全双工通信中的自干扰消除技术本科毕业论文.docx
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中 国 科 学 技 术 大 学
本科毕业论文
题目 全双工通信中的自干扰消除技术
英文 TheTechnologyofSelf-InterferenceCancellationinFullDuplexCommunication
中国科学技术大学本科毕业论文
目 录
摘要 2
第一章引言 3
1.1背景资料 3
1.2选题意义 6
1.3我的任务 7
第二章无线传输技术综述 8
2.1无线传输的历史及发展 8
2.2TDD和FDD. 9
2.3CDMA. 14
2.4同时同频全双工 16
第三章 天线干扰消除 19
3.1天线消除原理 19
3.2天线消除效果 20
3.3 小结 31
第四章射频干扰消除 31
4.1射频消除概念 31
4.2射频消除效果 32
第五章数字干扰消除 33
5.1数字消除原理 33
5.2数字消除理论推导 33
5.3数字干扰消除分析与小结 38
第六章 结束语 38
参考资料 39
致谢 41
-1-
摘 要
要实现全双工通信，要克服诸多困难，其中最主要的瓶颈就是收发机的自干扰问题。
当发射机发送某个信号时，其中的部分能量会被自身的接收装置接收到。
如果正好发送与接收信号同频率，就会产生干扰。
并且由于信号源离自身的接收机很近，所以自己发射出去的信号能量可能会比接收到的信号能量大，甚至高达
100dB以上。
为了能正确解码所需要接收的信号，就要求我们的自干扰消除性能至少达到100dB。
目前世界上所研究的都是多级消除，即天线干扰消除、射频干扰消除、数字干扰消除等来达到更好的消除性能。
其中天线干扰消除一般可达40+dB，射频域和数字域干扰消除均可达30+dB，已能初步满足实验条件下的全双工通信。
关键词:
全双工、自干扰、干扰消除
Abstract
Toachievefull-duplexcommunicationmustovercomemanydifficulties,andwhatthemostimportantistheself-interferenceoftransceiver.Whenatransmittertransmitsasignal,partoftheenergywillbereceivedbytheitself.If yousendandreceivesignalsexactlythesamefrequencywillcauseinterference.Sincethesignalsourceandthereceiverareplacedclose,thesignaltransmitedbyitselfmaybestrongerthanthereceivedsignal,evenuptomorethan100dB.Inordertocorrectlydecodethereceivedsignal,itisrequiredthattheperformanceofinterferenceachieveatleast100dB.Thestudyoftheworldaremulti-stageelimination,suchasantennainterferencecancellation,RFinterferencecancellationanddigitalinterferencecancellationtoachievebetterelimination.Whichantennainterferencecancellationgenerallyupto40+dB,andtheinterferencecancellationofRFdomainsanddigital
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domainscanbeupto30+dB,hasbeenabletomeettheinitialfull-duplexcommunicationunderexperimentalconditions.
Keyword：
full-duplex,self-interference,interferencecancellation
第一章 引言
1.1背景资料
从烽火狼烟到现在的移动无线设备，人类的通信方式发生了质的飞跃。
自从
1864年著名物理学家麦克斯韦语言了电磁波存在以及1887年著名物理学家赫兹验证了电磁波之后，无线通信技术开始慢慢渗入我们的生活。
本文主要研究了现代移动通信技术的最新成果以及发展趋势。
从20世纪初开始运营的第一代移动通信系统——模拟移动通信系统到第二代数字移动通信系统GSM及窄带CDMA再到第三代基于话音业务为主的支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，我们的通信质量在提高，我们的要求也越来越高，所以我们的通信技术仍然没有停止发展的脚步„„随着工信部为中国三大运营商颁发 4G牌照，标志着新一代移动通信系统正式投入商用。
与此同时，下一代无线通信技术——第五代移动通信技术也正在各个国家研究机构如火如荼的进行着„„没
有最好，只有更好，我们的通信技术正在朝更快速，更高效，更小错误率的方向发展。
第一代移动通信技术（1G）是指最初的模拟蜂窝电话标准，只能语音通信，该标准于上世纪80年代制定。
模拟移动通信系统是蜂窝移动通信系统发展的早
期阶段，在1946年，第一种公众移动电话服务被引进到美国的25个主要城市，
每个系统使用单个大功率的发射机和高塔，覆盖地区超过50公里，但仅能以半双工模式提供语音服务，却使用120kHz带宽。
虽然经过了后来技术的进步而提
高了频谱使用效率，提供了全双工、自动拨号等功能，但提供的服务由于频道的数量很少以及呼叫阻塞等原理不能满足使用。
