全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)研究目錄文檔概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.1研究背景與意義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81.1.1全雙工通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．91.1.2自干擾問題研究的重要性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．101.1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．131.2研究目標(biāo)與內(nèi)容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．141.2.1研究目標(biāo)闡述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．171.2.2主要研究內(nèi)容概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．191.3技術(shù)路線與研究方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．201.3.1技術(shù)路線設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．211.3.2研究方法選取．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24全雙工通信系統(tǒng)及自干擾機(jī)理分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．272.1全雙工通信系統(tǒng)架構(gòu)介紹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．292.1.1系統(tǒng)基本組成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．322.1.2工作原理及特點(diǎn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．332.2全雙工通信系統(tǒng)自干擾產(chǎn)生機(jī)制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．352.2.1信號傳輸與衰落特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．372.2.2內(nèi)部干擾信號分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．392.2.3自干擾對系統(tǒng)性能的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40自干擾抑制關(guān)鍵技術(shù)研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．433.1基于濾波技術(shù)的抑制方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．443.1.1自干擾信號建模與估計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．483.1.2陷波濾波器設(shè)計與實現(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．563.1.3優(yōu)化算法在濾波中的應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．603.2基于波束賦形技術(shù)的抑制方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．633.2.1空間濾波理論基礎(chǔ)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．653.2.2自干擾方向圖分析與估計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．663.2.3時空聯(lián)合波束賦形技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．683.3基于干擾消除技術(shù)的抑制方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．713.3.1自干擾信號協(xié)方差矩陣分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．733.3.2基于最小二乘的干擾消除．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．753.3.3基于自適應(yīng)算法的干擾消除．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．783.4基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的抑制方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．803.4.1輕量級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．833.4.2分布式處理與降低沖突．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．85仿真分析與系統(tǒng)測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．874.1仿真實驗環(huán)境搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．884.1.1仿真平臺選擇與配置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．904.1.2信道模型與系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．924.2不同抑制方法的性能比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．934.2.1抗干擾能力對比．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．964.2.2失真度與可靠性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．974.3系統(tǒng)實際測試與驗證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．994.3.1測試方案設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1034.3.2測試結(jié)果分析與討論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．105結(jié)論與展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1075.1研究工作總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1095.2研究創(chuàng)新點(diǎn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1135.3未來工作展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1141.文檔概述在當(dāng)前無線通信技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，通信系統(tǒng)能否高效、可靠地同時進(jìn)行雙向信息傳輸，已成為衡量其先進(jìn)性的重要指標(biāo)。全雙工（Full-Duplex,FD）通信模式作為一項革命性的通信技術(shù)，允許通信雙方在同一時間、同一頻率上進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，相較于傳統(tǒng)的半雙工模式，其在提升頻譜效率、降低通信時延、改善用戶體驗等方面展現(xiàn)出巨大的潛力與優(yōu)勢，尤其適用于物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)以及需要低延遲高可靠通信的應(yīng)用場景。然而全雙工通信在實現(xiàn)其諸多優(yōu)勢的同時，也引入了一個長期被視作“技術(shù)壁壘”的關(guān)鍵挑戰(zhàn)——顯著的“自干擾”（Self-Interference,SI）問題。由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)使用相同的頻率資源進(jìn)行通信，系統(tǒng)自身產(chǎn)生的信號將成為對接收機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾的主要來源。這份文檔的核心目的，在于系統(tǒng)性地探討與深入研究全雙工通信系統(tǒng)中的自干擾抑制技術(shù)。自干擾信號具有功率高、頻譜寬、與接收信號疊加嚴(yán)重等特點(diǎn)，極易淹沒有用信號，導(dǎo)致接收機(jī)靈敏度下降，誤碼率（BitErrorRate,BER）急劇升高，嚴(yán)重威脅通信鏈路的正常工作。因此有效抑制自干擾是釋放全雙工通信潛力的前提與關(guān)鍵，文檔將首先闡述全雙工通信的基本原理及其自干擾產(chǎn)生機(jī)理，分析自干擾對系統(tǒng)性能造成的具體影響，并全面梳理當(dāng)前業(yè)界及學(xué)界在自干擾抑制技術(shù)領(lǐng)域所提出的主要方法與策略。這些技術(shù)主要可歸納為信號處理層面（如干擾消除、干擾抵消、自適應(yīng)濾波等）、波形設(shè)計層面（如正交頻分復(fù)用OFDMA、(filtered）Quasi-OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing等）以及硬件實現(xiàn)層面（如天線隔離技術(shù)、自干擾抑制接收機(jī)設(shè)計等）三大方向。在此基礎(chǔ)上，文檔將對各種技術(shù)的原理、實現(xiàn)復(fù)雜度、性能優(yōu)勢與局限性進(jìn)行對比分析，并展望未來可能的研究方向與發(fā)展趨勢，旨在為全雙工通信系統(tǒng)的設(shè)計、優(yōu)化與應(yīng)用提供理論參考與技術(shù)指導(dǎo)，推動該領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。?