无线通信系统中的全双工操作的系统和方法与流程

本申请要求享有于2015年2月9日提交的申请号为14/617,679、发明名称为“无线通信系统中的全双工操作的系统和方法”的美国专利申请的优先权，其内容通过引用结合于此，如同全文再现。本申请还涉及以下于2015年2月9日提交的申请号为14/617,598、发明名称为“全双工通信系统的训练信号的系统和方法”的共转让(co-assigned)美国专利申请，其内容通过引用结合于此，如同全文再现。

本公开总体上涉及数字通信，并且更具体地涉及用于无线通信系统中的全双工操作的系统和方法。

背景技术：

全双工被考虑为用于第五代(5g)及往后无线通信系统的无线电接入技术。在全双工操作中，设备在相同的信道上同时发送和接收。全双工通信系统中的重大挑战是在设备的接收器处的干扰，其中所述干扰直接来自设备的发送器。这种干扰可以被称为自干扰。例如，对于第三代合作伙伴计划(3gpp)长期演进(lte)基站收发器，该自干扰可以比3gpplte基站收发器的接收器的灵敏度水平高出多达120db。

因此，就需要一种用于3gpplte无线通信系统，例如时分双工(tdd)无线通信系统的帧结构，其要求对现有技术标准进行最小的改变，并且维持与传统硬件的兼容性。

技术实现要素：

提供用于在无线通信系统中的全双工操作的系统和方法的本公开的示例性实施例。

根据本公开的示例实施例，提供了一种用于操作第一设备的方法。所述方法包括，由所述第一设备将帧的第一灵活分配资源调度为由所述第一设备服务的第二设备的第一资源，由所述第一设备将所述帧的第二灵活分配资源调度为由所述第一设备服务的第三设备的第二资源，并由所述第一设备生成所述帧，该帧包括所述灵活分配资源和被配置用于传送第一训练信号的第一半双工训练周期，其中所述第一半双工训练周期和所述第一训练信号促进对所述第一设备的发射天线与所述第一设备的接收天线之间的通信信道的信道冲激响应(cir)的估计。所述方法还包括由所述第一设备发送所述帧，以及由所述第一设备同时接收所述帧。

根据本公开的另一示例性实施例，提供了第一设备。所述第一设备包括处理器，发送器，其可操作地耦合到所述处理器，以及接收器，其可操作地耦合到所述处理器。所述处理器将帧的第一灵活分配资源调度为由所述第一设备服务的第二设备的第一资源，将所述帧的第二灵活分配资源调度为由所述第一设备服务的第三设备的第二资源，并生成所述帧，所述帧包括所述灵活分配资源和被配置用于传送第一训练信号的第一半双工训练周期，其中所述第一半双工训练周期和所述第一训练信号促进对所述第一设备的发射天线与所述第一设备的接收天线之间的通信信道的信道冲激响应(cir)的估计。发送器发送所述帧。接收器同时接收所述帧。

根据本公开的又一示例性实施例，提供了一种通信系统。通信系统包括多个用户设备，以及全双工设备，其可操作地耦合到所述多个用户设备。该全双工设备包括处理器和非暂时性计算机可读存储介质，其存储由处理器执行的程序，所述程序包括指令以将帧的第一灵活分配资源调度为由所述第一设备服务的第二设备的第一资源，将所述帧的第二灵活分配资源调度为由所述第一设备服务的第三设备的第二资源，生成所述帧，所述帧包括所述灵活分配资源和被配置用于传送第一训练信号的第一半双工训练周期，其中所述第一半双工训练周期和所述第一训练信号促进对所述第一设备的发射天线与所述第一设备的接收天线之间的通信信道的信道冲激响应(cir)的估计，并同时发送和接收所述帧。

实施例的一个优点是示例性实施例向后兼容传统设备，从而允许全双工兼容设备和传统设备共存。

实施例的另一优点是示例性实施例要求对现有技术标准进行改变的幅度小，这将简化技术接受和实现。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考结合附图的下述说明，其中：

