CN102595627B - 一种基于频域调度的双工通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频域调度的双工通信方法。本发明提出的双工通信方法包括：每个子频段的双工模式有三种选择：①通信装置向终端设备发射信号，②通信装置从终端设备接收信号，③同频同时的双工模式；系统根据通信装置获知的各个设备的传输请求、服务质量等级、数据块的大小、信道质量等信息以及干扰水平和通信装置自身的干扰消除能力，频域调度动态地分配每个子频段的双工模式和所分配的同频同时工作的终端设备。本发明采用动态的频域调度方法确定每一子频段的双工模式，可以灵活地进行子频段的分配；利用干扰消除能力等信息进行动态调度，从而在提高资源利用率的同时，也有效地降低通信装置发射天线对接收天线的干扰。

Description

一种基于频域调度的双工通信方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种基于频域调度的双工通信方法。

背景技术

无线通信系统的一项基本任务是建立和保持收发节点间的通信链路，实现通信数据的双向传输。

传统的频分双工通信系统，采用不同的频率进行收发，因而收发信道间是频分正交的。一般地，在一个频段内，信道又被划分为若干个子频段，每个子频段或者为发射频段、或者为接收频段。

一个传统的频分双工通信系统的频率分配的示例如图1所示。在该例子中，信道被分为6个子频段，其中前3个子频段用于通信装置(通信网络的中心节点，如蜂窝网络中的基站、无线局域网中的接入点等)向终端设备(通信网络的终端节点，如手机等)发射信号，后3个子频段用于通信装置从终端设备接收信号。因为传统的频分双工通信系统中，每一个子频段中信号只能单向传输，所以资源利用率较低。而且，如图1所示，每个子频段的双工模式是设定的，或者发射或者接收。

近年来，有研究者提出了同频同时收发的概念，该方法利用干扰消除可以在所有同频率同时间的信道上实现接收和发射，但是收发之间的干扰是影响该系统性能的重要因素。在干扰理想消除的情况下，同频同时收发系统的容量大于传统频分双工通信系统；但是，在干扰无法完全消除的情况下，两者容量的比较取决于干扰消除的能力，而干扰消除的能力与很多因素有关，在实际系统中可能是动态变化的。

发明内容

本发明提出一种基于频域调度的双工通信方法，结合了传统的频分双工和同频同时双工的优点，以提高资源利用率，并且利用干扰消除能力等信息进行动态调度，以有效降低同频同时双工下收发之间干扰的影响。

本发明的目的在于提出一种基于频域调度的双工通信方法。

本发明的基于频域调度的双工通信方法包括：

每个子频段的双工模式有三种选择：①通信装置向终端设备发射信号，②通信装置从终端设备接收信号，③通信装置向终端设备发射信号又同时在该子频段上从终端设备接收信号，即同频同时的双工模式；

系统根据通信装置获知的各个设备的传输请求、服务质量等级、数据块的大小、信道质量等信息以及干扰水平和通信装置自身的干扰消除能力，频域调度动态地分配每个子频段的双工模式和所分配的同频同时工作的终端设备。

由于通信装置的发射天线和接收天线可能同频同时工作，因此，通信装置的发射信号会对其自身的接收信号造成较强的干扰，频域调度需要考虑干扰水平以及通信装置自身的干扰消除能力等信息，在提高资源利用率的同时，也有效地降低通信装置发射天线对接收天线的干扰。

本发明的双工通信方法中的频域调度的方法包括以下步骤：

1)在每一调度周期开始时，系统将所有需要通信装置发射信号的终端设备初始化为待发射设备集合，待发射设备包括设备1至设备N，并将所有需要通信装置接收信号的终端设备初始化为待接收设备集合，待接收设备包括设备N+1至设备M，其中N和M为自然数，且M＞N；

2)通信装置将待发射设备和待接收设备的总数与该调度周期内的当前的可用子频段的总数相比较：

(a)如果待发射设备和待接收设备的总数不大于该调度周期内的当前的可用子频段的总数，则此时的调度方法和传统的频分双工通信系统的调度方法相同，所有的终端设备被分配在不同的子频段上，采用传统的频分双工通信系统的调度方法之后，本次调度结束，

