多徑瑞利衰落信道條件下射頻干擾抵消誤差對CCFD系統(tǒng)中OFDM性能的影響

何昭君 沈 瑩 邵士海 卿朝進 唐友喜

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多徑瑞利衰落信道條件下射頻干擾抵消誤差對CCFD系統(tǒng)中OFDM性能的影響

何昭君 沈 瑩 邵士海 卿朝進 唐友喜*

(電子科技大學(xué)通信抗干擾技術(shù)國防科技重點實驗室 成都 611731)

無線通信；同時同頻全雙工；射頻干擾抵消；誤碼率；干擾抑制比

1 引言

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線頻譜資源日益稀缺[1]。現(xiàn)有通信系統(tǒng)的雙工方式主要有：時分雙工(Time Division Duplexing, TDD)、頻分雙工(Frequency Division Duplexing, FDD)[2]。同時同頻全雙工(Co-time Co-frequency Full Duplexing, CCFD)，能夠在同一頻率、同一時刻傳輸上下行數(shù)據(jù)，能夠獲得更高的系統(tǒng)容量及頻譜利用率[3,4]。OFDM是時變多徑衰落信道中一種有效的傳輸方式，已應(yīng)用在802.11a, 802.16, 802.16n等多個無線通信標(biāo)準(zhǔn)中[5]。

針對兩發(fā)一收天線，信號帶寬40 MHz，載波頻率2.48 GHz，發(fā)射功率0 dBm, 802.11n OFDM的調(diào)制信號，文獻[6]中的射頻干擾抵消器可以抑制45 dB的模擬自干擾信號。文獻[9]以WARP為測試平臺，采用1發(fā)1收的天線結(jié)構(gòu)，發(fā)射功率-5~15 dBm，遠端到近端的間距6.5 m，以2.4 GHz藍牙和WiFi信號為例，近端收發(fā)天線間距為40 cm, 20 cm時分別獲得了31 dB, 33 dB的射頻自干擾抑制效果。文獻[6]實測了射頻干擾抵消幅度及相位估計誤差對CCFD自干擾抑制效果的影響，針對10 MHz帶寬的OFDM信號，不斷調(diào)整接收端射頻干擾抵消器[13]的幅度和相位因子的同時測量接收信號強度，得到了接收信號強度與幅度誤差、相位誤差的3維關(guān)系曲面圖。結(jié)果表明，RSSI呈漏斗狀，存在全局最小點。

本文內(nèi)容安排如下：第2節(jié)是系統(tǒng)模型；第3節(jié)是考慮了幅度及載波相位估計誤差的CCFD誤碼率及射頻抑制效果分析；第4節(jié)給出數(shù)值及仿真結(jié)果對比；最后全文總結(jié)。

2 系統(tǒng)模型

本文采用的射頻干擾抵消模型見圖1，通信雙方分別被稱為“近端”和“遠端”，近端或遠端收發(fā)信機分別采用不同的天線同時同頻全雙工傳輸。近端接收天線在接收遠端信號的同時，也受到自身發(fā)射信號的干擾。近端接收機估計出自干擾信號的載波相位和幅度，相應(yīng)調(diào)整本地重建自干擾信號的相位和幅度，從接收信號中減去自干擾信號，實現(xiàn)射頻干擾抑制。

2.1 遠端發(fā)射機

在圖1右下所示的遠端發(fā)射機中，遠端發(fā)射的信號可以表示為[14]

2.2 近端發(fā)射機

同樣，在圖1左上所示的近端發(fā)射機中，近端發(fā)射的信號可以表示為[14]

2.3 信道模型

圖1 系統(tǒng)模型

2.4 近端接收機

3 性能分析

3.1 射頻干擾抑制過程

3.2 解調(diào)

將式(6)，式(7)代入式(8)并化簡，有

3.3 誤碼率

在式(9)中，令

將式(9)帶入式(11)并化簡可知：

其中

3.4 干擾抑制比

干擾抑制比(Interference Cancellation Ratio, ICR)定義為原始干擾信號功率與射頻干擾抵消后殘余信號功率的比值[16,17]。ICR越大，抑制效果越好；當(dāng)干擾完全抵消時，ICR為無窮大。

將式(6)，式(10)代入式(18)并化簡，可得平均干擾抑制比為

4 數(shù)值及仿真結(jié)果

4.1 星座圖對比

4.2 誤碼率

圖2 信干比-50 dB時，不同幅度和載波相位估計誤差條件下的解調(diào)星座圖

4.3 射頻抑制比

5 結(jié)束語

本文分析了遠端到近端的瑞利頻率選擇性衰落環(huán)境下，射頻抵消過程中的幅度估計相對誤差和載波相位估計誤差對同時同頻全雙工傳輸方式的影響。推導(dǎo)了公式，并用計算機進行了仿真驗證，結(jié)果表明，分析結(jié)果與仿真結(jié)果相吻合。在相同信干比條件下，幅度估計相對誤差和載波相位估計誤差的絕對值越小，誤碼率越低，射頻抑制比ICR越大，射頻抵消效果越好。當(dāng)幅度和載波相位估計存在誤差時，在高信噪比條件下，存在誤碼率平層現(xiàn)象；而且幅度和載波相位估計誤差的絕對值越大，誤碼率平層越嚴重。

圖3 信干比-70 dB時，幅度和載波相位估計誤差對誤碼率的影響

圖4 幅度和載波相位估計誤差對射頻抑制比ICR影響等高線圖

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何昭君： 男，1983年生，博士生，研究方向為同時同頻全雙工系統(tǒng).

沈 瑩： 男，1980年生，副教授，研究方向為同時同頻全雙工系統(tǒng)、分布式信號處理等.

邵士海： 男，1980年生，副教授，研究方向為同時同頻全雙工系統(tǒng)、擴頻通信、OFDM、MIMO等.

卿朝進： 男，1978年生，講師，研究方向為同時同頻全雙工系統(tǒng)、分布式MIMO、壓縮感知等.

唐友喜： 男，1964年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為同時同頻全雙工系統(tǒng)、CDMA、OFDM、分布式MIMO、高效功率放大器等.

Impact of RF Self-interference Cancellation Errors on OFDM Based on CCFD System in Multipath Rayleigh Fading Channel

He Zhao-jun Shen Ying Shao Shi-hai Qing Chao-jin Tang You-xi

(,,611731,)

Wireless communication; Co-time Co-frequency Full Duplex (CCFD); Radio frequency cancellation; Bit Error Rate (BER); Interference Cancellation Ratio (ICR)

TN92

A

1009-5896(2014)02-0358-06

10.3724/SP.J.1146.2013.00316

唐友喜 tangyx@uestc.edu.cn

2013-03-15收到，2013-11-01改回

國家自然科學(xué)基金(61001087, 61101034, 61271164)，廣東省聯(lián)合基金重點項目(U1035002/L05)和新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)國家科技重大專項(2014ZX03003001-002, 2012ZX03003010-003, 2011ZX 03001-006-01)資助課題