自干擾消除技術(shù)畢業(yè)論文

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題 目 全雙工通信中的自干擾消除技術(shù)</p><p>　　英 文 The Technology of Self-Interference Cancellation in Full Duplex Communication</p><p><b>　　目 錄</b

2、></p><p>　　摘要........................................................................................................................2</p><p>　　引言.............................................

3、...........................................................3</p><p>　　1.1 背景資料..............................................................................................3</p><p>　　1.2 選題意

4、義..............................................................................................6</p><p>　　1.3 我的任務(wù)...........................................................................................

5、...7</p><p>　　無線傳輸技術(shù)綜述................................................................................8</p><p>　　2.1 無線傳輸?shù)臍v史及發(fā)展.................................................................

6、.....8</p><p>　　2.2 TDD和FDD........................................................................................9</p><p>　　2.3 CDMA........................................................

7、.........................................14</p><p>　　2.4 同時(shí)同頻全雙工.................................................................................16</p><p>　　天線干擾消除.............................

8、........................................................19</p><p>　　3.1 天線消除原理.....................................................................................19</p><p>　　3.2 天線消除效果.....

9、................................................................................20</p><p>　　3.3 小結(jié).....................................................................................................31<

10、/p><p>　　射頻干擾消除.......................................................................................31</p><p>　　4.1 射頻消除概念.......................................................................

11、..............31</p><p>　　4.2 射頻消除效果.....................................................................................32</p><p>　　數(shù)字干擾消除.....................................................

12、..................................33</p><p>　　5.1 數(shù)字消除原理.....................................................................................33</p><p>　　5.2 數(shù)字消除理論推導(dǎo).........................

13、....................................................33</p><p>　　5.3 數(shù)字干擾消除分析與小結(jié).................................................................38</p><p>　　第六章 結(jié)束語............................

14、.......................................................................38</p><p>　　參考資料...............................................................................................................39</p&

15、gt;<p>　　致謝.......................................................................................................................41</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)全雙工通信，要克

16、服諸多困難，其中最主要的瓶頸就是收發(fā)機(jī)的自干擾問題。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。如果正好發(fā)送與接收信號(hào)同頻率，就會(huì)產(chǎn)生干擾。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。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。目前世界上所研究的都是多級(jí)消除，即天線干擾消除、射頻干擾消除、數(shù)字干擾消除等來達(dá)到更好的消

17、除性能。其中天線干擾消除一般可達(dá)40+dB，射頻域和數(shù)字域干擾消除均可達(dá)30+dB，已能初步滿足實(shí)驗(yàn)條件下的全雙工通信。</p><p>　　關(guān)鍵詞 : 全雙工、自干擾、干擾消除</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　To achieve full-duplex communication must over

18、come many difficulties, and what the most important is the self-interference of transceiver. When a transmitter transmits a signal, part of the energy will be received by the itself. If you send and receive signals exact

19、ly the same frequency will cause interference. Since the signal source and the receiver are placed close, the signal transmited by itself may be stronger than the received signal, even up to more than 100dB. In order to

20、correctly deco</p><p>　　Keyword：full-duplex , self-interference , interference cancellation</p><p>　　第一章 引 言</p><p>　　1.1 背景資料</p><p>　　從烽火狼煙到現(xiàn)在的移動(dòng)無線設(shè)備，人類的通信方式發(fā)生了質(zhì)

21、的飛躍。自從1864年著名物理學(xué)家麥克斯韋語言了電磁波存在以及1887年著名物理學(xué)家赫茲驗(yàn)證了電磁波之后，無線通信技術(shù)開始慢慢滲入我們的生活。</p><p>　　本文主要研究了現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的最新成果以及發(fā)展趨勢(shì)。從20世紀(jì)初開始運(yùn)營的第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)——模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)到第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM及窄帶CDMA再到第三代基于話音業(yè)務(wù)為主的支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)，我們的通信質(zhì)量在提高，我們的要

22、求也越來越高，所以我們的通信技術(shù)仍然沒有停止發(fā)展的腳步……隨著工信部為中國三大運(yùn)營商頒發(fā)4G牌照，標(biāo)志著新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)正式投入商用。與此同時(shí)，下一代無線通信技術(shù)——第五代移動(dòng)通信技術(shù)也正在各個(gè)國家研究機(jī)構(gòu)如火如荼的進(jìn)行著……沒有最好，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。</p><p>　　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)，只能語音通信，該標(biāo)準(zhǔn)于上世紀(jì)80年

23、代制定。模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)是蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的早期階段，在1946年，第一種公眾移動(dòng)電話服務(wù)被引進(jìn)到美國的25個(gè)主要城市，每個(gè)系統(tǒng)使用單個(gè)大功率的發(fā)射機(jī)和高塔，覆蓋地區(qū)超過50公里，但僅能以半雙工模式提供語音服務(wù)，卻使用120kHz帶寬。雖然經(jīng)過了后來技術(shù)的進(jìn)步而提高了頻譜使用效率，提供了全雙工、自動(dòng)撥號(hào)等功能，但提供的服務(wù)由于頻道的數(shù)量很少以及呼叫阻塞等原理不能滿足使用。在50和60年代，AT&T的貝爾實(shí)驗(yàn)室和全世界其他的通

24、信公司發(fā)展了蜂窩無線電話的原理和技術(shù)。利用在地域上將覆蓋范圍劃分成小單元，每個(gè)單元復(fù)用頻帶的一部分以提高頻帶的利用率，即利用在干擾受限的環(huán)境下，依賴于適當(dāng)?shù)念l率復(fù)用規(guī)劃（特定地區(qū)的傳播特性）和頻分復(fù)用（FDMA）來提高容量。從而實(shí)現(xiàn)了真正意義上的蜂窩移動(dòng)通信。</p><p>　　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)行長途漫游，只能是一種區(qū)域性的移動(dòng)通信系統(tǒng)。第一代移動(dòng)通信有很多不足之處，如容量有限、制

