[发明专利]一种使用共享式大规模天线阵列的双向全双工中继系统

说明书

技术领域

本发明公开了一种使用共享式大规模天线阵列的双向全双工中继系统，属于无线通信、信号处理技术领域。

背景技术

双向(two-way)中继系统一直是近几年的研究热点，相对于单向中继系统，它可以同时双向给用户发送信号，在信息传递上更加灵活高效。全双工技术(in-bandfull-duplex)是近几年刚刚兴起的无线通信技术。该技术可以有效地提高频谱效率，提高用户数据的传输速率和系统的吞吐量，大大改善用户对无线网络接入速度的体验。

全双工系统的最大问题在于其无线部分的自干扰很强，会使得接收信号的信干噪比(SINR)大幅度下降，从而影响到系统性能和容量。近几年围绕如何减小自干扰对系统的影响，人们提出了多种抑制和压缩方法，保证了系统接收端的信干噪比，从而保证了系统的性能和容量。

目前，双向全双工中继系统通常使用频域或时域复用技术实现双向双工通信，近几年出现了使用分离式天线阵的双向全双工中继系统，但该系统至少需要4副天线阵，特别是当天线数量较多时，双向全双工中继系统的部署很不灵活，而只使用2副大规模天线阵的共享式天线阵双向全双工通信系统就更少。

发明内容

本发明提供了一种使用共享式大规模天线阵列的双向全双工中继系统。该系统使用两幅工作在同一频段的大规模天线阵同时作为收发天线，在压缩同频干扰的基础上实现中继的同时刻同频率双向通信。由于只采用两副大规模天线阵列，该系统的射频设备成本大大降低；同时由于采用双向全双工通信，频谱效率也大大提高。此外，该系统保留了大规模天线时分双工(TDD)系统的信道互易性，不需要信道状态信息(CSI)的反馈开销，从而进一步提高了系统的吞吐量。

本发明的提出的技术方案如下：

一种使用共享式大规模天线阵列的双向全双工中继系统，该系统包括中继站、共享式大规模天线阵、用户设备和环行器，所述共享式大规模天线阵为中继站上使用的在同一频率资源上同时发射和接收射频信号的两副共享式天线阵列，该天线阵列采用环行器进行无线收发信号的分离；所述用户设备为使用同一频率资源同时发射和接收射频信号的一副共享式单天线移动设备，该天线使用环行器对无线收发信号进行分离，该系统工作过程如下：

步骤1.中继站两侧的用户同时向中继站发送信号，所有用户的信号发送频率和接收频率相同；

步骤2.共享式大规模天线阵收到用户的信号，经环行器传送给中继站做下一步处理，该过程中环行器会隔离该天线上的下行自干扰，天线阵列之间和天线阵列各天线之间的同频干扰采用物理隔离抑制，剩余干扰用大规模天线信号处理进行消除，最后中继站得到各用户的有用信号；

步骤3.中继站将各用户的信号放大，并在同频率上同时向中继站两侧对应的用户发送该信号；

步骤4.各用户设备收到中继站转发来的信号，经环行器分离出信号和自干扰，该过程中环行器会抑制用户发送信号的自干扰，最终收到对应用户的有用信号。

该过程在多个用户对之间同时同频进行，从而实现用户对之间的双向全双工中继通信。

附图说明

图1：本发明系统模型；

图2：本系统的工作过程。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明进行进一步的说明，但不限于此例。

本发明的实施方式涉及一种共享式大规模天线阵列的双向全双工中继系统，如图1所示。该系统包括中继站，共享式大规模天线阵，用户设备和环行器。该系统的上下行信道满足信道互易性，即下行信道矩阵是上行信道矩阵的转置。中继站两侧的天线阵列A和B在同一频率资源上同时发射和接收用户信号，并采用环行器对无线收发信号的进行分离；进行双向通信的用户1和2同样使用同一频率资源同时发射和接收中继信号，并使用环行器对无线收发信号进行分离。

该中继系统的通信过程如下：

步骤1.中继站两侧的用户1和用户2在同一时刻向中继站发送信号，该用户的发送频率和该用户的接收频率相同；

步骤2.中继大规模天线阵A收到用户1的信号，同时大规模天线阵B收到用户2的信号。这些信号经环行器传送给中继做下一步处理。该过程中环行器会隔离该天线上的下行自干扰，天线阵列A、B之间和天线阵列各天线之间的同频干扰采用物理隔离抑制，剩余干扰用大规模天线信号处理消除。中继站最终得到用户1和用户2的有用信号；

步骤3.中继站将用户1、2的信号放大，并在同频率上同时向中继站两侧的用户2、1发送该信号；