5G通信系统中同时同频全双工技术展望

刘陆军 高良鹏 刘振鹏 李政泽 孙 渊/上海电机学院

5G通信系统中同时同频全双工技术展望

刘陆军 高良鹏 刘振鹏 李政泽 孙 渊/上海电机学院

同时同频全双工技术和现有无线通信系统的新型双工技术存在很大的差别，要实现全双工技术需要克服许多困难，收发机的自干扰问题就是其中最应该解决的问题。目前状况下所用的消除干扰的方法有：天线干扰消除、射频干扰消除、数字干扰消除，其综合性能已经基本能满足实验室全双工通信。

全双工；自干扰；干扰消除；5G

引言

随着LTE在国际范围内商用进程的飞速发展，5G的研究成为了各国竞争的焦点。5G的定位是频谱利用更高，信息处理更快，数据的吞吐量更大的无线网络，它会改变我们的通信方式与现在相比会大大降低时延和卡顿对无线网络通信的影响。它的发展方向将以“以人为本”为中心，在移动互联网、移动终端、物联网等领域进一步的发展和创新。

1.同时同频全双工的工作原理

采用CCFD的无线通信系统，首先是清楚发射机和接收机的节点对于有用信号都是干扰源,所以这样得要求接收点在工作的同时还得可以消除干扰，并且能够抑制干扰，大大降低对有用信号的干扰。因此CCFD的关键技术在于干扰的最大幅度消除，由于受RF干扰消除器件精度的影响再加上价格的因素并没有推广商用[1]。随着技术的发展现有的商用RF干扰消除器件能够满足民用要求，从而使CCFD的商用得以实现。

1.1 天线干扰消除

两根发射天线和一根接收天线就是目前天线消除原理的设备。在满足发射天线发射信号的波长是两根天线距离的半波长的奇数倍，这样通过两根天线的信号会以相反的相位到达天线的接收点，这样会使干扰信号自行干涉相消，通过这样接收天线收到的自干扰信号就会大大减弱，再利用噪声信号消除电路和数字域消除技术，就可以达到预期目标。

1.2 射频干扰消除

射频干扰消除的重点是调节干扰参考信号的相位和幅度，从而达到精确干扰消除的目的，而这样干扰消除的重点是自适应调节。MIMO技术可以与射频干扰消除技术同时使用，然而在天线多的情况下的高阶MIMO难以实现[2]。

1.3 数字干扰消除

在同频全双工系统进行数字自干扰时，自干扰的信息为已知，因此相比传统的数字对消省去先解出不期望的发射机信息。要对数字干扰消除进行清晰的了解，可以建立一个 ADC 量化进行数字通过对消实现同频全双工的M-QAM 的系统模型。

2.同时同频全双工在5G中的展望

2.1 同时同频全双工在5G中的挑战

5G网络需要具备更高的传速效率、更高的数据吞吐量和更加迅速的反应时间；为了实现5G通信的需求应运而生同时同频全双工技术，此技术的应用能够在频谱利用上满足5G通信的基本需求，所以同时同频全双工技术备受国内外重视。

各国研究机构都在加紧对5G从实验室到商业化开始研究并实施一系列技术的融合，在早期的5G技术只满足在实验室对5G通信的基本实现不能够大规模的推广商用，重要的原因之一就是成本太高，能耗也是个避不开的问题，所以用数学建模和统一化的平台创立随之而生[3]。

2.2 新平台的搭建优化全双工技术在5G通信的效率

资策会多会在用可编程闸矩阵硬件平台配合HDL进行直接现场开发平台。这样就要求硬件工程师了解繁琐复杂的数位硬体设计用于开发FPGA，在此基础上还必须对合成电路以及后续的系统设计、系统优化等消耗精力、物力[4]。同时还需要软件工程师在韧体和操作界面设计等方面进行投入时间和精力。在这一个系统就需要花费大量的人力物力财力，根本不适宜大规模商业推广。

NI SDR平台的搭建就会应运而生，在满足5G通信的基础上必须得保证所搭建的平台有足够的可扩容可修改性。在满足对5G通信的速度和效率的同时达到全双工对射频敏感度要求高等许多条件，策委会在参考了很多先进的模型通信系统后决定使用如下图1.所示的NI SDR平台。

图1 NI SDR平台

3.5 G终端应用场景

随着移动互联网的大力推进，如今的通信模式发生了很大的改变，甚至可以用日新月异来形容。在当今的社会可以说没有信息的流动就不是个健全的社会，真正可以说足不出户就可以知道天下事看到每天全球发生的事，在人与人之间的每天发生的事情都可以全天侯全场景的在网络上共享。同时5G的推进就会在如今的基础上大大变革现在的通信方式以及网络拥堵以及时延等很多问题，在移动互联网和网联网领域5G会得到很大很广的应用，见图2所示。

3.1 移动互联网领域

在如今的时代移动互联网在生活中的改变可谓是方方面面，我们的移动端也是随着移动通信网络发生着代数的更替，在以前的2G或者说3G乃至4G都会是一次又一次的革命和创新，在未来的5G更会是在移动互联网领域发生变化，未来的人与人之间的视频通信会达到零延迟，在游戏娱乐方面更会使虚拟的东西更加真实化，在数据交互和数据处理方面会更加迅速和更加快捷。

3.2 物联网领域

物联网可是在最近的几年发展迅速，物联网的产生可谓是很大程度上更加优化了移动互联网服务的领域，在个人业务和公司集团等业务都有很大的提升，在个人方面5G通信可以更加优化目前存在的智能家居，以及个人身体健康监测等等；在公司等业务方面，物联网可以大大增强无线信号的覆盖范围，而且由于5G的存在会大大优化目前物联网的灵活性和稳定性。同时5G通信系统的存在会更加适应现在物联网大型化的需求。

图2 5G应用场景

4.结语

本文主要介绍了对5G通信系统中同时同频全双工的干扰消除技术的展望，同时同频全双工是近年来提出的新的通信技术之一，由于同时同频全双工在技术上对现有的技术提出了很大的挑战，阻碍其应用发展的最大的一个技术就是自干扰的消除，伴随着研究的发展一些自干扰的消除方法也随着产生，天线干扰消除、射频干扰消除、数字干扰消除，成为目前的主流方法，在现有的干扰消除的进度来说，已经初步实现了实验室的同时同频全双工通信。

[1]卞宏梁,曹磊,孙震强.同时同频全双工技术研究[J],电信技术,2013,12.

[2]秦爽.LTE小区间干扰协调仿真研究[D].浙江工业大学,2014.

[3]刘浩,沈竹,刘永飘.无线直放站的干扰自适应消除技术[J].电子与信息学报.2009,1.

[4]百度百科[EB],FDD,TDD,CDMA,同时同频全双工.

刘陆军：（1993.10）男，上海电机学院，本科生，机械电子工程专业。

高良鹏：（1996.3）男，上海电机学院，本科生，机械电子工程专业。

刘振鹏：（1996.9）男，上海电机学院，本科生，机械电子工程专业。

李政泽：（1996.5）男，上海电机学院，本科生，机械电子工程专业。

孙渊：(1969.8）女，上海电机学院，教授，博士，研究领域为机械设计及其自动化。