全双工无线通信的速率增益区域与设计权衡

在本文中，我们分析了实际全双工系统能够实现比等效半双工系统更高速率的机制。实际全双工系统的关键挑战是未消除的自干扰信号，这是由硬件和实施缺陷共同引起的。因此，我们首先提出了一个信号模型，该模型捕捉了显著损伤的影响，如振荡器相位噪声、低噪声放大器噪声系数、混频器噪声和模数转换器量化噪声。利用详细的信号模型，我们研究了速率增益区域，该区域定义为全双工系统在可达速率方面优于半双工系统的接收感兴趣信号强度区域。速率增益区域在对数域中被推导为分段线性近似，数值结果表明该近似与精确区域高度吻合。我们的分析表明，当相位噪声主导混频器和量化噪声时，全双工系统可以使用有源模拟抵消或基带数字抵消来实现几乎相同的速率增益区域。最后，作为一个设计实例，我们在典型室内环境中对实际无线应用的全双工系统性能和速率增益区域进行了数值研究。