25、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。</p><p>　　正是由于第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)的諸多不足，比如不能全球漫游，由此誕生了第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)。GSM是Global System for Mobile Communication“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱。它是一種數(shù)字移動(dòng)通信，較之以往的模擬移動(dòng)通信，有較多的優(yōu)點(diǎn)。首先，

26、客戶與設(shè)備分離(人機(jī)分開)。在GSM通信中，SIM卡與移動(dòng)設(shè)備之間已設(shè)置一個(gè)開放式的公共接口，這樣，使用者與自己的設(shè)備之間沒有互相依存的關(guān)系。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。其次，通信安全可靠。因?yàn)樵赟IM卡中有一個(gè)永久性的存儲(chǔ)器，既有存儲(chǔ)能力

27、，又有進(jìn)行計(jì)算的能力，所以它屬于智能卡。最后，其成本低。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。</p><p>　　近年來，第三代移動(dòng)通信技術(shù)正蓬勃發(fā)展，這種支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)能夠同時(shí)傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，速率一般在幾百Kbps以上。3G系統(tǒng)致力于為用戶提供更好的語音、文本和數(shù)據(jù)服務(wù)。與現(xiàn)有的技術(shù)相比較而言，3G技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是能極大地增加系統(tǒng)容量、提高通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。此外利用在

28、不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫漫游技術(shù)，可將無線通信系統(tǒng)和Internet連接起來，從而可對(duì)移動(dòng)終端用戶提供更多更高級(jí)的服務(wù)。3G將無線通信與國際互聯(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)：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。</p><p>　　中國國內(nèi)支持國際電聯(lián)確定三個(gè)無線接口標(biāo)準(zhǔn)，分別是中國電信的CDMA2000，中國聯(lián)通的WCDMA，中國移動(dòng)的TD-S

29、CDMA，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)。目前已有538個(gè)WCDMA運(yùn)營商在246個(gè)國家和地區(qū)開通了WCDMA網(wǎng)絡(luò)，3G商用市場(chǎng)份額超過80%，而WCDMA向下兼容的GSM網(wǎng)絡(luò)已覆蓋184個(gè)國家，遍布全球，WCDMA用戶數(shù)已超過6億。</p><p>　　隨著生

30、活水平的不斷提高，人們對(duì)科技的需求也越來越大，于是第四代移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。4G的概念可稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對(duì)稱的超過2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網(wǎng)、移動(dòng)寬帶系統(tǒng)和交互式廣播網(wǎng)絡(luò)。 第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)比第三代標(biāo)準(zhǔn)具有更多的功能。第四代移動(dòng)通信可以在不同的固定、無線平臺(tái)和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無線服務(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、

31、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。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)。</p><p>　　第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)。LTE是基于OFDMA技術(shù)、由3GPP組織制定的全球通用標(biāo)準(zhǔn)，包括FDD和TDD兩種模式用于成對(duì)頻譜和非成對(duì)頻譜。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%。TDD即時(shí)分雙工(Time Division D

32、uplexing)，是移動(dòng)通信技術(shù)使用的雙工技術(shù)之一，與FDD頻分雙工相對(duì)應(yīng)。但是TD-LTE與中國移動(dòng)公司采用的第三代標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA實(shí)際上沒有關(guān)系，TD-LTE是TDD版本的LTE的技術(shù)，F(xiàn)DD-LTE的技術(shù)是FDD版本的LTE技術(shù)。TD-SCDMA是CDMA（碼分多址）技術(shù)，TD-LTE是OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)。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。</p><p>　　不過第四

33、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。對(duì)于目前正在籌劃階段的5G網(wǎng)絡(luò)來說，全雙工是一個(gè)核心技術(shù)。</p><p>　　另外，目前頻譜利用率還不理想，頻譜段緊缺，這也推動(dòng)了新一代移動(dòng)通信技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程。雖然第五代移動(dòng)通信技術(shù)目前還沒有一個(gè)具體標(biāo)準(zhǔn)，不過通信相關(guān)的科研人員已經(jīng)開始著手籌備5G相關(guān)工作了。</p><p><

34、b>　　1.2 選題意義</b></p><p>　　1、全雙工通信的概念</p><p>　　全雙工通信又稱為雙向同時(shí)通信，即通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接受信息的信息交互方式。無線領(lǐng)域的全雙工強(qiáng)調(diào)相同的時(shí)間、相同的頻率，同時(shí)發(fā)射和接收無線信號(hào)，這樣就使得無線通信鏈路的頻譜效率提高了一倍。</p><p>　　同時(shí)同頻全雙工(CCFD)近端設(shè)備與遠(yuǎn)

35、端設(shè)備的無線業(yè)務(wù)相互傳輸發(fā)生在同樣的時(shí)間、相同的頻率帶寬上，這與現(xiàn)有的時(shí)分雙工(TDD: Time Division Duplexing)和頻分雙工(FDD: Frequency Division Duplexing)體制相比，理論頻率效率可以提升1倍。</p><p>　　2、全雙工通信的優(yōu)勢(shì)及前景</p><p>　　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

36、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）。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)帶來巨大的影響，可以在無線通信系統(tǒng)中發(fā)揮多種作用，諸如：</p><p>　　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

37、。</p><p>　　b、頻譜虛擬化：全雙工可以看成是FDD的一種極端情況，只不過它的兩個(gè)信道是完全重疊的，并且利用SIC技術(shù)可以將成對(duì)的同頻率的發(fā)送和接收信號(hào)分離開來。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，并且使無線收發(fā)機(jī)更有效地利用零散頻譜。</p><p>　　c、任何分（ADD）雙工：SIC消除了TDD和FDD之間的區(qū)別，TDD將會(huì)被帶內(nèi)全雙工

