基于多天線的同頻同時雙工的通信方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于多天線的同頻同時雙工的通信方法以及通信系統(tǒng),每個通信節(jié)點配備至少兩根天線，所述通信節(jié)點在相同的頻率和時間上進行信息的發(fā)射和接收；發(fā)送信息時：一部分信息用于選擇其中的一根天線作為發(fā)射天線；另一部分信息通過符號調(diào)制映射到被選中的那根發(fā)射天線上進行發(fā)射；該通信節(jié)點除發(fā)射天線以外的天線都作為接收天線；接收信息時：接收天線從接收信號中消除本通信節(jié)點自身發(fā)射信號的干擾，然后判別對方通信節(jié)點的發(fā)射天線和發(fā)射符號，解調(diào)出所有信息。本發(fā)明可以實現(xiàn)同頻同時雙工的工作方式，并可提高頻譜效率。
【專利說明】基于多天線的同頻同時雙工的通信方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)射機天線選擇、天線的信號調(diào)制方法和干擾消除結(jié)合的方法，具體涉及一種基于多天線的同頻同時雙工的通信方法和系統(tǒng)，屬于無線通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無線通信系統(tǒng)的一項基本任務(wù)是實現(xiàn)兩個通信節(jié)點(Al和A2)的信息交互，信息的傳輸分為兩個方向:(I)從Al到A2和⑵從A2到Al。如果一個通信節(jié)點采用兩根天線，一根作為發(fā)射天線，另一根作為接收天線，通信節(jié)點在接收天線信號中消除來自自身發(fā)射天線的信號，則可以在同一頻率和同一時隙中實現(xiàn)雙向通信。這種通信方式稱為同頻同時雙工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]將同頻同時雙工系統(tǒng)擴展為每個通信節(jié)點采用多根天線發(fā)射和多根天線接收，并基于天線選擇發(fā)射的信息調(diào)制技術(shù)，本發(fā)明提出了一種具有更高頻譜效率的通信技術(shù)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種基于多天線的同頻同時雙工的通信方法，其特征在于，
[0006]每個通信節(jié)點配備至少兩根天線，所述通信節(jié)點在相同的頻率和時間上進行信息的發(fā)射和接收；
[0007]發(fā)送信息時:一部分信息用于選擇其中的一根天線作為發(fā)射天線；另一部分信息通過符號調(diào)制映射到被選中的那根發(fā)射天線上進行發(fā)射；該通信節(jié)點除發(fā)射天線以外的天線都作為接收天線；
[0008]接收信息時:接收天線從接收信號中消除本通信節(jié)點自身發(fā)射信號的干擾，然后判別對方通信節(jié)點的發(fā)射天線和發(fā)射符號，解調(diào)出所有信息。
[0009]所述的基于多天線的同頻同時雙工的通信方法，接收信息時，通過最大似然檢測方法判別對方通信節(jié)點的發(fā)射天線和發(fā)射符號，具體方式是首先計算所有的歐氏距離，然后選出最小的歐氏距離，并將獲得此值的信道和調(diào)制符號作為輸出；其中，所述的歐氏距離定義為，接收信號r與根據(jù)導(dǎo)頻估計出的對方通信節(jié)點中的任一根天線到本通信節(jié)點接收天線的信道h和任一調(diào)制符號Sk的乘積的差的模平方，即|r-hj sk| I2。
[0010]所述的基于多天線的同頻同時雙工的通信方法，其所述通信節(jié)點除發(fā)射天線以外的任何一根天線都可以作為接收天線；接收天線需要從接收信號中消除本通信節(jié)點發(fā)射信號產(chǎn)生的干擾。
[0011]所述的基于多天線的同頻同時雙工的通信方法，發(fā)射信息流被分為兩部分，一部分用于信號調(diào)制，一部分用于發(fā)射天線選擇；用于信號調(diào)制的信息比特經(jīng)過信道編碼、調(diào)制形成發(fā)射天線上發(fā)射的信號；用于天線選擇的信息比特每次有1g2M比特，由這部分信息控制選擇哪根天線進行發(fā)射，其中M為該通信節(jié)點的天線數(shù)。
[0012]所述的基于多天線的同頻同時雙工的通信方法，對于配置M根天線的通信節(jié)點Al,選擇m根天線發(fā)射,其中0〈m〈M,選擇另外M_m中的一根或多根天線作為接收天線。
[0013]本發(fā)明同時提供一種基于多天線的同頻同時雙工的通信系統(tǒng)，包括多個通信節(jié)點，其特征在于，每個通信節(jié)點均包括發(fā)射信息流、天線選擇單元、至少兩根天線、干擾消除器和接收機；所述的通信節(jié)點在相同的頻率和時間上進行信息的發(fā)射和接收；
[0014]其中，
