同频全双工中继协作通信关键技术综述_钟斌
同时同频全双工原理与应用
同时同频全双工原理与应用一、引言在无线通信领域，同时传输与接收数据是一项非常重要的技术。
同时同频全双工技术能够在同一频段上同时进行发送和接收，大大提高了通信效率。
本文将介绍同时同频全双工的原理和应用。
二、原理同时同频全双工技术的实现主要依靠两个关键技术：自适应消除自我干扰技术和高效信号处理技术。
1. 自适应消除自我干扰技术同时同频全双工技术的核心是如何解决自我干扰问题，因为在同一频段上同时传输和接收信号时，发送信号会对接收信号产生干扰。
为了解决这个问题，需要采用自适应消除自我干扰技术。
自适应消除自我干扰技术主要包括两个步骤：信号检测和干扰消除。
信号检测是通过检测接收信号中的自我干扰信号，提取出干扰信号的特征参数。
干扰消除是根据提取的特征参数，通过算法对干扰信号进行消除。
这样就能够有效地降低自我干扰，实现同时传输和接收。
2. 高效信号处理技术同时同频全双工技术需要对同时传输和接收的信号进行高效处理。
高效信号处理主要包括两个方面：信号分离和信号解调。
信号分离是将同时传输和接收的信号分离成发送信号和接收信号。
这需要采用复杂的算法和高性能的硬件设备来实现。
信号解调是将接收信号进行解调，得到原始数据。
为了提高解调的准确性和效率，需要采用先进的解调算法和高速的处理器。
三、应用同时同频全双工技术在无线通信领域有广泛的应用。
以下是几个典型的应用场景：1. 蜂窝通信蜂窝通信是同时同频全双工技术的重要应用之一。
传统的蜂窝通信只能实现半双工通信，即同一频段上只能同时进行发送或接收。
而采用同时同频全双工技术后，可以在同一频段上同时进行发送和接收，大大提高了通信效率和频谱利用率。
2. 无线局域网无线局域网是另一个适合同时同频全双工技术的应用场景。
在传统的无线局域网中，同一频段上只能有一个设备进行发送或接收。
而采用同时同频全双工技术后，可以实现多个设备在同一频段上同时进行发送和接收，提高了无线网络的容量和吞吐量。
3. 卫星通信在卫星通信领域，同时同频全双工技术也有广泛的应用。
论近场通信设备的协同中继通信方法
论近场通信设备的协同中继通信方法在当今数字化、信息化的时代，通信技术的发展日新月异。
近场通信作为一种短距离的无线通信技术，在诸多领域得到了广泛应用，如移动支付、门禁系统、物联网等。
然而，由于近场通信的传输距离有限，信号容易受到干扰和衰减，其应用场景和性能在一定程度上受到了限制。
为了克服这些问题，协同中继通信方法应运而生。
协同中继通信，简单来说，就是通过多个近场通信设备相互协作，共同完成信息的传输，从而扩大通信范围，提高通信质量和可靠性。
这种方法的核心思想是利用多个设备的资源和能力，形成一个虚拟的通信网络，实现更高效的数据传输。
在近场通信中，信号的衰减是一个不可忽视的问题。
当通信距离增加时，信号强度会迅速减弱，导致数据传输速率下降甚至中断。
而协同中继通信方法通过在通信路径上增加中继节点，可以有效地补偿信号的衰减。
这些中继节点接收来自源节点的信号，并进行放大和转发，使得信号能够更远距离地传输。
举个例子，假设我们有三个近场通信设备 A、B 和 C，A 要向 C 发送数据，但由于距离较远，直接通信效果不佳。
此时，B 可以作为中继节点，A 先将数据发送给 B，B 对信号进行处理后再转发给 C，从而实现了 A 与 C 之间的有效通信。
在这个过程中，B 起到了关键的桥梁作用，提高了通信的成功率和稳定性。
协同中继通信方法还能够提高通信的可靠性。
在复杂的环境中，如存在电磁干扰、障碍物等情况下，单个近场通信设备可能会出现通信错误或中断。
而通过多个设备的协同工作，可以采用冗余传输、错误校验等技术，降低数据传输的错误率。
即使某个设备出现故障或受到干扰，其他设备仍可以继续传输数据，保证通信的连续性。
此外，协同中继通信方法还有利于实现资源的优化分配。
不同的近场通信设备可能具有不同的性能和资源，如电池电量、处理能力等。
通过合理地分配任务和资源，可以充分发挥每个设备的优势，提高整个通信系统的效率。
例如，对于电量充足、处理能力强的设备，可以承担更多的中继任务；而对于电量较低、性能较弱的设备，则可以减少其工作负担。
全双工中继协作通信的关键技术研究综述
