同时同频全双工OFDM无线通信系统自干扰抑制研究

摘要

随着近年来通信技术的不断发展，无线通信系统对频谱利用率以及通信效率等指标的要求越来越高，同时同频全双工通信系统在原有半双工通信方式的基础上可以在理论上提高一倍的传输效率。然而，来自本地发射机的强自干扰信号是全双工通信系统的最大障碍，关于自干扰抑制的研究是系统的研究重点之一。因此，本文将重点针对模拟域与数字域的自干扰抑制算法与模块的设计进行研究，并在此基础上进行系统有效性的验证。
　　首先，对全双工通信基础以及系统模型进行研究分析。介绍了同时同频全双工通信系统及其收发机模型，研究了OFDM信号模型以及通信信道和自干扰信道模型。在同时同频全双工通信系统背景下，通信信道模型为瑞利衰落模型，自干扰信道模型为K莱斯因子较大的莱斯信道。
　　第二，对模拟域自干扰抑制进行研究。采用信道估计重建模拟自干扰的方式对消抑制模拟自干扰，利用OFDM系统中的IFFT模块在频域利用乘积代替卷积的方式降低重建自干扰的复杂度，实验验证了在全双工高干噪比背景下，LS算法与MMSE算法进行信道估计的性能相近，在模拟自干扰抑制模块可以抑制32dB的自干扰。
　　第三，对大动态范围模数转换算法的研究。分析了在信干噪比极低的背景下，提高模数转换动态范围研究的必要性，提出了一种基于模数转换量化误差信号补偿的级联形式大动态范围模数转换算法，验证了算法的有效性，并结合全双工通信系统实验背景分析了算法中所需采用的AD、DA转换器所满足的有效动态范围应不低于50dB和75dB，仿真验证了算法可在8位AD的基础上提高20dB左右的动态范围。
　　最后，对数字域自干扰抑制进行研究。改进原有工作方式，在自干扰信道随时间变化不十分明显的前提下，采用在全双工工作之前以半双工的训练模式进行信道估计作为重建数字自干扰信号的依据并结合复杂度低的频域最小二乘算法进行信道估计，实验验证该估计方法可以比基于梳状导频的信道估计提高15dB的自干扰抑制量。在不同信干噪比的条件下结合模拟自干扰抑制研究了整个系统的自干扰抑制量，实验验证数字自干扰抑制模块可抑制36dB的自干扰，系统整体可抑制68dB自干扰。在不同信干噪比条件下比较系统的解调误码率与相同指标下半双工系统的误码率，验证了在不低于-55dB信干噪比条件下自干扰可以得到有效抑制的结论。
　　综上所述，本文在同时同频全双工OFDM通信系统的背景下，对主动自干扰抑制进行了研究，提出了全双工通信背景下的大动态范围模数转换算法并验证其有效性。最终以自干扰抑制量为指标验证了自干扰抑制的有效性并以误码率为指标验证了通信系统的有效性。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文主要研究内容

第2章 同时同频全双工通信基础及系统模型

2.1 同时同频全双工通信基础

2.2 同时同频全双工通信系统模型

2.3 本章小结

第3章 同时同频全双工通信系统模拟域自干扰抑制

3.1 模拟自干扰抑制原理

3.2 基于信道估计的模拟自干扰抑制

3.3 实验仿真与分析

3.4 本章小结

第4章 同时同频全双工系统大动态范围模数转换算法

4.1 同时同频全双工系统中的模数转换模块

4.2 大动态范围模数转换算法

4.3 实验仿真与分析

4.4 本章小结

第5章 同时同频全双工通信系统数字域自干扰抑制

5.1 数字自干扰抑制原理

5.2 基于信道估计的数字自干扰抑制研究

5.3 实验仿真与分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

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