[發(fā)明專利]一種使用共享式大規(guī)模天線陣列的雙向全雙工中繼系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105743558A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設計）人: 劉琚;邢朋波;鄭麗娜;于智源;桑柳
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/04;H04B7/155
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李健康

技術領域

本發(fā)明公開了一種使用共享式大規(guī)模天線陣列的雙向全雙工中繼系統(tǒng)，屬于無線通信、信號處理技術領域。

背景技術

雙向(two-way)中繼系統(tǒng)一直是近幾年的研究熱點，相對于單向中繼系統(tǒng)，它可以同時雙向給用戶發(fā)送信號，在信息傳遞上更加靈活高效。全雙工技術(in-bandfull-duplex)是近幾年剛剛興起的無線通信技術。該技術可以有效地提高頻譜效率，提高用戶數(shù)據(jù)的傳輸速率和系統(tǒng)的吞吐量，大大改善用戶對無線網絡接入速度的體驗。

全雙工系統(tǒng)的最大問題在于其無線部分的自干擾很強，會使得接收信號的信干噪比(SINR)大幅度下降，從而影響到系統(tǒng)性能和容量。近幾年圍繞如何減小自干擾對系統(tǒng)的影響，人們提出了多種抑制和壓縮方法，保證了系統(tǒng)接收端的信干噪比，從而保證了系統(tǒng)的性能和容量。

目前，雙向全雙工中繼系統(tǒng)通常使用頻域或時域復用技術實現(xiàn)雙向雙工通信，近幾年出現(xiàn)了使用分離式天線陣的雙向全雙工中繼系統(tǒng)，但該系統(tǒng)至少需要4副天線陣，特別是當天線數(shù)量較多時，雙向全雙工中繼系統(tǒng)的部署很不靈活，而只使用2副大規(guī)模天線陣的共享式天線陣雙向全雙工通信系統(tǒng)就更少。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種使用共享式大規(guī)模天線陣列的雙向全雙工中繼系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用兩幅工作在同一頻段的大規(guī)模天線陣同時作為收發(fā)天線，在壓縮同頻干擾的基礎上實現(xiàn)中繼的同時刻同頻率雙向通信。由于只采用兩副大規(guī)模天線陣列，該系統(tǒng)的射頻設備成本大大降低；同時由于采用雙向全雙工通信，頻譜效率也大大提高。此外，該系統(tǒng)保留了大規(guī)模天線時分雙工(TDD)系統(tǒng)的信道互易性，不需要信道狀態(tài)信息(CSI)的反饋開銷，從而進一步提高了系統(tǒng)的吞吐量。

本發(fā)明的提出的技術方案如下：

一種使用共享式大規(guī)模天線陣列的雙向全雙工中繼系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括中繼站、共享式大規(guī)模天線陣、用戶設備和環(huán)行器，所述共享式大規(guī)模天線陣為中繼站上使用的在同一頻率資源上同時發(fā)射和接收射頻信號的兩副共享式天線陣列，該天線陣列采用環(huán)行器進行無線收發(fā)信號的分離；所述用戶設備為使用同一頻率資源同時發(fā)射和接收射頻信號的一副共享式單天線移動設備，該天線使用環(huán)行器對無線收發(fā)信號進行分離，該系統(tǒng)工作過程如下：

步驟1.中繼站兩側的用戶同時向中繼站發(fā)送信號，所有用戶的信號發(fā)送頻率和接收頻率相同；

步驟2.共享式大規(guī)模天線陣收到用戶的信號，經環(huán)行器傳送給中繼站做下一步處理，該過程中環(huán)行器會隔離該天線上的下行自干擾，天線陣列之間和天線陣列各天線之間的同頻干擾采用物理隔離抑制，剩余干擾用大規(guī)模天線信號處理進行消除，最后中繼站得到各用戶的有用信號；

步驟3.中繼站將各用戶的信號放大，并在同頻率上同時向中繼站兩側對應的用戶發(fā)送該信號；

步驟4.各用戶設備收到中繼站轉發(fā)來的信號，經環(huán)行器分離出信號和自干擾，該過程中環(huán)行器會抑制用戶發(fā)送信號的自干擾，最終收到對應用戶的有用信號。

該過程在多個用戶對之間同時同頻進行，從而實現(xiàn)用戶對之間的雙向全雙工中繼通信。

附圖說明

圖1：本發(fā)明系統(tǒng)模型；

圖2：本系統(tǒng)的工作過程。

具體實施方式

下面結合具體實施方式，對本發(fā)明進行進一步的說明，但不限于此例。

本發(fā)明的實施方式涉及一種共享式大規(guī)模天線陣列的雙向全雙工中繼系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)包括中繼站，共享式大規(guī)模天線陣，用戶設備和環(huán)行器。該系統(tǒng)的上下行信道滿足信道互易性，即下行信道矩陣是上行信道矩陣的轉置。中繼站兩側的天線陣列A和B在同一頻率資源上同時發(fā)射和接收用戶信號，并采用環(huán)行器對無線收發(fā)信號的進行分離；進行雙向通信的用戶1和2同樣使用同一頻率資源同時發(fā)射和接收中繼信號，并使用環(huán)行器對無線收發(fā)信號進行分離。

該中繼系統(tǒng)的通信過程如下：

步驟1.中繼站兩側的用戶1和用戶2在同一時刻向中繼站發(fā)送信號，該用戶的發(fā)送頻率和該用戶的接收頻率相同；

步驟2.中繼大規(guī)模天線陣A收到用戶1的信號，同時大規(guī)模天線陣B收到用戶2的信號。這些信號經環(huán)行器傳送給中繼做下一步處理。該過程中環(huán)行器會隔離該天線上的下行自干擾，天線陣列A、B之間和天線陣列各天線之間的同頻干擾采用物理隔離抑制，剩余干擾用大規(guī)模天線信號處理消除。中繼站最終得到用戶1和用戶2的有用信號；

步驟3.中繼站將用戶1、2的信號放大，并在同頻率上同時向中繼站兩側的用戶2、1發(fā)送該信號；