38、取代，而傳統(tǒng)的FDD則大大受益于SIC的可配置性。</p><p>　　d、新穎的中繼解決方案：應(yīng)用自干擾消除技術(shù)，頻譜資源可以同時(shí)在發(fā)送和接收端進(jìn)行復(fù)用，使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎瞬時(shí)重發(fā)和高吞吐量的網(wǎng)絡(luò)操作。</p><p>　　e、增強(qiáng)干擾協(xié)調(diào)能力：在傳送數(shù)據(jù)時(shí)同時(shí)接收反饋信息（如控制信道指令），能夠縮短無線接口的延遲，有利于干擾協(xié)調(diào)技術(shù)及時(shí)間/相位同步技術(shù)的作用。</p>

39、<p>　　1.3 我的任務(wù)</p><p>　　1、全雙工通信中的自干擾現(xiàn)象</p><p>　　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)的自干擾問題。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。如果正好發(fā)送與接收信號(hào)同頻率，就會(huì)產(chǎn)生干擾。并且由于信號(hào)源

40、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)能量高數(shù)十億倍（100dB+）。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)試圖聽別人說悄悄話，這顯然是不太可能的。這個(gè)問題一直未能解決，所以到目前為止無線通信設(shè)備都只能以半雙工模式工作，比如TDD，在同一頻率下將發(fā)送和接收信號(hào)的時(shí)間錯(cuò)開來避免自干擾。</p><p>　　鑒于自干擾的存在，或許只能進(jìn)行半雙工通信。但是如果收

41、發(fā)機(jī)能夠完全消除自干擾，未來的無線通信網(wǎng)絡(luò)將會(huì)有怎樣的改變呢？目前，通過在現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境中的幾組現(xiàn)場(chǎng)演示結(jié)果來看，自干擾消除技術(shù)（SIC）已經(jīng)在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界取得了巨大的進(jìn)步，這也為未來網(wǎng)絡(luò)新的技術(shù)變革帶來了福音。</p><p>　　2、自干擾的消除方法</p><p>　　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

42、收機(jī)誤接收了這些發(fā)送信號(hào)，過濾它們應(yīng)該也是相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的。但在實(shí)際中，卻并非那么簡(jiǎn)單：盡管無線收發(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)和原來的基帶信號(hào)會(huì)大不相同。因?yàn)樵跓o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

43、不同頻率信號(hào)還會(huì)有不同程度的時(shí)延和失真等等。由此可見，直接減去“已知的”基帶信號(hào)而不考慮上述模擬失真是不行的。</p><p>　　SIC體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo)就是對(duì)干擾進(jìn)行建模來預(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。這其中有兩個(gè)效應(yīng)要注意：接收機(jī)飽和度和非線性自干擾。如果輸入信號(hào)超出了由它們模數(shù)轉(zhuǎn)換器決定的某個(gè)特定閥值，無線設(shè)備的接收機(jī)就會(huì)達(dá)到飽和。任何對(duì)數(shù)字信號(hào)采取的消除技術(shù)必須先對(duì)扭曲失真進(jìn)行建模并且根

44、據(jù)信號(hào)發(fā)生的變化隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。</p><p><b>　　無線傳輸技術(shù)綜述</b></p><p>　　2.1 無線傳輸?shù)臍v史及發(fā)展</p><p>　　人類的無線通信歷史不長，但是卻一直在突發(fā)猛進(jìn)的發(fā)展。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)為人類最早的無線通信是采用數(shù)字方式進(jìn)行的。以后貝爾又發(fā)明了電

45、話，并由此造就一個(gè)電信產(chǎn)業(yè)，這是一種模擬信號(hào)的方式來進(jìn)行的無線通信。一個(gè)多世紀(jì)以來，以電話服務(wù)為主的電信業(yè)走了一條成功之路，取得了極大的發(fā)展。然而隨著人類社會(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。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代通信又進(jìn)入了數(shù)字時(shí)代。20世紀(jì)90年代信息革命的浪潮，建設(shè)信息高速公路的號(hào)角聲，信息和知識(shí)爆炸式的增長，特別是因特網(wǎng)商用化后的迅猛發(fā)展，使傳統(tǒng)的電信業(yè)受到巨大

46、的震動(dòng)和沖擊。帶給我們的啟示是，問題的核心在于“信息”。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。人類需要寬帶的無線通信技術(shù)，來滿足多媒體化、普及化、多樣化、全球化和個(gè)性化的信息交流。</p><p>　　無線通信是指采用電磁波進(jìn)行信息傳遞的通信方式。早在1897年，馬可尼使用800KHZ中波信號(hào)進(jìn)行了從英國至北美紐

47、芬蘭的世界上第一次橫跨大西洋的線無電報(bào)通信試驗(yàn)，開創(chuàng)了人類無線通信的新紀(jì)元。在無線通信初期，受技術(shù)條件的限制，人們大量使用長波及中波進(jìn)行通信。20世紀(jì)20年代初人們發(fā)現(xiàn)的短波通信，直到20世紀(jì)60年代衛(wèi)星通信興起前，它一直是遠(yuǎn)程國際通信的重要手段，并且目前對(duì)應(yīng)急通信和軍用通信依然有一定實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　20世紀(jì)40年代到50年代產(chǎn)生了傳輸頻帶較寬、性能較穩(wěn)定的微波通信，成為長距離大容量地面干線無線傳

48、輸?shù)闹匾侄?。模擬調(diào)頻傳輸容量高達(dá)2700路，亦可同時(shí)傳輸高質(zhì)量彩色電視信號(hào)；爾號(hào)逐步進(jìn)入中容量至大容量數(shù)字微波傳輸。80年代中期以來，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。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