[0015]所述的發(fā)射信息流，是一串待發(fā)送給對方通信節(jié)點的比特序列；
[0016]所述的天線選擇單元，用于選擇所有天線中的一根作為發(fā)射天線，其它天線作為接收天線；
[0017]所述的干擾消除器，用于消除由本通信節(jié)點發(fā)射天線發(fā)射信號時傳遞到接收天線的干擾；
[0018]所述的接收機，用于解調(diào)對方通信節(jié)點發(fā)送的信息，包括信道信息和調(diào)制符號信
肩、O
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明所述的方法，將部分信息調(diào)制在不同的天線上發(fā)射，提高了通信的帶寬效率；通信節(jié)點將發(fā)射信號在除發(fā)射天線以外的天線上加以消除，從而使得這部分天線可以用于接收來自另一個通信節(jié)點同頻同時信號，實現(xiàn)了同頻同時雙工的工作方式。利用上述兩種手段的結(jié)合提高了頻譜效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1通信節(jié)點示意圖。
[0021 ] 圖2發(fā)射信息流示意圖。
[0022]圖3信號接收過程示意圖。
[0023]圖4系統(tǒng)容量比較。
【具體實施方式】
[0024](一)通信節(jié)點
[0025]一個通信節(jié)點配備M根天線(M ≥ 2)，將信息映射到發(fā)射天線上，如果每次選一根天線發(fā)射，每次通過發(fā)射天線選擇可以攜帶GAMMA =1g2M個比特信息。
[0026]通信節(jié)點在相同的頻率和時間上進行發(fā)射和接收。該通信節(jié)點除發(fā)射天線以外的任何一根天線都可以作為接收天線。接收天線需要從接收信號中消除自身發(fā)射信號的干擾。
[0027]由于通信節(jié)點將信息調(diào)制于M根天線中的某一根天線上，所以稱之為多信道調(diào)制全雙工技術(shù)。通信節(jié)點如圖1所示，由發(fā)射信息流、天線選擇單元、M根天線(M ≥ 2)、干擾消除器和接收機組成。各組成部分的功能如下:
[0028]發(fā)射信息流:二進制比特序列；
[0029]天線選擇單元:根據(jù)輸入比特，將一部分用于選擇發(fā)射天線，另一部分用于調(diào)制符號;
[0030]M根天線:通信節(jié)點匹配天線數(shù)；
[0031]干擾消除器:根據(jù)本通信節(jié)點發(fā)射信號重構(gòu)各接收天線的接收信號，然后抵消接收信號中的自干擾；[0032]接收機:根據(jù)接收信號解調(diào)對方通信節(jié)點的信息流。
[0033](二)信號發(fā)射過程
[0034]在通信節(jié)點Al和通信節(jié)點A2點對點通信系統(tǒng)中，Al為配備M (M≥2)根天線的通信節(jié)點，A2為配備N (N≥2)根天線的通信節(jié)點，因為通信節(jié)點Al和A2具有相同的發(fā)射流，我們僅以Al為例示意發(fā)射信息流(見圖2)。信息流被分為兩部分，一部分用于信號調(diào)制，一部分用于發(fā)射天線選擇。用于信號調(diào)制的信息比特經(jīng)過信道編碼、調(diào)制等步驟形成發(fā)射天線上發(fā)射的信號。用于天線選擇的信息比特每次有1g2M比特，由這部分信息控制選擇哪根天線進行發(fā)射。
[0035](三)信號接收過程
[0036]因為通信節(jié)點Al和A2具有相同的發(fā)射流，我們僅以A2為例示意信號接收過程(見圖3)，其中信息判別分為信道判別、發(fā)射天線判別和信息流承載信息判別。信道判別是通過接收信號及信道估計信息判斷信號是從哪根天線發(fā)射出來的，從而獲得控制選擇天線的信息比特。信息流承載信息判別是對接收信號的解調(diào)和譯碼，從而獲得信號上承載的信息。
[0037](四)技術(shù)擴展
[0038]配置M根天線的通信節(jié)點Al,選擇m根天線發(fā)射(0〈m〈M),選擇另外M_m中的一根或多根天線為接收天線。
[0039]配置N根天線的通信節(jié)點A2，選擇η根天線發(fā)射(0〈η〈Ν)，選擇另外Ν_η中的一根或多根天線為接收天線。
[0040]實施例:
[0041]設(shè)在點對點多信道調(diào)制同頻同時雙工系統(tǒng)中，通信節(jié)點Al具有4根天線，Α2具有兩根天線。
