多径瑞利衰落信道条件下射频干扰抵消误差对CCFD系统中OFDM性能的影响

何昭君 沈 莹 邵士海 卿朝进 唐友喜



多径瑞利衰落信道条件下射频干扰抵消误差对CCFD系统中OFDM性能的影响

何昭君 沈 莹 邵士海 卿朝进 唐友喜*

(电子科技大学通信抗干扰技术国防科技重点实验室 成都 611731)

无线通信；同时同频全双工；射频干扰抵消；误码率；干扰抑制比

1 引言

随着无线通信技术的发展，无线频谱资源日益稀缺[1]。现有通信系统的双工方式主要有：时分双工(Time Division Duplexing, TDD)、频分双工(Frequency Division Duplexing, FDD)[2]。同时同频全双工(Co-time Co-frequency Full Duplexing, CCFD)，能够在同一频率、同一时刻传输上下行数据，能够获得更高的系统容量及频谱利用率[3,4]。OFDM是时变多径衰落信道中一种有效的传输方式，已应用在802.11a, 802.16, 802.16n等多个无线通信标准中[5]。

针对两发一收天线，信号带宽40 MHz，载波频率2.48 GHz，发射功率0 dBm, 802.11n OFDM的调制信号，文献[6]中的射频干扰抵消器可以抑制45 dB的模拟自干扰信号。文献[9]以WARP为测试平台，采用1发1收的天线结构，发射功率-5~15 dBm，远端到近端的间距6.5 m，以2.4 GHz蓝牙和WiFi信号为例，近端收发天线间距为40 cm, 20 cm时分别获得了31 dB, 33 dB的射频自干扰抑制效果。文献[6]实测了射频干扰抵消幅度及相位估计误差对CCFD自干扰抑制效果的影响，针对10 MHz带宽的OFDM信号，不断调整接收端射频干扰抵消器[13]的幅度和相位因子的同时测量接收信号强度，得到了接收信号强度与幅度误差、相位误差的3维关系曲面图。结果表明，RSSI呈漏斗状，存在全局最小点。

本文内容安排如下：第2节是系统模型；第3节是考虑了幅度及载波相位估计误差的CCFD误码率及射频抑制效果分析；第4节给出数值及仿真结果对比；最后全文总结。

2 系统模型

本文采用的射频干扰抵消模型见图1，通信双方分别被称为“近端”和“远端”，近端或远端收发信机分别采用不同的天线同时同频全双工传输。近端接收天线在接收远端信号的同时，也受到自身发射信号的干扰。近端接收机估计出自干扰信号的载波相位和幅度，相应调整本地重建自干扰信号的相位和幅度，从接收信号中减去自干扰信号，实现射频干扰抑制。

2.1 远端发射机

在图1右下所示的远端发射机中，远端发射的信号可以表示为[14]

2.2 近端发射机

同样，在图1左上所示的近端发射机中，近端发射的信号可以表示为[14]

2.3 信道模型

图1 系统模型

2.4 近端接收机

3 性能分析

3.1 射频干扰抑制过程

3.2 解调

将式(6)，式(7)代入式(8)并化简，有

3.3 误码率

在式(9)中，令

将式(9)带入式(11)并化简可知：

其中

3.4 干扰抑制比

干扰抑制比(Interference Cancellation Ratio, ICR)定义为原始干扰信号功率与射频干扰抵消后残余信号功率的比值[16,17]。ICR越大，抑制效果越好；当干扰完全抵消时，ICR为无穷大。

将式(6)，式(10)代入式(18)并化简，可得平均干扰抑制比为

4 数值及仿真结果

4.1 星座图对比

4.2 误码率

图2 信干比-50 dB时，不同幅度和载波相位估计误差条件下的解调星座图

4.3 射频抑制比

5 结束语

本文分析了远端到近端的瑞利频率选择性衰落环境下，射频抵消过程中的幅度估计相对误差和载波相位估计误差对同时同频全双工传输方式的影响。推导了公式，并用计算机进行了仿真验证，结果表明，分析结果与仿真结果相吻合。在相同信干比条件下，幅度估计相对误差和载波相位估计误差的绝对值越小，误码率越低，射频抑制比ICR越大，射频抵消效果越好。当幅度和载波相位估计存在误差时，在高信噪比条件下，存在误码率平层现象；而且幅度和载波相位估计误差的绝对值越大，误码率平层越严重。

图3 信干比-70 dB时，幅度和载波相位估计误差对误码率的影响

图4 幅度和载波相位估计误差对射频抑制比ICR影响等高线图

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何昭君： 男，1983年生，博士生，研究方向为同时同频全双工系统.

沈 莹： 男，1980年生，副教授，研究方向为同时同频全双工系统、分布式信号处理等.

邵士海： 男，1980年生，副教授，研究方向为同时同频全双工系统、扩频通信、OFDM、MIMO等.

卿朝进： 男，1978年生，讲师，研究方向为同时同频全双工系统、分布式MIMO、压缩感知等.

唐友喜： 男，1964年生，教授，博士生导师，研究方向为同时同频全双工系统、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

国家自然科学基金(61001087, 61101034, 61271164)，广东省联合基金重点项目(U1035002/L05)和新一代宽带无线移动通信网国家科技重大专项(2014ZX03003001-002, 2012ZX03003010-003, 2011ZX 03001-006-01)资助课题