首先闡述了實(shí)現(xiàn)全雙工技術(shù)的最大挑戰(zhàn)是自干擾，其次以發(fā)射信號(hào)為參考，通過一些電路算法實(shí)現(xiàn)逐級(jí)消除自干擾，進(jìn)一步驗(yàn)證了全雙工技術(shù)的可行性，為提高5g頻譜效率提供了參考價(jià)值，最后指出了全雙工技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化所面臨的一些挑戰(zhàn)。

　　5g  全雙工  自干擾  頻譜效率

　　a brief discussion on 5g full duplex technique

　　tian zhong-yi

　　5g  full duplex  self-interference  spectral efficiency

　　1  引言

　　無論是tdd還是fdd，目前的無線通信技術(shù)并未實(shí)現(xiàn)真正的全雙工。全雙工技術(shù)允許在同一信道上同時(shí)接收和發(fā)送，這無疑大大提升了頻譜效率。目前很多人認(rèn)為全雙工技術(shù)將是5g技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，因此本文對(duì)全雙工技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單剖析，并闡述其實(shí)現(xiàn)的原理。

　　2  全雙工技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

　　要了解全雙工技術(shù)，首先要從雙工方式說起。fdd（頻分雙工）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)，而tdd（時(shí)分雙工）發(fā)射和接收信號(hào)是在同一頻率信道的不同時(shí)隙中進(jìn)行。這兩者都不是全雙工，因?yàn)槎疾荒軐?shí)現(xiàn)在同一頻率信道下同時(shí)進(jìn)行發(fā)射和接收信號(hào)。

　　全雙工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收信號(hào)在同一頻率同一時(shí)間進(jìn)行，這大大提升了頻譜效率。不過，一直以來全雙工技術(shù)的發(fā)展都面臨著一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)――自干擾。由于無線系統(tǒng)中發(fā)射信號(hào)會(huì)對(duì)接收信號(hào)產(chǎn)生強(qiáng)大的自干擾，如果采用全雙工，系統(tǒng)根本無法正常工作。在全雙工模式下，如果發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)不正交，發(fā)射端產(chǎn)生的干擾信號(hào)比接收到的有用信號(hào)要強(qiáng)數(shù)十億倍（大于100db），因此全雙工最核心的技術(shù)就是消除這100db的自干擾。

　　3  自干擾產(chǎn)生和消除原理

　　發(fā)射信號(hào)會(huì)對(duì)接收信號(hào)產(chǎn)生強(qiáng)大的自干擾，具體如圖1所示。

　　由圖1可知，由于雙工器泄露、天線反射、多徑反射等因素，發(fā)射信號(hào)摻雜進(jìn)接收信號(hào)，由此產(chǎn)生了強(qiáng)大的自干擾。

　　如何消除這些干擾？由于發(fā)射信號(hào)是已知的，所以可以用發(fā)射信號(hào)作為參考來消除自干擾。不過這個(gè)參考信號(hào)只能從數(shù)字基帶域獲得，而當(dāng)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后，由于線性失真和非線性失真的影響，很難從中獲得參考。因此，任何自干擾消除技術(shù)如果要想成功，必須要考慮發(fā)射信號(hào)的非線性失真。

　　另外，為了避免接收飽和，必須要考慮接收端模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率限制，因此輸入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的自干擾信號(hào)強(qiáng)度必須確保小于一個(gè)確定值。解決了這些問題，就能有效地分解出干擾信號(hào)，將它消除。

　　4  自干擾消除的具體實(shí)現(xiàn)

　　目前，一些研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)突破了消除自干擾這一難題，其實(shí)現(xiàn)原理主要是參考發(fā)射信號(hào)，通過一些電路算法逐級(jí)消除自干擾，實(shí)現(xiàn)原理圖如圖2所示。

　　自干擾消除的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

　　第一步，對(duì)前端天線和雙工器進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，以最小化泄露和反射信號(hào)。

　　第二步，對(duì)干擾進(jìn)行模擬消除。抽取接收信號(hào)，并從中濾除發(fā)射信號(hào)（模擬）。為了避免飽和，需要考慮模/數(shù)轉(zhuǎn)換分辨率。

　　第三步，對(duì)干擾進(jìn)行數(shù)字消除。抽取接收信號(hào)，并從中濾除發(fā)射信號(hào)（數(shù)字）。此時(shí)，需要考慮線性失真和非線性失真。

　　5  全雙工技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)

　　得益于強(qiáng)大的自干擾消除技術(shù)，真正的全雙工通信成為可能，無線頻譜效率大大提高，時(shí)延也大幅縮短，因此如果能夠?qū)⒆愿蓴_消除技術(shù)完美地應(yīng)用，那無疑將是無線產(chǎn)業(yè)的一次顛覆性創(chuàng)新。

　　首先，由于實(shí)現(xiàn)了同一信道同時(shí)發(fā)送和接收，相比fdd和tdd的半雙工技術(shù)，全雙工通信的頻譜效率將提升一倍。 

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5G全雙工技術(shù)淺析.pdf