CN105592466A - 一种自由双工的通信信道分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种自由双工的通信信道分配方法。本发明边缘节点全部为传统频分双工设备，或者全部为传统时分双工设备；中心节点在同一物理信道上进行双向收发；中心节点包括独立的发射机和接收机，接收机在设备内部通过有线连接获得发射机所发射的信号S，发射天线与接收天线间的信道通过估计获得；中心节点还包括一个干扰消除器，用于对信号S进行干扰信号消除。该信道分配方法，对传统时分双工设备，各个时隙均可同时用于上行和下行；对传统频分双工设备，各个频点的信道均可同时用于接收和发射。本发明提供的方法可以大量减少为支持双向通信而分别分配给收发通信的物理信道所带来的频谱消耗。

Description

一种自由双工的通信信道分配方法
技术领域
本发明涉及一种通信方法，具体涉及一种自由双工的通信系统及其信道分配方法，属于无线通信领域。
背景技术
近年来，无线通信中的频谱资源变得越来越稀缺，如何有效地减少系统中的干扰，准确高速地传送数据，从而提高系统的频谱效率和系统容量，成为无线通信理论研究中的一项重要课题。目前的双工方式主要分为频分双工(FrequencyDivisionDuplex,FDD)和时分双工(TimeDivisionDuplex,TDD)。FDD在不同频率的信道上接收和发射信号；TDD在同一频率、不同时隙收发信号。这两种双工方式都需要为上行和下行分配独立的频谱资源。通常，上下行各占用系统总频谱的一半可以满足对称的上下行业务需求。近年来，又有研究者提出码分双工(CodeDivisionDuplex,CDD)的技术，该技术为上下行分配不同的码信道进行通信，本质上也是对频率资源进行正交性划分后为上下行分配信道。
图1所示为传统的时分双工和频分双工的信道划分方式。在传统方式中，星型网络中每个边缘节点与中心节点的收发在不同的时间或频率信道上进行。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种新的双工通信方法以节约收发频带，本发明包括系统结构和信道分配方法。
本发明的基本思想是利用干扰信号消除和/或隔离技术实现在同一物理信道上的双向通信，该双工方式称为自由双工(FreeDuplex，FD)。
本发明提供的技术方案如下：
一种自由双工(FreeDuplex，FD)的通信系统，所述通信系统为一个包含多用户的星形网络(如图3所示)，所述星形网络由一个中心节点和多个边缘节点组成，其特征是，
所述边缘节点全部为传统时分双工设备，或者全部为传统频分双工设备；
所述中心节点在同一物理信道上进行双向收发(如图4)；
所述中心节点包括独立的发射机和接收机。该接收机在设备内部通过有线连接获得该发射机所发射的信号S，发射天线与接收天线间的信道也可以通过估计获得；
所述中心节点还包括一个干扰消除器，用于对上述信号S进行干扰信号消除。
所述通信系统，其特征是，所述中心节点与边缘节点之间通过无线方式进行通信。
所述通信系统，其特征是，所述中心节点的发射天线与接收天线间的信道通过估计获得；发射天线与接收天线之间可通过挡板进行隔离，以减少发射天线对接收天线的干扰。
所述通信系统，其特征是，所述信道估计方法为基于导频的信道估计，即发射机周期地发射导频信号，接收机根据接收到的导频信号进行最小均方误差信道估计或最大似然信道估计。
所述通信系统，其特征是，所述接收机获得发射机发射信号并得到信道估值后，所述干扰消除器对接收到的干扰信号进行干扰消除，并将干扰信号从接收信号中消除，干扰消除后，接收机对目标信号进行解调。
所述通信系统，其特征是，在射频和数字基带分别或联合进行干扰消除。