全双工中继协作通信的关键技术研究综述钟智坚;崔海霞【摘要】作为第五代移动通信网络(5G)的关键技术之一,同频同时全双工成为如今学术界研究的热点问题.理想情况下,全双工通信模式能实现频谱效率的倍增,大大提高信息传输速率、信道容量等.但是,要真正实现全双工还存在很多待解决的问题.针对目前国内外研究人员在全双工中继协作通信技术方面的研究,总结全双工中继协作通信的优势和面临的几个关键问题,着重对全双工中继协作通信技术出现的自干扰问题进行分析描述,并对现存的自干扰消除方案进行了介绍和技术点分析.%As one of the key technologies of the fifth generation network communication (5G),the same frequency at the same time full-duplex technology is now the hot topic of academic research.In the ideal case,full-duplex communication mode can achieve the spectral efficiency of the multiplier,improving the information transmission rate,channel capacity greatly,but there are still many problems to be solved to.achieve full-duplex.In view of the present research in full duplex relay cooperative communication technology of the researchers at home and abroad,we summarize several advantages and key problems of full-duplex technology,In particular,the self-interference problem of full-duplex relay communication technology is analyzed,and the existing self-interference cancellation schemes are introduced and analyzed.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2017(050)010【总页数】7页(P2137-2143)【关键词】全双工;协作通信;中继信道;AF;DF;自干扰【作者】钟智坚;崔海霞【作者单位】华南师范大学物理与电信工程学院,广东广州510006;华南师范大学物理与电信工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TN911.4近些年，通信技术迅速发展，第五代移动通信技术（5G）受到了国内外研究人员的重视。
同时同频全双工数字自干扰消除
同时同频全双工（Co-Time Co-Frequency Full Duplex，CCFD）技术是指在 相同的频率和时间上，通信双方可以同时进行发送和接收，理论上可以实现频 谱效率翻倍。
工作原理与模式
工作原理
在同时同频全双工通信中，通过采用先进的物理层干扰消除 技术，使得在相同频率上同时进行的发送和接收操作不会相 互干扰。这需要在电路设计、信号处理算法等多个层面进行 精细的设计和优化。
1. 算法性能优化：通过 对比分析不同自干扰消 除算法的性能，找出最 适合同时同频全双工通 信场景的算法，并对其 进行优化和改进，提高 消除效果。
2. 降低计算复杂度：在 保证自干扰消除性能的 前提下，尽可能降低算 法的计算复杂度，以满 足实际通信系统的实时 性要求。
3. 硬件实现可行性：评 估所设计的自干扰消除 算法在硬件上的实现可 行性，为算法的实际应 用奠定基础。
，以模拟真实通信场景。
实验过程与数据收集
实验过程
首先进行设备初始化，设定实验参数；然后启动发射机和接收机，进行数据传输；通过数字自干扰消 除算法处理接收到的数据，并记录实验结果。
数据收集
在实验过程中，实时收集误码率、信噪比、吞吐量等关键性能指标，为后续的性能分析提供数据支持 。
实验结果与分析
1 2
技术优势与挑战
技术挑战
