撤销功能的全双工射频自干扰消除方案

文摘

在这项工作中,我们研究了自干扰消除(原文如此)两种基本能力的无线电频率(RF)基本方案:辅助天线取消和multireconstruction-path (MRP)取消(包括特定two-reconstruction-path变压器取消),并详细推导其取消能力。理论结果表明,辅助天线取消能力和变压器取消相关能力的比率载波频率带宽,后者一个角度进一步相关比率;即自干扰向量之间的夹角的比例和第一固定延迟矢量固定延迟这两个向量的夹角,和常见的MRP取消能力本质上是相关的通道响应自干扰消除器的频率响应。数值结果证实了一种可能明显的直觉:MRP取消胜过辅助天线取消取消自干扰,尤其是当多个自干扰路径存在,和MRP取消更多的重建路径达到更高的取消功能。

1。介绍

在全双工无线通信收发机可以同时传输一个信号和接收另一个信号在相同的频带;因此,全双工频谱效率,从理论上讲,将两倍半双工(一个1,2]。然而,信号一个收发器将不可避免地传播到接收链在同一收发器导致自干扰。由于共同之间的短距离传输和接收一个收发器,自干扰信号在接收链通常是强大到足以停止有用信号形成另一个收发器通过接收解码链。因此,有一个基本的问题,即。,self-interference cancellation, in full-duplex wireless communication. Recent studies have shown that a strong self-interference should be cancelled first in the RF domain to ensure the useful signal to pass through RF front end [3- - - - - -14]。常用的RF-SIC计划可以分成两种。

第一个是天线取消。它可以进一步分为两个亚型。第一个亚型是辅助天线取消,如图1。在一个收发器的方案,使用两个传输天线,第二个是放置半载波波长比第一个接收天线的进一步。此天线设置原因从两个传输天线接收信号相位延迟差异π在载波频率,从而增加相消。在实践中,这个计划取消了约20 dB 20 MHz带宽(3]。第二个亚型是antenna-self-cancellation,基于先进的天线设计改善发射和接收天线端口之间的隔离。在这里,大约相当于取消隔离。高隔离导致弱自干扰进入接收链。文献[4天线设计报告,使用陷波器提供70分贝隔离甚至80 MHz的瞬时带宽。

第二个方案是multireconstruction-path (MRP)取消,如图2。在这个方案中,多个重建与固定延时路径,可变衰减,以及可选的变量相移用于重建的自干扰消除。如果重建负副本,副本添加接收信号;否则,它从接收信号中减去。重建可能在射频领域,完成射频传输的信号是利用多个物理路径来完成重建(5- - - - - -8]。Bharadia et al。5)报告说,这种形式的MRP计划取消60 dB为80 MHz带宽。的变压器取消9,10)是一个特定two-reconstruction-path取消无相移。香港et al。10这种形式的)报告说,他们的计划取消33分贝40 MHz带宽。重建也可以等同于在数字域完成,数字基带信号的过滤,然后转换为射频信号的一个辅助传输链。Kiayani et al。11)报告说,他们的这种形式的MRP计划取消54 dB 20 MHz带宽。

这两种RF-SIC计划,如先前的研究的实验结果所示,显著降低了自干扰;然而,他们的理论尚未提出取消功能。取消能力被定义为又获得了许可自干扰信号功率之比之前取消剩余干扰信号功率在感兴趣的信号频带取消后,这是一个关键绩效指标的SIC方案和确定方案是否合适。在这篇文章中,我们将研究辅助天线取消和MRP的理论取消功能取消,考虑到antenna-self取消非常相关的天线设计;我们不会在这里学习。的理论取消功能研究RF-SIC方案将详细推导,和一些取消功能也将提出的封闭表达式。

2。辅助天线取消功能分析

2.1。系统模型

取消辅助天线的系统模型如图1。这计划,其目的是在取消视距(LOS)自干扰,基于原则,从两个天线的相位延迟的差异π将添加狼狈地在一个接收天线(3]。射频信号的方案分成两个部分在一个常数比功率分配器。这两部分分别减毒,通过可变衰减器和然后发送,分别由天线TX1 TX2。TX1 TX2,以及接收天线的处方,放置并精心远比TX1 RX,是载波的波长。和调整使两部分到达RX使用相同的增益,哪个是表示一个。

