【正文】 [ ] ( 2 ) ( ) [ ]a n t a n t a n t a n tj j j jAAa n t a n t a n t a n tA x t e e A x t e e x t? ? ? ?? ? ? ?????? ? ? ? ? ? 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 23 =22 22 ( ) [ ] ( 1 c o s ) ( ) [ ]AAa n t a n t a n t a n t a n tA A x t x t?? ? ?? ? ? 其中，相位誤差 ant?? 是由于接收天線與兩根發(fā)射天線的距離誤差導(dǎo)致的，假設(shè)發(fā)射波波長(zhǎng)為 ? ，則2 dantant?????? ，其中 dant? 是接收天線的位置相對(duì)于理想位置的誤差，此時(shí)接收到的信號(hào)功率可以進(jìn)一步表示為： 22 222 ( ) [ ] ( 1 co s ) ( ) [ ]dAA anta n t a n t a n t a n tA A x t x t?????? ? ? 其中 antA 是從其中一根發(fā)射天線發(fā)出的基帶信號(hào) x[t]在接收天線處的振幅，Aant? 是兩組干擾信號(hào)在接收天線處的振幅差。假設(shè) dant? =1 mm， ? = cm（對(duì)應(yīng)中心頻率fc=），這里假設(shè)兩組信號(hào)幅度是相同的，這時(shí)候的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明干擾信號(hào)功率比沒(méi)有進(jìn)行天線消除時(shí)候減少了 。 接收天線相對(duì)于兩根發(fā)射天線位置進(jìn)行變化時(shí)，接收天線接收到的信號(hào)功率變化情況： 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 26 圖 3 圖 3 列出了單根天線和雙根天線分別工作時(shí)，接收信號(hào)的功率變化曲線圖。 圖 4 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 28 圖 5 如果從較大尺寸的空間來(lái)觀察的話，以上兩種情況的差別會(huì)更明顯。理論上來(lái)說(shuō)，在完美的“空點(diǎn)”處，相位恰好相差 ? 的話，干擾信號(hào)會(huì)相互完全抵消，這樣接收天線收到的自干擾信號(hào)可以達(dá)到零功率。 圖 9 圖 9 所示是射頻消除實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，它展示了三種情況下的接收天線頻譜功率瞬時(shí)圖 ——— 三條曲線分別代表了只有一根發(fā)射天線的接收信號(hào)功率、應(yīng)用了天線干擾消除的接收信號(hào)功率以及天線干擾消除和射頻消除兩種消除方法同時(shí)運(yùn)用的接收信號(hào)功率。 數(shù)字干擾消除理論推導(dǎo) 為了弄清數(shù)字干擾消除的過(guò)程，我們首先建立一個(gè)使用 ADC 量化進(jìn)行數(shù)字對(duì)消實(shí)現(xiàn)同頻全雙工的 MQAM 系統(tǒng)模型。均勻量化 ADC 的量化門限為根據(jù)量化方案與 ADC 位數(shù)等間距設(shè)置，實(shí)際判決門限只能從中選擇，而最佳判決門限為任意值，因此實(shí)際判決門限與最佳判決門限不能保證全部一致，此誤差即為量化帶來(lái)的誤差，從而會(huì)增大誤判率，惡化系統(tǒng)性能。本文通過(guò)分析科學(xué)前沿的論文資料，總結(jié)出自干擾消除的幾種方法：天線干 擾消除、射頻干擾消除、數(shù)字干擾消除。 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。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)。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限，新的判決門限為原判決門限作了干擾值對(duì)應(yīng)的平移。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。 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 32 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。 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 30 圖 7 圖 8 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 31 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。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。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。 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 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 24 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 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 25 幅度相差達(dá)到 10%，最多能達(dá)到 23dB 的消除效果。 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。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。 