摘要
全双工(Full-Duplex,FD)技术和大规模多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)技术都具有高频谱效率的特点。将两种技术结合得到的FD大规模MIMO系统可以同时获得两种技术的优势，进一步提高了频谱利用率。 然而，在实际应用中，FD大规模MIMO系统面临着强自干扰和高成本高硬件资源消耗的问题。针对该问题，本文介绍了一种不需要额外增加硬件的基于发射波束赋形的FD大规模MIMO数字自干扰抑制结构，从降低成本和硬件资源消耗的角度进一步研究了一种FD大规模MIMO发射波束赋形自干扰抑制简化结构，并分别进行了理论推导和仿真分析。本文的主要工作与贡献如下： 第一，调研了FD大规模MIMO系统关键技术的研究现状。阐述了FD技术、大规模MIMO技术以及FD大规模MIMO系统的工作原理和研究现状，并分类介绍了FD大规模MIMO自干扰抑制(Self-InterferenceCancellation,SIC)技术，包括模拟、数字和数模混合三类。 第二，给出了一种基于发射波束赋形的FD大规模MIMO数字自干扰抑制结构。该结构中采用基于发射波束赋形的数字SIC算法，通过将传统数字预编码矩阵分为两个子矩阵，分别用于实现传统数字波束赋形和自干扰抵消，以在不需要额外增加硬件的情况下实现自干扰抵消；理论分析了提高该算法自干扰抵消能力的方法；仿真了该结构下的系统性能。仿真结果表明，在2.6GHz、100MHz发射信号带宽、96T96R的条件下，该结构仅通过该数字自干扰抑制方法实现的最大平均SIC量为171dB，联合50dB天线隔离时实现的和速率为半双工状态下的1.7倍。 第三，研究了一种可以将所需的射频通道数量降低为原来的13的FD大规模MIMO发射波束赋形自干扰抑制简化结构。在该结构中，每3根发射天线或接收天线对应1个发射或接收RF通道。介绍了简化结构下基于发射波束赋形的数字SIC算法的具体设计方法；理论分析了该结构下SIC能力的影响因素；仿真了该简化结构下的系统性能，并与FD大规模MIMO发射波束赋形自干扰抑制结构的系统性能情况进行对比。仿真结果显示，该简化结构在2.6GHz、100MHz发射信号带宽、96T96R的情况下，可实现43dB的最大平均SIC量，联合50dB天线隔离时实现的和速率为半双工状态下的1.56倍。 本文主要围绕着平衡FD大规模MIMO系统的性能、成本和硬件消耗来展开研究，提出的两种系统结构均可应用于工程实践中，具有参考意义。
NETL