2.2。取消功能分析

为了获得取消功能只有洛自干扰路径存在,我们需要知道剩余自干扰功率和原始又获得了许可总功率。在这里,我们首先获得剩余自干扰能力。

传输射频信号可能会写成 在哪里表示发送复杂的基带信号是载波频率。它的傅里叶变换是15] 在哪里的傅里叶变换和表示的复共轭 。

接收到的干扰信号 ,它包含两个部分,分别从TX1和并与相应的延迟,可能会被表示为 在哪里dTX1 TX2和之间的距离吗c是光速。其傅里叶变换

根据帕定理和实值信号的幅度谱的对称性,给出了残余干扰信号功率 在哪里B是信号带宽。

方程(5)显示的形状 ,也就是说,the amplitude-frequency characteristics of the sending complex baseband signal, affects the residual interference signal power 。为了公平比较每个取消计划的撤销功能,我们不考虑发送信号和假设的特点有一个长方形的形状,即。,有一个常量值在整个带宽B。现在,残余干扰信号功率

为了获得取消功能,我们还需要知道原始又获得了许可总功率。自干扰信号从TX1的力量

并从TX2是自干扰信号的功率

因此,辅助天线的取消功能取消计划是

3所示。MRP取消功能分析

图2说明了MRP取消的系统模型。该方案使用多个重建路径重构自干扰,然后取消从接收到的信号。我们首先分析了变压器取消(9,10),这是一个特别two-reconstruction-path取消使用变压器减法器,然后分析了常见的MRP取消(5,6]。

3.1。Two-Reconstruction-Path变压器取消

在变压器取消,两个重建路径都有固定的时间延迟( , )和可变衰减( , ),但是没有移相器。这个方案旨在取消洛杉矶自干扰或循环器泄漏自干扰循环器时使用。

在这个方案中,两条路径的设置影响剩余自干扰功率和取消功能。第一个是两个固定的时间延迟。我们表示之间的角度和作为β之间的夹角和作为 ,也就是说,和 。x的比例是自干扰之间的角矢量和一个固定的延迟固定延迟这两个向量的夹角,如图3。β是根据经验设置为 ,这是用于我们的分析。第二个设置两个变量衰减。我们的目标是找到和取消最大,最小自干扰功率在整个信号带宽。

设置传输射频信号与方程(1),因此传输射频信号的傅里叶变换与方程(2)。接收到的残余干扰信号是

的傅里叶变换是

根据帕定理和实值信号幅度谱的对称性,剩余干扰信号功率由方程(12)。为了公平比较取消功能,我们假定有一个常量值在带宽B了。现在,残余干扰信号功率是由方程(13)和(14)。

找到和,减少 ,我们检查的一阶导数关于和并设置为零:

从方程(15),一组和得到:

它可能是验证这组和最小化 。用这组和(方程(16在方程())14)给最低的残余干扰信号功率 ,这样

又获得了许可自干扰信号功率如下:

根据方程(17)和(18),当只有《或循环器泄漏自干扰路径,变压器的取消功能取消计划所示以下方程:

3.2。常见的MRP取消

常见的MRP取消,通常是两个以上重建路径,旨在取消多路自干扰。值得注意的是,一些MRP取消使用相移(6),而一些不(5]。只有MRP取消使用移相器(6]表明一种新的凸再形成调谐衰减和相位变化的参数。因此,我们关注的是取消这个计划的能力。

我们表示衰减和相位参数转移 。麦克和Kolodziej6)解决通过最小化之间复杂的平均误差功率测量通道的采样版本响应(当一个消除器和signal-of-interest缺席)和消除器的频率响应 。在这里,和 ,而是角频率采样间隔对感兴趣的带宽。这样一个得到如下: 在哪里