• 自干扰消除：在同时同频 全双工通信中，发送端的 信号会对接收端产生强烈 的自干扰，需要设计高效 的自干扰消除算法和电路 。
• 非线性失真：由于电路的 非线性效应，会产生非线 性失真，进一步加剧自干 扰消除的难度。
• 硬件复杂度高：实现 CCFD技术需要高性能的 硬件支持，例如需要设计 具有高线性度、低噪声等 特性的射频前端电路，硬 件设计复杂度高。
全双工大规模MIMO中继通信系统的干扰分析及性能优化
选择最优的天线进行中继转发，以增加中继节点的性能。
04
系统实现与仿真结果
系统实现流程
01
02
03
建立全双工大规模MIMO中继通信系 统的模型
对模型进行数学分析，推导出相关公 式和表达式
根据推导出的公式和表达式，利用 MATLAB或Simulink等工具进行仿真 实现
仿真实验设计
01
设计不同的场景和参数组合， 如不同的信道条件、不同的调 制方式等
著提升。
未来研究方向与挑战
需要进一步研究如何优化全双工大规模MIMO中继通信系统的硬件设计和实现，以降低系统复杂度 和成本，促进其在实际场景中的应用。
需要深入研究全双工大规模MIMO中继通信系统在多用户、多小区等复杂环境下的性能表现和优化方 法，以满足未来通信系统的更高需求。
需要进一步探讨全双工大规模MIMO中继通信系统与其他通信技术的融合和协同，以实现更加高效、 智能的无线通信。
05
结论与展望
研究成果总结
本文提出了一种全双工大规模MIMO中继通信系统 的干扰抑制方法，通过优化中继节点和用户节点的
信号处理方式，实现了干扰的有效抑制。
实验结果表明，所提方法在提高系统频谱效率和数 据传输速率方面具有显著优势，同时具有较好的鲁
棒性和可靠性。
本文还对全双工大规模MIMO中继通信系统的能 效进行了分析，发现所提方法在能效方面也有显
应用前景与价值
全双工大规模MIMO中继通信系统作为一种具有重要理论和应用价值的无线通信技术，在未来无线通 信、物联网、智慧城市等领域具有广泛的应用前景。
通过对其干扰分析和性能优化的研究，可以进一步提升系统性能，满足未来通信系统更高速度、更大 规模、更低能耗的需求，具有重要的应用价值。
全双工中继系统性能分析与
延时仿真结果
在低负载场景下，全双工中继系统的 延时性能与半双工中继系统相近，但 在高负载场景下，全双工中继系统能 够显著降低传输延时。
VS
随着中继节点数量的增加，全双工中 继系统在降低延时方面的效果更为明 显，但当中继节点数量达到一定数量 后，延时性能的改善幅度逐渐减小。
影响因素
误码率受到信号干扰、噪声、传输距 离等多种因素影响。此外，中继节点 的处理能力和采用的纠错算法也会影 响误码率性能。
降低方法
降低误码率的方法包括提高信号质量 、采用抗干扰技术、优化纠错算法等 。同时，通过增加冗余信息或使用更 强大的纠错码，也可以有效降低误码 率。在实际应用中，需要根据全双工 中继系统的具体需求和场景来选择合 适的性能分析方法和优化策略，以实 现更好的系统性能。
功率预算
链路质量考虑
动态调整
在全双工中继系统中，合理的 功率分配对于提升系统性能至 关重要。首先，需要确定系统 的总功率预算，以便在不同组 件之间进行分配。
针对源节点、中继节点和目的 节点之间的不同链路质量，应 进行相应的功率调整。例如， 在链路质量较差的链路上分配 更多的功率，以降低误码率和 提高传输可靠性。
全双工中继系统性能分 析
汇报人： 日期:
contents
目录
• 全双工中继系统概述 • 性能分析指标与方法 • 全双工中继系统性能仿真分析 • 性能优化策略与建议
全双工中继系统概
01
述
中继系统原理
信号放大
中继节点接收来自源节点的信号，并将其放大后再转发给目的节点，以延伸信 号覆盖范围。
详解5G的六大关键技术
详解5G的六大关键技术2013年12月，第四代移动通信(4G)牌照发放，4G技术正式走向商用。
与此同时，面向下一代移动通信需求的第五代移动通信(5G)的研发也早已在世界范围内如火如荼地展开。
5G研发的进程如何，在研发过程中会遇到哪些问题？本版将从即日起陆续刊发“5G发展系列报道”，敬请关注。
在移动通信的演进历程中，我国依次经历了“2G跟踪，3G突破，4G同步”的各个阶段。
在5G时代，我国立志于占据技术制高点，全面发力5G相关工作。
组织成立IMT-2020(5G)推进组，推动重大专项“新一代宽带无线移动通信网”向5G转变，启动“5G系统前期研究开发”等，从5G业务、频率、无线传输与组网技术、评估测试验证技术、标准化及知识产权等各个方面，探究5G的发展愿景。
