CN106169940A - X-Duplex:灵活双工通信 - Google Patents

Abstract

X-Duplex:灵活双工通信，本发明主要是在多天线传输模型中(例如A设备为M根天线，B设备为N根天线，且每一根天线既可以作为传输天线，也可以工作为接收天线)，基于估计传输信道信息，智能调节每一根天线的工作模式(接收/发射)，选择出传输速率最优的传输模式和传输矩阵(传输矩阵：即在M*N的天线中，通过1表示天线作为传输天线，0表示接受天线，的一个状态矩阵)，充分提高信道的传输效率。

Description

X-Duplex：灵活双工通信

技术领域：

在无线通信领域，根据无线信道信息，基于每个天线既可以作为传输天线又可以作为接收天线的设备前提下，通过灵活双工通信灵活选择多天线阵列的接收和发送天线组合，选择出最优传输速度的状态的技术。

背景技术：

全双工通信(Full-Duplex)作为一门新兴技术，在一定程度上提高无线传输速率，而在无线通信领域得到了广泛应用。

全双工通信：一种新的无线传输设备的传输模块和接收模块同时工作的工作模式.接收模块在接收其目标设备的传输模块的发射信号时，除了受到其他设备的发射信号干扰以外，同时也会受到来自自己的发射端的发射信号干扰。

在多天线传输模型下，单纯的全双工通信模式可能由于一方通信环境不佳传输天线之间自干扰严重降低通信速率，而导致传输质量下降.为解决相关问题，我们在多天线传输模型中(例如A设备为M根天线，B设备为N根天线，且每一根天线既可以作为传输天线工作，也可以作为接收天线工作)，基于通过导频传输估计得到的传输信道信息，灵活调节每一根天线的工作模式(接收/发射)，选择出传输速率最优的传输模式和传输矩阵(传输矩阵：即在M*N的天线中，通过1表示天线作为传输天线，0表示接受天线，的一个状态矩阵)，充分提高信道的传输效率。

本技术方案主要设计目的在不增加传输系统设计复杂度的情况下，通过在(M*N)的天线矩阵中通过估计天线传输信道选择最佳的传输模式和传输矩阵的以减少自干扰的影响进而提高系统的传输速度。

发明内容：

目前已经有的关于全双工通信效率提升方案主要是关注在于如何更好的消除自干扰，降低残余自干扰.但是没有考虑过通过灵活的调节天线传输矩阵选择最佳的传输模式进而有效 提高信道的传输质量。

X-Duplex是基于系统传输信道条件已知的情况下，在M*N的天线矩阵中，选择其中一部分天线作为接收单元，另外一部分天线作为发射单元，通过合理的天线工作状态选择最佳的通信传输模式.该发明描述一种在不提高系统复杂度的前提下通过避免严重自干扰来提高信道的传输速度的方式。

具体实施方式：

本发明设计的主要场景在于传输断有M根天线接收端有N根天线的传输设备对进行设备直传，通过导频传输的方式进行估计信道，依据信道信息判断哪些天线作为发射端，哪些天线作为接收端，选择最佳的传输方式，从而提高信道的传输效率。

以传统的2*2天线阵列为例，假设A设备有A1，A2两根天线，B设备有B1，B2两根天线.那么他们一共有6种传输模式：

MIMO：A设备全部作为发射端，B设备全部作为接收端.该种状态主要选择在自干扰过于强烈的情况下.避免自干扰的方式。

Full-Duplex：A和B设备各选择一根天线作为接收端，一根天线作为发送端.具体选择天线进行通信，依据具体的信道条件.可以将4种通信模式都尝试一遍，然后进行比较选择最佳的通信模式。

详细的M*N多天线灵活双工系统的操作流程如下：

1、信道收集阶段：

步骤1：传输天线：依据具体的传输情况以及之前的天线信道信息，设计合适的导频

步骤2：对于天线设计出合适的导频信号之后，按序进行导频传输，测算相应的信道信息.比如当A设备的第一根天线发射导频信号，那么相应的A的相邻天线可以估计天线之间的自干扰信号，并且B设备上设备可以计算得到所有的传输信道信息.总归需要轮训M+N个导频阶段，才能获得所有M+N根天线之间的信道信息。

2、传输状态选择：

当收集完成该阶段内所有信道的信道信息，包括传输信道h_ai.bj和自干扰信道h_I.aij.其中 h_ai.bj表示a设备的第i根天线到b设备的第j根天线之间的传输信道，而h_I.aij则代表A设备中第i根天线对第j根天线的自干扰信道。

当收集了所有的传输信道之后，通过分配不同天线的功能身份，分配不同的天线为接收端，一些天线为发射端，设计不同的传输矩阵。

依据所有的信道信息，将2^M次方中传输模式测试一遍计算得到所有天线最佳的工作模式。

X-Duplex示例：

我们以2*2的天线矩阵进行设计，如上所说明首先在信道信息采集阶段，我们获取信道的信息，包括传输信道h_a1.b1，h_a1.b2，h_{a2.b1 ，}h_a2.b2以及自干扰信道h_I.a12，h_I.b12。

然后进入通信状态选择阶段，天线一共有6中工作模式我们分别列出其中的工作模式其中是MIMO工作模式下，A1，A2为发射端，B1，B2为接收端，其传输矩阵是：

$\left|\begin{array}{cc}{h}_{a1.b1}& h_{a1.b2}\\ h_{a2.b1}& h_{a2.b2}\end{array}\right|.$

还有FullDuplex工作模式：比如A1作为发射端A2作为接收端，B1作为发射端，B2作为接收端。

$\left|\begin{array}{cc}{h}_{a1.b1}& h_{I.a12}\\ h_{I.b12}& h_{b2.a2}\end{array}\right|.$ 对于FullDuplex，我们选择不同的天线作为接收端，不同的天线作为发射端，可以得到不同的传输状态。

在这些传输状态中，选择传输速度最快的作为选择的传输模式.基于该传输选择方法，我们进行了仿真模拟，得到我们的方案在不增加系统复杂度的前提下有较为明显的传输速率上的增益。

附图说明：

图1是本发明的系统模型示意图，表示了两个设备切换在不同模式下的工作状态图.其中 h_ai.bi代表的是A设备第i根天线到B设备第i根天线的传输信道.相应的h_ai.bj代表的是A设备第i根天线到B设备第j根天线的传输信道.而h_I.aij代表的是A设备第i根天线到A设备第j根天线的自干扰传输信道.其中天线工作状态选择器会根据信道信息设计每根天线是应该处于发射状态还是接收状态。

Claims (4)

1.X-Duplex：灵活双工通信，一种多天线灵活传输策略，在M*N的传输矩阵中(A设备是M根传输天线，B设备为N根传输天线)，通过灵活选择策咯从复杂天线阵列中，选择出最优且合适的传输天线模式。

2.根据权利要求1所述的X-Duplex：灵活双工通信发明专利，其特征是：每根天线都可以设置为传输天线或者接收天线，天线传输信道矩阵随天线传输模式设置可变.如A设备有M根天线，既可以选为发送天线也可以选为接收天线，则有2^M种模式。

3.根据权利要求1所述的X-Duplex：灵活双工通信发明专利，其特征是：通过导频估计，每根天线依次发送导频信号，在M+N个阶段内可以估计整个信道矩阵的信道信.当估计得到导频信息以后，通过选择最优策略(比如传输速率最大化)选择出最优的传输模式。

4.根据权利要求1所述的X-Duplex：灵活双工通信发明专利，其特征是：在获得各个通信信道信息以后，基于系统传输速率最大化选出最优模式，然后通过简单的天线工作状态调整，实现最优状态切换。