49、、通用高速有線/無線接入，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。隨著國民經(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。</p><p>　　2.2 FDD和TDD</p><p>　　1、FDD與TDD概念</p><p>　　F

50、DD（Frequency Division Duplexing），即頻分雙工，操作時(shí)需要兩個(gè)獨(dú)立的信道，一個(gè)信道用來向下傳送信息，另一個(gè)信道用來向上傳送信息，兩個(gè)信道之間存在一個(gè)保護(hù)頻段，以防止鄰近的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間產(chǎn)生相互干擾。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)頻段來分離接收和傳送信道。</p><p>　　TDD（Time Division

51、 Duplexing），即時(shí)分雙工，是在幀周期的下行線路操作中及時(shí)區(qū)分無線信道以及繼續(xù)上行線路操作的一種技術(shù)，也是移動(dòng)通信技術(shù)使用的雙工技術(shù)之一，與FDD相對(duì)應(yīng)。</p><p>　　TDD與FDD具體的特征是：</p><p>　　FDD采用兩個(gè)對(duì)稱的頻率信道來分別發(fā)射和接收信號(hào)，發(fā)射和接收信道之間存在著一定的頻段保護(hù)間隔。</p><p>　　TDD的發(fā)射和接收

52、信號(hào)是在同一頻率信道的不同時(shí)隙中進(jìn)行的，彼此之間采用一定的保證時(shí)間予以分離。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線電頻譜資源。</p><p>　　FDD和TDD原理圖如下：</p><p>　　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)間來分離接

53、收和傳送信道。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)頻段來分離接收和傳送信道。</p><p>　　TDD與FDD的對(duì)比</p><p>　　FDD系統(tǒng)是指系統(tǒng)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)使用不同的頻率，在上行和下行頻率之間有雙工間隔，如GSM、CDMA、WCDMA系統(tǒng)都是典型的FDD系統(tǒng)；時(shí)分雙工系統(tǒng)則是系統(tǒng)的發(fā)送和接收使用相同的頻段，

54、上下行數(shù)據(jù)發(fā)送在時(shí)間上錯(cuò)開，通過在不同時(shí)隙發(fā)送上下行數(shù)據(jù)可有效避免上下行干擾，如TD-SCDMA就是TDD系統(tǒng)。TDD和FDD之間具體區(qū)別和聯(lián)系如下：</p><p>　?。?）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。而對(duì)于一般的FDD技術(shù)，一般的上下行頻率間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道相干帶寬，幾乎無法利用上行信號(hào)估計(jì)下行，也無法用下行信號(hào)估計(jì)

55、上行；這一特點(diǎn)使得TDD方式的移動(dòng)通信體制在功率控制以及智能天線技術(shù)的使用方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。但也是因?yàn)檫@一點(diǎn)，TDD系統(tǒng)的覆蓋范圍半徑要小，由于上下行時(shí)間間隔的緣故，基站覆蓋半徑明顯小于FDD基站。否則，小區(qū)邊緣的用戶信號(hào)到達(dá)基站時(shí)會(huì)不能同步。</p><p>　?。?）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)。但是，這種轉(zhuǎn)換時(shí)刻的設(shè)置

56、必須與相鄰基站協(xié)同進(jìn)行。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）TDD技術(shù)不需要收發(fā)隔離器，只需要一個(gè)開關(guān)即可。</p><p>　　（5）移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速度受限制。在高速移動(dòng)時(shí)，多普勒效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致快衰落，速度越高，衰落變換頻率越高，衰落深度越深，因此必須要求移動(dòng)速度不能

57、太高。例如在使用了TDD的TD-SCDMA系統(tǒng)中，在目前芯片處理速度和算法的基礎(chǔ)上，當(dāng)數(shù)據(jù)率為144kb/s時(shí)，TDD的最大移動(dòng)速度可達(dá)250km/h，與FDD系統(tǒng)相比，還有一定差距。一般TDD移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度只能達(dá)到FDD移動(dòng)臺(tái)的一半甚至更低。</p><p>　?。?）發(fā)射功率受限。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。當(dāng)然同時(shí)也需要更加復(fù)雜的

58、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化技術(shù)。</p><p>　　根據(jù)FDD、TDD兩種工作模式的特點(diǎn)，在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，它們各自有著不同的適用范圍：采用FDD模式工作的系統(tǒng)是連續(xù)控制的系統(tǒng)，適應(yīng)于大區(qū)制的國家和國際間覆蓋漫游，適合于對(duì)稱業(yè)務(wù)如話音、交互式適時(shí)數(shù)據(jù)等。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)。特別是它的可不對(duì)稱傳輸數(shù)據(jù)的功能，尤為適合接入當(dāng)今世界流行的In

59、ternet。因?yàn)椋诨ヂ?lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸過程中，往往要求下行速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上行速率。</p><p>　　FDD是在分離的兩個(gè)對(duì)稱頻率信道上進(jìn)行接收和發(fā)送，用保護(hù)頻段來分離接收和發(fā)送信道。FDD必須采用成對(duì)的頻率，依靠頻率來區(qū)分上下行鏈路，其單方向的資源在時(shí)間上是連續(xù)的。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。 </p><p>　

60、　TDD用時(shí)間來分離接收和發(fā)送信道。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。某個(gè)時(shí)間段由基站發(fā)送信號(hào)給移動(dòng)臺(tái)，另外的時(shí)間由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)給基站，基站和移動(dòng)臺(tái)之間必須協(xié)同一致才能順利工作。 </p><p>　　3、TDD中存在的問題</p><p><b>　　(

61、1) 干擾問題</b></p><p>　　TDD模式的CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的干擾問題主要包括上下行鏈路之間的干擾，不同運(yùn)營者之間的干擾和來自功率脈沖的干擾。</p><p>　　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。前者是因?yàn)樵谝粋€(gè)小區(qū)內(nèi)用戶間的同步受到破壞或上下行鏈路的時(shí)間分配不平衡。對(duì)于后者，非對(duì)稱的TDD時(shí)隙將影響鄰近小區(qū)的無線