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。 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。 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。 (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。即兼容性好。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。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。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。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。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%。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%。 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。 TDD 用時(shí)間來(lái)分離接收和發(fā)送信道。當(dāng)然同時(shí)也需 要更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化技術(shù)。 （ 3）與 FDD 相比， TDD 可以使用零碎的頻段，因?yàn)樯舷滦杏蓵r(shí)間區(qū)別，不必要 求帶寬對(duì)稱的頻段。 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。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的信息化，人們要通信息化開創(chuàng)新的工作方式、管理方式、商貿(mào)方式、金融方式、思想交流方式、文化教育方式、醫(yī)療保健方式以及消費(fèi)與生活方式。 無(wú)線通信是指采用電磁波進(jìn)行信息傳遞的通信方式。以后貝爾又發(fā)明了電話，并由此造就一個(gè)電信產(chǎn)業(yè)，這是一種模擬信號(hào)的方式來(lái)進(jìn)行的無(wú)線通信。因?yàn)樵跓o(wú)線設(shè)備天線中的許多電子電路會(huì)使信號(hào)發(fā)生失真，既包括線性失真也含有非線性失真，并且這些失真的模擬信號(hào)還會(huì)被加入噪聲（例如功率放大 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 器會(huì)產(chǎn)生噪聲干擾到發(fā)送信號(hào)中），所以天線發(fā)射出去的模擬信號(hào)是不準(zhǔn)確的，并且不同頻率信號(hào)還會(huì)有不同程度的時(shí)延和失真等等。如果正好發(fā)送與接收信號(hào)同頻率，就會(huì)產(chǎn)生干擾。如果可以實(shí)現(xiàn)的話，全雙工將對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè) 計(jì)帶來(lái)巨大的影響，可以在無(wú)線通信系統(tǒng)中發(fā)揮多種作用，諸如： a、提高鏈路容量：理論上講，真正的全雙工可以使傳統(tǒng)的半雙工信道容量翻倍，因?yàn)榭捎妙l譜資源能在時(shí)間和頻率上得到充分的使用。對(duì)于目前正在籌劃階段的5G 網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，全雙工是一個(gè)核心技術(shù)。 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用 TDLTE 標(biāo)準(zhǔn)。 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 中國(guó)國(guó)內(nèi)支持國(guó)際電聯(lián)確定三個(gè)無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)，分別是中國(guó)電信的CDMA2020，中國(guó)聯(lián)通的 WCDMA，中國(guó)移動(dòng)的 TDSCDMA， GSM 設(shè)備采用的是時(shí)分多址，而 CDMA 使用碼分?jǐn)U頻技術(shù)，先進(jìn)功率和話音激活至少可提供大于 3 倍 GSM 網(wǎng)絡(luò)容量，業(yè)界將 CDMA 技術(shù)作為 3G 的主流技術(shù)， 3G 主要特征是可提供移動(dòng)寬帶多媒體業(yè)務(wù)。因?yàn)樵?SIM 卡中有一個(gè)永久性的 存儲(chǔ)器 ，既有存儲(chǔ)能力，又有進(jìn)行計(jì)算的能力，所以它屬于智能卡。第一代移動(dòng)通信有很多不足之處，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和不能 提供自動(dòng)漫游等，正是如此，模擬蜂窩服務(wù)在許多地方正被逐步淘汰。 第一代移動(dòng)通信技術(shù)（ 1G）是指最初的模擬蜂窩電話標(biāo)準(zhǔn)，只能語(yǔ)音通信，該標(biāo)準(zhǔn)于上世紀(jì) 80 年代制定。為了能正確解碼所需要接收的信號(hào)，就要求我們的自 干擾消除性能至少達(dá)到 100dB。并且由于信號(hào)源離自身的接收機(jī)很近，所以自己發(fā)射出去的信號(hào)能量可能會(huì)比接收到的信號(hào)能量大，甚至高達(dá)100dB 以上。與此同時(shí)，下一代無(wú)線通信技術(shù) —— 第五代移動(dòng)通信技術(shù)也正在各個(gè)國(guó)家研究機(jī)構(gòu)如火如荼的進(jìn)行著??