寬帶MIMO全雙工無線通信系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、無線全雙工(Full-Duplex, FD)系統(tǒng)理論上可使頻譜效率翻倍，具有很好的應用前景。無線全雙工系統(tǒng)面臨主要的限制是強回波自干擾，本文研究寬帶無線全雙工多輸入輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)系統(tǒng)回波自干擾抑制技術。重點研究了兩類寬帶全雙工系統(tǒng)自干擾抑制方案，包括被動式的自干擾抑制，以及聯(lián)合空時預編碼的主動式自干擾抑制方法。本文對現(xiàn)代無線全雙工技術的發(fā)展演進做了詳細的介紹，對其中涉及的

2、關鍵難點問題進行了剖析；在MIMO-OFDM系統(tǒng)構架下對全雙工自干擾產(chǎn)生的原因及其對通信系統(tǒng)性能影響進行了分析，給出了FD-MIMO系統(tǒng)容量的理論公式；進一步，闡述了多種類全雙工系統(tǒng)實現(xiàn)方案及其可能的應用場景，對其各自的技術優(yōu)缺點，包括系統(tǒng)誤碼率、可達系統(tǒng)容量、以及計算復雜度等方面進行了綜合分析評價。
　　本文針對傳統(tǒng)最小二乘(Least Square, LS)干擾抑制算法存在的穩(wěn)定性差及算法復雜度高的缺陷，以多天線寬帶無線局域網(wǎng)

3、(Wireless Local Area Network, WLAN)系統(tǒng)框架為基礎，提出了一種被動式的FD-MIMO-OFDM系統(tǒng)自適應回波自干擾抑制方案，該方案利用歸一化最小均方(Normalized Least Mean Squares, NLMS)算法對干擾信號進行自適應抵消，能獲得更高的算法穩(wěn)定性更低的計算復雜度；給出了該方案的系統(tǒng)模型和詳細的信號處理流程，并從誤碼率(Bit Error Rate, BER)、系統(tǒng)容量、計算復

4、雜度等方面分析了該方案的理論性能，推導了其系統(tǒng)可達容量閉式解。針對多種天線配置和信道場景的方案仿真結果表明，與理想半雙工(Half Duplex, HD) HD-MIMO系統(tǒng)相比，在遠端高斯信道條件下，所提FD-MIMO系統(tǒng)的BER性能僅損失0.3-0.5dB；但系統(tǒng)容量可達到理想HD-MIMO系統(tǒng)容量的1.85倍。并且，對Massive MIMO全雙工無線中繼通信系統(tǒng)進行了描述和和仿真驗證，證明Massive MIMO系統(tǒng)容量隨天線數(shù)

5、增加而增加，而且在自干擾強度較低時全雙工Massive MIMO系統(tǒng)相對半雙工系統(tǒng)具有系統(tǒng)容量優(yōu)勢。針對被動式自干擾抑制方法效果有限且未利用信號空時構造特性的問題，提出了一種聯(lián)合空時預編碼的FD-MIMO系統(tǒng)構架方案，該方案利用遠端信道狀態(tài)對FD-MIMO節(jié)點的發(fā)送數(shù)據(jù)作波束對準訓練，從而有效解決現(xiàn)有FD波束選擇方案存在的功率損失問題。隨后，從其誤碼率、系統(tǒng)容量、系統(tǒng)復雜度三個方面分析了該方案的可行性。理論分析與仿真結果均表明，在理想信