在5G研发刚起步的情况下，如何建立一套全面的5G关键技术评估指标体系和评估方法，实现客观有效的第三方评估，服务技术与资源管理的发展需要，同样是当前5G技术发展所面临的重要问题。
作为国家无线电管理技术机构，国家无线电监测中心(以下简称监测中心)正积极参与到5G相关的组织与研究项目中。
目前，监测中心频谱工程实验室正在大力建设基于面向服务的架构(SOA)的开放式电磁兼容分析测试平台，实现大规模软件、硬件及高性能测试仪器仪表的集成与应用，将为无线电管理机构、科研院所及业界相关单位等提供良好的无线电系统研究、开发与验证实验环境。
面向5G关键技术评估工作，监测中心计划利用该平台搭建5G系统测试与验证环境，从而实现对5G各项关键技术客观高效的评估。
为充分把握5G技术命脉，确保与时俱进，监测中心积极投入到5G关键技术的跟踪梳理与研究工作当中，为5G频率规划、监测以及关键技术评估测试验证等工作提前进行技术储备。
下面对其中一些关键技术进行简要剖析和解读。
关键技术1：高频段传输移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下，这使得频谱资源十分拥挤，而在高频段(如毫米波、厘米波频段)可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，支持5G 容量和传输速率等方面的需求。
同频同时全双工技术 ppt课件
9
ppt课件
干扰消除技术
空间布放实现的天线对消
发射天线
接收天线
发射天线
接收天线
（a）
发射天线
接收天线
（b）
10
ppt课件
干扰消除技术
相位反转实现的天线对消
Rx1
Tx
Rx2
Tx1
Rx
Tx2
X
Combiner
（a）接收端干扰消除
11
X
Splitter
（b）发射端干扰消除
ppt课件
干扰消除技术
companylogo目录引言引言多址调制crs双工高频组网ofdmmimo空域资源利用单一话音到多媒体cdma接入模拟到数字tdma接入5g3g2g移动通信系统每一次更新换代都解决了当时的最主要需求移动通信系统每一次更新换代都有颠覆性技术引领接入网容量增加1000倍引言大规模天线天线同频同时全双工高频段通5g是演进型技术为主和革命型技术为辅的集合演进型革命型革命型基本原理传统频分双工系统频段分配示意图上行频段下行频段传统时分双工系统时隙分配示意图上行时隙下行时隙基本原理同频同时全双工系统时隙频段分配示意图上下行共用频段基本原理全双工蜂窝系统单小区干扰分析发射天线接收天线基本原理干扰消除技术干扰消除技术在点对点场景同时同频全双工系统的自干扰消除研究中根据干扰消除方式和位置的不同有三种自干扰消除技术
ppt课件
干扰消除技术
数字干扰消除
经历频率选择性衰落信道的 DI
14
在数字干扰消除器中设 置一个数字信道估计器和一 个有限阶（FIR）数字滤波 器。 信道估计器用于 DI信 道参数估计； 滤波器用于 DI 重构。 由于滤波器多阶 时延与多经信道时延具有相 同的结构， 将信道参数用 于设置滤波器的权值， 再 将发射机的基带信号通过上 述滤波器， 即可在数字域 重构经过空中接口的 DI， 并实现对于该干扰的消除。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键词：全双工；频谱共享；协作通信；中继选择
中图分类号：TN929.5
文献标识码：A
文章编号：1673-1131（2016）05-0215-02
智能手机的普及应用使得移动网络数据流量呈爆发性增 长。根据思科公司预测，全球网络数据流量每年以 131%的速 率增长，2014 年相比 2009 年全球移动流量增加了 66 倍，尤其 是人口密集的热点地区，总流量增长更多。然而，现有第三代移 动通信系统（3G）和第四代移动通信系统（4G），其峰值速率每年 仅仅以 55%的速率增长，很难满足丰满数据业务增长的需求 [1,2]。
摘要：当前，线性增长的无线蜂窝网容量难以满足按指数规律增长的移动互联网业务量的需求。因此，学术界和工业界要
求频谱效率进一步得到提升。与传统的半双工模式相比，同频全双工技术能使得频谱效率显著提高，同时，面临着自干扰
的负面影响。文章对同频全双工技术进行了介绍，对相关技术特点进行分析，并对同频全双工所面临的技术挑战进行评述。