所述通信系统的信道分配方法(如图2)，由中心控制单元负责各个节点的接入和信道分配，再将信道分配结果通过信令信道发送给通信节点，其特征是，
当边缘节点为传统时分双工设备时，信道保留时隙划分方式，但是所述信道在各个时隙均可同时用于上行和下行；对于中心节点，每个时隙既有上行也有下行，上下行的用户各不相同；
当边缘节点为传统频分双工设备时，信道保留频率信道划分方式，但是各个频点的信道均可同时用于接收和发射；对于中心节点，每个频率的信道既有上行也有下行，上下行的用户各不相同。
所述的信道分配方法，其特征是，对于边缘节点为传统时分双工设备的情况，其信道分配方法如下：
首先，为所有用户进行下行或上行时隙分配；
然后，将所分配的下行或上行用户时隙进行i个时隙的循环移位就得到了上行或下行时隙分配的结果。
所述的信道分配方法，其特征是，对于边缘节点为传统频分双工设备的情况，其信道分配方法如下：
首先，为所有用户进行下行或上行信道分配；
然后，将所分配的下行或上行用户频率信道进行i个频点的循环移位就得到了上行或下行信道频率分配的结果。
所述的信道分配方法，其特征是，所述为所有用户进行第一步的下行或上行信道分配的方法为轮询的信道分配方法。
本发明的有益效果：本发明提供的系统和方法可以大量减少为支持双向通信而分别分配给收发通信的物理信道所带来的频谱消耗。
附图说明
图1.传统双工信道划分方式：(a)时分信道；(b)频分信道
图2.自由双工信道划分方式：(a)时分信道；(b)频分信道
图3.星型网络结构图
图4.中心节点示意图
图5.时分多址用户上下行信道分配示例
图6.频分多址用户上下行信道分配示例
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详细地说明，但不以任何方式限制本发明的范围。
在蜂窝无线通信系统中，每个蜂窝小区的基站(即本发明所述的中心节点)为小区内的多个用户进行服务。采用本发明方法的一个实施方式是，基站端采用如图4所示的多天线结构，具有独立的发射天线和接收天线。接收机能够在系统内部通过有线连接获得发射机所发射的信号，并利用该信号进行干扰消除。干扰消除器可以使用现有的干扰消除方法，例如：在接收机处设置一个干扰消除器单元，该单元利用有线连接传输来的干扰发射机信号进行处理，恢复出干扰信号，然后将其从接收信号中减掉。用户终端可以采用现有FDD或TDD方式工作的设备，可以采用单天线进行收发。
下面，按照终端用户为FDD和TDD两种方案介绍信道分配方法：
(1)用户为TDD模式
为减少用户终端设备的复杂度，每个用户的上、下行信道采用时分双工。对于基站，每个时隙既有上行也有下行，上下行的用户各不相同。基站端接收天线收到自身发射天线的干扰，需要进行已知干扰信号消除。由于移动终端信号功率较低，因而彼此干扰较小。通过合理调度，用户终端不需要进行干扰消除。图5所示为用户进行上下行时隙分配的例子，每个用户的上下行时隙是不同的。
具体地，干扰双工信道分配方法步骤如下。首先，为所有用户进行下行时隙分配。设信道共有M个时隙，时隙编号分别为0，1，…，M-1，分配方法可以采用任何现有的资源分配方法，如：基于轮询的信道分配方法等。然后，将所分配的下行用户时隙进行i个时隙的循环移位就得到了上行时隙分配的结果(1≤i≤M-1)，即对于下行被分配到第j个时隙的用户(0≤j≤M-1)，其上行分配第[i+j]M个时隙，其中[x]M表示对括号中的数字x关于M求余数。在图4所示的例子中，M＝7,i＝1。
(2)用户为FDD模式
当用户的信道采用频分的方式时，为减少用户终端设备的复杂度，可以将每个用户的上、下行信道分配为不同频率的信道；即对于单一用户是频分双工的，用户终端不需要进行干扰消除。而对于基站，每个频率的信道既有上行也有下行，上下行的用户各不相同。基站端接收天线收到的信号包含自身发射天线的干扰，需要进行已知信号干扰消除。图6所示为用户进行上下行频率分配的例子，每个用户的上下行频率是不同的。