图1示出了根据本文描述的示例性实施例的示例性通信系统；

图2示出了根据本文描述的示例性实施例的示例性全双工设备；

图3a示出了根据本文描述的示例性实施例的3gppltetdd上行-下行配置的示例性概览图；

图3b示出了根据本文描述的示例性实施例的用于3gppltetdd兼容通信系统的帧的子帧的示例性序列；

图4a示出了根据本文描述的示例性实施例的针对不同ue类型的示例性子帧结构；

图4b示出了根据本文描述的示例性实施例的示例性全双工子帧结构；

图4c示出了根据本文描述的示例性实施例的用于支持全双工操作的通信系统的帧的子帧的示例性序列；

图5示出了根据本文描述的示例性实施例的发送帧的全双工设备中发生的示例性操作的流程图，该帧中包括执行自干扰消除的辅助；

图6示出了根据本文描述的示例性实施例的具有扩展的半双工导频信号(或训练信号)的示例性特殊子帧；

图7示出了根据本文描述的示例性实施例的具有扩展的tp特殊子帧的示例性全双工帧结构；

图8示出了根据本文描述的示例性实施例的从3gppltetdd上行-下行帧配置衍生出的全双工帧配置的示例性概览图；

图9示出了根据本文描述的示例性实施例的在全双工模式中操作的设备上发生的示例性操作的流程图；以及

图10示出了根据本文描述的示例性实施例的示例性通信设备。

具体实施方式

下面详细讨论当前示例性实施例的操作及其结构。然而，应当理解，本公开提供了可以在各种各样的具体上下文中体现的许多可应用的创造性概念。所讨论的具体实施例仅仅是本公开的具体结构和本公开操作方式的示意，并不限制本公开的范围。

本公开的一个实施例涉及无线通信系统中的全双工操作。例如，设备将帧的第一灵活分配资源调度为由该第一设备服务的第二设备的第一资源，将该帧的第二灵活分配资源调度为由该第一设备服务的第三设备的第二资源，并生成该帧，该帧包括该各灵活分配资源和被配置用于传送第一训练信号的第一半双工训练周期，其中该第一半双工训练周期和该第一训练信号促进对该第一设备的发射天线与该第一设备的接收天线之间的通信信道的信道冲激响应(cir)的估计。该设备还发送该帧，并且同时接收该帧。

本公开将结合示例性实施例，在特定环境中进行描述，该特定环境即支持全双工操作的第三代合作伙伴计划(3gpp)长期演进(lte)tdd兼容通信系统。本公开可以应用于标准兼容的通信系统，例如兼容3gpplte频分双工(fdd)、ieee802.11等技术标准的通信系统和非标准兼容的支持全双工操作的通信系统。

图1示出了示例性通信系统100。通信系统100包括enb105。enb105可以服务用户设备(ue)，例如ue110、ue112和ue114。一般来说，enb105可以作为ue的中介，接收发往和来自ue的传输，然后将传输转发到其预期目的地。通信系统100还可以包括中继节点(rn)120，其使用由enb105捐助(donate)的一些带宽来服务ue，例如ue116。rn120可以通过利用enb105所捐助的一些网络资源来帮助改善覆盖、数据速率以及整体通信系统性能。enb一般还可以称为基站、节点b(nodeb)、控制器、接入点、基站收发器等，而ue一般也可以称为站、移动设备、移动台、终端、用户、订户等等。

虽然理解通信系统可以使用能够与多个ue通信的多个enb，但是为了简单起见，仅示出了一个enb、一个rn和若干个ue。

半双工设备在允许其通信的任何给定时间、频率和/或空间上仅能够进行发送或者接收。通常，半双工设备不必担心自干扰。换句话说，由于半双工设备的接收器没有在与半双工设备的发送器相同的时间、频率和/或空间下使用，接收器不必担心由发送器引起的干扰。全双工设备在允许其通信的任何给定时间、频率和/或空间上能够进行发送以及接收。全双工设备可以具有内置机制来补偿自干扰。全双工设备也可以作为半双工设备进行工作。

图2示出了示例性全双工设备200。全双工设备200可以是能够进行全双工操作的enb。全双工设备200也可以是能够进行全双工操作的ue。全双工设备200可以包括一个或多个发射天线205和一个或多个接收天线210。由于在大多数实现中，发射天线205与接收天线210都是相对靠近或并置或共享，因此使用发射天线205发送的信号可能出现在接收天线210，并且其传输功率水平显著高于位于远程的设备传输到全双工设备200的功率水平。尽管全双工设备200在图2中被示为具有并置的或共享的发射天线205和接收天线210，但是全双工设备200的另选实现可以具有位于远程的发射天线205和/或接收天线210。作为示意性示例，另选全双工设备可以包括用作发射天线和/或接收天线的多个远程天线。因此，具有位于同处的天线的全双工设备200的图示不应被解释为限制示例性实施例的范围或精神。