關(guān)鍵挑戰(zhàn)與核心技術(shù)對比表下表簡要總結(jié)了當(dāng)前全雙工通信系統(tǒng)面臨的主要自干擾挑戰(zhàn)以及核心抑制技術(shù)的分類與特點(diǎn)：挑戰(zhàn)/方面描述主要抑制技術(shù)類別技術(shù)特點(diǎn)自干擾產(chǎn)生發(fā)射信號對同頻接收端的干擾干擾特性功率高、頻譜寬、與有用信號疊加信號處理技術(shù)基于算法，需高精度估計與運(yùn)算（SI）波形設(shè)計技術(shù)通過波形構(gòu)造實現(xiàn)正交或低相關(guān)，降低干擾影響硬件實現(xiàn)技術(shù)通過物理層隔離（天線、電路）減少干擾進(jìn)入接收路徑系統(tǒng)性能影響靈敏度下降、BER升高、吞吐量受限抑制目標(biāo)提高接收信號質(zhì)量，恢復(fù)/提升系統(tǒng)性能信號處理技術(shù)干擾消除/抵消、自適應(yīng)濾波等波形設(shè)計技術(shù)正交性、低自相關(guān)性、低互相關(guān)性硬件實現(xiàn)技術(shù)天線隔離度、低互調(diào)、自干擾抑制接收結(jié)構(gòu)技術(shù)難點(diǎn)估計精度、計算復(fù)雜度、實時性要求、資源消耗信號處理技術(shù)需精確信道/干擾模型，復(fù)雜度隨系統(tǒng)規(guī)模增加波形設(shè)計技術(shù)設(shè)計效率、頻譜效率與干擾抑制性能的權(quán)衡硬件實現(xiàn)技術(shù)設(shè)備成本、隔離度與帶寬的矛盾通過深入研究與對比這些技術(shù)，本文檔旨在為全雙工通信系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用提供有價值的見解。1.1研究背景與意義隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，全雙工通信系統(tǒng)已成為現(xiàn)代無線通信領(lǐng)域的重要組成部分。全雙工通信不僅要求系統(tǒng)能夠同時收發(fā)信號，還要保證通信的效率和可靠性。然而在全雙工通信系統(tǒng)中，自干擾問題成為制約其性能提升的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)發(fā)送和接收信號在同一頻段內(nèi)進(jìn)行時，發(fā)送信號會干擾接收信號，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降，甚至通信中斷。因此研究全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)具有重要意義。全雙工通信系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于軍事通信、衛(wèi)星通信、移動通信等領(lǐng)域。在軍事通信中，全雙工系統(tǒng)能夠確保實時、高效的信息交換，對于現(xiàn)代戰(zhàn)爭的勝利至關(guān)重要。在衛(wèi)星通信領(lǐng)域，全雙工技術(shù)能夠提高頻譜利用率和通信容量，從而滿足日益增長的數(shù)據(jù)傳輸需求。在移動通信領(lǐng)域，隨著5G、6G等新一代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，全雙工通信系統(tǒng)將成為實現(xiàn)高速、大容量的關(guān)鍵手段。然而自干擾問題限制了全雙工通信系統(tǒng)的性能提升，自干擾會導(dǎo)致信號質(zhì)量下降、誤碼率增加，甚至影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此研究全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)，不僅對提高系統(tǒng)性能、拓展系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域具有實際意義，還能為無線通信技術(shù)的發(fā)展提供有力支持，推動信息社會的不斷進(jìn)步?！颈怼浚喝p工通信系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域及其優(yōu)勢應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)勢軍事通信實時、高效的信息交換，提高作戰(zhàn)效率衛(wèi)星通信提高頻譜利用率和通信容量，滿足數(shù)據(jù)傳輸需求移動通信實現(xiàn)高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸，推動新一代通信技術(shù)發(fā)展在全雙工通信系統(tǒng)日益發(fā)展的背景下，研究其自干擾抑制技術(shù)不僅具有理論價值，更具備實際應(yīng)用意義。通過深入研究和實踐探索，有望為全雙工通信系統(tǒng)的發(fā)展開辟新的道路，推動無線通信技術(shù)的革新和進(jìn)步。1.1.1全雙工通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀全雙工通信技術(shù)，作為一種先進(jìn)的通信方式，近年來在無線通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和迅速的發(fā)展。相較于傳統(tǒng)的半雙工通信，全雙工通信能夠同時進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳輸，顯著提高了通信效率和通信質(zhì)量。?技術(shù)原理全雙工通信系統(tǒng)通過在發(fā)送端和接收端之間建立兩個獨(dú)立的通信信道，使得發(fā)送端和接收端可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。這種通信方式避免了傳統(tǒng)通信方式中的信號阻塞問題，從而大大提高了通信的可靠性和效率。?發(fā)展歷程自20世紀(jì)中期以來，全雙工通信技術(shù)經(jīng)歷了從理論研究到實際應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。早期的研究主要集中在無線通信系統(tǒng)的設(shè)計上，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，全雙工通信系統(tǒng)的性能得到了極大的提升。?關(guān)鍵技術(shù)全雙工通信技術(shù)的關(guān)鍵在于自干擾抑制技術(shù)，由于全雙工通信系統(tǒng)中，發(fā)送端和接收端會同時工作，因此不可避免地會產(chǎn)生相互干擾。為了提高系統(tǒng)的整體性能，研究者們提出了多種自干擾抑制方法，如空間隔離技術(shù)、信號處理技術(shù)和多天線技術(shù)等。?應(yīng)用領(lǐng)域目前，全雙工通信技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，包括無線局域網(wǎng)（WLAN）、藍(lán)牙、移動通信等。這些應(yīng)用不僅提高了通信效率，還為用戶提供了更加便捷和高效的服務(wù)。?發(fā)展趨勢隨著5G、6G等新一代通信技術(shù)的發(fā)展，全雙工通信技術(shù)將迎來更加廣闊的應(yīng)用前景。未來，全雙工通信系統(tǒng)將更加注重高頻譜利用率、低延遲和高可靠性等方面的性能提升。序號技術(shù)特點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域1高頻譜利用率5G通信2低延遲6G通信3高可靠性物聯(lián)網(wǎng)（IoT）全雙工通信技術(shù)在無線通信領(lǐng)域取得了顯著的成果，并展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。1.1.2自干擾問題研究的重要性在全雙工通信系統(tǒng)的宏偉藍(lán)內(nèi)容，自干擾抑制技術(shù)絕非一項可有可無的優(yōu)化手段，而是決定其能否從理論走向?qū)嵺`、從實驗室走向商用的核心基石與關(guān)鍵瓶頸。其研究的重要性，可以從系統(tǒng)性能、頻譜資源利用以及技術(shù)演進(jìn)三個維度進(jìn)行深入剖析。首先從系統(tǒng)性能的根本保障來看，自干擾是全雙工通信的“阿喀琉斯之踵”。在傳統(tǒng)半雙工系統(tǒng)中，收發(fā)兩端在時間或頻率上被隔離，避免了自身信號的干擾。然而全雙工系統(tǒng)旨在實現(xiàn)同一頻譜、同一時間內(nèi)的雙向傳輸，這使得發(fā)射端的高功率信號（通常可達(dá)幾十dBm）會通過多種耦合路徑（如天線間的電磁泄漏、功率放大器的非線性、以及空間反射等）泄漏到接收端，形成一個強(qiáng)度遠(yuǎn)超遠(yuǎn)端有用信號的強(qiáng)干擾。這個干擾信號的強(qiáng)度可能比期望接收的微弱信號（例如來自基站的信號，可能低-100dBm或更低）高出80至100dB甚至更多。如此巨大的功率差距，使得接收前端的低噪放等器件極易飽和，導(dǎo)致有用信號完全被淹沒在噪聲和失真之中。因此如果不進(jìn)行有效的抑制，全雙工系統(tǒng)的通信質(zhì)量將急劇下降，甚至無法建立任何有效連接?？梢哉f，自干擾抑制能力的強(qiáng)弱，直接決定了全雙工通信的信干噪比和誤碼率性能，是其能否投入實際應(yīng)用的生命線。為了更直觀地理解自干擾的強(qiáng)度，我們可以將其與典型的通信鏈路預(yù)算進(jìn)行對比。下表展示了一個典型的全雙工系統(tǒng)自干擾與有用信號的功率對比示例。?【表】：全雙工系統(tǒng)自干擾與有用信號功率對比示例參數(shù)典型功率值說明發(fā)射功率+30dBm(1W)終端設(shè)備或基站的典型發(fā)射功率自干擾信號-20dBm經(jīng)過天線耦合、空間傳播等路徑后的泄漏功率有用信號-90dBm接收端期望接收的遠(yuǎn)端微弱信號功率差110dB自干擾信號與有用信號的強(qiáng)度差距從上表可以清晰地看到，自干擾信號比有用信號強(qiáng)了11個數(shù)量級。如此懸殊的差距，對信號處理構(gòu)成了前所未有的挑戰(zhàn)。其次從頻譜資源利用的戰(zhàn)略高度來看，攻克自干擾問題是釋放全雙工潛力的前提。當(dāng)前的無線通信系統(tǒng)正面臨頻譜資源日益枯竭的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。全雙工技術(shù)最核心的價值在于，理論上可以使頻譜利用率提升一倍。在相同的頻譜帶寬內(nèi)，全雙工系統(tǒng)能夠同時進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，而半雙工系統(tǒng)則必須在收發(fā)之間進(jìn)行切換，有效數(shù)據(jù)傳輸時間被減半。然而這一誘人的理論增益必須建立在有效抑制自干擾的基礎(chǔ)之上。如果自干擾問題無法解決，全雙工模式便無法穩(wěn)定工作，其“雙向同時收發(fā)”的優(yōu)勢也就無從談起。因此對自干擾抑制技術(shù)的研究，不僅是解決一個技術(shù)難題，更是為了解鎖頻譜效率倍增的巨大潛力，應(yīng)對未來移動數(shù)據(jù)流量爆炸式增長的需求，具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。從技術(shù)演進(jìn)的推動作用來看，自干擾抑制是引領(lǐng)下一代通信技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動力之一。5G及未來的6G通信系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)的時延、連接密度和傳輸速率提出了更高的要求。