基于网络全双工的密集分布式MIMO无线传输理论与技术研究

With the increasing of the mobile data service, the scarcity of the spectral resource, and the rapid increasing of the energy consumption, it gives highly demand to improve the performance for beyond 5G (B5G) mobile communication systems. To this end, we need to break through the traditional duplexing methods, improving the bi-direction transmission rate for multiple users. With network full duplexing (NFD), we can significantly improve the transmission rates, and it is also a main technique to achieve B5G high capacity communications. In this project, we will study the transmission theories and techniques of densely distributed MIMO with NFD: firstly, using information theory, we will give the theoretical analysis of the system-level performance of network full duplexing, and reveal the impact of the system parameters on the system performance; secondly, we will study the channel state information acquisition; thirdly, we will also study the joint processing techniques, and then the complete transmission theories and technique systems for the NFD based distributed MIMO will be established. The results of this project will provide the theoretic foundation and technique support for B5G mobile communication systems.

移动数据业务的快速增加、频谱资源的日趋紧缺以及能源消耗的快速增长对5G之后的移动通信系统提出了更高的要求。为此，需要突破传统双工方式，解决用户上下行高容量的需求。通过密集分布式协作组网，并结合网络全双工，可以大幅提高多用户双向传输速率，是实现后5G高容量通信的重要手段。本项目将开展基于网络全双工密集分布式MIMO传输理论与技术研究，运用信息论，对网络全双工系统的性能进行理论分析，揭示系统参数对系统性能的影响，克服信道信息获取问题和联合处理的复杂性问题，形成较为完备的网络全双工密集分布式MIMO传输理论与技术体系，为后5G移动通信系统提供理论基础和技术支撑。

6G需要支撑包括高速率和低时延的多样化业务。另外，6G需要支撑包括室内/室外、公网/专网的应用场景，这些应用场景对速率的需求也是多样化的。因此，6G网络需同时具备上、下行高速率和低时延的能力。系统采用传统时分双工（TDD）帧配置时，上下行切换的时延较大，采用5G全特殊时隙配置和符号级调度可以降低时延，但是会引入频繁的上下行切换，开销较大。另外，适配多样化业务的灵活TDD帧结构，对于室内/室外、公网/专网采用不同的上下行时隙配比时，可能引入交叉链路干扰（CLI），即：处于发射状态的基站对处于接收状态的基站的干扰、上行用户对下行用户的干扰。同时同频全双工（CCFD）具有高频谱效率和低时延的特点，随着CCFD器件的成熟，将有望在6G中得到应用，但是其规模组网同样会引入CLI。CLI问题将严重限制灵活双工和CCFD的组网性能。. 充分利用CF-mMIMO的空分能力，本项目创造性地提出了“网络辅助全双工”（NAFD）技术，统一了现有的全双工、混合双工、灵活双工等组网方式，凭借中央处理单元的联合信号处理能力，在数字域解决了网络中面临的CLI问题。. 在此基础上，本项目针对CF-mMIMO及NAFD的基础理论，主要研究了非理想信道状态信息下CF-mMIMO的频谱效率分析、能效分析以及采用NAFD的CF-mMIMO的频谱效率分析，为无线传输奠定理论基础；针对CF-mMIMO及NAFD的无线传输技术，主要研究了NAFD的参考信号设计、信道估计方法、波束成形优化方法、收发机设计；针对CF-mMIMO及NAFD的无线资源分配技术，主要研究了NAFD的无线资源分配，降低组网的交叉链路干扰等，为系统组网奠定基础。基于上述的研究形成了较为完整的以CF-mMIMO为基础的NAFD组网理论和技术体系。