图3a示出了3gppltetdd上行-下行配置的示例性概览图300。图300显示用于3gppltetdd兼容通信系统的用于各种不同配置的子帧的上行和下行分配。通常，3gppltetdd兼容通信系统的帧被划分为10个子帧，编号从0到9。一些子帧可以仅用于下行通信(标记为d，用于正常下行子帧，在特殊子帧中则为下行导频时隙(dwpts))，而一些其他子帧可以仅用于上行通信(表示为u，用于正常上行子帧，特殊子帧中则为上行导频时隙(uppts))。尽管详述集中于3gppltetdd，但是本文给出的示例性实施例还可以用3gppltefdd以及例如ieee802.11、wimax等的其他技术标准进行操作。因此，该详述不应被解释为限制示例性实施例的范围或精神。

如图3a所示，阴影部分的子帧指示着在3gppltetdd半双工通信系统中既可以用于上行通信也可以用于下行通信的子帧。上行和下行通信均可的子帧(即阴影部分的子帧)可以被称为特殊子帧，并且在所有示出的配置中包括子帧#1，以及在配置0、1、2和6中包括子帧#6。在半双工设备中，当从上行操作切换到下行操作(或反之)时，有时需要一段周期来允许重新配置半双工设备的电路，以及提供充足的间隔来帮助对准时序并减少各信号之间的干扰。在3gpplte中，该段周期被称为保护周期(gp)。在3gppltetdd兼容通信系统中，特殊子帧包括下行部分(dwpts)，随后是gp，随后是上行部分(uppts)。

图3b示出了用于3gppltetdd兼容通信系统的帧的子帧350的示例性序列。子帧序列350可以代表使用配置0、1、2和6的3gppltetdd兼容通信系统所用的子帧。子帧序列350包括第一特殊子帧355，该第一特殊子帧355包括dwpts部分357、gp部分359和uppts部分361。子帧序列350还包括第二特殊子帧365。对于使用配置3、4和5的3gppltetdd兼容通信系统，子帧的代表性序列可以是类似的，其例外是每帧仅有一个单个特殊子帧。表1示出了针对不同3gppltetdd子帧配置，在特殊子帧的三个部分中可用的样本数。

表1：各子帧配置的样本

如前所述，自干扰是对全双工操作的显著阻碍。可以使用自干扰消除来去除自干扰在全双工设备的接收器上的影响。

根据示例性实施例，现有子帧配置被重用以帮助保持与传统设备的兼容性，并最小化对现有技术标准进行的改变。保持与传统设备的兼容性并最小化对现有技术标准的改变可以有助于简化对全双工设备的技术接受，并且最小化在实施全双工通信系统中的开支。

图4a示出了针对不同ue类型的示例性子帧结构400。如图4a所示，子帧结构400基于3gppltetdd兼容通信系统的子帧配置3。图4a中所示的子帧仅仅是示意性的，其他子帧结构亦可。第一示例性子帧结构405用于传统ue，并且遵循配置3，没有修改。第二示例性子帧结构415可以支持全双工感知(duplexaware)ue，该ue了解全双工操作存在于通信系统中，但是不能够进行全双工操作。第三示例性子帧结构425可以支持能够进行全双工操作的全双工ue。第二示例性子帧结构415和第三示例性子帧结构425还支持这样的情况：ul与dl操作都不在被标记为x的子帧(例如，第二示例性子帧结构415中的子帧4和第三示例性子帧结构425中的子帧5)上调度。

