CN103684564A - 基于多天线的同频同时双工的通信方法和系统 - Google Patents
基于多天线的同频同时双工的通信方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于多天线的同频同时双工的通信方法以及通信系统,每个通信节点配备至少两根天线，所述通信节点在相同的频率和时间上进行信息的发射和接收；发送信息时：一部分信息用于选择其中的一根天线作为发射天线；另一部分信息通过符号调制映射到被选中的那根发射天线上进行发射；该通信节点除发射天线以外的天线都作为接收天线；接收信息时：接收天线从接收信号中消除本通信节点自身发射信号的干扰，然后判别对方通信节点的发射天线和发射符号，解调出所有信息。本发明可以实现同频同时双工的工作方式，并可提高频谱效率。
Description
技术领域
本发明涉及发射机天线选择、天线的信号调制方法和干扰消除结合的方法，具体涉及一种基于多天线的同频同时双工的通信方法和系统，属于无线通信领域。
背景技术
无线通信系统的一项基本任务是实现两个通信节点(A1和A2)的信息交互，信息的传输分为两个方向：(1)从A1到A2和(2)从A2到A1。如果一个通信节点采用两根天线，一根作为发射天线，另一根作为接收天线，通信节点在接收天线信号中消除来自自身发射天线的信号，则可以在同一频率和同一时隙中实现双向通信。这种通信方式称为同频同时双工。
发明内容
将同频同时双工系统扩展为每个通信节点采用多根天线发射和多根天线接收，并基于天线选择发射的信息调制技术，本发明提出了一种具有更高频谱效率的通信技术。
本发明的技术方案如下：
一种基于多天线的同频同时双工的通信方法，其特征在于，
每个通信节点配备至少两根天线，所述通信节点在相同的频率和时间上进行信息的发射和接收；
发送信息时：一部分信息用于选择其中的一根天线作为发射天线；另一部分信息通过符号调制映射到被选中的那根发射天线上进行发射；该通信节点除发射天线以外的天线都作为接收天线；
接收信息时：接收天线从接收信号中消除本通信节点自身发射信号的干扰，然后判别对方通信节点的发射天线和发射符号，解调出所有信息。
所述的基于多天线的同频同时双工的通信方法，接收信息时，通过最大似然检测方法判别对方通信节点的发射天线和发射符号，具体方式是首先计算所有的欧氏距离，然后选出最小的欧氏距离，并将获得此值的信道和调制符号作为输出；其中，所述的欧氏距离定义为，接收信号r与根据导频估计出的对方通信节点中的任一根天线到本通信节点接收天线的信道hj和任一调制符号sk的乘积的差的模平方，即||r-hj sk||2。
所述的基于多天线的同频同时双工的通信方法，其所述通信节点除发射天线以外的任何一根天线都可以作为接收天线；接收天线需要从接收信号中消除本通信节点发射信号产生的干扰。
所述的基于多天线的同频同时双工的通信方法，发射信息流被分为两部分，一部分用于信号调制，一部分用于发射天线选择；用于信号调制的信息比特经过信道编码、调制形成发射天线上发射的信号；用于天线选择的信息比特每次有log2M比特，由这部分信息控制选择哪根天线进行发射，其中M为该通信节点的天线数。
所述的基于多天线的同频同时双工的通信方法，对于配置M根天线的通信节点A1，选择m根天线发射，其中0<m<M，选择另外M-m中的一根或多根天线作为接收天线。
本发明同时提供一种基于多天线的同频同时双工的通信系统，包括多个通信节点，其特征在于，每个通信节点均包括发射信息流、天线选择单元、至少两根天线、干扰消除器和接收机；所述的通信节点在相同的频率和时间上进行信息的发射和接收；
其中，
所述的发射信息流，是一串待发送给对方通信节点的比特序列；
所述的天线选择单元，用于选择所有天线中的一根作为发射天线，其它天线作为接收天线；
所述的干扰消除器，用于消除由本通信节点发射天线发射信号时传递到接收天线的干扰；
所述的接收机，用于解调对方通信节点发送的信息，包括信道信息和调制符号信息。
本发明的优点：本发明所述的方法，将部分信息调制在不同的天线上发射,提高了通信的带宽效率；通信节点将发射信号在除发射天线以外的天线上加以消除，从而使得这部分天线可以用于接收来自另一个通信节点同频同时信号，实现了同频同时双工的工作方式。利用上述两种手段的结合提高了频谱效率。
附图说明
图1通信节点示意图。
图2发射信息流示意图。
图3信号接收过程示意图。
图4系统容量比较。
具体实施方式
（一）通信节点
一个通信节点配备M根天线（M≥2），将信息映射到发射天线上，如果每次选一根天线发射，每次通过发射天线选择可以携带Γ=log2M个比特信息。
通信节点在相同的频率和时间上进行发射和接收。该通信节点除发射天线以外的任何一根天线都可以作为接收天线。接收天线需要从接收信号中消除自身发射信号的干扰。
由于通信节点将信息调制于M根天线中的某一根天线上，所以称之为多信道调制全双工技术。通信节点如图1所示，由发射信息流、天线选择单元、M根天线（M≥2）、干扰消除器和接收机组成。各组成部分的功能如下：
发射信息流：二进制比特序列；
天线选择单元：根据输入比特，将一部分用于选择发射天线，另一部分用于调制符号；
M根天线：通信节点匹配天线数；
干扰消除器：根据本通信节点发射信号重构各接收天线的接收信号，然后抵消接收信号中的自干扰；