62、資源并導(dǎo)致小區(qū)間的上下行鏈路干擾，另外高功率的基站會(huì)阻塞鄰近小區(qū)的基站接收本小區(qū)的終端，處在小區(qū)邊界的高功率終端也會(huì)阻塞鄰近小區(qū)的具有不同時(shí)隙分配的終端。</p><p>　　當(dāng)同一地理環(huán)境有幾個(gè)運(yùn)營商用同一TDD 頻率時(shí)，由于基站之間的同步問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)營者之間會(huì)發(fā)生干擾，這是TDD模式所特有的。</p><p>　　來自功率脈沖的干擾是由于短的TDD幀的

63、短傳輸時(shí)間，以及為了袖珍的語音終端設(shè)計(jì)在終端內(nèi)部的設(shè)備之間的脈沖傳輸。</p><p>　　(2) 同步要求高</p><p>　　由于基站不能同時(shí)接收和發(fā)送，移動(dòng)終端的傳送必須在基站停止發(fā)送時(shí)開始，這意味著同一小區(qū)內(nèi)的不同用戶之間，用戶與基站之間需嚴(yán)格同步，后一同步破壞會(huì)發(fā)生通信阻塞，前一同步破壞將導(dǎo)致嚴(yán)重干擾，這是FDD的CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)所沒有的問題。</p>&l

64、t;p>　　另外，因?yàn)樾^(qū)之間和不同操作者之間的干擾問題，鄰近小區(qū)的基站之間要求是同步的，并且一般是符號(hào)級(jí)的精確同步。這樣的同步要求在基站有GPS接收機(jī)或公共的分布式時(shí)鐘，這些都增加了移動(dòng)蜂窩網(wǎng)的費(fèi)用。</p><p>　　(3) 移動(dòng)速度受限</p><p>　　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TD

65、D模式的系統(tǒng)帶來許多優(yōu)勢(shì)，但這是基于TDD幀長比相干時(shí)間短的前提。因?yàn)門DD幀很短，導(dǎo)致移動(dòng)速度受到限制，所以通常人們認(rèn)為TDD模式適合于室內(nèi)、低速移動(dòng)的微小區(qū)環(huán)境。不過目前已有研究顯示TDD模式的移動(dòng)通信系統(tǒng)在結(jié)合智能天線和聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)后可以用于高速移動(dòng)的環(huán)境，在中國目前開發(fā)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)TD-SCDMA中采用了這個(gè)方案，模擬結(jié)果顯示了較好的性能。</p><p><b>　　4、FDD的優(yōu)缺點(diǎn)

66、</b></p><p>　　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)：</p><p>　　(1) FDD必須使用成對(duì)的收發(fā)頻率。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%。而TDD則不需要成對(duì)的頻率，通信網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)實(shí)際情況靈活地變換信道上下行的切換點(diǎn)，有效地提高了系統(tǒng)

67、傳輸不對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)的頻譜利用率。</p><p>　　(2) 根據(jù)ITU對(duì)3G的要求，采用FDD模式的系統(tǒng)的最高移動(dòng)速度可達(dá)500KM/h，而采用TDD模式的系統(tǒng)的最高移動(dòng)速度只有120KM/h。兩者相比，TDD系統(tǒng)明顯稍遜一籌。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)。</p><p>　　(3) 采用TDD模式工作的系統(tǒng)，上、下行工作于同一頻率，其電波傳輸?shù)囊恢滦?/p>

68、使之很適于運(yùn)用智能天線技術(shù)，通過智能天線具有的自適應(yīng)波束賦形，可有效減少多徑干擾，提高設(shè)備的可靠性。而收、發(fā)采用一定頻段間隔的FDD系統(tǒng)則難以采用上述技術(shù)。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。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%。</p><p>　　(4) 在抗干擾方面，使用FDD可消除鄰近蜂窩區(qū)

69、基站和本區(qū)基站之間的干擾。但仍存在鄰區(qū)基站對(duì)本區(qū)移動(dòng)機(jī)的干擾及鄰區(qū)移動(dòng)機(jī)對(duì)本區(qū)基站的干擾。而使用TDD則能引起鄰區(qū)基站對(duì)本區(qū)基站、鄰區(qū)基站對(duì)本區(qū)移動(dòng)機(jī)、鄰區(qū)移動(dòng)機(jī)對(duì)本區(qū)基站及鄰區(qū)移動(dòng)機(jī)對(duì)本區(qū)移動(dòng)機(jī)四項(xiàng)干擾。綜比兩者，可見FDD系統(tǒng)的抗干擾性能要好于TDD系統(tǒng)。但隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，TDD系統(tǒng)的抗干擾能力一定會(huì)有大幅度的提高。目前方正連宇公司推出的LAS-TDMA新技術(shù)就在這方面有了新的突破。</p><p>&

70、lt;b>　　5、未來發(fā)展</b></p><p>　　由于移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長、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?；仡櫟谝欢苿?dòng)通信系統(tǒng)的建設(shè)，中國幾乎100%依靠進(jìn)口國外產(chǎn)品，而現(xiàn)在的情況已經(jīng)大不相同了。自從1997年中國提交了第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)草案（TD-SCDMA）之后，其TDD模式及智能天線新技術(shù)等特色受到高度評(píng)價(jià)