基金项目：国家自然科学基金资助项目(61501182 , U1501253, 61503133)；湖南省教育厅科研一般项目(15C0548, 15C0558)； 湖南科技大学博士启动基金(E51539, )；石河子大学应用基础 研究青年项目（2014ZRKXYQ17）; 石河子大学高层次人才科研 启动项目（RCZX201437） 作者简介：钟斌（1982-），男，博士，主要从事协作通信与认知无 线电技术研究；曾超（1982-）（通讯作者），男，副教授，主要从 事生物医学信号处理的研究。Biblioteka 图 1 全双工与半双工中断概率对比
2 同频全双工协作通信技术面临的技术挑战
尽管学术界和工业界已经在同频全双工方面进行了大量 的研究，对网络工作条件过于理想化，在实际无线通信系统中 并不一定可行，因此，仍然存在如下技术挑战[5-7]：
（1）同频全双中在理论上能够实现无线通信系统频谱效 率翻一番。然而，如图 2 所示，在同频全双工中继模式下，中 继的发射天线对接收天线造成严重干扰，甚至会淹没接收信 号，使得信号难以实现正确解调。尽管，如图 2 所示利用现 有的模拟自干扰迫零消除、数字自干扰消除技术能够一定程 度上消除自干扰，然而仍显不足。因此，设计高精度的自干 扰消除算法是同频全双工中继通信技术研究当中的一个重 要技术挑战；
（3）采用协作通信技术能够有效地提高无线信号的覆盖 范围、系统容量及降低网络的能量损耗。协作通信过程中， 主要是基于信道状态信息进行选择合适的信道链路进行通 信。在多中继中选择一个最优接入中继，使得系统分集度得 到提升，并且相比多中继同时辅助传输模式减少了中继节点 间的干扰，提升了频谱效率。然而，在移动场景信道状态的 时变性和有限的信道状态信息回程链路反馈，如何利用信道 的统计特性准确选择接入合适的同频全双工中继节点实现 通信，是进行同频中继选择算法设计时必须解决的一个关键 问题。
[2] Hu R Q, Qian Y. An energy efficient and spectrum efficient wireless heterogeneous network framework for 5G systems [J]. IEEE Commun. Mag., 2014, 52(5), 94-101
[6] Bin Zhong, Zhongshan Zhang.Opportunistic Two-way Fullduplex Relay Selection in Underlay Cognitive Networks, under review. IEEE Systems Journal [J]. to appear
[4] 马双久.800/900MHz 频段移动无线通信系统的场强预测 [J].现代电信科技,2014,11:21-28
作者简介：毛业进（1980-），男，高级工程师，硕士学位，研究方 向为工程测量技术的应用研究及工程测量新技术发展研究。
２１５
信息通信
（3）另外，由于同频全双工中继节点的收发天线进行同时 通信，因此消除隐藏终端和降低了网络拥塞；
（2）
消除了 1/2 乘积因子 1。因此，在理想干扰消除状态下， 理论上能实现频谱效率倍增。
（2）衡量同频全双工多中继选择协作通信网络可靠性的重 要指标中断概率特性如图 1 所示。全双工节点中继协作通信 为一种虚拟多入多出（MIMO）技术，当候选中继数目 N 值增大 时，系统的空间分集度增加。通过全双工技术与半双工技术 对比分析，同频全双工模式在链路低信噪比区域可靠性能更 好，但随着信噪比的增加，在中高信噪比区域，由于自干扰的 影响加剧，使得同频全双工中继协作通信出现了基底（floor）效 应，因此同频全双工技术的中断概率随着链路平均信噪比增 加下降不明显[8]；
3 结语
尽管手机工程模式所测得的数据与精准数据之间存在一 定差距，但其所测得的结果已然能够满足普通工程对测量结 果的要求。所以，如果工程对测量结果的要求并不高，技术人 员便可利用手机工程模式进行移动通信场强的测量工作，从 而为工程节省大量成本，也便于移动通信部门日常的维护工 作以及测量工作。
参考文献：