接收机：根据接收信号解调对方通信节点的信息流。
（二）信号发射过程
在通信节点A1和通信节点A2点对点通信系统中，A1为配备M（M≥2）根天线的通信节点，A2为配备N（N≥2）根天线的通信节点，因为通信节点A1和A2具有相同的发射流，我们仅以A1为例示意发射信息流（见图2）。信息流被分为两部分，一部分用于信号调制，一部分用于发射天线选择。用于信号调制的信息比特经过信道编码、调制等步骤形成发射天线上发射的信号。用于天线选择的信息比特每次有log2M比特，由这部分信息控制选择哪根天线进行发射。
（三）信号接收过程
因为通信节点A1和A2具有相同的发射流，我们仅以A2为例示意信号接收过程（见图3）,其中信息判别分为信道判别、发射天线判别和信息流承载信息判别。信道判别是通过接收信号及信道估计信息判断信号是从哪根天线发射出来的，从而获得控制选择天线的信息比特。信息流承载信息判别是对接收信号的解调和译码，从而获得信号上承载的信息。
（四）技术扩展
配置M根天线的通信节点A1，选择m根天线发射(0<m<M)，选择另外M-m中的一根或多根天线为接收天线。
配置N根天线的通信节点A2，选择n根天线发射(0<n<N)，选择另外N-n中的一根或多根天线为接收天线。
实施例：
设在点对点多信道调制同频同时双工系统中，通信节点A1具有4根天线，A2具有两根天线。
图4比较了本专利方法的容量上界和下界，并于传统的MIMO和传统全双工系统容量进行了比较。在仿真中，传统MIMO的容量定义为4发2收和2发4收的平均值，其中发射能量为P。传统全双工容量定义为1发1收和1发3收的和，其中发射能量为P/2。多信道调制全双工的方式是在一端从4根天线中选1根发剩下3根收，在另一端从2根天线中选1根发剩下1根收，发射能量为P/2。从仿真结果可以看出，本发明方法可以提高全双工系统的容量，其上界可以逼近MIMO系统容量。
Claims (9)
1.一种基于多天线的同频同时双工的通信方法，其特征在于，
每个通信节点配备至少两根天线，所述通信节点在相同的频率和时间上进行信息的发射和接收；
发送信息时：一部分信息用于选择其中的一根天线作为发射天线；另一部分信息通过符号调制映射到被选中的那根发射天线上进行发射；该通信节点除发射天线以外的天线都作为接收天线；
接收信息时：接收天线从接收信号中消除本通信节点自身发射信号的干扰，然后判别对方通信节点的发射天线和发射符号，解调出所有信息。
2.如权利要求1所述的基于多天线的同频同时双工的通信方法，其特征在于，接收信息时，通过最大似然检测方法判别对方通信节点的发射天线和发射符号，具体方式是首先计算所有的欧氏距离，然后选出最小的欧氏距离，并将获得此值的信道和调制符号作为输出；其中，所述的欧氏距离定义为，接收信号r与根据导频估计出的对方通信节点中的任一根天线到本通信节点接收天线的信道hj和任一调制符号sk的乘积的差的模平方，即||r-hj sk||2。
3.如权利要求1所述的基于多天线的同频同时双工的通信方法，其特征在于，所述通信节点除发射天线以外的任何一根天线都可以作为接收天线；接收天线需要从接收信号中消除本通信节点发射信号产生的干扰。
4.如权利要求1所述的基于多天线的同频同时双工的通信方法，其特征在于，发射信息流被分为两部分，一部分用于信号调制，一部分用于发射天线选择；用于信号调制的信息比特经过信道编码、调制形成发射天线上发射的信号；用于天线选择的信息比特每次有log2M比特，由这部分信息控制选择哪根天线进行发射，其中M为该通信节点的天线数。
5.如权利要求1所述的基于多天线的同频同时双工的通信方法，其特征在于，对于配置M根天线的通信节点A1，选择m根天线发射，其中0<m<M，选择另外M-m中的一根或多根天线作为接收天线。
6.一种基于多天线的同频同时双工的通信系统，包括多个通信节点，其特征在于，每个通信节点均包括发射信息流、天线选择单元、至少两根天线、干扰消除器和接收机；所述的通信节点在相同的频率和时间上进行信息的发射和接收；
其中，
所述的发射信息流，是一串待发送给对方通信节点的比特序列；
所述的天线选择单元，用于选择所有天线中的一根作为发射天线，其它天线作为接收天线；
所述的干扰消除器，用于消除由本通信节点发射天线发射信号时传递到接收天线的干扰；
所述的接收机，用于解调对方通信节点发送的信息，包括信道信息和调制符号信息。
7.如权利要求6所述的基于多天线的同频同时双工的通信系统，其特征在于，所述每个通信节点除发射天线以外的任何一根天线都可以作为接收天线；接收天线需要从接收信号中消除本通信节点发射信号产生的干扰。
8.如权利要求6所述的基于多天线的同频同时双工的通信系统，其特征在于，所述发射信息流被分为两部分，一部分用于信号调制，一部分用于发射天线选择；用于信号调制的信息比特经过信道编码、调制形成发射天线上发射的信号；用于天线选择的信息比特每次有log2M比特，由这部分信息控制选择哪根天线进行发射，其中M为该通信节点的天线数。
9.如权利要求6所述的基于多天线的同频同时双工的通信系统，其特征在于，对于配置M根天线的通信节点A1，选择m根天线发射，其中0<m<M，选择另外M-m中的一根或多根天线作为接收天线。
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