全雙工技術(shù)所具備的低時延（無需切換等待）和高吞吐量（頻譜效率翻倍）特性，使其成為滿足這些嚴(yán)苛要求的有力候選方案。同時自干擾問題本身也催生了一系列創(chuàng)新的信號處理和硬件設(shè)計技術(shù)，如先進(jìn)的射頻干擾消除、數(shù)字基帶自適應(yīng)濾波以及天線設(shè)計等。這些技術(shù)在解決自干擾問題的過程中不斷發(fā)展和成熟，其成果不僅能夠服務(wù)于全雙工系統(tǒng)，還可以被反向應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如提高雷達(dá)系統(tǒng)的靈敏度、優(yōu)化衛(wèi)星通信的抗干擾能力等，從而推動整個無線通信技術(shù)生態(tài)的協(xié)同進(jìn)步與創(chuàng)新。自干擾抑制技術(shù)的研究，是保障全雙工通信系統(tǒng)基本性能、釋放其頻譜利用倍增潛力、并引領(lǐng)未來通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。其重要性不言而喻，是當(dāng)前無線通信領(lǐng)域亟待突破的核心研究方向。1.1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢全雙工通信系統(tǒng)是現(xiàn)代通信技術(shù)中的重要組成部分，其自干擾抑制技術(shù)的研究一直是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在國內(nèi)外，研究人員對全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，并取得了一定的進(jìn)展。在國外，全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)研究主要集中在信號處理和算法優(yōu)化兩個方面。例如，研究人員提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的信號處理算法，通過訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來識別和抑制噪聲信號，從而提高通信系統(tǒng)的性能。此外國外還開展了關(guān)于自適應(yīng)濾波器和多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)的研究，這些技術(shù)可以有效地減少通信系統(tǒng)中的自干擾問題。在國內(nèi)，全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)研究同樣取得了顯著的成果。研究人員針對國內(nèi)通信環(huán)境的特點(diǎn)，開發(fā)了適用于不同場景的自干擾抑制算法。例如，針對城市環(huán)境下的多徑效應(yīng)問題，研究人員提出了一種基于時頻分析的信號處理方法，通過調(diào)整信號的時頻分布來抑制多徑效應(yīng)帶來的自干擾問題。此外國內(nèi)還開展了關(guān)于軟件定義無線電（SDR）技術(shù)和智能天線陣列的研究，這些技術(shù)可以有效地提高通信系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。從發(fā)展趨勢來看，全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)將朝著更加智能化和高效化的方向發(fā)展。一方面，研究人員將繼續(xù)探索新的信號處理算法和技術(shù)，以提高通信系統(tǒng)的性能和可靠性。另一方面，隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)將更多地依賴于智能算法來實現(xiàn)自動化和智能化的控制。此外隨著5G等新一代通信技術(shù)的發(fā)展，全雙工通信系統(tǒng)的應(yīng)用將變得更加廣泛，這也為自干擾抑制技術(shù)的研究提供了更多的應(yīng)用場景和挑戰(zhàn)。1.2研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在全面深入地探討全雙工通信系統(tǒng)中的自干擾抑制技術(shù)問題，以期為構(gòu)建高效、可靠的全雙工通信系統(tǒng)提供理論支撐和關(guān)鍵技術(shù)方案。具體研究目標(biāo)與主要內(nèi)容概述如下：（1）研究目標(biāo)本研究的主要目標(biāo)可歸納為以下幾點(diǎn)：深入分析自干擾特性：詳細(xì)研究全雙工模式下，上行傳輸信號對下行接收信號的干擾機(jī)理，量化分析自干擾的強(qiáng)度、頻譜分布及其對系統(tǒng)性能的影響。重點(diǎn)剖析不同場景下（如節(jié)點(diǎn)部署方式、信道條件等）自干擾的具體表現(xiàn)。提出高效抑制策略：針對自干擾問題，設(shè)計和提出一系列具有創(chuàng)新性和實用性的抑制技術(shù)，旨在降低或消除自干擾對下行通信質(zhì)量的影響。力求在保證系統(tǒng)性能的前提下，實現(xiàn)干擾抑制與系統(tǒng)功耗、復(fù)雜度之間的良好平衡。構(gòu)建系統(tǒng)仿真驗證平臺：搭建能夠真實反映全雙工通信場景及其自干擾效應(yīng)的仿真環(huán)境，對所提出的抑制策略進(jìn)行性能驗證和評估。通過仿真實驗，分析不同策略的有效性、魯棒性及適用范圍。探索關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：重點(diǎn)突破自干擾抑制過程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，例如精準(zhǔn)的干擾信號估計、有效的功率控制機(jī)制、高效的頻譜資源分配等。（2）研究內(nèi)容為實現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究將圍繞以下幾個方面展開具體工作：全雙工自干擾信號建模與分析：建立考慮信道衰落、路徑損耗以及各種系統(tǒng)參數(shù)影響下的全雙工自干擾信號數(shù)學(xué)模型。下行接收信號y_d(t)在理想情況下應(yīng)僅包含來自下行鏈路發(fā)送端S_d(t)的信號x_d(t)經(jīng)過多徑信道h_d(t)輸出，但在全雙工模式下，上行發(fā)送信號x_u(t)經(jīng)由信道h_u(t)到達(dá)下行接收端也會形成自干擾i(t)，即y_d(t)=x_d(t)h_d(t)+x_u(t)h_u(t)+n_d(t)。其中n_d(t)為下行接收噪聲。分析自干擾信號與有用信號的時域、頻域特性，研究其互相關(guān)性、功率譜密度等關(guān)鍵參數(shù)。[建議此處省略自干擾信號構(gòu)成的表格，說明各部分來源]自干擾抑制技術(shù)設(shè)計：基于信號處理的自干擾消除/抑制：研究利用先進(jìn)的信號處理技術(shù)，如自適應(yīng)濾波、零力束形成（NullSteering）、正交空時編碼（OSTBC）等，從接收信號中精確估計并消除或抑制自干擾。重點(diǎn)分析這些技術(shù)在抑制自干擾的同時對系統(tǒng)容量的影響，例如，考慮使用自適應(yīng)濾波器w(t)對干擾信號x_u(t)h_u(t)進(jìn)行估計并消除，得到估計干擾模型：?_d'(t)=y_d(t)-w(t)y_d(t)。公式示例(簡單場景下的估計干擾)：?_d'(t)≈x_d(t)h_d(t)-w(t)[x_u(t)h_u(t)+n_d(t)]分析不同濾波器結(jié)構(gòu)（如FIR、IIR）、算法（如LMS,RLS）對抑制性能和計算復(fù)雜度的影響?；诟蓴_協(xié)調(diào)的抑制方法：研究在上游或網(wǎng)絡(luò)層面進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，例如設(shè)計動態(tài)的功率控制策略，使上行發(fā)射功率自適應(yīng)調(diào)整，保證下行服務(wù)質(zhì)量（QoS）的同時，最大限度降低自干擾。分析跨層設(shè)計的功率控制模型與約束條件。基于資源分配的自干擾緩解：探究通過合理的頻譜資源、時頻資源分配方案，將上下行傳輸在時間上或頻譜上進(jìn)行有效分離，如采用動態(tài)時分雙工（DynamicTDD）、頻譜共享等策略，從源頭上緩解自干擾的影響。分析不同資源分配算法的效率和對系統(tǒng)吞吐量的影響。抑制策略性能評估與仿真驗證：在搭建的全雙工通信系統(tǒng)仿真平臺（可使用MATLAB,NS-3等工具）上，對上述提出的自干擾抑制策略進(jìn)行仿真實驗。通過設(shè)置不同的系統(tǒng)參數(shù)、信道條件、干擾水平等場景，定量評估各策略在誤比特率（BER）、吞吐量、信干噪比（SINR）等關(guān)鍵性能指標(biāo)上的表現(xiàn)。對比分析不同抑制技術(shù)的優(yōu)劣，識別其適用場景和性能瓶頸。[建議此處可設(shè)計一個表格，對比不同抑制技術(shù)的性能指標(biāo)和復(fù)雜度]關(guān)鍵算法與參數(shù)優(yōu)化：針對核心抑制算法（如自適應(yīng)濾波器系數(shù)更新、功率控制律等），進(jìn)行理論分析和性能優(yōu)化。例如，研究如何根據(jù)信道狀態(tài)信息（CSI）和自干擾水平自適應(yīng)地調(diào)整濾波器系數(shù)，以最小化剩余干擾。通過仿真實驗，確定各抑制技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)取值范圍，為實際系統(tǒng)設(shè)計提供依據(jù)。分析算法收斂速度、穩(wěn)定性和計算復(fù)雜度。通過以上研究內(nèi)容的深入探討，期望能夠為解決全雙工通信中的自干擾問題提供一套理論完善、技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)良的有效解決方案。1.2.1研究目標(biāo)闡述全雙工通信系統(tǒng)，作為一種能夠同時進(jìn)行雙向通信的技術(shù)，在實際應(yīng)用中面臨著顯著的自身干擾問題。在本研究之中，我們旨在深入探索并優(yōu)化全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制策略，以期達(dá)成以下具體目標(biāo)：全面理解自干擾機(jī)理：深入剖析全雙工模式下的自干擾產(chǎn)生機(jī)制，識別并量化主要干擾源及其特性，為后續(xù)抑制策略的設(shè)計提供理論依據(jù)。通過構(gòu)建系統(tǒng)的信號模型，我們可以更為清晰地展現(xiàn)干擾信號與有用信號在頻域和時域上的重疊情況。例如，對于采用同一頻率進(jìn)行雙向通信的全雙工系統(tǒng)，其自干擾信號功率PifP其中Ptx代表發(fā)射信號功率，η開發(fā)高效抑制算法：基于對自干擾機(jī)理的深刻認(rèn)識，研究并提出一系列創(chuàng)新性的自干擾抑制算法。這些算法應(yīng)能夠在不影響有用通信質(zhì)量的前提下，有效降低自干擾對系統(tǒng)性能的影響。研究重點(diǎn)將包括但不限于線性濾波技術(shù)、自適應(yīng)消除技術(shù)以及基于機(jī)器學(xué)習(xí)的智能抑制方法。我們期望通過實驗驗證，新提出的算法在干擾抑制比（InterferenceCancellationRatio,ICR）和系統(tǒng)容量提升方面能夠達(dá)到新的水準(zhǔn)。