(b)如果待发射设备和待接收设备的总数大于该调度周期内的当前的可用子频段的总数，则进入步骤3)；

3)从待发射设备集合中选取设备j(j取值从1到N)，并从待接收设备集合中选取设备k(k取值从N+1至M)，通信装置的接收信号经过干扰消除后的信干噪比与预先设定的阈值相比较，阈值由待接收设备的接收灵敏度以及待接收设备要求的服务质量决定：

(i)如果设备k和待发射设备j组对之后，通信装置接收信号经过干扰消除后的信干噪比大于预先设定的阈值，则设备j和设备k组对成功，可以作为同频同时收发的一对终端设备，则进入步骤4)，

(ii)如果没有待接收设备和设备j组对后满足接收信干噪比要求，即组对失败，则选择待发射设备集合中的下一个设备，即设备j+1，重复步骤3)，直到存在一待发射设备和一待接收设备组对成功，进入步骤4)，

(iii)如果遍历所有待发射设备集合后，没有待发射设备和待接收设备组对成功，则说明不能应用同频同时的双工模式，此时调度方法与传统的频分双工通信系统相同，采用传统的调度方法之后，本次调度结束；

4)待发射设备j和待接收设备k组对成功后，则分配给这一对设备一个可用子频段，该子频段将采用同频同时的双工模式，即通信装置向设备j发射信号又同时在该子频段上从设备k接收信号，并将设备j和设备k分别从待发射设备集合与待接收设备集合中清除，返回步骤2)，直到调度周期内的所有可用子频段均已进行分配，本次调度结束。

上述步骤中提到的调度周期的长短依据应用场景的具体物理信道而定，如果信道特性在短时间内剧烈变化，则需要缩短调度周期；反之则可使用较长的调度周期。上述步骤中提到的传统的频分双工通信系统的调度方法，可以包括轮询和比例公平等调度方式；上述步骤中所提到的干扰消除的方法，包括传统的干扰抵消和干扰隔离等方法。本发明的有益效果：

本发明的频域调度方法，其根本特征在于系统根据通信装置的发射天线对接收天线的干扰水平，以及干扰消除能力等信息，动态地进行双工模式的选择以及设备组对。本发明采用动态的频域调度方法确定每一子频段的双工模式，可以灵活地进行子频段的分配；利用干扰消除能力等信息进行动态调度，从而在提高资源利用率的同时，也有效地降低通信装置发射天线对接收天线的干扰。

附图说明

图1为传统的频分双工通信系统的子频段分配的示意图；

图2为本发明的基于频域调度的双工通信方法的子频段分配的示意图；

图3为本发明的基于频域调度的双工通信方法的系统的结构示意图；

图4为本发明的实施例中对可用子频段进行分配的示意图；

图5为本发明的实施例的调度结果，其中，子频段1：通信装置->设备1、设备6->通信装置，子频段2：通信装置->设备3、设备5->通信装置，子频段3：通信装置->设备2，子频段4：通信装置->设备4。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例详描述本发明的实施方式。

如图2所示，每个子频段的双工模式是动态的，根据实时的信道情况以及干扰消除能力进行动态地子频段分配。每个子频段的双工模式有三种选择：①通信装置向终端设备发射信号，②通信装置从终端设备接收信号，③通信装置向终端设备发射信号又同时在该子频段上从终端设备接收信号，即同频同时的双工模式。

图3为本发明的基于频域调度的双工通信方法的系统的结构示意图，如图3所示，在每一调度周期开始时，系统将所有需要通信装置发射信号的终端设备初始化为待发射设备集合，待发射设备包括设备1至设备N，并将所有需要通信装置接收信号的终端设备初始化为待接收设备集合，待接收设备包括设备N+1至设备M，其中N和M为自然数，且M＞N。

本发明的实施例对可用子频段进行分配的示意图，如图4所示。

假设在调度周期开始时，待发射设备集合中有四个待发射设备，即设备1、2、3和4，待接收设备集合中有两个待接收设备，即设备5和6。假设本调度周期内有四个可用子频段，也就是未被分配的子频段，由于总共有六个设备，因此有些子频段需要采用同频同时的双工模式。

首先选择待发射设备集合中的设备1，假设待接收设备集合中的设备5和设备1组对之后，接收信号经过干扰处理后的信干噪比小于阈值，则继续选择待接收设备集合中的设备6，而设备6和设备1组对之后，接收信号经过干扰消除后的信干噪比大于阈值，则设备1和设备6组对成功，并分配在可用子频段1，设备1和设备6分别从待发射设备集合以及待接收设备集合中清除。

