MIMO全双工系统中的自干扰消除优化设计

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全双工因其相比于传统收发技术,能够理论上提升一倍的频谱效率,得到了研究人员的青睐。全双工技术面临的最大挑战在于自身的发射信号会对其接收信号产生极强的干扰(一般在底噪电平以上近100d B),简称“自干扰”,为了实现全双工,必须将自干扰消除到底噪的水平,这意味着系统的自干扰消除能力需要高达100d B以上,而让问题变得更有挑战的是自干扰中还包含有非线性畸变以及发射机噪声。目前对全双工自干扰消除的研究大多集中于单输入单输出(Single-Input SingleOutput,SISO)场景,如果切换到多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)场景,会面临额外的挑战:即天线间干扰。天线数越多,天线间干扰越大,因而残留干扰也相应越大。为了实现与SISO相当的自干扰消除能力与复杂度,显然需要更优的设计。这正是本论文的核心目标。本论文的主要贡献如下:(1)对Katti团队基于延时线与可调衰减器的模拟域自干扰消除模型进行了优化设计,使用矢量调制器替换了其中的可调衰减器,并对重建自干扰信号的误差来源进行了理论分析,将其分为三部分:截断误差,拟合误差和系数估计误差。证明了优化后的消除模型减少了拟合误差,并减小了系统复杂度。(2)对数字域消除中用于信道重建的训练序列进行了优化设计:首先基于记忆多项式功率放大器模型采用最小二乘法(Least Squares,LS)进行信道估计,得出了残留干扰的精简表达式;理论分析得到两点重要结论:正交序列能够减小残留干扰;残留干扰与训练序列的峰均功率比有关。基于这两点结论,提出了使用具有更高峰均比的随机调制序列替代Wi Fi前导码作为训练序列以及对天线间的训练序列进行正交编码的优化设计。仿真结果表明优化后的训练序列能够取得更好的消除性能。本论文的工作有助于加深对全双工系统自干扰的理解,并为实际MIMO全双工系统的理解提供切实指导。
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