71、并成為三個(gè)主要候選標(biāo)準(zhǔn)之一，同時(shí)TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站設(shè)備正在加緊開發(fā)。目前第四代TD-LTE移動(dòng)通信系統(tǒng)也已經(jīng)在國內(nèi)正式商用，在第一代和第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，F(xiàn)DD模式一統(tǒng)天下，TDD模式?jīng)]有引起重視，但由于新業(yè)務(wù)的需要和新技術(shù)的發(fā)展，TDD模式將日益受到重視。尤其是第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)，由于要實(shí)現(xiàn)同時(shí)同頻全雙工，TDD模式基本宣告終結(jié)，而對(duì)于FDD來說，則有相當(dāng)大的頻譜資源被釋放出來，大大提高通信效率。</p>

72、<p>　　2.3 CDMA</p><p><b>　　1、基本概念</b></p><p>　　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)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)。CDMA技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)

73、帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。</p><p>　　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)隙不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來區(qū)，或者說，靠信號(hào)的不同波形來區(qū)分。如果從頻域或時(shí)域來觀察，多個(gè)CDMA信號(hào)是互相重

74、疊的。接收機(jī)用相關(guān)器可以在多個(gè)CDMA信號(hào)中選出其中使用預(yù)定碼型的信號(hào)。其它使用不同碼型的信號(hào)因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲和干擾，通常稱之為多址干擾。</p><p>　　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。為了實(shí)現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個(gè)頻率，即通常所謂的頻分雙工。無論正向傳輸或反向傳輸，除去傳輸業(yè)務(wù)信息外，還必須

75、傳送相應(yīng)的控制信息。為了傳送不同的信息，需要設(shè)置相應(yīng)的信道。但是，CDMA通信系統(tǒng)既不分頻道又不分時(shí)隙，無論傳送何種信息的信道都靠采用不同的碼型來區(qū)分。類似的信道屬于邏輯信道，這些邏輯信道無論從頻域或者時(shí)域來看都是相互重疊的，或者說它們均占用相同的頻段和時(shí)間。</p><p><b>　　CDMA的優(yōu)勢(shì)</b></p><p>　　在擴(kuò)頻CDMA通信系統(tǒng)中，由于采用了

76、新的關(guān)鍵技術(shù)而具有一些其他擴(kuò)頻通信所不具有的特點(diǎn)：</p><p>　　(1) 采用了多種分集方式。除了傳統(tǒng)的空間分集外。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。</p><p>　　(2) 采用了話音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。因?yàn)镃DMA系統(tǒng)的容量直接與所受的干擾有關(guān)，采用話音激活和扇區(qū)化技術(shù)可以減少干擾，可以使整個(gè)系統(tǒng)的容量

77、增大。</p><p>　　(3) 采用了移動(dòng)臺(tái)輔助的軟切換。通過它可以實(shí)現(xiàn)無縫切換，保證了通話的連續(xù)性，減少了掉話的可能性。處于切換區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)通過分集接收多個(gè)基站的信號(hào)，可以減低自身的發(fā)射功率，從而減少了對(duì)周圍基站的干擾，這樣有利于提高反向聯(lián)路的容量和覆蓋范圍。</p><p>　　(4) 采用了功率控制技術(shù)，這樣降低了平準(zhǔn)發(fā)射功率。</p><p>　　(

78、5) 具有軟容量特性?？梢栽谠拕?wù)量高峰期通過提高誤幀率來增加可以用的信道數(shù)。當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷一輕一重時(shí)，負(fù)荷重的小區(qū)可以通過減少導(dǎo)頻的發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強(qiáng)度的不足而切換到相臨小區(qū)，使負(fù)擔(dān)分擔(dān)。</p><p>　　(6) 兼容性好。由于CDMA的帶寬很大，功率分布在廣闊的頻譜上，功率話密度低，對(duì)窄帶模擬系統(tǒng)的干擾小，因此兩者可以共存。即兼容性好。</p><p>　　

79、(7) CDMA的頻率利用率高，不需頻率規(guī)劃，這也是CDMA的特點(diǎn)之一。</p><p>　　(8) CDMA高效率的OCELP話音編碼。話音編碼技術(shù)是數(shù)字通信中的一個(gè)重要課題。OCELP是利用碼表矢量量化差值的信號(hào)，并根據(jù)語音激活的程度產(chǎn)生一個(gè)輸出速率可變的信號(hào)。這種編碼方式被認(rèn)為是目前效率最高的編碼技術(shù)，在保證有較好話音質(zhì)量的前提下，大大提高了系統(tǒng)的容量。</p><p><

80、b>　　3、CDMA的不足</b></p><p>　　(1) 在小區(qū)的規(guī)劃問題上，雖然CDMA無需頻率規(guī)劃，但它的小區(qū)規(guī)劃卻并非十分容易。由于所有的基站都使用同一個(gè)頻率，相互之間是存在干擾的，如果小區(qū)規(guī)劃做得不好，將直接影響話音質(zhì)量和使系統(tǒng)容量打折扣，因而在進(jìn)行站距、天線高度等方面的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)小心謹(jǐn)慎。</p><p>　　(2) 其次，在標(biāo)準(zhǔn)的問題上，CDMA的標(biāo)

81、準(zhǔn)并不十分完善。許多標(biāo)準(zhǔn)都仍在研究才試制定之中。如A接口，目前各廠家有的提供IS一634版本0，有的支持Is－634版本。還有的使用Is－634/TSB－80。因此對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)營商來說，選擇統(tǒng)一的A接口是比較困難的。</p><p>　　(3) 由于功率控制的誤差所導(dǎo)致的系統(tǒng)容量的減少。</p><p>　　2.4 同時(shí)同頻全雙工</p><p><b&

82、gt;　　全雙工簡(jiǎn)介</b></p><p>　　這里所講的全雙工是指同時(shí)同頻全雙工CCFD（Co-frequency Co-time Full Duplex），CCFD無線通信設(shè)備使用相同的時(shí)間、相同的頻率，同時(shí)發(fā)射和接收無線信號(hào)，使得無線通信鏈路的頻譜效率提高了一倍。</p><p>　　同時(shí)同頻全雙工(CCFD)的近端設(shè)備與遠(yuǎn)端設(shè)備的無線業(yè)務(wù)相互傳輸發(fā)生在同樣的時(shí)間、相同

