同时同频全双工射频自干扰抑制芯片关键技术研究与验证
发布时间：2020-11-01 08:28
为解决日益发展的无线通信需求与有限频谱资源之间的矛盾,同时同频全双工技术(Co-time Co-frequency Full Duplex,CCFD)得到广泛关注。CCFD在相同的时隙中,在相同的频率上进行双向通信。相比于传统的双工模式,CCFD理论上可提升最高一倍的频谱效率,具有相当广的应用前景。然而,有效地进行自干扰抑制消除才能保证CCFD系统的正常运行。目前,自干扰抑制技术主要由空域,模拟域与数字域自干扰抑制三部分组成。其中,模拟域自干扰抑制由于涉及模块较多,使设备体积较大,小型化是其发展趋势。本文以模拟域中的射频自干扰抑制技术为基本实现目标,进行其芯片化关键技术的研究与验证。论文的主要工作包括以下方面:第一,针对射频自干扰抑制芯片进行需求分析,确定抑制方案。根据该芯片用于对讲机的应用场景进行芯片功能分析,在409MHz频段分析了时延,相位,幅度三种因素对目干扰抑制结果的影响,确定芯片可调时延,可控衰减以及可控相移的功能需求,为芯片设计提供理论支持。然后对芯片重要的射频指标进行理论分析,为确定芯片各单元指标提供参考。第二,根据芯片的功能需求,对芯片各个功能单元进行设计与仿真。针对芯片的各个功能单元进行结构设计,包括电阻、容感结构的功分单元,MOS管构成的T型可控衰减单元,由全通滤波器实现的可调时延单元,通过矢量合成实现的移相单元以及共源共栅差动放大单元等。然后采用TSMC0.18μμm工艺库完成各个单元的版图绘制与仿真,并将仿真结果与设计目标进行对比分析。第三,根据应用场景设计验证平台,对芯片各单元进行功能验证。为验证芯片各个单元的功能,设计可对各单元单独供断电的电源模块;根据芯片设计进行控制信号设置。最后完成对芯片各个单元的功能与指标测试,并根据测试结果进行分析总结。本文设计与验证的同时同频全双工射频自干扰抑制芯片,具有理论与实现意义,为后续的研究提供了参考借鉴。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN92;TN40
【部分图文】：
为了解决日益增长的通儈需求与频谱资源匮乏的矛盾，同时苘频全双工技术??应运而生。不同于传统的双工技术，ＣＣＦＤ在相同的时间间隙上，利用相同的频率，??通过栢同的介质，且收发双方使用同样的通信设备进行数据双向通信［４］，如图１－２??所示。載论上最高可以达到一倍于传统技术的频谱利用率。因此同时同频全双工??技术是最有潜力的双工方案，＿为它可以使频谱效率提商一倌。??频率‘??时间??图１－２?ＣＣＦＤ?＊工模式??在ＣＣＦＤ系统中，由于收发天线在相同的时隙与相周的频率工作，因此通信??设备的发射天线发射的信号也会被接收天线接收到，形成自干扰，而且＾由于同??一收发天线距离一般较近，自干扰信号往往功率较大，如果不对自于扰傷号进行??抑制，将会使设备无法工作。菌此，ＣＣＦＤ系统的挑战主要在于自宁扰抑制［５］。目??前亩于扰抑制技术主粟分为空域亩于扰抑制，模拟域自千扰抑制以及数宇域自千??扰抑制Ｓ域自千扰抑制去要使用现代天线技术完成；模拟域自千扰抑制技术戋??要利用■信号叠加完成，厨于保证模数转化器（ａｎａｌｏｇ?ｔｏ?ｄｉｇｉｔａｌ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＡＤＣ）不??产生阻塞；数宇域自干扰抑制利用数字信号处理技术完成６这三种抑制技术通常??一起使用
双工模式对频谱资濂的消耗，可以将现目前的无线通信频率总资源等效翻一倍或??一倍以上［火射频，〒扰抑制技术是其中的关键技术，也是该芯片主要解决的问题。??如图３－１所示。??ｔ射信号??，发射信号?????自干扰?实际￣??齡、、、、，￣＼?接■收信４??１ｋ，?＇、、?同时同频??ｋ－？４〇．〇５ｍ?Ｉ?Ｉ?３?全双工心片??ｒ－１?信号??接收信￥??终端ｒｉ?Ｗｍ终端?——■＊；——???信号＾理??５?３ｋｍ?１??—???图３－１同时同频全双工芯片应用场景??１６??