根据示例性实施例，全双工设备在特殊子帧的gp中发送训练信号(或导频信号)，以允许全双工设备估计从全双工设备的发射天线到接收天线的通信信道的信道冲激响应(cir)。当gp包括训练信号(或导频信号)时，gp可以被称为训练周期(tp)。通常，当能够携带训练信号(或导频信号)时，gp可以被称为gp/tp。gp/tp可以是半双工周期，在该半双工周期期间，全双工设备发送训练信号(或导频信号)，并且不调度来自由全双工设备服务的其他设备的数据传输。cir可以用于消除接收信号中的自干扰。传输训练信号(或导频信号)有助于确保所估计的cir不受由接收天线接收的其他信号的影响，例如由接收天线接收的上行传输的影响。每个帧存在至少一个gp/tp(指子帧配置3、4和5中，若在配置0、1、2和6中，则每个帧具有两个gp/tp)，这允许全双工设备定期地执行cir估计，以帮助确保其能够保持对自干扰的准确估计。可用于cir估计的训练信号(或导频信号)的示例在题为“全双工通信系统的训练信号的系统和方法”、代理人案号为hw91018007us01的共转让(co-assigned)的专利申请中详细描述，其通过引用并入本申请。

图4b示出了示例性全双工子帧结构450。全双工子帧结构450基于3gppltetdd兼容通信系统的子帧配置3，并且能够支持图4a所示的三个示例性子帧结构。全双工子帧结构450的子帧0和2可以分别用于下行传输和上行传输。全双工子帧结构450的子帧1可以是包括dwpts部分455、gp/tp460和uppts部分465的特殊子帧。gp/tp460可以用于几个目的。从传统ue或全双工感知ue的角度来看，gp/tp460可以用作dwpts部分455和uppts部分465之间的gp。然而，当全双工子帧结构450与全双工enb一起使用时，gp/tp460可以用于允许全双工设备(在该示例中为全双工enb)根据在gp/tp460中发送的半双工导频信号(或训练信号)来执行cir估计。可以使用特殊子帧配置来调整gp/tp460的长度。作为示意性示例，如表1所示，gp/tp(例如，gp/tp460)中的样本数随子帧配置而改变。因此，可以选择支持所要求的gp/tp长度的子帧配置。

全双工子帧结构450的剩余子帧可以以灵活(f)方式使用，这意味着每个子帧都可以用于下行传输和/或上行传输。换句话说，可以为每个子帧调度一个或多个上行传输和/或一个或多个下行传输。可以基于若干个准则(多准则)来优化可以按灵活方式使用的子帧的调度，例如最大容量、干扰约束等。从ue的角度来看，ue可能需要能够基于在控制信道或更高层信令(例如无线资源控制(rrc)信令)上接收的调度分配来准备上行传输或下行接收。

图4c示出了支持全双工操作的通信系统的帧的示例性子帧序列475。子帧序列475可以代表通信系统的子帧，该通信系统利用使用配置0、1、2和6的3gppltetdd兼容通信系统的扩展支持全双工通信。子帧序列475包括第一特殊子帧480，该第一特殊子帧480包括dwpts部分、gp/tp部分和uppts部分。子帧序列475还包括第二特殊子帧485。对于利用使用配置3、4和5的3gppltetdd兼容通信系统的扩展支持全双工操作的通信系统，除了每帧只有单个特殊子帧之外，代表性子帧序列可以类似。

根据示例性实施例，全双工设备在特殊子帧的gp/tp中生成包括半双工导频信号的特殊子帧，并且发送特殊子帧。

图5示出了在全双工设备中发送帧时所发生的示例性操作500的流程图，所发送的帧包括执行自干扰消除的辅助。当全双工设备发送包括执行自干扰消除的辅助的帧时，操作500可以表示出在全双工设备中，例如enb中，发生的操作。

操作500可以开始于全双工设备调度传输机会(下行和上行传输)(块505)。全双工设备可以在相同或不同的子帧和频带上调度对ue的下行传输以及ue的上行传输。如果全双工设备是在为传统ue调度传输，则全双工设备可以遵循与传统ue兼容的子帧配置，例如之前讨论的3gppltetdd子帧配置，这也是全双工子帧所基于的配置。如果全双工设备是在为全双工ue和/或全双工感知ue调度传输，则全双工设备可以遵循与该全双工ue和/或全双工感知ue兼容的灵活子帧配置。

全双工设备可以根据调度传输机会生成帧(块510)。该帧可以包括gp/tp，该gp/tp包括训练信号(或等效地，导频信号)，以帮助全双工设备执行cir估计，以用于自干扰消除目的。该帧可以遵循本文所讨论的示例性帧的格式。另选地，该帧可以遵循本文未讨论的其他帧的格式，只要该帧包括训练周期，而该训练周期可以按与本文中给出的3gppltetdd示例中的gp/tp类似或不同的方式进行分配。全双工设备可以发送和接收该帧(块515)。