83、的頻率帶寬上，這與現(xiàn)有的時(shí)分雙工(TDD: Time Division Duplexing)和頻分雙工(FDD: Frequency Division Duplexing)體制相比，理論頻率效率可以提升1倍。</p><p>　　全雙工通信現(xiàn)狀及前景</p><p>　　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

84、作是抑制強(qiáng)自干擾。自干擾消除能力將直接影響CCFD系統(tǒng)的通信質(zhì)量。</p><p>　　自干擾消除技術(shù)最初應(yīng)用在電話系統(tǒng)、多普勒雷達(dá)中，由于通信系統(tǒng)的信號(hào)帶寬、頻率、自干擾信號(hào)消除量等指標(biāo)與上述兩個(gè)系統(tǒng)存在差別，原始的自干擾消除技術(shù)并不能直接應(yīng)用在CCFD系統(tǒng)中，因此對(duì)自干擾消除技術(shù)的模型研究、性能分析也成為了CCFD的研究熱點(diǎn)。</p><p>　　早在1997年，G. R. Kenwo

85、rthy申請(qǐng)了美國專利“Self-Cancelling Full-Duplex RF Communication System”。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。</p><p>　　近年來，斯坦福大學(xué)、萊斯大學(xué)、加州大學(xué)等國際知名院校均進(jìn)行了同時(shí)同頻全雙工的理論探索以及工程實(shí)現(xiàn)，發(fā)表了多篇IEEE頂級(jí)會(huì)議及期刊論文，并制作出

86、了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，得到了明確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(見下表)：</p><p>　　國內(nèi)關(guān)于同時(shí)同頻全雙工的研究起步稍晚，2006年，北京大學(xué)焦秉立教授首次提出了同頻同時(shí)雙工概念，并且申請(qǐng)了專利。此外，北京大學(xué)還在同頻同時(shí)全雙工組網(wǎng)技術(shù)上進(jìn)行深入研究，提出了蜂窩小區(qū)采用同頻同時(shí)雙工的演進(jìn)方案，即：基站發(fā)射天線采用中心式布局，而基站接收天線采用分布式。這樣在干擾消除能力受限情況下仍可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量的大幅提升。</p>

87、<p>　　目前，同頻同時(shí)全雙工技術(shù)正逐漸成為無線通信領(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。在蜂窩通信系統(tǒng)、室內(nèi)無線通信系統(tǒng)等都可以應(yīng)用。</p><p><b>　　天線干擾消除</b></p><p>　　3.1 天線消除原理</p><p>　　自干擾消除主要有模擬信號(hào)時(shí)期的天線和射頻干擾消除以及數(shù)字

88、信號(hào)時(shí)期的基帶干擾消除。其中天線干擾消除主要通過天線端對(duì)干擾的對(duì)消來達(dá)到目的。簡(jiǎn)單來說，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。此時(shí)的關(guān)鍵在于使兩個(gè)發(fā)射天線到接收天線的距離差為發(fā)射半波長的奇數(shù)倍。具體圖解如下（圖片引用自參考文獻(xiàn)(1)）：</p><p>　　如果傳輸?shù)牟ㄩL為λ ，其中一根發(fā)射天線到接收天線的距離是d，則</p><p>　　另一根發(fā)射天線到接收

89、天線的距離可設(shè)為d +nλ/ 2，其中n為奇數(shù)。這樣做將使兩根發(fā)射天線的信號(hào)到達(dá)接收天線時(shí)有半個(gè)波長的延遲，即恰好相差π相位，使得從兩根天線發(fā)射出的電波到達(dá)接收天線時(shí)相互疊加抵消，因而自干擾會(huì)得到顯著衰減。</p><p>　　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。另外，有時(shí)候可以將兩根天線

90、放置在不同的位置或者使用三根及以上的發(fā)射天線來達(dá)到更好的自干擾射頻消除效果。</p><p>　　3.2 天線消除效果</p><p><b>　　1、基本目標(biāo)</b></p><p>　　以前人們普遍認(rèn)為無線電設(shè)備不能在同頻率同時(shí)發(fā)射和接收信號(hào)，即不能以真正的全雙工模式工作，因?yàn)闊o線信號(hào)隨著傳輸?shù)木嚯x增加會(huì)很快產(chǎn)生衰減，所以在接收天線處，

91、自身發(fā)送天線的信號(hào)比其他節(jié)點(diǎn)傳輸過來的信號(hào)強(qiáng)幾十萬倍。因此，人們普遍認(rèn)為在無線設(shè)備接收到的信號(hào)的同時(shí)，不能同時(shí)進(jìn)行發(fā)射。</p><p>　　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。利用現(xiàn)成的硬件和軟件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全雙工通信并不難。例如對(duì)于802.15.4系統(tǒng)，它使用為0dBm發(fā)射功率，在距離發(fā)射天線6英寸遠(yuǎn)的接收天線處信號(hào)強(qiáng)度為? - 40dBm，本底噪聲是?-100dBm

92、 ，因此如果我們能消除60分貝自干擾，我們就可以對(duì)所需要的接收信號(hào)進(jìn)行解碼。</p><p>　　我們可以設(shè)想使用噪聲消除電路在模擬域內(nèi)完全消除干擾，但是實(shí)際的噪聲消除電路的處理范圍最多只能達(dá)到30dB，離我們要求的60dB的目標(biāo)還有很大差距。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)來消除干擾，不過現(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，因?yàn)榘l(fā)送信號(hào)的干擾使得他比本底噪聲高了6

