本文档属于类型b（综述论文）。以下是针对该文档的学术报告：

作者及机构
本文由IEEE资深会员Besma Smida（伊利诺伊大学芝加哥分校）、Risto Wichman（阿尔托大学）、Kenneth E. Kolodziej（麻省理工学院林肯实验室）、Himal A. Suraweera（佩拉adeniya大学）、Taneli Riihonen（坦佩雷大学）及IEEE会士Ashutosh Sabharwal（莱斯大学）共同撰写，发表于2024年5月的《Proceedings of the IEEE》期刊，标题为《In-Band Full-Duplex: The Physical Layer》。

主题
论文全面综述了同频全双工（In-Band Full-Duplex, IBFD）通信在物理层设计中的关键概念与技术进展，重点探讨了自干扰消除、大规模MIMO（多输入多输出）IBFD、毫米波IBFD及多功能网络集成等领域的创新。

主要观点与论据

1. 自干扰的挑战与消除方法
   自干扰是IBFD的核心挑战，其强度可比目标信号高100 dB。论文系统回顾了三类消除域：
   

• 传播域（∆p）：通过天线布局优化隔离（如分阵列架构），减少直接耦合。
  
• 模拟域（∆a）：基于信道估计的模拟电路级干扰抵消，需平衡动态范围与功耗。
  
• 数字域（∆d）：利用数字信号处理（如预编码算法）抑制残余干扰，依赖高精度ADC（模数转换器）。
  支持证据：实验显示，结合三域方法可实现85 dB的中值干扰抑制（如[75]中的三天线系统）。此外，机器学习方法（如深度学习线性最小均方误差估计器[42]）能动态适应非线性失真，较传统多项式模型降低36%计算复杂度[69]。

1. 大规模MIMO IBFD的架构创新
   传统IBFD设计难以扩展至大规模MIMO系统，因其模拟消除器复杂度随天线数平方增长（O(N²)）。论文提出：
   

• 分阵列架构：固定部分天线为发射或接收模式，牺牲自由度以降低硬件复杂度（如[77]中的多路复用器路由设计）。
  
• 自适应分阵列：通过空时编码（如“软空投影”[84]）动态分配天线角色，在72天线阵列中实现50 dB干扰抑制。
  支持理论：物理边界最小化原则[87]表明，优化子阵列边界长度可降低自干扰，而联合预编码设计（如JointNull算法）能额外提升15 dB性能。

1. 毫米波IBFD的混合波束成形
   毫米波系统因带宽大、天线数多，需混合波束成形（数字+模拟）以平衡功耗与灵活性。论文指出：
   

• 硬件约束：低分辨率移相器（如1比特[110]）仍可超越半双工性能，单射频链设计[112]适合移动设备。
  
• 波束成形码本优化：基于角度到达/离开（AoA/AoD）的慢时变特性设计码本[111]，或通过剪枝法[120]减少高干扰波束测量。
  实验验证：28 GHz原型系统[121]实现84 dB自干扰消除，吞吐量较半双工提升1.7倍。

1. 多功能网络中的IBFD集成
   IBFD为集成感知与通信（Integrated Sensing and Communication, ISAC）、认知无线电等场景提供基础：
   

• ISAC：连续波雷达架构（如线性调频信号）与通信波形（如OFDM）共享硬件，通过IBFD实现同时收发。实验显示，5G新波形结合100 dB干扰消除可实现0.4米分辨率的环境映射[171]。
  
• 认知无线电：IBFD支持频谱感知与数据传输同频并发，提升频谱利用率。
  

论文价值与意义
1. 学术价值：系统梳理了IBFD物理层的技术脉络，揭示了从传统模型到机器学习方法的范式转变，为6G网络设计提供理论框架。
2. 应用价值：IBFD已被纳入DOCSIS 4.0（有线接入）和ATSC 3.0（电视广播）标准，3GPP的Subband Full-Duplex研究为其5G-Advanced/6G商用铺路。
3. 前瞻性：提出多功能网络（如ISAC、无线供能）需依赖IBFD实现资源高效共享，推动通信与感知的深度融合。

亮点
- 跨频段覆盖：从Sub-8 GHz到毫米波频段的自干扰信道统计建模（如莱斯K因子[22]）。
- 方法创新：联合优化模拟/数字波束成形与自干扰消除的统一架构[124]，复杂度不随天线数增长。
- 标准化进展：首次全面总结IBFD在通信标准中的采纳现状（如3GPP研究[VI节]）。