（2）研究表明，异构网络（HetNet）技术使得无线通信系统 当中频谱效率得以提升。由于在 HetNet 系统中宏蜂窝与微蜂 窝共存，宏基站、微基站以及移动用户之间相互干扰，使得 HetNet 当中层内干扰与层间干扰共存，并且随着无线网络的密集 化，层间干扰和层内干扰愈加剧烈，从而严重制约了无线网络 容量的提升，尤其是使用同频全双工中继协作传输技术，干扰 愈加复杂化。因此，在复杂干扰环境当中，同频全双工节点资 源共享问题将是另外一个技术挑战；
[3] Sendonaris A, Eekip E, Aazhang B. User cooperation diversity-Part II: implementation aspect and performance analysis[J]. IEEE Trans. Commun., 2003, 51(11): 1939-1948
[7] Choi J I, Jain M, Srinivasan K, et al. Achieving single channel, full duplex wireless communication[C]//Proceedings of the sixteenth annual international conference on Mobile computing and networking. ACM, 2010: 1-12
1 同频全双工协作通信技术优势
半双工模式导致频谱资源利用率不高。此外，半双工基站 协作方式对无线无缝覆盖能力方面仍显不足，因此，必须打破 现有的半双工模式，研究同频全双工协作通信机制，从而实现 无线通信网络的频谱效率提升，实现更为广泛的无线通信盲点 覆盖。在理想干扰消除情况下，同频全双工技术相比半双工模 式吞吐量提高 80%。此外，结合多播协作技术还可以实现降低
人员若要对某一测量点进行测量，便需要思考小尺度衰落的 状态。
所谓小尺度衰落指无线信号在历经较短时间或是距离的 传播过程之后，幅度会在短时间内衰落，导致大尺度路径所形 成的损耗可以直接忽略，不予考虑。这种衰落状态出现的原 因是因为相同传输信号由两个或两个以上的路径实施传播， 而当两个信号被接收机接收时出现了一定时间差，从而使得 两个信号相互干扰，进而形成了小尺度衰落，上述波可称为多 径波。接收机上的天线可将多径波调整为幅度以及相位都剧 烈变化的信号，该信号的变化强度由多径波的相对传播所用 时间以及其强度所决定。
[8] Bin Zhong, Dandan Zhang, Zhongshan Zhang. Power Allocation for Opportunistic Full-Duplex based Relay Selection in Cooperative Systems, KSII Transactions on Internet and Information Systems, 9(10), pp. 3908-3920, 2015
２１６
图 2 全双工中继自干扰
3 结语
本文挖掘同频全双工技术的技术潜能，并对全双工技术 面临的技术挑战进行调研。应用同频全双工技术，能够提高 无线通信系统的频谱效率、数据的吞吐能力，从而更好地满足 用户的通信需求。
参考文献：
[1] Cisco, Cisco visual networking index: forecast and methodology 2009 – 2014, Cisco White Paper, June, 2010
为了满足第五代移动通信系统业务增长的需求，需要实 现第五代移动通信系统 (5G) 比第四代移动通信系统数据吞吐 能力提升 1000 倍以上。研究人员亟需提升网络系统的频谱 效率。同频全双工技术作为未来 5G 关键核心技术之一，可以 有效地提升频谱效率和减少能耗开销，能够有效地改善未来 无线通信系统的服务质量。有鉴于此，本文调研同频全双工 协作技术的技术优势及所面临的挑战[3,4]。
[5] Bin Zhong, Zhongshan Zhang, Xiaomeng Chai, Zhengang Pan, Keping Long, Haiyan Cao.Performance analysis for opportunistic full-duplex relay selection in underlay cognitive networks, IEEE Trans. Veh. Technol.[J]. 64(10), pp. 4905 – 4910, 2015