例如，某一種基于自適應(yīng)濾波的自干擾抑制方案的目標(biāo)ICR可以表述為：ICR系統(tǒng)集成與應(yīng)用驗證：將研發(fā)的自干擾抑制算法集成到實際的通信系統(tǒng)中，通過仿真及硬件實驗平臺進(jìn)行全面的性能評估。驗證內(nèi)容包括系統(tǒng)誤碼率（BitErrorRate,BER）的提升、信干噪比（Signal-to-InterferenceplusNoiseRatio,SINR）的改善以及資源利用率的有效優(yōu)化。同時分析不同信道條件和系統(tǒng)配置下算法的魯棒性，確保其具備廣泛的適用性。本研究的核心目標(biāo)是建立一套完整的全雙工通信系統(tǒng)自干擾抑制技術(shù)體系，不僅包括理論層面的深入理解，也涵蓋技術(shù)層面的算法創(chuàng)新與系統(tǒng)驗證，最終旨在推動全雙工通信技術(shù)在現(xiàn)實場景中的高效部署與應(yīng)用。1.2.2主要研究內(nèi)容概述【表】給出了影響全雙工系統(tǒng)自干擾(Self-Interference,SI)抑制性能的幾個主要因素及其對抑制算法的要求。首先傳播環(huán)境和設(shè)備參數(shù)對自干擾抑制的性能有著直接的影響。在距離損耗、陰影衰落、多徑散射以及頻率選擇衰落等電磁環(huán)境條件下，全雙工通信系統(tǒng)需依賴抑制算法去除系統(tǒng)自身的信號，從而實現(xiàn)噪聲消除和信號增強(qiáng)，保證通信質(zhì)量。此外基于算法的抑制性能還受到設(shè)備處理能力的影響，由于設(shè)備計算能力直接決定了檢測算法的復(fù)雜度及其抑制性能，所以在抑制時域基于各種算法的自干擾補(bǔ)償方法時，需考慮硬件設(shè)備需求，并評估不同算法的實用性?；谏鲜龇治?，主要研究內(nèi)容包括：1、提出了基于可擴(kuò)展全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制算法的研究方法，以解決目前對自干擾抑制算法研究方面的不足。2、對獲取權(quán)值的方法進(jìn)行了分析比較，并通過了解當(dāng)前自干擾抑制算法的研究方法、優(yōu)點(diǎn)、局限性等方面內(nèi)容，確定出適用于全雙工系統(tǒng)的自干擾抑制算法。3、對現(xiàn)有自干擾抑制算法在頻域的性質(zhì)進(jìn)行了簡單介紹并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。4、對自干擾抑制算法工作原理、性能評價指標(biāo)、復(fù)雜度等進(jìn)行分析，并給出了各種基于自干擾抑制算法的工作流程、應(yīng)具備的功能特性、與干擾信號的特點(diǎn)等。[【表格】影響因素抑制性能要求實際方案要求實際應(yīng)用難點(diǎn)傳播條件噪聲消除與信號增強(qiáng)提出適當(dāng)?shù)臋z測算法如何識別實際信道條件——設(shè)備參數(shù)抑制精度提出計算復(fù)雜度低、抑制率高的算法確保實時運(yùn)算——環(huán)境條件解決機(jī)型兼容提出適用算法，并考慮設(shè)備計算能力算法復(fù)雜度與硬件設(shè)備匹配——1.3技術(shù)路線與研究方法為確保全雙工通信系統(tǒng)自干擾抑制技術(shù)的深入研究與高效實現(xiàn)，本研究將采用理論分析、仿真驗證與實驗測試相結(jié)合的技術(shù)路線，并輔以多種研究方法，具體闡述如下：本研究的整體技術(shù)路線可以概括為“干擾識別-干擾建模-抑制策略設(shè)計-系統(tǒng)性能評估”的閉環(huán)研究思路，旨在系統(tǒng)地分析和解決全雙工通信系統(tǒng)中的自干擾問題。具體步驟包括：首先通過對全雙工通信系統(tǒng)自干擾的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行深入分析，識別并定位主要干擾源和干擾特征。這一階段將重點(diǎn)研究雙工模式對信道特性的影響，以及上行信號對下行信號造成的干擾。其次基于對干擾特征的認(rèn)知，建立精準(zhǔn)的干擾模型。我們將考慮不同的信道模型和干擾場景，運(yùn)用統(tǒng)計分析和機(jī)器學(xué)習(xí)方法，構(gòu)造能夠準(zhǔn)確表征自干擾特性的數(shù)學(xué)模型。例如，對于非理想雙工場景下的自干擾，可采用帶有帶外抑制的非對稱信道模型來描述。第三步，設(shè)計并優(yōu)化自干擾抑制策略。根據(jù)所建立的干擾模型和系統(tǒng)性能需求，我們將在信號層、協(xié)議層和網(wǎng)絡(luò)層等多個層面探索和提出多種抑制技術(shù)。這些技術(shù)可能包括基于波束賦形、干擾消除、干擾協(xié)調(diào)以及資源分配優(yōu)化等方法的結(jié)合。通過仿真實驗和實際測試對所設(shè)計的抑制策略進(jìn)行評估與驗證。仿真實驗將利用專業(yè)的通信系統(tǒng)仿真工具，對抗擾性能和系統(tǒng)吞吐量等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行量化分析。實驗測試將在搭建的全雙工通信實驗平臺上進(jìn)行，以驗證抑制策略在真實環(huán)境下的有效性。emme1.3.1技術(shù)路線設(shè)計為實現(xiàn)全雙工通信系統(tǒng)中的自干擾有效抑制，本研究將遵循“干擾特性分析-抑制策略構(gòu)建-性能評估驗證”的技術(shù)路徑。首先對全雙工模式下的信號傳播特性及自干擾產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行深入剖析，明確干擾信號的特征參數(shù)與影響機(jī)制。其次基于理論分析和仿真驗證，設(shè)計并比較多種自干擾抑制策略，如基于接收端波束賦形、干擾消除、信號分離等核心技術(shù)的組合方案。最后通過構(gòu)建系統(tǒng)級仿真模型，對所設(shè)計的抑制方案在典型場景下的性能指標(biāo)（如信干噪比改善、系統(tǒng)容量增益、符號誤碼率等）進(jìn)行量化評估，并分析其適用條件與潛在局限性。技術(shù)路線的設(shè)計旨在確保所提出方法的有效性、實用性和前瞻性。在具體實施層面，擬采用的理論分析、仿真建模與實驗驗證相結(jié)合的方法論。首先利用信號處理理論，特別是基于空域、頻域分離和時域?qū)R等技術(shù)，對全雙工通信系統(tǒng)中的上行信號與下行信號（即自干擾）進(jìn)行建模與分析。例如，考慮的系統(tǒng)模型可表示為：y其中y為接收信號，?為信道響應(yīng)，x為期望傳輸信號（上行或下行），n為噪聲，j為自干擾信號（來源于對端的未分離信號分量）。其次根據(jù)干擾特性和系統(tǒng)目標(biāo)，設(shè)計核心抑制技術(shù)模塊，例如：波束賦形（）技術(shù)：利用天線陣列在干擾方向形成零陷，對信號在干擾方向進(jìn)行抑制。干擾消除（消除）技術(shù)：結(jié)合空時處理算法，估計并消除或抑制干擾信號分量。多用戶信號分離：應(yīng)用先進(jìn)的信號分離算法（如基于稀疏表示或深度學(xué)習(xí)的方法），將自干擾信號分量從接收總信號中分離出來。為了系統(tǒng)化地比較不同策略的優(yōu)劣，設(shè)計了以下關(guān)鍵性能評估指標(biāo)體系表：評估指標(biāo)具體內(nèi)容目標(biāo)與說明信干噪比改善(SINRImprovement)Δ衡量抑制技術(shù)對自干擾削弱的程度，單位dB。系統(tǒng)容量增益Δ對比有無抑制技術(shù)時系統(tǒng)的最大吞吐量或數(shù)傳速率的提升，單位bps。符號誤碼率(BER)Δ評估抑制技術(shù)對通信可靠性的改善，低表示更好。計算復(fù)雜度復(fù)雜算法運(yùn)算量/Accuracy分析所設(shè)計技術(shù)的實時處理能力及所需資源，越低越好。尺寸與成本天線/硬件尺寸/成本預(yù)算評估實現(xiàn)的工程可行性。最終，通過軟件仿真平臺實現(xiàn)所設(shè)計的抑制方案，進(jìn)行大量參數(shù)化仿真實驗，評估各項性能指標(biāo)，并結(jié)合理論推導(dǎo)，最終確定最優(yōu)化的自干擾抑制技術(shù)路線與參數(shù)配置，為后續(xù)的理論深入研究與實際系統(tǒng)開發(fā)奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。1.3.2研究方法選取在展開全雙工通信系統(tǒng)中自干擾抑制技術(shù)的深入研究之前，研究方法的科學(xué)選取至關(guān)重要。依據(jù)本研究的目標(biāo)和挑戰(zhàn)，我們將結(jié)合理論分析、仿真驗證與實際系統(tǒng)測試相結(jié)合的綜合研究方法。首先理論分析將作為研究的基礎(chǔ)，通過深入剖析自干擾的成因及其對信號質(zhì)量的影響機(jī)制，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并推導(dǎo)出有效的抑制策略。具體而言，我們將利用線性代數(shù)和隨機(jī)過程等數(shù)學(xué)工具，分析信號在雙工模式下的疊加特性。公式（1.1）展示了雙向信道疊加后的接收信號模型：r其中s1t和s2其次利用計算機(jī)仿真對理論模型進(jìn)行驗證，通過搭建數(shù)字化的仿真的全雙工通信系統(tǒng)平臺，可模擬不同信干噪比（SINR）條件下的系統(tǒng)性能。仿真中，將通過調(diào)整關(guān)鍵參數(shù)如濾波器設(shè)計、干擾消除算法等，評估各策略的抑制效果。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，我們重點(diǎn)比較三種主要的干擾抑制技術(shù)，見【表】：技術(shù)類別詳細(xì)描述優(yōu)點(diǎn)局限性傳統(tǒng)雙工干擾消除利用濾波器分離雙向信號實現(xiàn)簡單，成本較低對信道估計精度要求高，易受信道失配影響基于自適應(yīng)算法通過LMS或RLS等自適應(yīng)算法動態(tài)調(diào)整濾波系數(shù)對時變信道適應(yīng)性較好算法收斂速度及穩(wěn)定性問題CoordinatedMulti-Point(CoMP)技術(shù)多基站聯(lián)合協(xié)作處理干擾信號干擾抑制效果好，頻譜效率高系統(tǒng)部署和同步復(fù)雜，需要更高的基礎(chǔ)設(shè)施投資配以實驗驗證環(huán)節(jié)，旨在檢測理論設(shè)計與仿真結(jié)果在實際硬件環(huán)境中的表現(xiàn)。通過在小規(guī)模實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中部署選定的自干擾抑制方案，收集并分析系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，驗證其在真實條件下的可行性與效率。綜上，本研究將采用理論分析、仿真建模與實驗驗證相輔相成的復(fù)合方法，從而系統(tǒng)性地推進(jìn)全雙工通信系統(tǒng)中自干擾抑制技術(shù)的深入研究和優(yōu)化設(shè)計。2.全雙工通信系統(tǒng)及自干擾機(jī)理分析全雙工通信系統(tǒng)是一種允許數(shù)據(jù)在雙向路徑上的同時傳輸技術(shù)，它不僅支持?jǐn)?shù)據(jù)的同時接收與發(fā)送，而且還解決了半雙工系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)傳輸效率限制問題。盡管如此，自干擾（Self-Interference,SI）在全雙工系統(tǒng)中不可忽視，它造成了信號質(zhì)量的下降，降低了信道利用率。