它包含复指数与采样频率依赖于固定的延迟。

当是已知的,可以确定:

剩余自干扰能力

和原始又获得了许可总功率

我们假设有一个常量值,因此有一个常量值的带宽B了。因此,取消功能

没有共同MRP的封闭表达式取消功能。数值计算可以用来获得一个近似值。

4所示。结果和分析

通过上面的分析中,取消对整个信号带宽能力在不同的取消计划,如方程所示9),(19)和(25)。方程(9)表明,辅助天线的取消功能取消计划相关信号的部分带宽(例如, )。方程(19)表明,变压器的取消功能取消计划相关信号的部分带宽和角系数比x。方程(25)表明,常见的MRP取消的取消功能相关的通道响应自干扰消除器的频率响应,后者进一步挖掘相关延迟设置的带宽和采样间隔的兴趣。

图4显示了这些取消的取消功能与信号带宽计划当载波频率是2450 MHz (9),只有《或循环器泄漏自干扰路径(如表所示1)存在。MRP取消,消除器由6水龙头(如表所示2)。频率采样间隔 。

从图4可以看到,以下:(1)辅助天线取消和变压器取消的结果,针对取消洛杉矶或循环器泄漏自干扰,符合测量报告。图4表明,天线取消20 MHz的上限是35.7 dB,符合20 dB以3),而最坏的变压器取消设置的上限( )在40 MHz 38.7 dB,符合33分贝以[10]。(2)取消能力从高到低的顺序是MRP取消,取消变压器和辅助天线取消。取消所有能力评估计划增加当信号带宽减少。更多重建路径,或更窄的带宽,可以提供更微妙的消除器频率响应调优,从而消除器的频率响应接近自干扰通道响应可以获得;因此,更高的取消功能可能会实现。(3)当变压器取消达到更高的取消功能和较低时取消功能 。很容易知道,当固定延迟的自干扰向量匹配一个向量(或 ),也就是说,the self-interference and one of the reconstruction paths have the same time delay, self-interference may be completely cancelled by only this reconstruction path via turning its attenuation the same as the self-interference. Whenx0.5不同走向,即。,the self-interference vector comes to the middle of the two fixed delay vectors, vector reconstruction relationship is more easily broken by the frequency variation away from the carrier frequency in the bandwidth so that lower cancellation capability is achieved.

当多个自干扰路径存在,方程(9)和(19)不再适用于辅助天线取消和变压器取消,而方程(25)也可以用于数值计算获得一个近似值。图5显示了取消功能当多个自干扰路径的具体情况(如表所示3)存在。

从图5可以看到,以下:(1)MRP取消由与测量的结果报道。图5表明,MRP取消在80 MHz是60.9 dB,符合60 dB测量(5]。(2)多个自干扰路径,导致一个复杂的自干扰信道响应,会损害补偿设备的频率响应匹配率,从而破坏取消功能。(3)类似于图4,MRP取消重建路径服务取消多路自干扰,降低和取消功能增加,当信号带宽。

5。结论

在本文中,我们详细推导取消功能辅助天线的取消和MRP取消,包括特定two-reconstruction-path变压器取消,和在给定条件下的封闭表达式提出取消功能。理论结果表明,辅助天线取消能力和变压器取消相关能力的比率载波频率带宽,后者一个角度进一步相关比率,即。,the ratio of the angle between the self-interference vector and the first fixed delay vector to the angle between the two fixed delay vectors, and common MRP cancellation capability is essentially related to the channel response of self-interference and the canceller frequency response. Furthermore, numerical results confirm a perhaps obvious intuition: MRP cancellation outplays auxiliary antenna cancellation to cancel self-interference, especially when multiple self-interference paths exist, and MRP cancellation with more reconstruction paths achieves higher cancellation capability. Our work may be applied to evaluate the performance of an RF cancellation scheme and help the designer to select a suitable RF cancellation scheme in a full-duplex system design.

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是支持的年轻创新人才项目下的广东省教育部拨款2017 gkqncx107和清远职业技术学院的科研项目在格兰特ZK18007。

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