全双工通信中的自干扰消除技术本科毕业论文

全双工通信中的自干扰消除技术本科毕业论文内容摘要：

显的优势。 但也是因为这一点， TDD 系统的覆盖范围半径要小，由于上下行时间间隔的缘故，基站覆盖半径明显小于 FDD 基站。 否则，小区边缘的用户信号到达基站时会不能同步。 （ 2） TDD 技术可以灵活的设置上行和下行转换时刻，用于实现不对称的上行和下行业务带宽，有利于实现明显上下行不对称的互联网业务。 但是，这种转换时刻的设置必须与相邻基站协同进行。 （ 3）与 FDD 相比， TDD 可以使用零碎的频段，因为上下行由时间区别，不必要 求带宽对称的频段。 （ 4） TDD 技术不需要收发隔离器，只需要一个开关即可。 （ 5）移动台移动速度受限制。 在高速移动时，多普勒效应会导致快衰落，速度越高，衰落变换频率越高，衰落深度越深，因此必须要求移动速度不能太高。 例如在使用了 TDD 的 TDSCDMA 系统中，在目前芯片处理速度和算法的基础上，当数据率为 144kb/s 时， TDD 的最大移动速度可达 250km/h，与 FDD 系统相比，还有一定差距。 一般 TDD 移动台的移动速度只能达到FDD 移动台的一半甚至更低。 （ 6）发射功率受限。 如果 TDD 要发送和 FDD 同样多的数据，但是发 射时间只有 FDD 的大约一半，这要求 TDD 的发送功率要大。 当然同时也需 要更加复杂的网络规划和优化技术。 根据 FDD、 TDD 两种工作模式的特点，在 移动通信网 络中，它们各自有着不同的适用范围：采用 FDD 模式工作的系统是连续控制的系统，适应于大区制的国家和国际间覆盖 漫游 ，适合于对称业务如 话音、交互式适时数据等。 采用 TDD 模式工作的系统是时间分隔控制的系统，适应于城市及近郊等高密度地区的局部覆盖和对称及不对称 数据业务。 特别是它的可不对称传输数据的功能，尤为适合接入当今世界流行的 Inter。 因为，在 互联网 的数据传输过程中，往往要求 下行速率 远远大于 上行速率。 中国科学技术大学本科毕业论文 12 FDD 是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。 FDD 必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。 FDD 在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但 在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。 TDD 用时间来分离接收和发送信道。 在 TDD 方式的移动通信系统中 ,接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载 ,其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。 某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。 TDD 中存在的问题 (1) 干扰问题 TDD 模式的 CDMA 移动通信系统的干扰问题主要包括上下行链路之间的干扰，不同运营者之间的干扰和来自功率脉冲的干扰。 上下行链 路之间的干扰分为小区内上下行链路之间的干扰和小区间上下行链路之间的干扰。 前者是因为在一个小区内用户间的同步受到破坏或上下行链路的时间分配不平衡。 对于后者，非对称的 TDD 时隙将影响邻近小区的无线资源并导致小区间的上下行链路干扰，另外高功率的基站会阻塞邻近小区的基站接收本小区的终端，处在小区边界的高功率终端也会阻塞邻近小区的具有不同 时隙 分配的终端。 当同一地理环境有几个运营商用同一 TDD 频率时，由于基站之 间的同步问题以及上下行 链路 之间非对称的动态分配，不同运营者之间会发生干扰，这是 TDD 模式所特有的。 来自功率脉冲的干扰是由于短的 TDD 帧的短传输时间，以及为了袖珍的语音终端设计在终端内部的设备之间的脉冲传输。 (2) 同步要求高 由于基站不能同时接收和发送，移动终端的传送必须在基站停止发送时开始，这意味着同一小区内的不同用户之间，用户与基站之间需严格同步，后一同步破坏会发生通信阻塞，前一同步破坏将导致 严重干扰，这是 FDD 中国科学技术大学本科毕业论文 13 的 CDMA 移动通信系统所没有的问题。 另外，因为小区之间和不同操作者之间的干扰问题，邻近小区的基站之间要求是同步的，并且一般是符号级的精确同步。 这样的同步要求在基站有GPS 接收机或公共的分布式时钟，这些都增加了移动蜂窝网的费用。 (3) 移动速度受限 对于 TDD 模式的 CDMA 移动通信系统，上下行链路利用同一频率，根据接收信号 TDD 发射机能知道多径信道的快衰落，这给 TDD 模式的系统带来许 多优势，但这是基于 TDD 帧长比相干时间短的前提。 