[發明專利]一種全雙工通信方法

在審

• 申請號: 201310647984.8
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN104702398A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 王華俊;周斌;徐景;楊旸
• 申請（專利權）人: 上海無線通信研究中心
• 主分類號: H04L5/14
• 分類號: H04L5/14;H04L25/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及一種通信方法，特別是涉及一種全雙工通信方法。

背景技術

近年來，通信領域出現了一種應用現有的硬件便可實現全雙工雙向通信新技術。全雙工無線通信系統中的節點通過主動抵消（RF/模擬消除和基帶/數字抵消）和被動抵消（天線抵消）能夠在同一頻帶同時收發信息。因此，全雙工的吞吐量理論上比傳統的半雙工能夠增加一倍，進而提高系統性能。而且全雙工在解決隱藏終端的問題上也發揮了極大的作用。

全雙工通信的雙向傳輸模式如圖1所示。每個節點配置一根發射天線和一根接收天線，從而具備同時收發信息的能力。圖中虛線代表同一節點上發射天線對接收天線產生的自干擾。相同節點的發射天線對其接收天線會產生強大的自干擾，這也是全雙工通信的主要挑戰。任何自干擾抵消方案都至少包括模擬抵消（Analog?Cancellation，簡稱AC）和數字抵消（Digital?Cancellation，簡稱DC）。AC和DC均需正交資源進行獨立的信道估計，這會對信令開銷產生很大的負擔。

另外信道狀態信息（CSI）對于通信傳輸也非常重要，相對于不知道CSI而言，發射機若知道CSI能夠獲得更高的信道容量，這個結論同樣適用于全雙工通信。如圖2(a)所示，有兩種方案實現全雙工通信。如果節點獲得全部的CSI就能夠選擇最佳的全雙工樣式實現容量最大化，此時稱為“FD-CSIT”。如果全雙工節點無法獲知全部的CSI，那么它們只能夠采用一種固定樣式進行通信而不能根據信道信息進行天線的自適應切換，此時稱為“FD?without?CSIT”。FD-CSIT比FD?without?CSIT獲得更高的效率，且性能增益高達2dB。若從中斷容量的角度考慮，FD-CSIT可能會獲得更大的增益。

根據現有的技術，估計自干擾信道的AC和DC部分及CSI都存在不足。一種現有的實現全雙工通信的方案是基于經典的CSMA/CA機制，提出了一種適用于全雙工雙向傳輸的MAC協議，如圖2所示。要發送數據包的節點首先感知信道，若信道空閑了DIFS時間后，源節點開始發送數據包，這稱為“初級傳輸”。目的節點解出包頭之后，立即從反方向也開始進行數據包的傳輸，這稱為“次級傳輸”。這樣初級傳輸和次級傳輸同時進行就構成了全雙工通信。否則若信道忙，源節點會延遲發送直到信道空閑分布式協調幀間隔（簡稱DIFS）的時間。

由于起始時間和包長的不同，初級傳輸和次級傳輸很可能在不同的時間結束，這樣會產生隱藏終端的問題：假設初級傳輸先結束，那么節點1周圍的其他與節點2互為隱藏的節點過了SIFS+ACK時間后，可能會發送數據給節點1，而此時次級傳輸還未結束，這時會在節點1處發生沖突。這時，源節點可發送一個特殊的信號“busytone”來占用信道直至次級傳輸結束，反之亦然。這樣即可消除隱藏終端的影響，但是是以功率消耗為代價的。

這種實現方案未給出如何得到自干擾信道AC和DC部分的估計，而且該方法無法實現FD-CSIT。另外，基本接入機制在建立雙向傳輸之前，目的節點需先解出源節點的MAC?Header獲取目的地址，因此該文獻提出的MAC設計沒有進行信道編碼，這在實際系統應用中會極大地降低性能。

另外一種全雙工通信的實現方式是在傳統半雙工的CSMA/CA協議中，將兩次握手機制拓展為四次握手“RTS-CTS-Data-ACK”（如圖3(b)所示），其中請求發送（Request?to?Send，簡稱RTS）包含發送地址、接收地址和傳輸時間等信息，允許發送（Clear?To?Send，簡稱CTS）包含接收地址（即RTS的發送地址）和傳輸時間等信息，RTS/CTS使節點周圍的節點保持靜默，減少沖突。這種拓展方法也可以直接應用于全雙工通信。節點利用RTS/CTS預約信道并獲知發送地址和接收地址，這樣無需解碼Data的MAC?header便可進行全雙工通信。

但這種方案也存在缺陷：一方面，僅有兩個正交資源，同樣無法在雙向傳輸之前分別估計出自干擾信道的AC和DC部分。另一方面，該方案無法實現獲得最大系統容量的FD-CSIT。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種全雙工通信方法，用于解決現有技術無法在雙向傳輸之前分別估計出自干擾信道的AC和DC部分，以及無法實現獲得最大系統容量的FD-CSIT的問題。