機(jī)理分析：自干擾指在全雙工通信中，在同一頻帶內(nèi)分別發(fā)送的發(fā)送信號與接收信號會產(chǎn)生相互干擾。發(fā)送信號作為局部振蕩器被接收機(jī)接收，并被誤作為接收信號的一部分，導(dǎo)致接收信號的信噪比（Signal-to-NoiseRatio,SNR）降低，性能受損。這種破壞性干擾主要產(chǎn)生于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)共用同一頻段，且兩者發(fā)布會相互影響。具體來說，發(fā)送信號在傳播過程中會產(chǎn)生一定程度的衰減，同時由于傳輸媒體（如天線）的損耗，使得發(fā)送信號相對于接收信號能量不足，影響到接收端的信號質(zhì)量。自干擾的發(fā)生是復(fù)雜的，其頻率、相位和信號強(qiáng)度都受多種因素影響，包括發(fā)送信號的功率、接收端的低噪聲放大器（LowNoiseAmplifier,LNA）的靈敏度、傳輸路徑的環(huán)境條件等。針對上述干擾現(xiàn)象，已有研究人員提出了多種方法以增強(qiáng)系統(tǒng)的性能，包括自取消技術(shù)、數(shù)字反向傳輸技術(shù)、波束成形技術(shù)以及增益控制與提升等。詳情如下：自取消技術(shù)：利用不同的發(fā)射功率控制技術(shù)或接收機(jī)中的信號處理算法，在互補(bǔ)路徑上增加發(fā)送信號的強(qiáng)度，以增強(qiáng)接收端接收的信號。數(shù)字反向傳輸技術(shù)：通過數(shù)字信號處理提高接收端信號的質(zhì)量，即將發(fā)送信號的一個部分轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，對其進(jìn)行處理后重新發(fā)送回接收端，以消除自干擾。增益控制與提升技術(shù)：通過調(diào)整LNA的增益或發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，改變信號強(qiáng)度，減少自干擾的影響。在對其系統(tǒng)性能進(jìn)行評價時，通常使用如等效干信比（有效的干擾抑制）和信號能量衰減比（用于衡量自干擾程度）等指標(biāo)。下表列出了幾種關(guān)鍵技術(shù)在抑制自干擾中的原理與優(yōu)缺點(diǎn)，以供理解與選擇應(yīng)用。技術(shù)原理優(yōu)勢劣勢自取消增加互補(bǔ)路徑信號強(qiáng)度提高接收信號質(zhì)量實現(xiàn)復(fù)雜度高數(shù)字反向傳輸信號處理增強(qiáng)靈活性高可能帶來時延增益控制與提升調(diào)整發(fā)射功率和增益易于實現(xiàn)需要持續(xù)監(jiān)測和控制…………這些技術(shù)各有所長，開發(fā)者可根據(jù)實際情況選擇合適的方法以降低自干擾，提升全雙工通信系統(tǒng)的綜合效率和用戶滿意度。2.1全雙工通信系統(tǒng)架構(gòu)介紹全雙工（Full-Duplex,FD）通信允許通信雙方在同一時間、沿同一通信鏈路進(jìn)行雙向信息傳輸，這與傳統(tǒng)的半雙工（Half-Duplex,HD）或單工（Half-Duplex,MH）通信方式存在顯著差異。全雙工通信的達(dá)成主要依托于兩種關(guān)鍵技術(shù)方案：時間分割雙工（TimeDivisionDuplex,TDD）與頻率分割雙工（FrequencyDivisionDuplex,FDD）。雖然在某些應(yīng)用場景中也可能引入碼分雙工（CodeDivisionDuplex,CDD）等補(bǔ)充技術(shù)，但TDD與FDD是構(gòu)建現(xiàn)代全雙工系統(tǒng)的主流架構(gòu)基礎(chǔ)?？紤]到在一個物理共享信道上同時進(jìn)行收發(fā)操作不可避免地會產(chǎn)生信號相互干擾，即所謂的“自干擾”，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計必須針對性地解決該問題。自干擾主要來源于本端發(fā)送信號在其接收天線上的反射或耦合，對本地接收信號造成衰減和失真，影響通信質(zhì)量。因此有效的自干擾抑制技術(shù)或機(jī)制是全雙工通信系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可行運(yùn)行的核心考量之一。（1）基于時間分割的雙工架構(gòu)(TDD)TDD架構(gòu)通過分配不同的時間資源子信道來實現(xiàn)發(fā)送與接收功能。在每一幀（Frame）的周期內(nèi)，系統(tǒng)會周期性地在“下行鏈路”（Downlink,UL）傳輸時間段與“上行鏈路”（Uplink,UL）傳輸時間段之間進(jìn)行切換。典型的TDD幀結(jié)構(gòu)常采用混合均勻幀結(jié)構(gòu)（HybridF幀結(jié)構(gòu)），其中幀頭（FrameHeader）用于公共控制信息，數(shù)據(jù)部分則包含分配給不同用戶的上行和下行傳輸時間隙（TimeSlots）。例如，一個標(biāo)準(zhǔn)的TDD幀結(jié)構(gòu)可表示為：（此處內(nèi)容暫時省略）TSSS(ReferenceSignalSoundingSlot):傳輸載波頻偏（CarrierFrequencyOffset,CFO）校準(zhǔn)參考信號。UL/DL/UL/DL…:表示上行鏈路/下行鏈路交替?zhèn)鬏數(shù)哪Ｊ?，其中下行鏈路傳輸時間隙內(nèi)可能包含用于信號質(zhì)量反饋（如CQI）的上行導(dǎo)頻符號（PilotSymbol）。TDD架構(gòu)下的自干擾抑制，主要通過下行鏈路功率控制（DownlinkPowerControl,DL-PC）和上行鏈路接收波束賦形（UplinkBeamformingatReceiver）等手段實現(xiàn)，目的是(或控制)干擾信號對本地接收端的功率影響。（2）基于頻率分割的雙工架構(gòu)(FDD)與TDD利用時間復(fù)用不同，F(xiàn)DD架構(gòu)采用不同的頻帶資源來分離上行和下行傳輸：基于FDD架構(gòu)的全雙工信號的接收線性模型可簡化表示為：z其中：z[n]是接收濾波器輸出的信號采樣。x[n]是期望接收的遠(yuǎn)端用戶信號。a代表自干擾系數(shù)，具體取決于隔離度性能和系統(tǒng)損耗。x[n-D_c]是本端發(fā)射信號x[n]經(jīng)過延遲D_c（通常表示為λL/c，L為路徑長度，c為光速，波長為λ）后在接收端的鏡像信號。w[n]是加性噪聲。隔離度（Isolation）是衡量FDD架構(gòu)抑制自干擾的關(guān)鍵指標(biāo)，通常用等效隔離度（EquivalentIsolation,EI）來量化：EI其中：P_{interferer}是自干擾信號（用戶發(fā)射信號泄漏到接收端的部分）的功率譜密度。P_{desired}是期望接收信號（遠(yuǎn)端用戶信號）的功率譜密度。一個良好的FDD架構(gòu)需要實現(xiàn)非常高的等效隔離度（例如，要求達(dá)到隔離度60dB以上），但這往往需要在設(shè)備之間加入顯著的物理隔離或依賴低損耗材料。這兩種基本雙工架構(gòu)分別通過時間切換或頻率分離來物理上隔離收發(fā)信號，從而為后續(xù)的專門自干擾抑制技術(shù)（如閉環(huán)干擾消除、自干擾消除器SIC、干擾定向傳輸?shù)龋┨峁┝嘶A(chǔ)，以應(yīng)對殘余的或系統(tǒng)引入的自干擾問題。2.1.1系統(tǒng)基本組成全雙工通信系統(tǒng)作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)同時雙向通信的技術(shù)，其系統(tǒng)基本組成是實現(xiàn)高效、穩(wěn)定通信的關(guān)鍵。該系統(tǒng)主要由以下幾個核心部分構(gòu)成：信號發(fā)射端：負(fù)責(zé)將信息轉(zhuǎn)換為電信號，并通過合適的調(diào)制方式將信號加載到載波上，以便傳輸。該部分包括調(diào)制器、發(fā)射功率放大器等組件。信號接收端：負(fù)責(zé)接收經(jīng)過傳輸介質(zhì)傳輸?shù)男盘?，通過解調(diào)器將信號從載波中解調(diào)出原始信息。此外還包括信號放大、濾波等處理單元。傳輸介質(zhì)：連接信號發(fā)射端和接收端的媒介，可以是電纜、光纖、無線信道等。在全雙工通信系統(tǒng)中，傳輸介質(zhì)需支持雙向信號的同步傳輸。自干擾抑制技術(shù)模塊：在全雙工通信系統(tǒng)中，由于發(fā)射端和接收端共享同一頻段，自干擾問題尤為突出。因此系統(tǒng)引入了自干擾抑制技術(shù)模塊，該模塊通過先進(jìn)的信號處理算法和硬件設(shè)計，有效抑制發(fā)射信號對接收端的干擾，提高通信質(zhì)量。下表簡要概括了系統(tǒng)各部分的功能及相互關(guān)系：組成部分功能描述與其他部分的相互關(guān)系信號發(fā)射端調(diào)制、放大信號，驅(qū)動傳輸介質(zhì)與傳輸介質(zhì)連接，發(fā)送信號傳輸介質(zhì)傳輸信號，實現(xiàn)信號的傳輸與接收連接信號發(fā)射端和接收端信號接收端接收、解調(diào)信號，提取原始信息與發(fā)射端共享同一頻段，通過自干擾抑制技術(shù)模塊提高抗干擾能力自干擾抑制技術(shù)模塊通過信號處理算法和硬件設(shè)計抑制自干擾與接收端緊密相關(guān)，提高通信質(zhì)量在全雙工通信系統(tǒng)中，自干擾抑制技術(shù)模塊是關(guān)鍵所在，通過一系列算法和策略有效消除或降低自干擾的影響，確保通信的可靠性和穩(wěn)定性。2.1.2工作原理及特點(diǎn)（1）工作原理全雙工通信系統(tǒng)能夠在同一時刻雙向傳輸數(shù)據(jù)，其核心在于同時存在兩條獨(dú)立的傳輸路徑，分別用于發(fā)送和接收信號。這種通信方式相較于半雙工通信系統(tǒng)（僅允許單方向傳輸）和單工通信系統(tǒng)（僅允許單一方向傳輸），具有更高的數(shù)據(jù)傳輸效率和靈活性。在全雙工通信系統(tǒng)中，自干擾抑制技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。自干擾抑制技術(shù)通過精確的信號處理算法，識別并消除或減小系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的干擾信號對正常通信的影響。具體來說，該技術(shù)利用先進(jìn)的濾波器組、干擾消除器等部件，對接收到的信號進(jìn)行實時處理和分析，從而實現(xiàn)對干擾信號的精確檢測和快速抑制。在實際工作過程中，自干擾抑制技術(shù)通常與信道編碼技術(shù)相結(jié)合。信道編碼技術(shù)能夠增強(qiáng)信號的抗干擾能力，提高通信系統(tǒng)的可靠性。通過合理的編碼設(shè)計，可以在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下，顯著提升信號的抗干擾性能。此外全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)還涉及到多天線技術(shù)（如MIMO）、波束成形技術(shù)以及自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)等多個方面。這些技術(shù)的綜合應(yīng)用，使得全雙工通信系統(tǒng)在面對復(fù)雜多變的環(huán)境和挑戰(zhàn)時，能夠保持高效穩(wěn)定的通信質(zhì)量。