在50和60年代，AT&T的贝尔实验室和全世界其他的通信公司发展了蜂窝无线电话的原理和技术。
利用在地域上将覆盖范围划分成小单元，每个单元复用频带的一部分以提高频带的利用率，即利用在干扰受限的环境下，依赖于适当的频率复用规划（特定地区的传播特性）和频分复用（FDMA）来提高容量。
从而实现了真正意义上的蜂窝移动通信。
由于受到传输带宽的限制，模拟移动通信系统不能进行长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。
第一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等，正是如此，模拟蜂窝服务在许多地方正被逐步淘汰。
正是由于第一代模拟移动通信系统的诸多不足，比如不能全球漫游，由此诞生了第二代移动通信系统。
GSM是GlobalSystemforMobileCommunication“全球移动通信系统”的简称。
它是一种数字移动通信，较之以往的模拟移动通信，有较多的优点。
首先，客户与设备分离（人机分开）。
在GSM通信中，SIM卡与移动设备之间已设置一个开放式的公共接口，这样，使用者与自己的设备之间没有互相依存的关系。
在SIM卡中存储有持卡者的客户数据、保安数据、鉴权加密算法等，只要客户手持此卡就可以借用、租用不同厂家的移动台，得到卡内存储的各种业务的服务，大大方便了客户，大大增强了GSM通信的移动性，也大大地增强了各生产厂家的设备的共享性。
其次，通信安全可靠。
因为在SIM卡中有一个永久性的存储器，既有存储能力，又有进行计算的能力，所以它属于智能卡。
最后，其成本低。
它比电话磁卡的成本低，并且质地结实耐用，易于推广。
近年来，第三代移动通信技术正蓬勃发展，这种支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百Kbps以上。
3G系统致力于为用户提供更好的语音、文本和数据服务。
与现有的技术相比较而言，3G技术的主要优点是能极大地增加系统容量、提高通信质量和数据传输速率。
此外利用在不同网络间的无缝漫游技术，可将无线通信系统和Internet连接起来，从而可对移动终端用户提供更多更高级的服务。
3G将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合，成为了继第二代移动通信技术之后的新一代移动通信系统，目前
3G存在3种标准：
CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。
中国国内支持国际电联确定三个无线接口标准，分别是中国电信的
CDMA2000，中国联通的WCDMA，中国移动的TD-SCDMA，GSM设备采用的是时分多址，而CDMA使用码分扩频技术，先进功率和话音激活至少可提供大于3倍GSM网络容量，业界将CDMA技术作为3G的主流技术，3G主要特征是可提供移动宽带多媒体业务。
目前已有538个WCDMA运营商在246个国家和地区开通了WCDMA网络，3G商用市场份额超过80%，而WCDMA向下兼容的GSM网络已覆盖184个国家，遍布全球，WCDMA用户数已超过6亿。
随着生活水平的不断提高，人们对科技的需求也越来越大，于是第四代移动通信技术应运而生。
4G的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过
2Mb/s的数据传输能力。
它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。
第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。
第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。
此外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。
第四代移动通信系统采用TD-LTE标准。
LTE是基于OFDMA技术、由3GPP组织制定的全球通用标准，包括FDD和TDD两种模式用于成对频谱和非成对频谱。
LTE标准中的FDD和TDD两个模式实质上是相同的，两个模式间只存在较小的差异，相似度达90%。
TDD即时分双工（TimeDivisionDuplexing），是移动通信技术使用的双工技术之一，与FDD频分双工相对应。
但是TD-LTE与中国移动公司采用的第三代标准TD-SCDMA实际上没有关系，TD-LTE是TDD版本的LTE的技术，FDD-LTE的技术是FDD版本的LTE技术。
TD-SCDMA是CDMA
（码分多址）技术，TD-LTE是OFDM（正交频分复用）技术。
两者从编解码、帧格式、空口、信令，到网络架构，都不一样。
不过第四代通信技术仍然是采用半双半通信，为了让通信技术进一步发生质的飞跃，全双工通信的概念渐渐凸显出了其重要性。
对于目前正在筹划阶段的
5G网络来说，全双工是一个核心技术。
另外，目前频谱利用率还不理想，频谱段紧缺，这也推动了新一代移动通信技术的研发进程。
虽然第五代移动通信技术目前还没有一个具体标准，不过通信
相关的科研人员已经开始着手筹备5G相关工作了。
1.2选题意义
1、全双工通信的概念
全双工通信又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接受信息的信息交互方式。
无线领域的全双工强调相同的时间、相同的频率，同时发射和接收无线信号，这样就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）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
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