?本芯片设计要求有两条通道对自干扰信号进行抵消，每个通道都需要能单独对??各自的自干扰抑制信号进行调控，整体的工作模型如图３－３所示。其中，两个终端??间在同一时隙内使用相同的频率进行双工传输。以ｒａｐ；）表示远终端传输而来的有??效信号，表示本地终端自身发射的信号对自身接收信号产生的干扰，为自干??扰信号，表示接收噪声，表示通过射频自干扰抑制芯片产生的自干扰抑??制信号，ｆｐ；）表示抵消完成后信号。则接收天线实际接收的信号为??ｒＷ?＝?ｒ？?Ｗ?＋，；?Ｗ?＋?４０?（３＿２）??在与图３－１类似的实际应用场景中，由于本地终端自身发射天线与接收天线的??距离远远小于远端设备的距离。根据电磁波在自由空间传播损耗公式，在频率一??定的情况下，传播距离对信号的损耗有较大的影响。在图３－１的同时同频全双工场??景中
【参考文献】
本文编号：2865282
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN92;TN40
【部分图文】：
为了解决日益增长的通儈需求与频谱资源匮乏的矛盾，同时苘频全双工技术??应运而生。不同于传统的双工技术，ＣＣＦＤ在相同的时间间隙上，利用相同的频率，??通过栢同的介质，且收发双方使用同样的通信设备进行数据双向通信［４］，如图１－２??所示。載论上最高可以达到一倍于传统技术的频谱利用率。因此同时同频全双工??技术是最有潜力的双工方案，＿为它可以使频谱效率提商一倌。??频率‘??时间??图１－２?ＣＣＦＤ?＊工模式??在ＣＣＦＤ系统中，由于收发天线在相同的时隙与相周的频率工作，因此通信??设备的发射天线发射的信号也会被接收天线接收到，形成自干扰，而且＾由于同??一收发天线距离一般较近，自干扰信号往往功率较大，如果不对自于扰傷号进行??抑制，将会使设备无法工作。菌此，ＣＣＦＤ系统的挑战主要在于自宁扰抑制［５］。目??前亩于扰抑制技术主粟分为空域亩于扰抑制，模拟域自千扰抑制以及数宇域自千??扰抑制Ｓ域自千扰抑制去要使用现代天线技术完成；模拟域自千扰抑制技术戋??要利用■信号叠加完成，厨于保证模数转化器（ａｎａｌｏｇ?ｔｏ?ｄｉｇｉｔａｌ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＡＤＣ）不??产生阻塞；数宇域自干扰抑制利用数字信号处理技术完成６这三种抑制技术通常??一起使用
双工模式对频谱资濂的消耗，可以将现目前的无线通信频率总资源等效翻一倍或??一倍以上［火射频，〒扰抑制技术是其中的关键技术，也是该芯片主要解决的问题。??如图３－１所示。??ｔ射信号??，发射信号?????自干扰?实际￣??齡、、、、，￣＼?接■收信４??１ｋ，?＇、、?同时同频??ｋ－？４〇．〇５ｍ?Ｉ?Ｉ?３?全双工心片??ｒ－１?信号??接收信￥??终端ｒｉ?Ｗｍ终端?——■＊；——???信号＾理??５?３ｋｍ?１??—???图３－１同时同频全双工芯片应用场景??１６??
?本芯片设计要求有两条通道对自干扰信号进行抵消，每个通道都需要能单独对??各自的自干扰抑制信号进行调控，整体的工作模型如图３－３所示。其中，两个终端??间在同一时隙内使用相同的频率进行双工传输。以ｒａｐ；）表示远终端传输而来的有??效信号，表示本地终端自身发射的信号对自身接收信号产生的干扰，为自干??扰信号，表示接收噪声，表示通过射频自干扰抑制芯片产生的自干扰抑??制信号，ｆｐ；）表示抵消完成后信号。则接收天线实际接收的信号为??ｒＷ?＝?ｒ？?Ｗ?＋，；?Ｗ?＋?４０?（３＿２）??在与图３－１类似的实际应用场景中，由于本地终端自身发射天线与接收天线的??距离远远小于远端设备的距离。根据电磁波在自由空间传播损耗公式，在频率一??定的情况下，传播距离对信号的损耗有较大的影响。在图３－１的同时同频全双工场??景中
【参考文献】
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本文编号：2865282
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