面向蜂窩通信系統的全雙工通信理論與方法

《面向蜂窩通信系統的全雙工通信理論與方法》是依託北京航空航天大學，由韓聖千擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向蜂窩通信系統的全雙工通信理論與方法
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：韓聖千
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

全雙工通信是一種提高無線通信系統頻譜效率的有效途徑,其可行性已於近期得到驗證，但是目前所實現的性能與預期的理論性能之間還有很大的差距。本課題面向高頻譜效率和高能量效率蜂窩通信系統，圍繞全雙工通信中回聲干擾抑制這一核心問題，針對單小區單用戶、單小區多用戶和多小區多用戶三種典型場景，從網路角度挖掘全雙工通信的性能潛力，揭示系統性能與時間、頻率、發射功率、多天線、多用戶、多基站等系統資源、以及小區上下行業務負載和用戶上下行性能要求之間的內在聯繫，面對全雙工通信所導致的複雜干擾環境，探索達到系統性能極限的高譜效傳輸機制，並首次嘗試建立高能效全雙工傳輸機制，在此基礎上提出具有可實現性的低複雜度、高性能雙向收發算法和資源分配方法，為全雙工通信技術在未來蜂窩通信系統中的套用提供理論依據和關鍵技術。

結題摘要

隨著5G蜂窩通信系統研究和標準化工作的全面啟動，全雙工技術受到學術界和工業界的廣泛關注。在點對點通信系統中，現有工作已經實驗驗證了全雙工技術可以成倍提高系統的頻譜效率。在蜂窩通信系統中，全雙工網路面臨比傳統半雙工網路更複雜的干擾環境。此時，全雙工網路是否優於半雙工網路？在什麼條件下優於半雙工網路？增益有多大？如何配置系統資源來實現全雙工網路的性能潛力？限制全雙工網路性能的瓶頸因素是什麼？全雙工技術應如何套用於蜂窩通信系統？在自然科學基金的支持下，本項目圍繞這些基本問題開展了研究工作。 研究結果表明全雙工網路並不是永遠優於半雙工網路，取決於自干擾抑制的效果，並且全雙工網路的性能增益取決於上下行業務需求非對稱的程度。相對於靜態TDD網路，全雙工網路的性能增益隨著雙向業務非對稱程度的增加而增加，最高可以超過100%；相對於動態TDD網路，全雙工網路的性能增益隨著雙向業務非對稱程度的增加而下降，在典型蜂窩系統參數配置下，當雙向業務對稱時，性能增益可達33%，而在典型的下行業務主導場景下，全雙工網路的增益僅為1.9%-3.3%。因此，在蜂窩通信系統中套用全雙工技術時，不能簡單的將現有的半雙工基站替換為全雙工基站，而需要研究如何套用全雙工技術來增強下行傳輸性能以滿足較高的下行業務需求。為此，我們提出了兩種在蜂窩通信系統中套用全雙工技術的新機制：異構網中基於全雙工的跨層干擾抑制技術和基於全雙工的閉環波束賦形技術。這兩種技術能夠有效增強異構網路和閉環波束賦形系統的下行性能，為全雙工技術在蜂窩通信系統中提供了新的套用場景。同時，我們提出了僅利用用戶非理想位置信息的雙向用戶調度和基站雙工模式選擇方案，結果表明粗略的位置信息仍然可以有效提升全雙工系統的性能，使其明顯優於半雙工系統，這可以大大降低全雙工系統獲取信道信息所需的信令開銷，為全雙工技術在實際蜂窩通信系統中的套用提供了支撐。