（2）特點(diǎn)全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)具有以下幾個顯著特點(diǎn)：高效性：通過先進(jìn)的自干擾抑制算法，能夠迅速準(zhǔn)確地檢測并消除干擾信號，從而大幅度提高系統(tǒng)的通信效率。靈活性：該技術(shù)可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景和需求進(jìn)行靈活調(diào)整，以適應(yīng)多變的環(huán)境條件?？煽啃裕和ㄟ^結(jié)合信道編碼技術(shù)和多天線技術(shù)等，能夠顯著增強(qiáng)信號的抗干擾能力，提高通信系統(tǒng)的整體可靠性。經(jīng)濟(jì)性：在保證性能的前提下，合理設(shè)計和優(yōu)化自干擾抑制算法，可以降低系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營成本。易于實現(xiàn)：隨著微電子技術(shù)和信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展，自干擾抑制技術(shù)的實現(xiàn)變得越來越容易和高效。全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)以其高效性、靈活性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和易于實現(xiàn)等特點(diǎn)，在現(xiàn)代通信領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。2.2全雙工通信系統(tǒng)自干擾產(chǎn)生機(jī)制全雙工（Full-Duplex，F(xiàn)D）通信系統(tǒng)通過在相同頻段同時發(fā)射和接收信號，理論上可提升頻譜利用率一倍。然而發(fā)射端的高功率信號會通過多種路徑泄漏至接收端，形成自干擾（Self-Interference，SI），其強(qiáng)度可能比目標(biāo)信號高60~120dB，嚴(yán)重威脅接收機(jī)的正常解調(diào)。本節(jié)將系統(tǒng)分析自干擾的產(chǎn)生機(jī)制、主要路徑及關(guān)鍵影響因素。（1）自干擾的主要路徑自干擾信號從發(fā)射端（TX）到接收端（RX）的傳播路徑可分為三類，如【表】所示。?【表】自干擾傳播路徑分類路徑類型形成機(jī)理典型特征發(fā)射泄漏路徑發(fā)射機(jī)射頻前端（如功率放大器、濾波器）的非理想性導(dǎo)致信號直接泄漏至接收端幅度強(qiáng)、時延短（<1ns）路徑耦合路徑通過天線隔離度不足或空間輻射耦合形成的干擾幅度中等、時延與天線間距相關(guān)反射路徑信號經(jīng)周圍環(huán)境（如墻壁、人體）反射后進(jìn)入接收端幅度弱、時延較長（>10ns）其中發(fā)射泄漏路徑的自干擾強(qiáng)度最高，占主導(dǎo)地位；路徑耦合路徑的強(qiáng)度受天線隔離度影響；反射路徑則與場景環(huán)境密切相關(guān)。（2）自干擾信號的數(shù)學(xué)模型自干擾信號可視為發(fā)射信號的延遲、衰減和畸變版本。假設(shè)發(fā)射信號為sTXt，則接收端的自干擾信號s式中：-?0-?k和τk分別為第-K為多徑反射的數(shù)量；-nt（3）自干擾的關(guān)鍵影響因素自干擾的強(qiáng)度和特性受以下因素共同作用：發(fā)射功率：發(fā)射功率越高，自干擾信號越強(qiáng)，需抑制的動態(tài)范圍越大。天線隔離度：包括空間隔離、極化隔離和電磁屏蔽等，直接影響路徑耦合干擾的強(qiáng)度。信道時變性：移動場景下，收發(fā)端相對位置變化會導(dǎo)致自干擾信道快速時變，增加抑制難度。非線性失真：發(fā)射機(jī)功放的非線性特性會引入互調(diào)失真，產(chǎn)生帶外干擾，進(jìn)一步惡化接收性能。全雙工系統(tǒng)的自干擾是多路徑、多因素耦合的復(fù)雜問題，其抑制需結(jié)合模擬域、數(shù)字域及天線域的聯(lián)合處理技術(shù)，具體將在后續(xù)章節(jié)展開討論。2.2.1信號傳輸與衰落特性在全雙工通信系統(tǒng)中，信號的傳輸和衰落特性是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。本節(jié)將詳細(xì)探討這些特性，并分析如何通過自干擾抑制技術(shù)來優(yōu)化系統(tǒng)性能。首先信號傳輸特性是指信號在傳輸過程中所經(jīng)歷的各種變化，包括衰減、多徑效應(yīng)、陰影效應(yīng)等。這些特性直接影響到信號的質(zhì)量和可靠性，因此需要通過有效的傳輸技術(shù)和算法來加以控制。例如，采用自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù)可以降低信號的誤碼率，提高傳輸質(zhì)量；而利用信道估計和均衡技術(shù)則可以補(bǔ)償多徑效應(yīng)和陰影效應(yīng)，確保信號的正確接收。其次衰落特性是指信號在傳播過程中受到各種干擾的影響而發(fā)生的變化。在無線通信中，衰落現(xiàn)象尤為常見，如多普勒效應(yīng)、陰影效應(yīng)、散射效應(yīng)等。這些衰落現(xiàn)象會導(dǎo)致信號的時域和頻域特性發(fā)生變化，從而影響系統(tǒng)的解調(diào)性能和數(shù)據(jù)傳輸速率。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，研究人員開發(fā)了多種衰落模型和預(yù)測方法，以幫助工程師設(shè)計出更加健壯的通信系統(tǒng)。自干擾抑制技術(shù)是全雙工通信系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵問題，由于全雙工通信系統(tǒng)在同一時間既發(fā)送數(shù)據(jù)又接收數(shù)據(jù)，因此不可避免地會產(chǎn)生相互干擾。這種干擾不僅降低了信號的質(zhì)量，還可能導(dǎo)致通信失敗。為了解決這一問題，研究人員提出了多種自干擾抑制技術(shù)，如濾波器設(shè)計、預(yù)失真處理、信號處理等。這些技術(shù)可以幫助系統(tǒng)有效地消除或減小自干擾的影響，從而提高通信質(zhì)量和可靠性。信號傳輸與衰落特性是全雙工通信系統(tǒng)中的兩個重要方面，通過深入分析和研究這些特性，我們可以更好地理解系統(tǒng)的工作機(jī)理，為設(shè)計和優(yōu)化全雙工通信系統(tǒng)提供有力的支持。2.2.2內(nèi)部干擾信號分析在雙工通信系統(tǒng)中，內(nèi)部干擾信號主要來源于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不同用戶傳輸信號之間的相互影響，表現(xiàn)為直接泄漏、互調(diào)失真以及非線性響應(yīng)等多種形式。對這些干擾信號進(jìn)行精確分析是設(shè)計有效自干擾抑制技術(shù)的基礎(chǔ)。內(nèi)部干擾信號通?？梢员硎緸槎鄠€信號的線性疊加，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如式(2-7)所示：s其中sintt代表內(nèi)部干擾信號，ai為第i個干擾信號的衰減因子，s對內(nèi)部干擾信號的特征進(jìn)行深入分析有助于識別其主導(dǎo)頻率分量、幅度分布以及隨時間的變化規(guī)律。【表】總結(jié)了某典型雙工通信系統(tǒng)內(nèi)部干擾信號的頻譜特性：干擾源類型頻率范圍(MHz)幅度(dBm)時變特性微波泄漏信號1~6-80~0低頻段平穩(wěn)互調(diào)產(chǎn)物0.5~3-60~-30頻率依賴非線性響應(yīng)產(chǎn)物基頻整數(shù)倍-50~10高頻強(qiáng)相關(guān)性由表可見，不同干擾源在頻譜、幅度和動態(tài)特性上存在顯著差異。這表明自干擾抑制技術(shù)必須具備選擇性，以針對不同類型的干擾源實施差異化處理。例如，對于低頻微弱泄漏信號，可采用針對性的濾波器進(jìn)行抑制；而對于強(qiáng)相關(guān)的高頻非線性產(chǎn)物，則需借助自適應(yīng)消除技術(shù)進(jìn)行處理。通過這一分析過程，可以明確干擾信號的主要成因而為后續(xù)抑制算法提供依據(jù)。2.2.3自干擾對系統(tǒng)性能的影響全雙工通信系統(tǒng)由于在相同頻段上進(jìn)行收發(fā)操作，不可避免地會面臨接收信號與發(fā)射信號之間的自干擾問題。這種自干擾對系統(tǒng)的接收性能和整體效率產(chǎn)生了顯著的影響，具體而言，自干擾會直接降低接收信號的信噪比（SNR），從而惡化系統(tǒng)的誤碼率（BER）性能。當(dāng)發(fā)射功率較高時，尤其在載波到干擾比（CIR）較低的情況下，自干擾的增益可能超過接收天線的增益，導(dǎo)致接收信號被自干擾信號嚴(yán)重淹沒。這種情況下，即使接收信號本身強(qiáng)度較高，自干擾的存在也會迫使接收機(jī)提升噪聲門限，進(jìn)而加劇了誤碼率的上升。為了定量分析自干擾引入的額外噪聲，可采用等效噪聲系數(shù)的概念進(jìn)行描述。假設(shè)接收信號為srt，發(fā)射信號為stt，接收機(jī)輸入端的總噪聲為nrt，考慮到自干擾的影響，接收機(jī)輸入端的干擾信號可表示為信噪比下降：接收信號的信噪比SNR通常定義為接收信號功率與噪聲功率之比。在存在自干擾的情況下，接收機(jī)的總輸入信干噪比（SINR）可以表示為：SINR其中Pr為接收信號功率，Pn為接收端本底噪聲功率，Pint為自干擾功率。當(dāng)自干擾功率P誤碼率惡化：信噪比的下降直接導(dǎo)致誤碼率的上升。對于二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）等線性調(diào)制方式，誤碼率與信噪比的關(guān)系可近似表示為：BER其中Q?為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的互補(bǔ)累積分布函數(shù)。當(dāng)SINR下降時，BER頻率資源效率降低：由于自干擾的存在，接收機(jī)需要更寬的濾波器帶寬或更復(fù)雜的干擾抑制技術(shù)，這增加了了對頻率資源的占用，降低了系統(tǒng)整體的頻譜效率。為了更清晰地展示自干擾對系統(tǒng)性能的影響，下表總結(jié)了在不同信干噪比（SINR）條件下的理論誤碼率變化。該表顯示了在自干擾功率占比不同時，誤碼率隨SINR的變化情況，進(jìn)一步印證了自干擾對系統(tǒng)性能的負(fù)面影響。SINR(dB)無自干擾時的誤碼率(BER)自干擾占比10%時的誤碼率(BER)自干擾占比30%時的誤碼率(BER)101×10?23×10?28×10?2151×10?33×10?31×10?2201×10??1×10?33×10?2251×10??3×10??1×10?2從表中數(shù)據(jù)可以看出，即使在信干噪比較高的情況下，自干擾的存在依然會導(dǎo)致誤碼率的顯著增加。因此研究有效的自干擾抑制技術(shù)對于提升全雙工通信系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。3.自干擾抑制關(guān)鍵技術(shù)研究在全雙工通信系統(tǒng)的設(shè)計中，自干擾抑制技術(shù)不僅是實現(xiàn)高質(zhì)量通信的關(guān)鍵，也是保障系統(tǒng)穩(wěn)定性和效率的重要手段。