Upphävande av självinterferens
Self-interference cancellation ( SIC ) är en signalbehandlingsteknik som gör det möjligt för en radiosändare/mottagare att samtidigt sända och ta emot på en enda kanal, ett par delvis överlappande kanaler eller vilket par av kanaler som helst i samma frekvensband. När den används för att tillåta samtidig sändning och mottagning på samma frekvens, ibland kallad "in-band full-duplex" eller "samtidig sändning och mottagning", fördubblar SIC effektivt spektral effektivitet . SIC gör det också möjligt för enheter och plattformar som innehåller två radioapparater som använder samma frekvensband att driva båda radioapparaterna samtidigt.
Självstörningsavstängning har applikationer i mobilnät , de olicensierade banden, kabel-TV , mesh-nätverk , militären och allmän säkerhet.
In-band full-duplex har fördelar jämfört med konventionella duplexsystem. Ett frekvensdelningsduplexsystem (FDD) sänder och tar emot samtidigt genom att använda två (vanligtvis vitt åtskilda) kanaler i samma frekvensband. In-band full-duplex utför samma funktion med hälften av spektrumresurserna. Ett system för tidsdelningsduplex (TDD) driver halvduplex på en enda kanal, vilket skapar en illusion av fullduplexkommunikation genom att snabbt växla fram och tillbaka mellan sändning och mottagning. In-band full-duplex radios uppnå dubbelt så hög genomströmning med samma spektrumresurser.
Tekniker
En radiosändtagare kan inte ta bort sin egen sändningssignal enbart baserat på kunskap om vilken information som skickas och hur sändningssignalen är uppbyggd. Signalen som mottagaren ser är inte helt förutsägbar. Signalen som visas vid mottagaren är föremål för varierande fördröjningar. Den består av en kombination av läckage (signalen som går direkt från sändaren till mottagaren) och lokala reflektioner. Dessutom introducerar sändarkomponenter (som blandare och effektförstärkare) icke-linjäriteter som genererar övertoner och brus. Dessa distorsioner måste samplas vid sändarens utgång. Slutligen måste lösningen för att avbryta självstörningar upptäcka och kompensera för förändringar i realtid orsakade av temperaturvariationer, mekaniska vibrationer och rörelser hos saker i omgivningen.
Sändningssignalen kan avbrytas vid mottagaren genom att skapa en exakt modell av signalen och använda den för att generera en ny signal som i kombination med signalen som anländer till mottagaren bara lämnar den önskade mottagningssignalen. Den exakta mängden avstängning som krävs kommer att variera beroende på effekten hos sändningssignalen som är källan till självstörningen och signal-brusförhållandet (SNR) som länken förväntas hantera i halvduplex-mod. En typisk siffra för Wi-Fi och mobilapplikationer är 110 dB signalavstängning, även om vissa applikationer kräver större avstängning.
För att avbryta en lokal sändningssignal krävs en kombination av analog och digital elektronik. Styrkan på sändningssignalen kan reduceras måttligt innan den når mottagaren genom att använda en cirkulator (om en delad antenn används) eller antennisoleringstekniker (som korspolarisering) om separata antenner används. Den analoga avsläckaren är mest effektiv för att hantera starka signaler med en kort fördröjningsspridning. En digital avbrytare är mest effektiv för att hantera svaga signaler med fördröjningar större än 1 000 nanosekunder. Den analoga utsläckaren bör bidra med minst 60 dB av uppsägning. Den digitala utsläckaren måste bearbeta både linjära och icke-linjära signalkomponenter, vilket producerar cirka 50 dB av utsläckning. Både de analoga och digitala utsläckarna består av ett antal "uttag" som består av dämpare, fasskiftare och fördröjningselement. Kostnaden, storleken och komplexiteten för SIC-lösningen bestäms i första hand av det analoga steget. Också viktiga är avstämningsalgoritmerna som gör det möjligt för avbrytaren att anpassa sig till snabba förändringar. Avbrytningsalgoritmer behöver vanligtvis anpassas med en hastighet av en gång var några hundra mikrosekunder för att hålla jämna steg med förändringar i miljön.
SIC kan också användas för att reducera eller eliminera intilliggande kanalinterferens. Detta gör att en enhet som innehåller två radioapparater (som en Wi-Fi-åtkomstpunkt med två 5 GHz-radioapparater) kan använda vilket par kanaler som helst oavsett separation. Intilliggande kanalinterferens består av två huvudkomponenter. Signalen på sändningsfrekvensen, känd som blockeraren, kan vara så stark att den gör en mottagare som lyssnar på en intilliggande kanal okänslig. En stark, lokal sändare producerar också brus som spiller över på den intilliggande kanalen. SIC kan användas för att minska både blockeraren och bruset som annars skulle kunna förhindra användning av en intilliggande kanal.
Ansökningar
In-band full duplex
Att sända och ta emot på exakt samma frekvens vid exakt samma tidpunkt har flera syften. In-band full duplex kan potentiellt fördubbla spektral effektivitet. Den tillåter äkta full duplex-drift där endast en enda frekvens är tillgänglig. Och det möjliggör "lyssna medan du pratar" (se kognitiv radio nedan).
Integrerad åtkomst och backhaul
Även om de flesta små celler förväntas matas med fiberoptisk kabel, är det inte alltid praktiskt att köra fiber. Återanvändning av de frekvenser som används av en liten cell för att kommunicera med användare (”access”) för kommunikation mellan den lilla cellen och nätverket (”backhaul”) kommer att vara en del av 3GPP:s 5G-standarder. När den implementeras med SIC, annulleras den lokala backhaul-radions sändningssignal vid den lilla cellens mottagare, och den lilla cellens sändningssignal annulleras vid den lokala backhaul-radions mottagare. Inga ändringar krävs av användarnas enheter eller fjärrstyrd backhaul-radio. Användningen av SIC i dessa applikationer har framgångsrikt testats av Telecom Italia Mobile och Deutsche Telekom .
