ON DESIGN CONCEPT FOR FULL-DUPLEX BASED FLEXIBLE RADIO TRANSCEIVERS
Concept de design d'émetteurs-récepteurs radio flexibles basés sur la technologie Full-Duplex
Abstract
The wireless medium is a shared and limited resource. Current wireless standards
always share the medium with Half-Duplex principle: the transmission and reception
of signals are done in two separate time slots or two different frequency bands.
Besides, the transceiver can only transmit and receive one signal at a time.
This dissertation takes an alternate approach: Instead of sharing the medium with
Half-Duplex principle, the entire licensed frequency band is shared for simultaneous
transmission and reception, which we call Full-Duplex. Besides, the design concept
for a wideband flexible radio transceiver can process two different types of signals at
a time.
To reach this goal, we propose to use an active analog radio frequency (RF) selfinterference
cancellation (AARFSIC) method or a combination scheme of the AARFSIC
and active digital self-interference cancellation in time domain (ADSICT) to cancel
the strong self-interference (SI) induced by the Full-Duplex principle. Based on the
Full-Duplex radio, we propose a flexible Full-Duplex Dual-Band (FDDB) OFDM radio
transceiver by combining the Dual-Band RF front-end.
Building on these, we make three main contributions: We present an active selfinterference
cancellation (ASIC) scheme, which can cancel both the strong one-path
and multi-path SI completely, based on the combination of the AARFSIC and DSICT.
Next, we introduce the design and evaluation of a Full-Duplex OFDM radio, including
analysis and qualification of the impact of the thermal noise and phase noise on
the system performance. Finally, we develop an FDDB OFDM radio that can work on
two separate spectrum fragments. In order to eliminate the impact of the I/Q imbalance
on the FDDB radio, a simple but practical digital I/Q imbalance estimation and
compensation method is presented. The system level simulation conducted with ADS
and Matlab software shows that this method can efficiently compensate both high and
low I/Q imbalance.
Le medium sans fil est une ressource partagée et limitée. Les normes sans fil
actuelles partagent toujours le principe de partage du medium Half-Duplex: la transmission
et la réception de signaux sont effectuées dans deux intervalles de temps distincts
ou deux bandes de fréquences différentes. En outre, l’émetteur-récepteur ne
peut émettre et recevoir qu’un signal à la fois.
Cette thèse suit une autre approche: au lieu de partager le support avec le principe
de Half-Duplex, toute la bande de fréquence autorisée est partagé pour la transmission
et la réception simultanée, approche qui est appelée Full-Duplex. Dès lors, on peut
concevoir une architecture d’un émetteur-récepteur radio flexible à large bande pour
traiter deux types de signaux différents à la fois.
Pour approcher cet objectif, nous utilisons une méthode de suppression active
analogique de l’auto-interférence (AARFSIC) et l’annulation active numérique d’autointerférence
dans le domaine temporel (ADSICT) pour annuler la forte auto-interférence
(SI) induite par le principe Full-Duplex. Basé sur la radio Full-Duplex, nous proposons
un système flexible Dual-Band (FDDB) émetteur-récepteur radio OFDM Full-Duplex
en la combinant avec un front-end RF double bande.
S’appuyant sur ces principes, nous exposons trois contributions principales: Nous
présentons une technique d’annulation analogique de l’auto-interférence (ASIC), qui
peut annuler complètement l’auto-interférence à trajet direct ou multi-trajets, basée
sur la combinaison des méthodes AARFSIC et DSICT. Ensuite, nous présentons la conception
et l’évaluation d’une radio OFDM Full-Duplex, y compris l’analyse et la qualification
de l’impact du bruit thermique et du bruit de phase sur les performances du
système. Enfin, nous développons une radio dual-bande FDDB OFDM qui peut fonctionner
sur deux fragments de spectre séparés. Afin d’éliminer l’impact du déséquilibre
I/Q sur la radio FDDB, une méthode d’estimation des déséquilibres I/Q et de
compensation, simple mais efficace, est présentée. La simulation au niveau système
menée avec ADS et Matlab montre que cette méthode peut effectivement compenser
des déséquilibres I/Q aussi bien élevés que faibles.
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