93、0dB。就算將這兩種技術(shù)結(jié)合起來，也不能達(dá)到我們所要求的消除60dB的目標(biāo)。</p><p>　　目前所用的天線消除的基本思想就是使用兩根發(fā)送天線和一根接收天線。如果發(fā)射波長為λ，則兩根發(fā)射天線到接收天線的距離差就是λ/2的奇數(shù)倍，這樣的話兩根發(fā)射天線的信號(hào)恰好以相反的相位到達(dá)接收天線處，并且干涉相消，這樣接收天線收到的自干擾就會(huì)小的多，如果再利用噪聲消除電路以及數(shù)字域消除技術(shù)，那么就可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。</

94、p><p><b>　　效果分析</b></p><p>　　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。但是，有研究表明發(fā)送信號(hào)的帶寬對(duì)天線消除的效果有較大的影響。另外，現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和理想情況有所不同，工作過程或者設(shè)計(jì)過程中可能會(huì)導(dǎo)致工程上的錯(cuò)誤，影響系統(tǒng)性能。所以，兩根發(fā)射天線信號(hào)的同步匹配度以及接收天線與發(fā)射天線位置的精確性

95、都對(duì)消除效果有很大的影響。</p><p>　　為了分析天線消除的效果，可以來看看天線消除后接收天線處的自干擾信號(hào)的功率。對(duì)于兩根發(fā)射天線的信號(hào)相疊加，接收天線接收到的信號(hào)分析如下：</p><p>　　假設(shè)發(fā)射源的基帶信號(hào)是x[t]，進(jìn)過兩根發(fā)射天線之后，導(dǎo)致其振幅分別被縮放了A1和A2，在到達(dá)接收天線之前，兩組信號(hào)分別產(chǎn)生了Att1和Att2和衰減以及 φ1和φ2的相移，那么最終接收天

96、線接收到的疊加信號(hào)為：</p><p>　　理論上來說，應(yīng)該有，但實(shí)際上，要在接收天線處保證兩組信號(hào)相同的幅度很困難，因?yàn)閮山M信號(hào)通過不同的路徑到達(dá)接收天線難免會(huì)產(chǎn)生失真或畸變。</p><p>　　令，且考慮到兩組信號(hào)的誤差，設(shè)，如果兩組發(fā)射信號(hào)的相位差是理想情況，則會(huì)有，考慮到發(fā)射信號(hào)并不是單一頻率，而是有一定帶寬，并且實(shí)際系統(tǒng)的誤差，我們?cè)O(shè)，那么兩組信號(hào)疊加后的接收信號(hào)為：</

97、p><p><b>　　Y[t]</b></p><p><b>　　==</b></p><p>　　對(duì)于復(fù)信號(hào)r[t]，其瞬時(shí)功率為，因此，接收信號(hào)的功率為</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b&g

98、t;</p><p>　　其中，相位誤差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)射波波長為，則，其中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：</p><p>　　其中是從其中一根發(fā)射天線發(fā)出的基帶信號(hào)x[t]在接收天線處的振幅，是兩組干擾信號(hào)在接收天線處的振幅差。是接收天線的位置相對(duì)于理想位置的誤差，利用以上方程，我們可以看出天線消除的性能與

99、接收天線的位置、發(fā)射信號(hào)的頻率以及兩組干擾信號(hào)的振幅差別的關(guān)系。</p><p>　　也會(huì)因?yàn)樾盘?hào)帶寬對(duì)天線消除的性能產(chǎn)生影響。比如在以2.48GHz為中心的頻率上有一個(gè)5MHz的信號(hào)， 也就是說信號(hào)頻率范圍是2.4775GHz ~2.4825GHz，那么即使接收天線按照2.48GHz的中心頻率計(jì)算，放置在很精確的位置，但是由于發(fā)射信號(hào)頻率的波動(dòng)，也會(huì)對(duì)相位匹配度產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響天線消除的效果。</p&g

100、t;<p>　　從信號(hào)帶寬對(duì)天線消除的影響來分析，即使兩組干擾信號(hào)的振幅一樣，其頻率也會(huì)有波動(dòng)。由于射頻干擾消除和數(shù)字干擾消除都是以無失真的傳輸信號(hào)來作為干擾消除時(shí)的參考信號(hào)，所以干擾信號(hào)接收時(shí)產(chǎn)生的失真可能會(huì)影響后續(xù)的射頻消除和數(shù)字干擾消除的效果。</p><p>　　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：</p&g

101、t;<p>　　圖1：接收信號(hào)功率與接收天線位置匹配的關(guān)系</p><p>　　圖2：接收信號(hào)功率與兩組干擾信號(hào)幅度差的關(guān)系</p><p>　　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。</p><p>

102、;　　為了更清楚的分析接收天線的位置偏差對(duì)天線干擾消除帶來的影響，可以進(jìn)一步進(jìn)行理論計(jì)算一下。假設(shè)=1 mm，=12.1 cm（對(duì)應(yīng)中心頻率fc=2.48GHz），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)功率比沒有進(jìn)行天線消除時(shí)候減少了28.7dB。圖1還列出了不同帶寬對(duì)天線干擾消除效果的影響。</p><p>　　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

103、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?？梢钥闯?，如果一路信號(hào)的振幅比另一路信號(hào)高10%，即=0.1*，那么兩路信號(hào)的功率就會(huì)有1dB的差別（根據(jù)功率計(jì)算式可以看出來），如果忽略帶寬的微弱影響，在這樣的振幅誤差情況下，天線消除的效果可以達(dá)到-23dB。準(zhǔn)確來說，對(duì)于5MHZ的帶寬，天線消除性能為-22.994dB。另外從圖2可以看出，相對(duì)于振幅精確相等的情況，很小的振幅差別就能很大程度地影響天線消除的性能。另外，振幅差異對(duì)