[发明专利]用于全双工MIMO无线电传输和接收的全双工MIMO无线电单元及方法

说明书

提供了一种全双工多输入多输出无线电单元。它包括传输单元、天线单元、接收单元、环行器单元和功率降低单元。所述传输单元生成第一信号。所述环行器单元向所述天线单元的每个单独的天线提供来自所述传输单元的所述第一信号中的一个。每个天线传输所述第一信号中的一个并同时接收第二信号中的一个。多个环行器中的每一个向功率降低单元提供多个第三信号中的一个。每个所述第三信号包括所述第二信号中的一个和由天线单元和环行器单元产生的来自所述第一信号的干扰。多个功率降低器中的每一个通过将所述第三信号中的一个与信号分离因子相乘来减小第三信号中的一个的功率。

技术领域

本发明涉及使用MIMO和全双工的无线电单元以及传输和接收方法。

背景技术

为了满足移动设备中流行的多媒体应用导致的不断增长的容量需求，已经提出了许多方法来提高现代无线系统的系统吞吐量。最有前景的方法之一是全双工(FD)无线电，因为它能够同时在相同的频带上传输和接收信号。相比之下，半双工(HD)无线收发器节点不能实现同时双向带内通信。全双工能力是有利的特征，其可以有助于减小通信链路的带宽占用，同时保持总体上所得到的传输速率不变。事实上，理论上，通过这种方法，与半双工无线电相比，双频谱效率是可实现的。

在无线电设备家族中最具吸引力和挑战性的解决方案是所谓的带内单天线FD实施方案。在这种情况下，所述设备不仅可以在同一频带上同时传输和接收也可通过单天线同时传输和接收。这能够积极地影响设备的成本，从而不需要两个或者更多分开的电路和天线去实现FD通信。为FD无线电引入多个天线却有望成为日益增长的容量需求的解决方案。因此，现代无线通信研究中最具挑战性的研究前沿之一是设计实现有效的FD多输入多输出(MIMO)通信的体系结构和解决方案。

然而，由于实际硬件架构的局限性，一个非常严重的问题影响着带内FD，即，所谓的自干扰(SI)。在实践中，SI是从设备的传输(TX)链路到接收(RX)链路泄漏的传输信号的累积。如果不加管理，所述SI能够不可逆转地损害无线电设备的性能。这是由于与输入信号的功率相比它的功率非常高，由于无线传播引起的衰减，SI以非常低的功率到达天线。因此，所需的信号因残余SI受到损害，并且总体的吞吐量降低。事实上，所得到的信干噪比(SINR)量是非常低的，所述信干噪比测量在所有可能的干扰强度上所需信号的强度。在这个背景下，除非SI在不能被取消的前提下能够被显著减少，否则正确的解码不能够被执行。

另一方面，随着全球变暖问题日益受到关注以及信息与通信技术(ICT)在全球碳足迹中所占比例的增加，对通信网络能源效率的兴趣在过去的十年里又重新燃起。世界ICT生态系统每年用电约1500TWh，相当于日本和德国的所有发电量的总和。ICT预计每年都会增加能源消耗，因为它通过新技术，如云计算、移动互联网、物联网以及智能手机、平板电脑和智能手表等新设备越来越多地渗透到人类活动的所有领域。为了减少ICT的碳足迹，提高有线和无线网络信息采集、处理和分配中的能源效率，已成为研究人员面临的主要挑战。通信系统已经占用了ICT使用的能源的25％左右。因此，希望设计有线和无线设备以获得最佳能源效率，而不牺牲服务质量或性能。

此外，对提高数据传输速率兴趣的日益增长，导致了对诸如MIMO的多天线解决方案的选择。其中，减少大的自干扰成为实现全双工通信优点的更具挑战性的问题。的确，在全双工MIMO设备中，自干扰表现为自对话和串扰，如图1所示。

这里描述了一个全双工多输入多输出无线电单元1。全双工MIMO无线电单元1包括传输单元2，环行器单元3，接收单元4，干扰消除单元5和天线单元6。传输单元2包括多个传输信道TX1、TX2和TX3，它们分别连接到环行器单元3的多个环行器的一个。环行器中每一个还连接到天线单元6的多个天线A₁、A₂、A₃中的一个。此外，环行器的每一个还连接到接收单元4的多个接收路径RX1、RX2，RX3中的一个。传输单元2和接收单元4各自连接到干扰消除单元5。