[发明专利]一种基于QAM调制的全双工双向中继方法

说明书

本发明公开了一种基于QAM调制的全双工双向中继方法，其步骤为：在每帧的第1个时隙，用户A和B在QAM信号的同向分量上同时发送各自的第一比特信息，中继R接收混合信息并解码；在每帧的第n个时隙，用户A和B、中继R分别在QAM信号的同向和正交分量上进行信息的收发；在每帧的第N个时隙，中继R转发上一时隙的再生信息，用户A和B接收到中继R的转发信号后，进行解码，分别得到对方上一时隙的发送信息。本发明能够较好地消除中继协作中的互干扰和自干扰问题，实现一种双向中继系统的全双工工作模式，从而提升系统通信的有效性和时延性能；本发明技术实现简单、成本低、配置灵活，既可单独使用，也可与传统全双工技术配合使用。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体地说，涉及一种基于QAM调制的全双工双向中继方法。

背景技术

中继技术是通信系统对抗信道传输衰落的有效方法。最初的中继方式是对接收信号在物理层进行简单的放大转发，例如有线通信中的中继器与无线通信中的直放站(两者在英文中为同一个词，即Repeater)，由于对降低发送功率和提升系统性能颇有帮助，从而在通信网络中得到广泛应用。不过，这种做法没有充分挖掘中继节点的信号处理潜力，并且缺乏对信道和网络资源(特别是对无线通信)的管理能力，于是一种称为Relay的新型中继技术(在不引起歧义的条件下，后文中继一词即指Relay)应运而生。这种中继技术不仅仅局限于物理层，还可以进行跨层处理，故能够有效利用中继节点的处理能力，功能强大，特别适合于开放环境的无线通信。该技术不仅能够获得提高数据传输速率和传输质量方面的益处，还能有效地扩大网络覆盖范围、覆盖阴影区域、节约能耗，故近年来受到业界的普遍关注，在移动通信网络中得到快速发展和广泛应用。

上述传统中继技术虽有诸多优点，但因工作于“接收--转发”的半双工模式，带来了传输效率的损失，因此如何提升协作通信系统的频谱效率就成为一个迫切需要解决的问题。Rankov等人针对两个终端节点借助中继节点来交换彼此信息这一重要的通信场景，于2007年提出了双向中继的概念与技术。双向中继技术虽然仍工作于半双工模式，但采用两终端节点同时向中继节点发送信号，然后中继节点再把接收到的混合信号广播给两终端节点的方式，实现了在同一个物理信道中同时支持两个单向通信，因此仅仅利用两个节拍(单向中继一般需要四个节拍)就完成了整个协作过程，从而可以有效提升网络吞吐量和提高频谱利用率。所以，双向中继技术一经提出，就激发出人们极大的研究兴趣与热情，研究人员在功率分配、中继选择、节点处理方式、时隙传输模式等诸多方向上对双向中继系统展开了广泛研究。

不过，两节拍中继协议已难以满足现代通信业务量持续激增的需求，例如，移动互联网和物联网各类新型业务及应用不断涌现，将带来约1000倍的数据流量增长以及超过500亿量级的终端设备连接，系统带宽将达到Gbps量级，这让频谱资源的供需矛盾十分突出，人们不得不继续寻找更高频谱效率的通信技术。目前，由于全双工技术在同一时间和同一频率上进行信号收发，可以明显减少频谱效率的损失，已被5G移动通信系统确定为关键技术之一，相应地全双工双向中继技术也进入了人们的视野。但与半全双工相比，全双工双向中继系统在中继节点、源节点和目的节点都存在互干扰与自干扰，所以干扰问题更为严重，干扰消除更加困难。现有方法主要是通过天线隔离、天线波束赋形、模拟域自干扰消除、以及用于消除多径波的数字消除器等技术。由于没有哪一种技术能够完全消除干扰，往往是数种技术联合实施。上述这些方法往往成本很高，而且在抑制干扰信号的同时常常也会削弱有用信号，有诸多局限性，尤其不适用于小型设备。与4G相比，5G网络的小区更小，加之物联网成为其重要部分，导致了小型设备大量涌现，急需更加简易和低成本的全双工中继方案。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于QAM调制的全双工双向中继方法。利用QAM信号同向与正交信号内积为零的特性来消除双向中继系统工作于全双工模式时的干扰问题，从而实现低成本、简易的全双工双向中继技术方案，尤其适合日益增多的小型及便携式无线设备进行高效率的中继通信。

其技术方案如下：

一种基于QAM调制的全双工双向中继方法，包括以下步骤：