[0042]圖4比較了本專利方法的容量上界和下界，并于傳統(tǒng)的MMO和傳統(tǒng)全雙工系統(tǒng)容量進行了比較。在仿真中，傳統(tǒng)MMO的容量定義為4發(fā)2收和2發(fā)4收的平均值，其中發(fā)射能量為P。傳統(tǒng)全雙工容量定義為I發(fā)I收和I發(fā)3收的和，其中發(fā)射能量為Ρ/2。多信道調(diào)制全雙工的方式是在一端從4根天線中選I根發(fā)剩下3根收，在另一端從2根天線中選I根發(fā)剩下I根收，發(fā)射能量為Ρ/2。從仿真結(jié)果可以看出，本發(fā)明方法可以提高全雙工系統(tǒng)的容量，其上界可以逼近MMO系統(tǒng)容量。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多天線的同頻同時雙工的通信方法，其特征在于， 每個通信節(jié)點配備至少兩根天線，所述通信節(jié)點在相同的頻率和時間上進行信息的發(fā)射和接收； 發(fā)送信息時:一部分信息用于選擇其中的一根天線作為發(fā)射天線；另一部分信息通過符號調(diào)制映射到被選中的那根發(fā)射天線上進行發(fā)射；該通信節(jié)點除發(fā)射天線以外的天線都作為接收天線； 接收信息時:接收天線從接收信號中消除本通信節(jié)點自身發(fā)射信號的干擾，然后判別對方通信節(jié)點的發(fā)射天線和發(fā)射符號，解調(diào)出所有信息。
2.如權(quán)利要求1所述的基于多天線的同頻同時雙工的通信方法，其特征在于，接收信息時，通過最大似然檢測方法判別對方通信節(jié)點的發(fā)射天線和發(fā)射符號，具體方式是首先計算所有的歐氏距離，然后選出最小的歐氏距離，并將獲得此值的信道和調(diào)制符號作為輸出；其中，所述的歐氏距離定義為，接收信號r與根據(jù)導(dǎo)頻估計出的對方通信節(jié)點中的任一根天線到本通信節(jié)點接收天線的信道h和任一調(diào)制符號Sk的乘積的差的模平方，即I |r-hSkII20
3.如權(quán)利要求1所述的基于多天線的同頻同時雙工的通信方法，其特征在于，所述通信節(jié)點除發(fā)射天線以外的任何一根天線都可以作為接收天線；接收天線需要從接收信號中消除本通信節(jié)點發(fā)射信號產(chǎn)生的干擾。
4.如權(quán)利要求1所述的基于多天線的同頻同時雙工的通信方法，其特征在于，發(fā)射信息流被分為兩部分，一部分用于信號調(diào)制，一部分用于發(fā)射天線選擇；用于信號調(diào)制的信息比特經(jīng)過信道編碼、調(diào)制形成發(fā)射天線上發(fā)射的信號；用于天線選擇的信息比特每次有1g2M比特，由這部分信息控制選擇哪根天線進行發(fā)射， 其中M為該通信節(jié)點的天線數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的基于多天線的同頻同時雙工的通信方法，其特征在于，對于配置M根天線的通信節(jié)點Al，選擇m根天線發(fā)射，其中0〈m〈M，選擇另外M_m中的一根或多根天線作為接收天線。
6.一種基于多天線的同頻同時雙工的通信系統(tǒng)，包括多個通信節(jié)點，其特征在于，每個通信節(jié)點均包括發(fā)射信息流、天線選擇單元、至少兩根天線、干擾消除器和接收機；所述的通信節(jié)點在相同的頻率和時間上進行信息的發(fā)射和接收； 其中， 所述的發(fā)射信息流，是一串待發(fā)送給對方通信節(jié)點的比特序列； 所述的天線選擇單元，用于選擇所有天線中的一根作為發(fā)射天線，其它天線作為接收天線； 所述的干擾消除器，用于消除由本通信節(jié)點發(fā)射天線發(fā)射信號時傳遞到接收天線的干擾； 所述的接收機，用于解調(diào)對方通信節(jié)點發(fā)送的信息，包括信道信息和調(diào)制符號信息。
7.如權(quán)利要求6所述的基于多天線的同頻同時雙工的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述每個通信節(jié)點除發(fā)射天線以外的任何一根天線都可以作為接收天線；接收天線需要從接收信號中消除本通信節(jié)點發(fā)射信號產(chǎn)生的干擾。
8.如權(quán)利要求6所述的基于多天線的同頻同時雙工的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射信息流被分為兩部分，一部分用于信號調(diào)制，一部分用于發(fā)射天線選擇；用于信號調(diào)制的信息比特經(jīng)過信道編碼、調(diào)制形成發(fā)射天線上發(fā)射的信號；用于天線選擇的信息比特每次有1g2M比特，由這部分信息控制選擇哪根天線進行發(fā)射，其中M為該通信節(jié)點的天線數(shù)。
9.如權(quán)利要求6所述的基于多天線的同頻同時雙工的通信系統(tǒng)，其特征在于，對于配置M根天線的通信節(jié)點Al，選擇m根天線發(fā)射，其中0〈m〈M，選擇另外M_m中的一根或多根天線作為接收天線。`
【文檔編號】H04B7/08GK103684564SQ201310716786
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】焦秉立, 溫淼文, 馬猛, 段曉輝, 程翔 申請人:北京大學