同时同频全双工通信理论与关键技术

.　In the past two decades, advances in theory and technologies of wireless communications theories have been mainly driven by the contradiction between the ever-increasing wireless service demand and the limited spectrum resources. Among these technological advances, the co-time co-frequency full duplex (CCFD) shall become another milestone in the evolution of wireless communication technologies after code-division multiple-access, multi-carrier modulation, and multi-antenna technologies...　In this project, we firstly study self-interference (SI) cancellation techniques in spatial, analog and digital domains with an objective of achieving a total SI cancellation capability of no less than 158 dB under typical engineering constraints. Next, we analyze the relationship between SI cancellation and transmission efficiency and establish the full-duplex signal processing model. We will also explore the capacity-achieving full-duplex signal transmission and detection schemes as well as the design criteria of the full-duplex signal waveforms. Finally, we will investigate the key techniques involved in hybrid duplex communication systems, including multi-access, resource management, and network architecture. An experimental test-bed will be developed to verify the theoretical achievements in this project...　This project will help promote the development and application of full-duplex technologies in practical wireless communication systems, including mobile communications, broadband wireless access, military data link, and electromagnetic compatibility. The to-be-carried out research will bring significant economic and societal value to the entire communication industry...

.近20年来，无线通信业务量爆炸增长与电磁频谱短缺之间的矛盾，驱动着无线通信理论与技术的变革。通信双工方式的革命将是继码分多址、多载波、多天线之后，高效无线通信理论发展过程中的最重要里程碑。..本项目重点研究空域、数字域、射频域的同时同频全双工自干扰抑制技术，在典型工程因素约束条件下，自干扰总抑制能力不小于158dB；分析自干扰抑制与高效传输的内在关系，建立同时同频全双工通信系统的信号处理模型；给出逼近理论极限的同时同频全双工信号检测方法，探索同时同频全双工通信信号波形的最优设计准则；研究同时同频全双工及混合双工网络中的典型多址方式、无线资源管理、网络架构等关键技术，完成测试床验证。..项目将会有效促进同时同频全双工技术更快的走向一般意义的工程实用化，对移动通信网、宽带无线接入网、军用数据链、电磁兼容等通信设备和系统的设计应用，具有重要的理论及经济价值。.

为了应对无线通信频谱资源近乎枯竭的社会现实，将无线通信总频谱资源翻一倍，本项目研究同时同频全双工通信的理论与关键技术。相关研究成果，将对移动通信网、宽带无线接入网、军用数据链、电磁兼容等无线通信设备和系统的设计和应用，具有理论与现实指导意义。.本项目主要研究四项内容：(1)多天线、宽带、时变、非线性强自干扰抑制。针对同时同频自干扰信号在空、时、频、功率域呈现的多维、时变、宽带、非线性性、强功率五大特征，研究了空域、射频域和数字域自干扰抑制技术；(2)全双工最优信号波形设计与信道容量。针对典型全双工信道和网络环境特征，研究了具有抗信道误差、鲁棒化的全双工发射波形和接收机方案及其优化算法；(3)全双工通信网络架构。针对全双工信号同时同频收发特征，研究了全双工网络行为、架构和资源分配优化算法；(4)同时同频全双工实验与测试。研制了同时同频全双工实验测试床，完成了关键技术的实验验证与测试。.本项目主要成果如下：(1)针对自干扰信号的功率强、路径多、宽带、时变、非线性特性，提出了一种“三重递进”抑制架构：在自干扰的发射、反馈、接收三个通道中逐次递进抑制自干扰，逼近线性分量、非线性分量的自干扰抑制理论极限；(2)针对同时同频全双工中继场景，采用凸优化理论，分析了全双工中继链路和速率最大化容量界限；针对全双工多小区异构网络，采用上下行发射波形联合优化设计，得到了一种最大化系统容量的波形方案；(3)针对多用户同时同频收发带来的干扰，利用中继节点的缓存特性，解决了多用户场景中的链路性能不平衡的问题，提出了固定功率传输和自适应功率传输下一种最优调度机制；给出了一种复杂度优化的三维映射策略，在子载波、下行用户、上行用户三个维度，对无线资源进行优化的管理控制；(4)在全双工通信理论和关键技术研究的基础上，研制了四套同时同频全双工测试床，完成了关键技术的实验验证；部分平台已发挥社会效益，供给国内一些企业和研究所验证使用。