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MIMO技术-空间复用

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MIMO技术主要分为分集与复用,分集技术通信容量的提升有限,分集的容量提升主要体现在信噪比的提升。

复用技术的提升体现通信容量的成倍增加。

空间复用从工作方式上分为:半双工和全双工

半双工就是我们常说的TDD,收发频率相同,收发不同时,因此射频方案的设计不需要考虑自干扰的问题;方案设计相对而言比较简单。下图是一个典型的TDD 4*4MIMO的收发系统。

全双工也分为FDD与完全全双工,FDD顾名思义收发频率不相同,由于收发可能同时存在,在射频方案设计时需要考虑发射对接收的影响,一般来说我们通过共址滤波器来实现FDD的宽带噪声抑制,由于收发处于同一时段,所以在滤波器的设计与选择时,对滤波器的性能要求较高,假设发射功率33dBm,接收灵敏度-100dBm,那么就要求接收通道的滤波器对发射通道的抑制要达到133dBc.

对于FDD方案设计来说,单个滤波器没有办法实现这么高的抑制,所以在方案的设计时,需要收发的中频设计为不同的频率,通过高性能双工器加上高选择性的中频滤波器来实现板级的宽带噪声抑制。

下图是一个集群FDD系统对双工器的指标技术要求。

不管是FDD还是TDD,由于空间复用方式定义不同通道传输的数据不同,因此对射频通道的幅度与相位都有着较高的要求,所以在上述两种方案设计时,都需要考虑不同通道的幅度一致性与相位一致性进行设计考虑。一般而言我们通过数控衰减器与移相器来实现对通道的幅频响应控制。

第三种,完全全双工,顾名思义,收发同频同时。这是5G大规模MIMO的一个重要的研究方向,这个技术在国内通信行业来说是一个比较先进的技术,因为同频同时,因此自干扰就不可避免的出现了。

解决自干扰模拟对消与数字对消。

在具体实施的过程中,可能不仅仅做一次相减即可,而需要做多次,如下面的框架图

其中Hc,r(s)那里是第一次相减,即模拟相减,原因是在于,如果不减的话,那么由于本地的发送信号到接收信号没有距离上的衰减,所以很强,如果该信号再次经过LNA(低噪声放大器),那么信号是满格,或者破坏LNA,所以需要第一次抵消自己的发送信号,相当于一次粗过滤。然后在数字解调部分,即Hc,d(s)那里做第二次相减,即数字相减,做一次细的过滤,从而解出对方的信号。

全双工技术的实现必然是一次颠覆性创新,射频工程师也能在此技术崛起的过程中再次站上关键岗位,但是全双工技术目前一直还停留在实验室阶段,华为早在2019年就已经在打板验证全双工技术,但是目前为止,也没有推向市场。

我是射频工程师,写文章或者给别人讲,是梳理自己零散知识点,构建知识体系的过程。边做边学。

来源:RF通信
通信控制数控
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首次发布时间:2023-08-01
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匹诺曹
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