核心技術(shù)可以從以下幾個方面展開研究：首先我們需識別并量化自干擾的來源，一方面可以通過仿真模擬和現(xiàn)場實驗相結(jié)合的方式，精準(zhǔn)評估自干擾在不同環(huán)境和條件下的實際影響。另一方面，考慮到無線信號傳播的特性，可以建立簡化模型以預(yù)測自干擾的動態(tài)特性，從而為后續(xù)的抑制技術(shù)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。另外針對自干擾抑制的算法和濾波器設(shè)計亦是一個重要的研究課題。例如，編程軟件包括MATALAB和MATPLOTLIB可以輔助實現(xiàn)各種自干擾濾波算法（如最小均方誤差算法、維納濾波、卡爾曼濾波等），并通過優(yōu)化上述算法的參數(shù)來減小干擾信號，保證通信信號的干凈與純粹。此外考慮到全雙工通信系統(tǒng)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步引入信號預(yù)處理技術(shù)，比如頻率濾波、功率控制、以及編碼與調(diào)制技術(shù)（例如，信道編碼和時頻域正交調(diào)制），以提高系統(tǒng)的整體防干擾能力。實現(xiàn)量子態(tài)的調(diào)控及建立量子控制反饋機(jī)制也是值得研究的新領(lǐng)域。最終，對于全雙工通信系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)研究，不僅需求對這些技術(shù)進(jìn)行獨(dú)立的研究，同時需要對其進(jìn)行整合以實現(xiàn)整體的優(yōu)化處理，確保在實際應(yīng)用中能夠有效抑制自干擾，提高系統(tǒng)傳輸質(zhì)量和效率。3.1基于濾波技術(shù)的抑制方法在全雙工通信系統(tǒng)中，上行鏈路（Uplink,UL）與下行鏈路（Downlink,DL）信號在同一頻段內(nèi)同時傳輸，這必然導(dǎo)致接收信號中包含來自對端傳輸?shù)纳闲行盘?，即自干擾（Self-Interference,SI）。該干擾信號通常具有較大的功率，嚴(yán)重影響接收端的正常解調(diào)性能?；跒V波技術(shù)的自干擾抑制方法，其核心思想是在接收端設(shè)計合適的濾波器，利用信道濾波的特性，其濾波系數(shù)在特定頻點(diǎn)（如UL信號傳輸頻點(diǎn)）為非零而在另一個頻點(diǎn)（如DL信號傳輸頻點(diǎn)）為零或接近零的特性，來抑制或移除大部分自干擾信號。這種方法原理相對簡單、易于實現(xiàn)，并且可以與現(xiàn)有通信系統(tǒng)架構(gòu)較好地兼容?？紤]到全雙工系統(tǒng)的多載波雙邊帶發(fā)送特性，接收機(jī)通常需要對上下行信號進(jìn)行分量分離。常用的基于濾波器的抑制方法包括采用選擇性分量分離（SelectiveComponentSeparation,SCS）或功率增強(qiáng)（PowerGainEnhancement,PGE）技術(shù)。這些技術(shù)本質(zhì)上依賴于發(fā)送端特定信號占用的子載波頻率，以SCS為例，其接收濾波器設(shè)計的目標(biāo)是最大化接收目標(biāo)信號（如下行鏈路信號）的同時，將自干擾信號（來自上行鏈路信號）抑制到最低可能水平。一般情況下，假設(shè)接收端的信號可以表示為：r其中sdlt和sult分別代表目標(biāo)下行鏈路信號和自干擾上行鏈路信號，nt是接收噪聲。假設(shè)信道Hdl和Hul分別代表下行鏈路和上行鏈路信號經(jīng)過信道的響應(yīng)。若我們使用一個Nt×Nt（Ny其中rkt為發(fā)射子載波k上的接收信號分量，sdlktok和若濾波器設(shè)計為理想的SCS形式，我們期望在下行鏈路子載波L接收到的信號中，自干擾項被完全抑制。設(shè)下行鏈路和上行鏈路信號在發(fā)射端的子載波位置分別為Cdl和Cul。理想SCS濾波器當(dāng)接收子載波L∈Cdl時，濾波器對所有k≠L（即上行鏈路傳輸?shù)淖虞d波）的所有元素wLideal當(dāng)接收子載波L∈Cul時，濾波器對所有k≠L然而在實際系統(tǒng)設(shè)計中，完全理想的SCS難以實現(xiàn)。主要原因包括：1）信道不理想，上下行鏈路信道（Hdl和Hul）并非完全正交；2）信道是時變的，導(dǎo)致濾波器需要不斷調(diào)整；3）接收信號中存在噪聲，干擾了理想的零點(diǎn)抑制。因此實際中多采用PGE或近似SCS的濾波器設(shè)計。例如，一種常見的正交濾波器設(shè)計方法是基于水球的構(gòu)造方法（Waterfilling），其核心思想是將總接收功率（包括自干擾和噪聲）按子載波分配，在自干擾信號占用的子載波上允許較小的濾波器增益以容忍干擾，而在目標(biāo)信號占用的子載波上提供最大的增益，具體濾波器系數(shù)wnklW其中x和y分別代表接收信號向量（考慮了信道和噪聲影響）和期望信號向量（目標(biāo)信號分量）?；跒V波技術(shù)的自干擾抑制方法作為全雙工通信系統(tǒng)中最基本也是應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，其關(guān)鍵在于高效的濾波器設(shè)計。設(shè)計目標(biāo)是提高目標(biāo)信號質(zhì)量，同時最大限度地抑制功率較為強(qiáng)大的自干擾信號，例如可將自干擾信噪比（Self-InterferenceSignal-to-NoiseRatio,SISNR）改善數(shù)個數(shù)量級，為后續(xù)更高級的干擾消除技術(shù)或高階調(diào)制方案的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。盡管存在實現(xiàn)上的挑戰(zhàn)，但基于濾波的技術(shù)憑借其固有的簡單性和有效性，在當(dāng)前及未來的全雙工通信研究和應(yīng)用中仍將扮演重要角色。3.1.1自干擾信號建模與估計為了設(shè)計和評估有效的自干擾抑制方案，對在全雙工通信過程中產(chǎn)生的自干擾信號進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)描述與量化至關(guān)重要。自干擾主要來源于終端同時發(fā)射和接收信號時，其自身發(fā)射信號泄漏至接收鏈路上所形成的不期望的干擾分量。因此建立能夠反映該物理過程的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)自干擾信號的準(zhǔn)確估計，是后續(xù)抑制技術(shù)設(shè)計的基礎(chǔ)和前提。（1）自干擾信號模型構(gòu)建在全雙工模式下，接收到的自干擾信號通常被認(rèn)為是希望的主信號（如對方的信號）與自身發(fā)射信號的線性疊加。若主信號在接收端經(jīng)過信道傳輸后的復(fù)基帶表示為st，而自身發(fā)射信號在經(jīng)過雙工路徑（包含發(fā)射信道的殘留損耗、多徑效應(yīng)以及接收信道等）傳輸?shù)浇邮斩撕螅鋸?fù)基帶表示為xEtr其中αst和αEt分別代表從對方基站/終端到達(dá)接收端以及從本終端發(fā)出又經(jīng)由雙工路徑到達(dá)接收端的主信道的復(fù)衰落因子（包含時變多徑效應(yīng)）。由于xEt=1+β?ejθE?sI在很多場景下，為了簡化分析，可以近似認(rèn)為αEt≈1，1+β≈1，I然而這種簡化忽略了相位偏移、幅度變化和多普勒效應(yīng)等，這些因素在高速移動全雙工場景下可能變得顯著。更精確的建模可以考慮時變雙工路徑參數(shù)，將自干擾表示為：I其中?self?【表】:常見自干擾模型參數(shù)說明參數(shù)含義典型取值/說明s期望主信號來自對端的合法信號x自身發(fā)射信號（經(jīng)雙工路徑到達(dá)接收端）xα主信道衰落因子時變的復(fù)幅度α雙工信道（發(fā)-收）衰落因子時變的復(fù)幅度，常近似為1τ雙工時延主信號時延的偏移量?時變自干擾信道函數(shù)包含幅度衰減、相位偏移、時變效應(yīng)I自干擾信號stn接收端噪聲加性高斯白噪聲β發(fā)射鏈路殘留損耗歸一化幅度通常接近1假設(shè)3.1.1:在本節(jié)及后續(xù)討論中，若無特別說明，我們假設(shè)信道是平坦衰落或慢時變的，即?selft在分析的時間尺度內(nèi)變化不大，且自干擾信號It（2）自干擾信號估計方法準(zhǔn)確的估計自干擾信號是實現(xiàn)有效抑制的關(guān)鍵步驟，由于自干擾信號與期望的主信號在接收端呈現(xiàn)耦合關(guān)系，且自身發(fā)射信號通常不可直接獲取，估計自干擾常常是間接完成的。一種常見的基于協(xié)方差矩陣的估計方法是正規(guī)化最小二乘（NormalisedLeastSquares,NLS）方法。其核心思想是利用接收信號協(xié)方差矩陣的結(jié)構(gòu)差異。假設(shè)在一個多用戶接入場景中，基站B（或終端A）能同時接收來自多個用戶（包括自身）信號。接收信號向量為r=s1?,s2?,…,r其中s=s1,s理論上，H和S是已知的（或可通過訓(xùn)練估計）。通過求解以下優(yōu)化問題，可以分離出自干擾相關(guān)矩陣：基于估計出的PIA=P其中ΣA?1是對角矩陣Σx進(jìn)一步，可以根據(jù)估計的回波信號與發(fā)射信號模型（如有相位、幅度信息假設(shè)）來估計自干擾信號。其他估計方法還包括基于瞬時信號chant（子空間separationtechiques等。需要根據(jù)具體系統(tǒng)配置和應(yīng)用場景合理選擇和設(shè)計，準(zhǔn)確的估計結(jié)果為后續(xù)的自干擾消除或減輕算法提供了基礎(chǔ)輸入。3.1.2陷波濾波器設(shè)計與實現(xiàn)針對全雙工通信系統(tǒng)中的自干擾信號，尤其是在載波頻率附近或直流分量處的強(qiáng)干擾，設(shè)計并實現(xiàn)陷波濾波器是一種行之有效的方法。陷波濾波器旨在對特定頻率點(diǎn)或窄帶范圍內(nèi)的干擾信號進(jìn)行深度衰減，而盡可能保留鄰近頻帶的有用信號，以提升系統(tǒng)的信噪比。（1）陷波濾波器結(jié)構(gòu)本節(jié)提出的陷波濾波器采用基于理想變壓器耦合結(jié)構(gòu)的無限沖激響應(yīng)（IIR）陷波器模型。該結(jié)構(gòu)具有中心頻率處具有極深衰減、頻帶外增益近似為1的特性，特別適用于精確濾除單頻或窄帶集中干擾。其核心思想是通過網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)實現(xiàn)指定頻率處的零點(diǎn)，從而“陷波”掉干擾頻率。無限沖激響應(yīng)特性使其能夠?qū)崿F(xiàn)高Q值陷波，即窄的陷波帶寬。基本電路結(jié)構(gòu)如內(nèi)容所示（此處僅為文字描述，非內(nèi)容片）。設(shè)置一個中心頻率為f0的陷波器，其傳遞函數(shù)Hf在（2）關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計陷波濾波器的設(shè)計主要涉及以下關(guān)鍵參數(shù)確定：陷波頻率f0:該參數(shù)由自干擾信號頻率決定。需準(zhǔn)確獲取干擾頻率（例如，通過信號信道估計或前向級聯(lián)干擾檢測與定位算法獲得），將其設(shè)定為陷波器的中心頻率。例如，若自干擾為載頻Fc，則f0陷波帶寬Bw:品質(zhì)因數(shù)（Q值）:Q值是衡量陷波器窄帶特性的指標(biāo)，定義為Q=f（3）基于IIR的陷波器實現(xiàn)采用標(biāo)準(zhǔn)二階IIR陷波器傳遞函數(shù)實現(xiàn)是本設(shè)計的一個方面。