Satellitrepeaters
SIC gör det möjligt för satellitrepeater att utöka täckningen till inomhus, urbana kanjoner och andra platser genom att återanvända samma frekvenser. Denna typ av repeater är i huvudsak två radioapparater anslutna rygg mot rygg. En radio är vänd mot satelliten, medan den andra radion är vänd mot området som inte är i direkt täckning. De två radioapparaterna vidarebefordrar signalerna (istället för att lagra och vidarebefordra databitar) och måste isoleras från varandra för att förhindra återkoppling. Den satellitvända radion lyssnar på satelliten och måste vara isolerad från sändaren som upprepar signalen. På samma sätt lyssnar den inomhusvända radion efter inomhusanvändare och måste isoleras från sändaren som upprepar deras signaler till satelliten. SIC kan användas för att ta bort varje radios sändningssignal vid den andra radions mottagare.
Full duplex DOCSIS 3.1
Kabelnätverk har traditionellt allokerat större delen av sin kapacitet till nedströmsöverföringar. Den senaste tidens tillväxt av användargenererat innehåll kräver mer uppströmskapacitet. Cable Labs utvecklade Full Duplex DOCSIS 3.1-standarden för att möjliggöra symmetrisk service med hastigheter upp till 10 Gbit/s i varje riktning. I DOCSIS 3.1 är olika frekvenser allokerade för uppströms och nedströms sändningar, åtskilda av ett skyddsband. Full Duplex DOCSIS etablerar ett nytt band som tillåter en blandning av uppströms och nedströms kanaler på intilliggande kanaler. Huvudänden måste stödja samtidig överföring och mottagning över hela duplexbandet, vilket kräver SIC-teknik. Kabelmodemen behöver inte sända och ta emot på samma kanaler samtidigt, men de måste använda olika kombinationer av uppströms- och nedströmskanaler enligt instruktioner från huvudänden.
Trådlösa mesh-nätverk
Mesh-nätverk används för att utöka täckningen (för att täcka hela hem) och för ad-hoc-nätverk (nödkommunikation). Trådlösa mesh-nätverk använder en mesh-topologi för att ge önskad täckning. Data färdas från en nod till en annan tills den når sin destination. I mesh-nätverk som använder en enda frekvens lagras och vidarebefordras data vanligtvis, där varje hopp lägger till en fördröjning. SIC kan göra det möjligt för trådlösa mesh-noder att återanvända frekvenser så att data återsänds (vidaresänds) när de tas emot. I mesh-nätverk som använder flera frekvenser, såsom Wi-Fi-nätverk för hela hemmet som använder "tri-band" routrar, kan SIC möjliggöra större flexibilitet i kanalval. Tri-band routrar har en 2,4 GHz och en 5 GHz radio för att kommunicera med klientenheter, och en andra 5 GHz radio som endast används för internodkommunikation. De flesta tri-band routrar använder samma par 80 MHz-kanaler (i motsatta ändar av 5 GHz-bandet) för att minimera störningar. SIC kan tillåta tri-band routrar att använda någon av de sex 80 MHz-kanalerna i 5 GHz-bandet för koordinering både inom nätverk och mellan angränsande nätverk.
Militär kommunikation
Militären kräver ofta flera högeffektradioapparater på samma luft-, land- eller sjöplattform för taktisk kommunikation. Dessa radioapparater måste vara pålitliga även vid störningar och fiendens störningar. SIC gör det möjligt för flera radioapparater att fungera på samma plattform samtidigt. SIC har också potentiella tillämpningar inom militär- och fordonsradar, vilket gör att radarsystem kan sända och ta emot kontinuerligt snarare än att ständigt växla mellan sändning och mottagning, vilket ger högre upplösning. Dessa nya förmågor har erkänts som en potentiell "supermakt" för väpnade styrkor som kan åstadkomma ett paradigmskifte inom taktisk kommunikation och elektronisk krigföring.
Spektrumdelning
Nationella tillsynsmyndigheter, som Federal Communications Commission i USA, tar ofta upp behovet av mer spektrumresurser genom att tillåta delning av underutnyttjat spektrum. Till exempel tävlar miljarder Wi-Fi- och Bluetooth- enheter om åtkomst till ISM-banden . Smartphones, Wi-Fi-routrar och smarta hemhubbar stöder ofta Wi-Fi, Bluetooth och andra trådlösa tekniker i samma enhet. SIC-tekniken gör det möjligt för dessa enheter att driva två radioapparater i samma band samtidigt. Spektrumdelning är ett ämne av stort intresse för mobiltelefonindustrin när den börjar distribuera 5G-system.
Kognitiv radio
Radioapparater som dynamiskt väljer lediga kanaler för att mer effektivt använda ändliga spektrumresurser är föremål för omfattande forskning. Traditionella system för spektrumdelning är beroende av Lyssna-före-samtal-protokoll. Men när två eller flera radioapparater väljer att sända på samma kanal samtidigt blir det en kollision. Kollisioner tar tid att upptäcka och lösa. SIC möjliggör lyssna medan du pratar, vilket säkerställer omedelbar upptäckt och snabbare upplösning av kollisioner.
Se även
Y. Hua, Y. Ma, A. Gholian, Y. Li, A. Cirik, P. Liang, "Radio Self-Interference Cancellation by Transmit Beamforming, All-Analog Cancellation and Blind Digital Tuning," Signal Processing, Vol. 108, s. 322-340, 2015.