沒(méi)有最好，只有更好，我們的通信技術(shù)正在朝更快速，更高效，更小錯(cuò)誤率的方向發(fā)展。 由于受到傳輸帶寬的限制，模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)不能進(jìn)行長(zhǎng)途漫游，只能是一種區(qū)域性的移動(dòng)通信系統(tǒng)。其次，通信安全可靠。 3G 將無(wú)線通信與國(guó)際 互聯(lián)網(wǎng) 等多媒體通信結(jié)合，成為了繼第二代移動(dòng)通信技術(shù)之后的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，目前3G 存在 3 種標(biāo)準(zhǔn)： CDMA20 WCDMA、 TDSCDMA。此外，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)是集成多功能的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，是寬帶接入 IP 系統(tǒng)。 不過(guò)第四代通信技術(shù)仍然是采用半雙半通信，為了讓通信技術(shù)進(jìn)一步發(fā)生質(zhì)的飛躍，全雙工通信的概念漸漸凸顯出了其重要性。目前斯坦福大學(xué)和萊斯大學(xué)的研究人員，聯(lián)合業(yè)內(nèi)其他一些學(xué)術(shù)組，提出了多種帶內(nèi)全雙工收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì)方案。如圖 1 所示，當(dāng)發(fā)射機(jī)發(fā)送某個(gè)信號(hào)時(shí)，其中的部分能量會(huì)被自身的接收裝置接收到。但在實(shí)際中，卻并非那么簡(jiǎn)單：盡管無(wú)線收發(fā)機(jī)確切知道被發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)，但是一旦該信號(hào)轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，并且還加上載波進(jìn)行上變頻之后，那么被發(fā)送信號(hào)和原來(lái)的基帶信號(hào)會(huì)大不相同。 1832 年莫爾斯發(fā)明了電報(bào)，它傳送的信息是由眾所周知的 點(diǎn)劃碼組成的，可以認(rèn)為人類最早的無(wú)線通信是采用數(shù)字方式進(jìn)行的。人類需要寬帶的無(wú)線通信技術(shù)，來(lái)滿足多媒體化、普及化、多樣化、全球化和個(gè)性化的信息交流。特別應(yīng)該指出的是 20 世紀(jì) 80 年代到 90年代發(fā)展起來(lái)的一整套高速多狀態(tài)自適應(yīng)編碼調(diào)制解調(diào)技術(shù)與信息號(hào)處理及信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)現(xiàn)今衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、全數(shù)字 HDTV 傳輸、通用高速有線 /無(wú)線接入，乃至高質(zhì)量磁性記錄等諸多領(lǐng)域的信號(hào)設(shè)計(jì)與信號(hào)處理及應(yīng)用，發(fā)揮了重要作用。 FDD 和 TDD 原理圖如下： 由上圖可見，在 TDD 模式的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，接收和傳送在同一頻率 信道 (即載波 )的不同 時(shí)隙 ，用保證時(shí)間來(lái)分離接收和傳送信道。但是，這種轉(zhuǎn)換時(shí)刻的設(shè)置必須與相鄰基站協(xié)同進(jìn)行。如果 TDD 要發(fā)送和 FDD 同樣多的數(shù)據(jù)，但是發(fā) 射時(shí)間只有 FDD 的大約一半，這要求 TDD 的發(fā)送功率要大。 FDD 在支持對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)，能充分利用上下行的頻譜，但 在支持非對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)，頻譜利用率將大大降低。 當(dāng)同一地理環(huán)境有幾個(gè)運(yùn)營(yíng)商用同一 TDD 頻率時(shí)，由于基站之 間的同步問(wèn)題以及上下行 鏈路 之間非對(duì)稱的動(dòng)態(tài)分配，不同運(yùn)營(yíng)者之間會(huì)發(fā)生干擾，這是 TDD 模式所特有的。 FDD 的優(yōu)缺點(diǎn) 采用 FDD 模式的 移動(dòng)系統(tǒng) 與采用 TDD 模式的移動(dòng)系統(tǒng)相比，互有以下優(yōu)缺點(diǎn)： (1) FDD 必須使用成對(duì)的收發(fā)頻率。同時(shí)， 智能天線 技術(shù)要求采用多個(gè)小功率的線性功率放大器代替單一的大功率 線性放大器 ，其價(jià)格遠(yuǎn)低于單一大功 率線性放大器。 未來(lái)發(fā)展 由于移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)、通信個(gè)人化和寬帶化的要求，移動(dòng)通信正在向第五代發(fā)展，估計(jì) 2020 年前后，第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)將開始全面商用。 碼分多址（ CDMA）通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來(lái)區(qū)，或者說(shuō)，靠信號(hào)的不同波形來(lái)區(qū)分。為了傳送不同的信息，需要設(shè)置相應(yīng)的信道。 (3) 采用了移動(dòng)臺(tái)輔助的軟切換。由于 C