其傳遞函數(shù)通常表示為：H或者寫成實部形式（忽略虛部相移，以適應(yīng)實際電路實現(xiàn)）：H其中：-k是陷波深度控制系數(shù)，0<k<-Ts-ω0是歸一化陷波頻率（ω該二階IIR陷波器結(jié)構(gòu)相對簡單，易于實現(xiàn)，能在有限的階數(shù)下提供較好的Q值，適合在嵌入式系統(tǒng)或硬件受限場景下部署。（4）實現(xiàn)考慮在系統(tǒng)實現(xiàn)層面，需要考慮：計算復(fù)雜度：IIR濾波器雖然結(jié)構(gòu)相對簡單，但存在相位失真，可能對時延敏感的應(yīng)用造成影響。實際工程中，可能會根據(jù)需要選擇更高階的IIR濾波器或有特定相頻特性的陷波器結(jié)構(gòu)（如橢圓濾波器），但其設(shè)計將更為復(fù)雜。數(shù)字實現(xiàn)中還需考慮數(shù)值穩(wěn)定性和有限字長效應(yīng)。陷波深度與帶寬平衡：在設(shè)計過程中需仔細(xì)調(diào)整k值，以達(dá)到深度抑制干擾和最小化有用信號影響之間的最佳平衡。自適應(yīng)調(diào)整：為了應(yīng)對可能的信道變化或干擾特性漂移，可以研究自適應(yīng)陷波算法，動態(tài)調(diào)整陷波頻率和帶寬參數(shù)。【表】展示了不同參數(shù)設(shè)置下預(yù)期的主要性能指標(biāo)。在實際硬件或軟件平臺上，需根據(jù)具體平臺資源、精度要求和成本考量，選擇合適的陷波器結(jié)構(gòu)和參數(shù)配置。?【表】二階陷波濾波器典型性能參數(shù)參數(shù)變量符號描述與默認(rèn)值/范圍設(shè)計依據(jù)陷波頻率f干擾信號頻率信道估計/干擾檢測結(jié)果陷波帶寬B干擾頻譜寬度，決定Q值干擾特性、信號帶寬Q值QQ=Q=1/濾波器系數(shù)k控制陷波深度設(shè)計要求（陷波特度）、Q值要求采樣頻率f系統(tǒng)采樣率依據(jù)奈奎斯特采樣定理計算復(fù)雜度-實現(xiàn)所需的乘法/加法運(yùn)算次數(shù)濾波器階數(shù)、結(jié)構(gòu)選擇通過對上述參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計和精確定制，所實現(xiàn)的陷波濾波器能夠有效抑制全雙工通信系統(tǒng)中的自干擾，為后續(xù)信號處理和通信鏈路的穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。3.1.3優(yōu)化算法在濾波中的應(yīng)用在全雙工通信系統(tǒng)中，濾波器作為核心部分，其性能直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性。優(yōu)化算法在濾波中的應(yīng)用能夠顯著提升濾波效果，減少自干擾，從而改善信號質(zhì)量。（1）基本概念濾波器主要應(yīng)用于信號處理領(lǐng)域，其功能是通過對信號的頻率特性進(jìn)行分析，篩選出所需頻率范圍內(nèi)的信號，同時衰減或去除干擾信號。濾波效果的好壞直接影響無線電通信系統(tǒng)中的抗干擾能力、信號清晰度以及通信效率。優(yōu)化算法的精髓在于通過一系列的數(shù)學(xué)公式與迭代過程來調(diào)整濾波器參數(shù)，使濾波器更能適應(yīng)實際通信環(huán)境，減少自干擾影響。（2）常用優(yōu)化算法濾波中常用的優(yōu)化算法包括遺傳算法、粒子群算法、模擬退火等。不同算法的適用范圍和效率各異，因此在實際應(yīng)用中需根據(jù)系統(tǒng)的特性和要求選擇合適的算法。遺傳算法（GeneticAlgorithm,GA）利用生物進(jìn)化中的“適者生存”原理，通過多次迭代的基因變異、交叉、選擇等基本操作，最終得到一組較為優(yōu)秀的參數(shù)配置。GA算法特別適用于復(fù)雜的非線性系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化問題，尤其在多頻段自干擾的環(huán)境中表現(xiàn)出卓越的泛化能力。粒子群算法（ParticleSwarmOptimization,PSO）是一種基于群體智能的隨機(jī)搜索算法。其群體中的每個“粒子”代表了一個優(yōu)化的參數(shù)組合，通過不斷迭代調(diào)整粒子速度和位置，逐步逼近最優(yōu)解。PSO算法的簡單性和高效性使其在濾波等領(lǐng)域具有廣泛的適用性。模擬退火算法（SimulatedAnnealing,SA）模擬了金屬退火過程中原子運(yùn)動和能量變化的物理過程。通過隨機(jī)變換濾波器參數(shù)來尋找全局最優(yōu)解，該算法在面對多峰且復(fù)雜的自干擾濾波問題時有較好的探索能力。（3）算法在實際濾波中的應(yīng)用為了展示優(yōu)化算法在濾波中的應(yīng)用效果，以下列出了一些算法在實際濾波器設(shè)計中的典型應(yīng)用實例：?【表格】:優(yōu)化算法及其特點(diǎn)算法特點(diǎn)應(yīng)用實例GA遺傳多樣性強(qiáng)，適用于復(fù)雜非線性問題多頻段信道自干擾濾波器參數(shù)優(yōu)化PSO簡單高效的隨機(jī)搜索算法，更適合連續(xù)優(yōu)化問題濾波器中參數(shù)連續(xù)空間搜索SA能夠有效避免陷入局部最優(yōu)解核濾波參數(shù)優(yōu)化，濾除較為復(fù)雜的環(huán)境干擾?【公式】:GA算法中的交叉率公式說明：在遺傳算法中，交叉是一種混合個體基因的過程，用于產(chǎn)生新的染色體組合。交叉率決定了基因重組的概率。公式代碼：cr數(shù)值含義：上式中，cr表示交叉率，rand()函數(shù)表示隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)。這里交叉率的數(shù)值取值范圍為[0,1]，隨著隨機(jī)數(shù)生成過程的不斷迭代，交叉率在[0.8,1]之間波動。?【公式】:SA算法的退火冷卻速率公式說明：模擬退火算法通過高溫冷卻過程模擬原生退火過程，不斷降低環(huán)境溫度以便更精確地尋找全局最優(yōu)解。公式代碼：T數(shù)值含義：上式中，T_k表示第k次迭代的溫度，T_{ini}表示初始溫度，k表示迭代次數(shù)。公式解釋了溫度隨食譜數(shù)量的變化指數(shù)級下降的過程。通過合理的算法選擇和參數(shù)配置，濾波器可在復(fù)雜的全雙工通信環(huán)境中表現(xiàn)出優(yōu)異的自干擾抑制能力，有效提高通信的質(zhì)量與效率。3.2基于波束賦形技術(shù)的抑制方法在全雙工通信系統(tǒng)中，上行鏈路（UL）信號與下行鏈路（DL）信號在共享頻譜的同時傳播，不可避免地會引入嚴(yán)重的自干擾。針對這一問題，波束賦形（Beamforming,BF）技術(shù)展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。通過智能地調(diào)整發(fā)射端的陣列天線或接收端的解調(diào)權(quán)重，波束賦形技術(shù)能夠?qū)⑼ㄐ判盘柕哪芰烤劢褂谀繕?biāo)用戶的方向，同時對干擾信號（在此場景下特指DL信號對UL信號的干擾）傳播路徑進(jìn)行抑制，從而大幅降低系統(tǒng)自干擾水平。具體而言，基于波束賦形的自干擾抑制方法的核心思想在于利用空間分集或空間干擾抑制的機(jī)制。假設(shè)系統(tǒng)中存在一個由M根天線組成的發(fā)射陣列，用于發(fā)送UL信號并接收DL干擾信號。我們需要構(gòu)建一個波束賦形向量W，該向量決定了天線陣列的輻射/接收模式。理想情況下，我們希望對目標(biāo)UL信號方向形成一個賦形增益，同時對干擾信號（主要來自DL基站天線方向）形成一個嚴(yán)重的賦形衰減。對于接收端（UL用戶）而言，接收信號x可以表示為：x其中s代表期望的UL信號，d代表來自同一基地站的DL信號（即主要的自干擾），n為噪聲。假設(shè)信號通過加性白高斯噪聲（AWGN）信道傳輸，其表達(dá)形式可為：s=HsH·u_sd=HsH·u_dn=w_n其中H為信道矩陣，u_s和u_d分別為UL和DL信號的歸一化陣列響應(yīng)向量。w為噪聲向量?；诓ㄊx形進(jìn)行干擾抑制，關(guān)鍵在于設(shè)計合適的波束賦形向量W。一種常見的實現(xiàn)策略是基于信號子空間的方法，例如，最小噪聲方差波束賦形（MVDR,MinimumVarianceDistortionlessResponse）準(zhǔn)則，其波束賦形向量W的計算目標(biāo)是在保證對期望信號方向主瓣盡可能平坦（無畸變）的同時，最大化對干擾信號方向（通常是噪聲和干擾信號所在的子空間）的功率抑制。MVDR波束賦形向量的計算公式通常如下：W其中：V_d是一個正交矩陣，其列向量構(gòu)成干擾信號子空間（由向量v_s表征UL信號子空間，向量v_d表征干擾信號子空間）。這些子空間向量可通過信號子空間追蹤（SST,SignalSubspaceTracking）或主成分分析（PCA,PrincipalComponentAnalysis）等算法從信道估計或統(tǒng)計信息中提取。R是陣列的協(xié)方差矩陣，包含信號、干擾和噪聲的統(tǒng)計信息。R^{-1}是協(xié)方差矩陣的逆矩陣。v_s是代表期望信號（UL信號）的單位向量。通過上述公式計算得到的W，可以用于UL信號的匹配濾波（匹配濾波波束賦形），其輸出表示為：y在匹配濾波狀態(tài)下，期望信號s會被放大，而干擾信號d和噪聲n會被根據(jù)其與W的空間對準(zhǔn)程度相應(yīng)地抑制。理論上，如果干擾信號完全位于波束賦形零陷（Null）中，其分量在y上的貢獻(xiàn)可以趨近于零。因此通過優(yōu)化波束賦形向量W（例如，通過信道估計和干擾方向估計），可以有效抑制來自下行鏈路的自干擾。在實際應(yīng)用中，波束賦形技術(shù)的性能受到諸多因素的影響，包括天線陣列的大小、信道的時空相關(guān)性、干擾信號的強(qiáng)度和方向變化速度等。此外波束賦形的實時性能和計算復(fù)雜度也是系統(tǒng)設(shè)計中需要權(quán)衡的因素。盡管存在挑戰(zhàn)，但基于波束賦形的自干擾抑制技術(shù)因其原理清晰、作用顯著，仍然是解決全雙工通信系統(tǒng)自干擾問題的關(guān)鍵路徑之一。3.2.1空間濾波理論基礎(chǔ)在全雙工通信系統(tǒng)中，自干擾抑制技術(shù)是關(guān)鍵的一環(huán)，它能夠有效提高系統(tǒng)的性能并降低通信過程中的干擾。空間濾波作為自干擾抑制的一種重要手段，其理論基礎(chǔ)對于整個系統(tǒng)的性能優(yōu)化至關(guān)重要?？臻g濾波主要依賴于天線陣列和信號處理算法來實現(xiàn)對自干擾信號的抑制。其理論基礎(chǔ)主要包括波束成形、波達(dá)方向估計和干擾對齊等技術(shù)。通過調(diào)整天線陣列的權(quán)重，可以實現(xiàn)對特定方向的信號增強(qiáng)或抑制。在這個過程中，波束成形技術(shù)起著關(guān)鍵作用，它能夠?qū)⒅餍盘柵c干擾信號在空間上區(qū)分開來，從而實現(xiàn)選擇性接收?？臻g濾波的理論基礎(chǔ)還涉及到信號的空間特性分析，由于無線通信信號的傳播具有方向性，不同路徑到達(dá)接收機(jī)的信號會有不同的時延和幅度衰減。通過對這些空間特性的分析，可以構(gòu)建相應(yīng)的濾波算法，實現(xiàn)對自干擾信號的精準(zhǔn)抑制。在實際應(yīng)用中，空間濾波常與數(shù)字信號處理相結(jié)合，形成數(shù)字域空間濾波技術(shù)。該技術(shù)通過數(shù)字信號處理算法對接收到的信號進(jìn)行數(shù)字化處理，進(jìn)一步提高了自干擾抑