完成设备1和设备6的组对成功并分配子频段及清除后，待发射设备集合和待接收设备集合中总共有四个设备，而当前的可用子频段的总数只有三个，因此还需要继续进行同频同时双工的设备组对。

然后选择待发射设备集合中的设备2，假设待接收设备集合中的设备5和设备2组对之后，接收信号经过干扰处理后的信干噪比小于阈值，因此设备2和设备5不能组对。再选择待发射设备集合中的设备3，假设待接收设备集合中的设备5和设备3组对之后，接收信号经过干扰处理后的信干噪比大于阈值，因此设备3和设备5组对成功，并分配给子频段2，设备3和设备5分别从待发射设备集合以及待接收设备集合中清除。

完成设备3和设备5的组对成功并分配子频段及清除后，待发射设备集合和待接收设备集合中只有两个设备，而当前的可用子频段的总数正好有两个，与传统的频分双工通信系统的调度方法相同，子频段3和子频段4分别分配给设备2和设备4。

本次调度周期内的所有可用子频段均已进行分配，因此本次调度结束。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种基于频域调度的双工通信方法，其特征在于，所述双工通信方法包括：

每个子频段的双工模式有三种选择：①通信装置向终端设备发射信号，②通信装置从终端设备接收信号，③通信装置向终端设备发射信号又同时在该子频段上从终端设备接收信号，即同频同时的双工模式；

系统根据通信装置获知的各个设备的传输请求、服务质量等级、数据块的大小、信道质量等信息以及干扰水平和通信装置自身的干扰消除能力，频域调度动态地分配每个子频段的双工模式和所分配的同频同时工作的终端设备；

所述频域调度的方法包括以下步骤：

1）在每一调度周期开始时，系统将所有需要通信装置发射信号的终端设备初始化为待发射设备集合，待发射设备包括设备1至设备N，并将所有需要通信装置接收信号的终端设备初始化为待接收设备集合，待接收设备包括设备N+1至设备M，其中N和M为自然数，且M>N；

2)通信装置将待发射设备和待接收设备的总数与该调度周期内的当前的可用子频段的总数相比较：

（a）如果待发射设备和待接收设备的总数不大于该调度周期内的当前的可用子频段的总数，则此时的调度方法和传统的时分双工通信系统的调度方法相同，所有的终端设备被分配在不同的子频段上，采用传统的时分双工通信系统的调度方法之后，本次调度结束，

（b）如果待发射设备和待接收设备的总数大于该调度周期内的当前的可用子频段的总数，则进入步骤3）；

3）从待发射设备集合中选取设备j，j取值从1到N，并从待接收设备集合中选取设备k，k取值从N+1至M，通信装置的接收信号经过干扰消除后的信干噪比与预先设定的阈值相比较：

（i）如果设备k和待发射设备j组对之后，通信装置接收信号经过干扰消除后的信干噪比大于预先设定的阈值，则设备j和设备k组对成功，可以作为同频同时收发的一对终端设备，则进入步骤4），

（ii）如果没有待接收设备和设备j组对后满足接收信干噪比要求，即组对失败，则选择待发射设备集合中的下一个设备，即设备j+1，重复步骤3），直到存在一待发射设备和一待接收设备组对成功，进入步骤4），

（iii）如果遍历所有待发射设备集合后，没有待发射设备和待接收设备组对成功，则说明不能应用同频同时的双工模式，此时调度方法与传统的时分双工通信系统相同，采用传统的调度方法之后，本次调度结束；

4）待发射设备j和待接收设备k组对成功后，则分配给这一对设备一个可用子频段，该子频段将采用同频同时的双工模式，即通信装置向设备j发射信号又同时在该子频段上从设备k接收信号，并将设备j和设备k分别从待发射设备集合与待接收设备集合中清除，返回步骤2），直到调度周期内的所有可用子频段均已进行分配，本次调度结束。

2.如权利要求1所述的双工通信方法，其特征在于，所述阈值由待接收设备的接收灵敏度以及待接收设备要求的服务质量决定。

3.如权利要求1所述的双工通信方法，其特征在于，所述传统的时分双工通信系统的调度方法包括轮询和比例公平的调度方式。

4.如权利要求1所述的双工通信方法，其特征在于，所述干扰消除的方法，包括传统的干扰抵消和干扰隔离的方法。