5G站间同时同频数字干扰抑制算法与实验验证

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为提高频谱资源效率,第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,5G)采用了基于灵活时频资源分配的动态时分双工技术。然而相邻基站间的异子帧配比会导致站间交叉子帧间的同时同频干扰,当相邻基站间的部署距离无法满足隔离要求时,站间同时同频干扰会影响期望信号的正确接收。因此,需要研究站间同时同频干扰抑制技术,保障期望信号的正常解调。本文主要研究5G站间同时同频数字干扰抑制技术,设计了5G站间同时同频数字干扰抑制系统的总体结构,提出了站间干扰频域抑制算法,完成了干扰抑制的仿真和FPGA实现验证。具体研究内容如下:首先,设计了站间干扰抑制系统下的时间同步策略与频率同步策略。针对站间交叉子帧引起的同时同频干扰,设计了5G站间干扰抑制系统的总体结构,基于此系统,提出了一种时频同步策略,并完成了时间同步算法和频偏估计算法理论推导与仿真分析。仿真结果显示:高斯与瑞利混合信道下,当干噪比为-6d B时,时间同步算法的检测概率达到90(4)以上;当干噪比为20d B时,频偏估计值的归一化根均方误差(Normalized Root Mean Square Error,NRMSE)接近于0.1。其次,设计了站间同时同频干扰频域抑制算法。基于5G站间干扰抑制系统,设计了站间干扰频域抑制算法,分析了站间干扰频域抑制性能的影响因素,建立了站间干扰频域抑制算法的仿真结构,仿真分析了时间同步误差、频率同步误差对站间干扰抑制性能的影响。仿真结果表明:当干噪比为20d B时,若时间同步误差小于10个码片,干扰抑制性能恶化程度小于0.5d B,若频率同步误差在-800Hz~800Hz时,干扰抑制性能损失在3d B以内。最后,完成了站间同时同频数字干扰抑制的实现与验证。设计了站间干扰抑制系统的总体实现结构,基于FPGA对频域干扰抑制算法进行详细的逻辑和工作流程设计,搭建了站间干扰抑制系统的实验验证平台,完成了频域干扰抑制性能测试。结果表明:干扰信号经过射频通道引入非线性、热噪声等因素,导致频域干扰抑制性能测试结果与仿真结果相比损失约3d B。本文研究的频域干扰抑制算法与时频同步策略成功应用于5G站间同时同频数字干扰抑制系统中,为动态时分双工通信系统的进一步研究与探索提供了理论依据和工程实现的参考。
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