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[资料] 全球首款同时同频全双工软件无线电平台

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新浪微博达人勋

发表于 2016-9-1 17:41:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
前言:
随着LTE在国际范围内商用进程的迅速推进,5G的研究工作已经展开。其关键技术到目前为止主要有两个批次:第一批关键技术有mimo和毫米波技术,MIMO是一种信号空分的技术,形象的说就是以前一根天线传的东西现在可以通过多个天线一下传出去;毫米波30GHZ~300GHZ,5GHZ一下的频谱已经很拥挤了,新的波段有利于提高传输带宽,进而实现传输速率的提高,第二个批次就是同时同频全双工(CCFD)。5G定位于频谱效率更高、速率更快、容量更大的无线网络,故解决无线频谱紧张的关键技术之一就是同时同频全双工技术。
同时同频全双工技术(Co-time Co-frequency Full Duplex, CCFD)是指设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行工作,使得通信双方在上、下行可以在相同时间使用相同的频率,突破了现有的频分双工(FDD)和时分双工(TDD)模式,是通信节点实现双向通信的关键之一。传统双工模式主要是频分双工和时分双工,用以避免发射机信号对接收机信号在频域或时域上的干扰,而新兴的同频同时全双工技术采用干扰消除的方法,减少传统双工模式中频率或时隙资源的开销,从而达到提高频谱效率的目的。与现有的FDD或TDD双工方式相比,同时同频全双工技术能够将无线资源的使用效率提升近一倍,从而显著提高系统吞吐量和容量,因此成为5G潜在的关键技术之一。接下来就一起来认识一下同时同频全双工软件无线电平台吧。

1 认识CCFD SDR
CCFD SDR平台,在相同的时间、相同的频率,同时发射、接收电磁波信号。与已有的TDD或FDD双工方式相比,等效于把现有的频率资源提高了一倍,解决了现实社会无线业务发展的需要与可用频谱资源近乎枯竭的矛盾,具有广阔的应用前景。

图1,CCFD SDR的物理形状


CCFD SDR外形如图1所示。

2 应用场景
CCFD SDR平台可应用于以下场景:
(1) 无线通信。
     Ø 蜂窝移动通信
     Ø 卫星通信
     Ø 微波接力通信
(2) 超级线缆
(3) 电子战
(4) 雷达
(5) 电磁测量
(6) 电磁兼容

3 单元与模块的物理外形与功能模型
CCFD SDR 1发1收平台,由一块数字信号处理单元、一块AD/DA转换单元、一块接口转接单元、一套射频前端组成,采用标准的CPCI工控机箱。详细的功能架构如下:
(1) 数字信号处理单元(型号为U3,根据业务速率需要可以选定为的其它型号)。物理形态为标准化CPCI的板卡,外形如图2所示,功能模型如图3所示,主要功能包括:
   (a) 数字域自干扰抑制信号处理,包括自干扰线性分量抑制、自干扰非线性分量抑制等;
   (b) 模拟域自干扰抑制需要的数字域信号处理;
   (c) 信道编码、调制、解调、信道译码等通信信号处理;

图2,U3的物理形状

图3,U3的功能模型
(2) AD/DA转换单元(型号为FMC102,根据采样速率需要可以选定为的其它型号)。主要功能包括模数转换器、数模转换器;物理形态为标准化的FMC模块。外形如图4所示,功能模型如图5所示。




图4,FMC102的物理形状




图5,FMC102的功能模型
(3) 接口转换单元(型号:FMC802)。主要功能包括提供射频板增益、衰减、本振、电调滤波等芯片的SPI(多组SPI)控制接口、电平转换等。外形如图6所示,功能模型如图7所示。

图6,FMC802的物理形状

图7,FMC802的功能模型


(4) 一套射频前端由一块自干扰重建单元(型号为US101)、一块接收通道模拟单元(型号为UR101)、一块发射通道模拟单元(型号为UT101)、一块控制与电源单元(型号为UC101)组成。射频前端的外形如图8所示,功能模型如图9所示。
   (a) 接收通道、发射通道模拟单元。物理形态为自定义模块。
   (b) 自干扰重建单元。物理形态为自定义模块;主要功能包括重建出自干扰信号。为了支持2发2收,自干扰重建单元设计两条通路,每条通路支持两条重建支路。
   (c) 控制与电源单元,物理形态为自定义模块。



图8,射频前端的物理形状



图9,射频前端的功能模型

4 CCFD SDR功能模型
1发1收CCFD SDR平台的数字信号处理部分的功能模型如图10所示。

图10,1发1收CCFD SDR平台的功能模型
多发多收CCFD SDR平台,可由多个1发1收CCFD SDR平台集成得到。

5 单元与模块的主要技术指标
系统指标

数字信号处理单元
       (a) 标准6U CPCI板卡
       (b) 2×Kintex-7 FPGA
       (c) 3×FMC,其中2×HPC FMC,1×LPC FMC
       (d) 板载OCXO,支持系统时钟输入/输出
       (e) 支持光纤或以太网时钟恢复
       (f) 千兆以太网
       (g) 支持单板独立工作,支持多板协同工作,最大板间互连速率达到80Gbps

AD/DA转换单元
       (a) 双通道,250MSPS,12位ADC (定为提供最大ADC 采样速率12bit@5Gsps的FMC供选择)。
       (b)双通道,1GSPS,16位DAC (定为提供最大DAC采样速率12bit@5Gsps的FMC供选择)。
       (c) 支持多个时钟参考,板载时钟软件可配置。
       (d) AD/DA同步采样,同步输出。
       (e) 符合通用标准VITA57.1 FMC。

发射通道模拟单元


接收通道模拟单元


自干扰重建单元

天线单元
       (a) 45dB隔离度的一体化2发2收天线
       (b) 独立式全向天线
       (c) 共享式全向天线,环形器隔离

参考资料:

定为电子官网:dingwave plc
定为电子俱乐部:同时同频全双工USDR实验平台简介
百度百科:同时同频全双工
未来移动通信论坛:同时同频全双工:5G潜在关键技术


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