频分多址的干扰双工信道分配方法与(1)中所述类似。设系统带宽被划分为M个子频带，编号从0至M-1。首先，为所有用户进行下行信道分配。然后，将所分配的下行用户频率信道进行i个频点的循环移位就得到了上行信道频率分配的结果(1≤i≤M-1)，即下行被分配到第j个频点的用户(0≤j≤M-1)，其上行分配第[i+j]M个频点的信道，其中[x]M表示对括号中的数字x求余数，M为可分配频率信道数。在图6所示的例子中，M＝7,i＝1。

Claims (6)

1.一种通信系统的信道分配方法，所述通信系统为一个包含多用户的星形网络，所述星形网络由一个中心节点和多个边缘节点组成，由中心控制单元负责各个节点的接入和信道分配，再将信道分配结果通过信令信道发送给通信节点，其特征是，
所述边缘节点全部为传统时分双工设备；
所述中心节点在同一物理信道上进行双向收发；
所述中心节点包括独立的发射机和接收机，该接收机在设备内部通过有线连接获得该发射机所发射的信号S；
所述中心节点还包括一个干扰消除器，用于对上述信号S进行干扰信号消除；
所述中心节点与边缘节点之间通过无线方式进行通信；
所述中心节点的发射天线与接收天线间的信道通过估计获得；发射天线与接收天线之间通过挡板进行隔离，以减少发射天线对接收天线的干扰；
所述信道估计方法为基于导频的信道估计，即发射机周期地发射导频信号，接收机根据接收到的导频信号进行最小均方误差信道估计或最大似然信道估计；
信道保留时隙划分方式，但是所述信道在各个时隙均同时用于上行和下行；对于中心节点，每个时隙既有上行也有下行，上下行的用户各不相同。
2.如权利要求1所述的通信系统的信道分配方法，其特征是，
首先，为所有用户进行下行或上行时隙信道分配；
然后，将所分配的下行或上行用户时隙进行i个时隙的循环移位就得到了上行或下行时隙分配的结果。
3.如权利要求2所述的通信系统的信道分配方法，其特征是，为所有用户进行下行或上行时隙信道分配为轮询的信道分配方法。
4.一种通信系统的信道分配方法，所述通信系统为一个包含多用户的星形网络，所述星形网络由一个中心节点和多个边缘节点组成，由中心控制单元负责各个节点的接入和信道分配，再将信道分配结果通过信令信道发送给通信节点，其特征是，
所述边缘节点全部为传统频分双工设备；
所述中心节点在同一物理信道上进行双向收发；
所述中心节点包括独立的发射机和接收机，该接收机在设备内部通过有线连接获得该发射机所发射的信号S；
所述中心节点还包括一个干扰消除器，用于对上述信号S进行干扰信号消除；
所述中心节点与边缘节点之间通过无线方式进行通信；
所述中心节点的发射天线与接收天线间的信道通过估计获得；发射天线与接收天线之间通过挡板进行隔离，以减少发射天线对接收天线的干扰；
所述信道估计方法为基于导频的信道估计，即发射机周期地发射导频信号，接收机根据接收到的导频信号进行最小均方误差信道估计或最大似然信道估计；
信道保留频率信道划分方式，但是各个频点的信道均同时用于接收和发射；对于中心节点，每个频率的信道既有上行也有下行，上下行的用户各不相同。
5.如权利要求4所述的通信系统的信道分配方法，其特征是，
首先，为所有用户进行下行或上行频率信道分配；
然后，将所分配的下行或上行用户频率信道进行i个频点的循环移位就得到了上行或下行信道频率分配的结果。
6.如权利要求5所述的通信系统的信道分配方法，其特征是，所述为所有用户进行下行或上行频率信道分配的方法为轮询的信道分配方法。
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