因为 TDD 帧很短，导致移动速度受到限制，所以通常人们认为 TDD 模式适合于室内、低速移动的微小区环境。 不过目前已有研究显示 TDD 模式的移动通信系统在结合智能天线和 联合检测技术 后可以用于高速移动的环境，在中国目前开发的第三代移动通信系统 TDSCDMA 中采用 了这个方案，模拟结果显示了较好的性能。 FDD 的优缺点 采用 FDD 模式的 移动系统 与采用 TDD 模式的移动系统相比，互有以下优缺点： (1) FDD 必须使用成对的收发频率。 在支持对称业务时能充分利用上下行的频谱，但在进行非对称的数据交换业务时，频谱的利用率则大为降低，约为对称业务时的 60%。 而 TDD 则不需要成对的频率， 通信网络 可根据实际情况灵活地变换 信道 上下行的切换点，有效地提高了系统传输不对称业务时的 频谱利用率。 (2) 根据 ITU对 3G 的要求，采用 FDD 模式的系统的最高移动速度可达500KM/h，而采用 TDD 模式的系统的最高移动速度只有 120KM/h。 两者相比， TDD 系统明显稍逊一筹。 因为，目前 TDD 系统在芯片处理速度和算法上还达不到更高的标准。 (3) 采用 TDD 模式工作的系统，上、下行工作于同一频率，其电波传输的一致性使之很适于运用 智能天线技术 ，通过智能天线具有的自适应波束赋形，可有效减少多径干扰，提高设备的可靠性。 而收、发采用一定频段间 中国科学技术大学本科毕业论文 14 隔的 FDD 系统则难以采用上述技术。 同时， 智能天线 技术要求采用多个小功率的线性功率放大器代替单一的大功率 线性放大器 ，其价格远低于单一大功 率线性放大器。 据测算， TDD 系统的 基站 设备成本比 FDD 系统的 基站 成本低约 20%~50%。 (4) 在抗干扰方面，使用 FDD 可消除邻近蜂窝区 基站 和本区基站之间的干扰。 但仍存在邻区 基站 对本区移动机的干扰及邻区移动机对本区基站的干扰。 而使用 TDD 则能引起邻区 基站 对本区基站、邻区基站对本区移动机、邻区移动机对本区基站及邻区移动机对本区移动机四项干扰。 综比两者，可见 FDD系统的抗干扰性能要好于 TDD系统。 但随着新技术的不断出现， TDD系统的抗干扰能力一定会有大幅度的提高。 目前方正连宇公司推出的LASTDMA 新技术就在这方面有了新的突破。 未来发展 由于移动数据业务的增长、通信个人化和宽带化的要求，移动通信正在向第五代发展，估计 2020 年前后，第五代移动通信系统将开始全面商用。 回顾第一二代移动通信系统的建设，中国几乎 100%依靠进口国外产品，而现在的情况已经大不相同了。 自从 1997 年中国提交了第三代移动通信标准草案（ TDSCDMA）之后，其 TDD 模式及智能天线新技术等特色受到高度评价并成为三个主要候选标准之一，同时 TDSCDMA 移动通信系统的基站设备正在加紧开发。 目前第四代 TDLTE 移动通信系统也已经在国内正式商用，在第一代和第二代移动通信系统中， FDD 模式一统天下， TDD 模式没有引起重视，但由于新业务的需要和新技术的发展， TDD 模式将日益受到重视。 尤其是第五代移动通信系统，由于要实现同时同频全双工， TDD 模式基本宣告终结，而对于 FDD 来说，则有相当大的频谱资源被释放出来，大大提高通信效率。 CDMA 中国科学技术大学本科毕业论文 15 基本概念 CDMA 即码分多址 (Code Division Multiple Access)，它是在数字技术的分支—— 扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的 无线通信技术。 CDMA 技术的原理是基于 扩频 技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽 的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。 接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把 宽带 信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 码分多址（ CDMA）通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区，或者说，靠信号的不同波形来区分。 如果从 频域 或时域来观察，多个 CDMA 信号是互相重叠的。 接收机用相关器可以在多个 CDMA 信号中选出其中使用预定码型的信号。 其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。 