基于互補(bǔ)碼的全雙工多用戶通信系統(tǒng)傳輸機(jī)理研究.pdf

1、同時(shí)同頻全雙工（In-Band Full-Duplex，IBFD）傳輸技術(shù)，作為第五代（Fifth Generation，5G）移動(dòng)通信系統(tǒng)核心技術(shù)之一，不同于傳統(tǒng)的頻分雙工（Frequency Division Duplex，F(xiàn)DD）與時(shí)分雙工（Time Division Duplex，TDD）傳輸模式，其在相同的時(shí)間片內(nèi)占用相同頻率資源實(shí)現(xiàn)了通信節(jié)點(diǎn)信號的同步接收與發(fā)射。因此，理論上IBFD傳輸模式可為無線通信系統(tǒng)提供二倍于現(xiàn)有的傳

2、統(tǒng)雙工模式的頻帶利用率。這在追求信息高速傳輸?shù)慕裉鞂碛蟹浅V泛的應(yīng)用前景。
　　IBFD通信節(jié)點(diǎn)同時(shí)同頻進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸，其發(fā)射信號將在通信節(jié)點(diǎn)自身接收機(jī)處產(chǎn)生干擾。并且同一用戶接收天線與發(fā)射天線距離較近，這種節(jié)點(diǎn)內(nèi)自干擾（Self-Interference，SI）經(jīng)歷自由空間路徑損耗較少，傳播至用戶接收天線處殘余干擾強(qiáng)度較大，從而造成接收機(jī)對目標(biāo)用戶發(fā)送原始數(shù)據(jù)的恢復(fù)能力的下降。因此節(jié)點(diǎn)內(nèi)自干擾的有效地抑制將是影響IBFD傳

3、輸技術(shù)未來發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用最為關(guān)鍵的因素。
　　圍繞著這一問題，本文提出了一種基于互補(bǔ)碼(Complementary Code,CC)的擴(kuò)頻傳輸干擾抑制方案以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)內(nèi)自干擾的有效消除。不同于傳統(tǒng)的一維擴(kuò)頻序列，互補(bǔ)碼是具有理想的相關(guān)特性的二維碼字，其理想的自相關(guān)特性將充分抑制衰落信道下多徑干擾（Multipath Interference，MPI），其理想的互相關(guān)性可有效消除節(jié)點(diǎn)間多址干擾（Multiple Access Inte

4、rference，MAI）以及節(jié)點(diǎn)內(nèi)自干擾。
　　本文基于上述二維互補(bǔ)碼構(gòu)建了全雙工多用戶通信系統(tǒng)的一般數(shù)學(xué)模型，描述了二維互補(bǔ)碼擴(kuò)頻與解擴(kuò)一般流程，并在單載波串行時(shí)分傳輸模式下分析發(fā)射信號一般表達(dá)式，結(jié)合頻選Rayleigh慢衰落信道模型推導(dǎo)接收信號一般表達(dá)式。此后結(jié)合互補(bǔ)碼相關(guān)特性分析系統(tǒng)對MPI、MAI與SI三種干擾的抑制情況。結(jié)果表明基于二維互補(bǔ)碼全雙工多用戶通信系統(tǒng)可完全消除上述多種干擾。
　　在此基礎(chǔ)上本文又分析

5、了系統(tǒng)傳輸特性，推導(dǎo)了誤碼率（Bit Error Rate，BER）與中斷概率（Outage Probability，OP）閉合表達(dá)式。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在節(jié)點(diǎn)內(nèi)自干擾強(qiáng)度一定時(shí)采用二維互補(bǔ)碼全雙工多用戶通信系統(tǒng)相比于采用傳統(tǒng)一維擴(kuò)頻序列，如Gold序列、Walsh序列與Kasami序列等全雙工多用戶通信系統(tǒng)，具有更低的符號錯(cuò)誤概率與通信中斷概率。在發(fā)射符號信噪比一定的條件下，二維互補(bǔ)碼在節(jié)點(diǎn)內(nèi)自干擾強(qiáng)度增加的條件下依然可保證系統(tǒng)誤碼性能

6、與中斷性能的穩(wěn)定；而傳統(tǒng)一維擴(kuò)頻序列在受到強(qiáng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)自干擾時(shí)，系統(tǒng)誤碼性能與中斷性能都將不斷惡化。
　　在此之后結(jié)合多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）傳輸技術(shù)在二維互補(bǔ)碼的基礎(chǔ)之上擴(kuò)展成三維互補(bǔ)碼，并構(gòu)建基于擴(kuò)展三維互補(bǔ)碼的全雙工多用戶通信系統(tǒng)。分析系統(tǒng)一般數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)發(fā)射信號、衰落信道與接收信號一般形式。通過推導(dǎo)接收信號表達(dá)式可知MIMO多天線結(jié)構(gòu)使得MAI、MP、SI干擾信號