD發(fā)射機(jī)能知道多徑信道的快衰落，這給TDD模式的系統(tǒng)帶來(lái)許多優(yōu)勢(shì)，但這是基于TDD幀長(zhǎng)比相干時(shí)間短的前提。來(lái)自功率脈沖的干擾是由于短的TDD幀的短傳輸時(shí)間，以及為了袖珍的語(yǔ)音終端設(shè)計(jì)在終端內(nèi)部的設(shè)備之間的脈沖傳輸。上下行鏈路之間的干擾分為小區(qū)內(nèi)上下行鏈路之間的干擾和小區(qū)間上下行鏈路之間的干擾。在TDD方式的移動(dòng)通信系統(tǒng)中,接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時(shí)隙作為信道的承載,其單方向的資源在時(shí)間上是不連續(xù)的，時(shí)間資源在兩個(gè)方向上進(jìn)行了分配。FDD必須采用成對(duì)的頻率，依靠頻率來(lái)區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時(shí)間上是連續(xù)的。采用TDD模式工作的系統(tǒng)是時(shí)間分隔控制的系統(tǒng)，適應(yīng)于城市及近郊等高密度地區(qū)的局部覆蓋和對(duì)稱及不對(duì)稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 （6）發(fā)射功率受限。（5）移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速度受限制。（2）TDD技術(shù)可以靈活的設(shè)置上行和下行轉(zhuǎn)換時(shí)刻，用于實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱的上行和下行業(yè)務(wù)帶寬，有利于實(shí)現(xiàn)明顯上下行不對(duì)稱的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。TDD和FDD之間具體區(qū)別和聯(lián)系如下：（1）使用TDD技術(shù)時(shí)，只要基站和移動(dòng)臺(tái)之間的上下行時(shí)間間隔不大，小于信道相干時(shí)間，就可以比較簡(jiǎn)單的根據(jù)對(duì)方的信號(hào)估計(jì)信道特征。它不需要分配對(duì)稱頻段的頻率，并可在每信道內(nèi)靈活控制、改變發(fā)送和接收時(shí)段的長(zhǎng)短比例，在進(jìn)行不對(duì)稱的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可充分利用有限的無(wú)線電頻譜資源。FDD模式的特點(diǎn)是在分離（上下行頻率間隔190MHz）的兩個(gè)對(duì)稱頻率信道上，系統(tǒng)進(jìn)行接收和傳送，用保護(hù)頻段來(lái)分離接收和傳送信道。80年代中期以來(lái)，隨著頻率選擇性色散衰落對(duì)數(shù)字微波傳輸中斷影響的發(fā)現(xiàn)及一系列自適應(yīng)衰落對(duì)抗技術(shù)與高狀態(tài)調(diào)制與檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)字微波傳輸產(chǎn)生了一個(gè)革命性變化。在無(wú)線通信初期，受技術(shù)條件的限制，人們大量使用長(zhǎng)波及中波進(jìn)行通信。在信息和知識(shí)已成為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略資源和基本要素的時(shí)代中，人們更加需要隨時(shí)隨地獲取信息，原來(lái)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的固定電話通信方式已遠(yuǎn)不能滿足需求了。然而隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，電信業(yè)務(wù)也從早期的電報(bào)、電話發(fā)展到今天多種業(yè)務(wù)并存的局面，通信的規(guī)模也發(fā)生了翻天覆地的變化。第2章 無(wú)線傳輸技術(shù)綜述 無(wú)線傳輸?shù)臍v史及發(fā)展人類(lèi)的無(wú)線通信歷史不長(zhǎng)，但是卻一直在突發(fā)猛進(jìn)的發(fā)展。SIC體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo)就是對(duì)干擾進(jìn)行建模來(lái)預(yù)測(cè)扭曲失真，這樣就可以在接收機(jī)上對(duì)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。 自干擾的消除方法 為什么自干擾消除會(huì)成為阻礙全雙工通信技術(shù)發(fā)展的瓶頸？很多人認(rèn)為，既然發(fā)送方知道被發(fā)送信號(hào)的相關(guān)參數(shù)，所以即使自身的接收機(jī)誤接收了這些發(fā)送信號(hào)，過(guò)濾它們應(yīng)該也是相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的。打個(gè)比方，要想同時(shí)同頻發(fā)送和接收就相當(dāng)于當(dāng)你盡最大能力大聲呼喊的同時(shí)試圖聽(tīng)別人說(shuō)悄悄話，這顯然是不太可能的。 我的任務(wù) 全雙工通信中的自干擾現(xiàn)象 全雙工有著如此巨大的好處，為什么直到目前為止還處在試驗(yàn)階段？因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)全雙工通信，要克服諸多困難，其中最主要的瓶頸就是收發(fā)機(jī)的自干擾問(wèn)題。本質(zhì)上，它就像是一個(gè)軟件控制的雙工器，不僅可以減少維持多種零碎頻譜的成本，并且使無(wú)線收發(fā)機(jī)更有效地利用零散頻譜。 全雙工通信的優(yōu)勢(shì)及前景 作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)的核心，全雙工通信動(dòng)搖了人們腦海中已經(jīng)根深蒂固的觀點(diǎn)：收發(fā)機(jī)在同一信道下只能在半雙工模式下工作（既能發(fā)送也能接收，但不能同時(shí)進(jìn)行）。雖然第五代移動(dòng)通信技術(shù)目前還沒(méi)有一個(gè)具體標(biāo)準(zhǔn)，不過(guò)通信相關(guān)的科研人員已經(jīng)開(kāi)始著手籌備5G相關(guān)工作了。兩者從編解碼、幀格式、空口、信令，到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，都不一樣。LTE標(biāo)準(zhǔn)中的FDD和TDD兩個(gè)模式實(shí)質(zhì)上是相同的，兩個(gè)模式間只存在較小的差異，相似度達(dá)90%。第四代移動(dòng)通信可以在不同的固定、無(wú)線平臺(tái)和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無(wú)線服務(wù)，可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)（包括衛(wèi)星通信和平流層通信），能夠提供定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)科技的需求也越來(lái)越大，于是第四代移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。此外利用在不同網(wǎng)絡(luò)間的無(wú)縫漫游技術(shù)，可將無(wú)線通信系統(tǒng)和Internet連接起來(lái)，從而可對(duì)移動(dòng)終端用戶提供更多更高級(jí)的服務(wù)。它比電話磁卡的成本低，并且質(zhì)地結(jié)實(shí)耐用，易于推廣。在SIM卡中存儲(chǔ)有持卡者的客戶數(shù)據(jù)、保安數(shù)據(jù)、鑒權(quán)加密算法等，只要客戶手持此卡就可以借用、租用不同廠家的移動(dòng)臺(tái)，得到卡內(nèi)存儲(chǔ)的各種業(yè)務(wù)的服務(wù)，大大方便了客戶，大大增強(qiáng)了GSM通信的移動(dòng)性，也大大地增強(qiáng)了各生產(chǎn)廠家的設(shè)備的共享性。GSM是Global System for Mobile Communication“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱。從而實(shí)現(xiàn)了真正意義上的蜂窩移動(dòng)通信。雖然經(jīng)過(guò)了后來(lái)技術(shù)的進(jìn)步而提高了頻譜使用效率，提供了全雙工、自