[论文解读] Full Duplex Networking: Mission Impossible?

Shuangfeng Han, I Chih‐Lin+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2014

Full-Duplex Wireless Communications参考文献 7被引用 10

一句话总结

本文研究了全双工（FD）网络作为应对5G移动流量持续增长需求的解决方案，提出干扰抑制技术、TDD/FDD混合帧结构以及超全双工基站，以实现上行链路与下行链路的同时传输。结果表明，当结合先进的干扰 cancellation 和信道互易性恢复技术时，全双工可显著提升频谱效率与系统性能。

ABSTRACT

Mobile traffic is projected to increase 1000 times from 2010 to 2020. This poses significant challenges on the 5th generation (5G) wireless communication system design, including network structure, air interface, key transmission schemes, multiple access, and duplexing schemes. In this paper, full duplex networking issues are discussed, aiming to provide some insights on the design and possible future deployment for 5G. Particularly, the interference scenarios in full duplex are analyzed, followed by discussions on several candidate interference mitigation approaches, interference proof frame structures, transceiver structures for channel reciprocity recovery, and super full duplex base station where each sector operates in time division duplex (TDD) mode. The extension of TDD and frequency division duplex (FDD) to full duplex is also examined. It is anticipated that with future standardization and deployment of full duplex systems, TDD and FDD will be harmoniously integrated, supporting all the existing half duplex mobile phones efficiently, and leading to a substantially enhanced 5G system performance.

研究动机与目标

• 应对2010年至2020年期间预测的移动流量大规模增长，要求采用变革性的5G网络解决方案。
• 通过在相同频段上实现同时传输与接收，克服半双工通信的根本性限制。
• 分析全双工系统中的干扰场景，并提出适用于实际部署的实用抑制策略。
• 将TDD与FDD模式整合进统一的全双工框架中，以支持与现有半双工设备的向后兼容性。
• 设计保持信道互易性并支持高效全双工运行的收发器架构。

提出的方法

• 分析全双工系统中的干扰场景，包括自干扰和用户间干扰。
• 提出候选的干扰抑制方法，以抑制自干扰并维持链路质量。
• 设计抗干扰的帧结构，支持全双工模式下的时分双工（TDD）与频分双工（FDD）。
• 开发收发器结构以恢复信道互易性，这对相干传输与接收至关重要。
• 提出超全双工基站的概念，其中每个扇区以TDD模式运行，以支持多波束下的全双工操作。
• 通过协调TDD与FDD的运行方式，将TDD与FDD原理扩展至全双工，实现其在5G系统中的无缝集成。

实验结果

研究问题

• RQ1 在全双工无线网络中，如何有效抑制自干扰与用户间干扰？
• RQ2 何种帧结构设计可实现全双工系统中TDD与FDD的高效共存？
• RQ3 在全双工收发器架构中，如何保持并恢复信道互易性？
• RQ4 为实现基于扇区TDD运行的超全双工基站，需要进行哪些架构修改？
• RQ5 如何在全双工系统中和谐集成TDD与FDD，以支持现有的半双工移动设备？

主要发现

• 当结合有效的干扰抑制技术时，全双工网络可显著提升5G网络的频谱效率与系统性能。
• 干扰抑制技术对于抑制自干扰并实现可靠的上行与下行链路同时传输至关重要。
• 可设计出抗干扰的帧结构，以在全双工系统中同时支持TDD与FDD模式。
• 能够恢复信道互易性的收发器结构可实现精确的信道状态估计，并提升链路可靠性。
• 超全双工基站的概念使得每个扇区以TDD模式运行，同时支持多波束下的全双工操作。
• 未来标准化可协调TDD与FDD在全双工中的应用，实现与现有半双工移动设备的向后兼容性。