它们的存在类似于在信道中引入了噪声和干扰，通常称之为多址干扰。 在 CDMA 蜂窝通信 系统中，用户之间的信息传输是由基站进行转发和控制的。 为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个 频率，即通常所谓的频分双工。 无论正向传输或反向传输，除去传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。 为了传送不同的信息，需要设置相应的信道。 但是， CDMA 通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。 类似的信道属于逻辑信道，这些逻辑信道无论从频域或者时域来看都是相互重叠的，或者说它们均占用相同的频段和时间。 CDMA 的优势 在扩频 CDMA 通信系统 中，由于采用了新的关键技术 而具有一些其他扩频通信所不具有的特点： (1) 采用了多种分集方式。 除了传统的空间分集外。 由于是宽带传输起到了频率分集的作用，同时在基站和移动台采用了 RAKE 接收机技术，相当于时间分集的作用。 (2) 采用了话音激活技术和扇区化技术。 因为 CDMA 系统的容量直接与所受的干扰有关，采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰，可以使整个 中国科学技术大学本科毕业论文 16 系统的容量增大。 (3) 采用了移动台辅助的软切换。 通过它可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减少了掉话的可能性。 处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以减低自身的发 射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围。 (4) 采用了功率控制技术，这样降低了平准发射功率。 (5) 具有软容量特性。 可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的信道数。 当相邻小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度的不足而切换到相临小区，使负担分担。 (6) 兼容性好。 由于 CDMA 的带宽很大，功率分布在广阔的频谱上，功率话密度低，对窄带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存。 即兼容性好。 (7) CDMA 的频率 利用率高，不需频率规划，这也是 CDMA 的特点之一。 (8) CDMA 高效率的 OCELP 话音编码。 话音编码技术是数字通信中的一个重要课题。 OCELP 是利用码表矢量量化差值的信号，并根据语音激活的程度产生一个输出速率可变的信号。 这种编码方式被认为是目前效率最高的编码技术，在保证有较好话音质量的前提下，大大提高了系统的容量。 CDMA 的不足 (1) 在小区的规划问题上，虽然 CDMA 无需频率规划，但它的小区规划却并非十分容易。 由于所有的基站都使用同一个频率，相互之间是存在干扰的，如果小区规划做得不好，将直 接影响话音质量和使系统容量打折扣，因而在进行站距、天线高度等方面的设计时应当小心谨慎。 (2) 其次，在标准的问题上， CDMA 的标准并不十分完善。 许多标准都仍在研究才试制定之中。 如 A 接口，目前各厂家有的提供 IS 一 634 版本 0，有的支持 Is－ 634 版本。 还有的使用 Is－ 634/TSB－ 80。 因此对于系统运营商来说，选择统一的 A 接口是比较困难的。 (3) 由于功率控制的误差所导致的系统容量的减少。 中国科学技术大学本科毕业论文 17 同时同频全双工 全双工简介 这里所讲的全双工是指同时同频全双工 CCFD（ Cofrequency Cotime Full Duplex）， CCFD 无线通信设备使用相同的时间、相同的频率，同时发射和接收无线信号，使得无线通信链路的频谱效率提高了一倍。 同时同频全双工 (CCFD)的近端设备与远端设备的无线业务相互传输发生在同样的时间、相同的频率带宽上，这与现有的时分双工 (TDD: Time Division Duplexing)和频分双工 (FDD: Frequency Division Duplexing)体制相比，理论频率效率可以提升 1 倍。 全双工通信现状及前景 全双工通信技术目前还处在研究阶段 ，由于收发同时同频， CCFD 发射机的发射信号会对本地接收机产生干扰，使用 CCFD 的首要工作是抑制强自干扰。 自干扰消除能力将直接影响 CCFD 系统的通信质量。 自干扰消除技术最。