但根据示例性实施例，可以将该训练信号(或导频信号)的长度扩展到大于gp/tp部分，该gp/tp部分由于特殊帧配置和全双工操作开销最小化的限制而受限。由于训练信号(或导频信号)由全双工设备发送，因此可以调度和使用专用于下行传输的特殊子帧的部分的子集，使之还携带训练信号(或导频信号)。在这种情况下，由于附加地使用了系统资源(特殊子帧下行部分的一部分)，全双工的开销有所增加。更一般地，系统资源(例如，上行和/或下行)的任何部分都可以被预留并用于全双工操作的训练周期来发送导频信号。应当注意，当特殊子帧是用于传统ue通信时，则特殊子帧中专用于下行传输的部分可以用于下行传输，而当全双工ue和/或全双工感知ue可用并请求通信时，则特殊子帧的该部分可以被配置用于灵活(f)通信。

图6示出了具有扩展的半双工导频信号(或训练信号)的示例性特殊子帧600。特殊子帧600包括dwpts部分605、gp/tp610和uppts部分615。在准许较长的训练信号(或导频信号)但需要传统兼容性的情况下，dwpts部分605的子集可以由调度器预留并用于携带训练信号(或导频信号)。如图6所示，dwpts部分605(sym2/tp620和sym3/tp622)的一部分用于携带训练信号(或导频信号)，产生扩展tp。虽然在图6中示出为邻接的，但是dwpts部分605中用于携带训练信号(或导频信号)的子集可能必须与gp/tp610邻接。作为示意性示例，dwpts部分605中未被预留用于控制信令(包括但不限于sym3624、sym5626和sym6628以及sym2/tp620和sym3/tp622)的部分均可用于携带训练信号(或导频信号)。此外，在有多个特殊子帧的帧中，所有特殊子帧都可以具有扩展tp，特殊子帧的子集可以具有扩展tp，或者可以任何特殊子帧都没有扩展tp。

图7示出了具有扩展tp特殊子帧的示例性全双工帧结构700。全双工子帧结构700基于兼容3gppltetdd的通信系统的子帧配置0、1、2或6。全双工子帧结构700的子帧0和2可以用于灵活传输(即下行传输和上行传输)。全双工子帧结构700的子帧1可以是特殊子帧，该特殊子帧包括支持灵活传输和/或扩展tp的第一部分705、支持gp/tp的第二部分710和支持灵活传输的第三部分715。全双工子帧结构700的子帧6可以是与子帧1具有相同或不同配置的另一个子帧。

图8示出了从3gppltetdd上行-下行帧配置衍生出的全双工帧配置的示例性概览图800。图800显示出从3gppltetdd上行-下行帧配置衍生出的不同全双工帧配置的传输分配。对于每个全双工帧配置，在相应的全双工帧配置上方示出了原始的3gppltetdd上行-下行帧配置。

图9示出了在以全双工模式操作的设备上发生的示例性操作900的流程图。当设备在全双工模式下操作时，操作900可以象征着在设备上，例如能够进行全双工操作的enb或全双工ue上，发生的操作。

操作900可以开始于设备发送用于全双工cir估计的训练信号(块905)。半双工训练信号可以如本文呈现的示例性实施例，在分组中进行发送。作为示意性示例，训练信号可以在分组的特殊子帧的gp/tp部分中发送。作为另一个示意性示例，训练信号可以在分组的特殊子帧的下行部分的一些部分中以及在特殊子帧的gp/tp部分中进行发送。设备可以根据训练信号测量自干扰，以及估计cir(块910)。设备可以发送和/或接收(块915)。设备可以通过使用估计的cir来消除在接收信号中存在的干扰。(块920)

图10示出了示例性通信设备1000。通信设备1000可以是在全双工模式下操作的设备的实现，例如能够进行全双工操作的enb或全双工ue。通信设备1000可以用于实现本文所讨论的各种实施例。如图10所示，发送器1005被配置用于发送分组、半双工训练信号等。通信设备1000还包括被配置用于接收分组的接收器1010等。

训练信号生成单元1020被配置用于生成在cir估计中使用的训练信号。帧生成单元1022被配置用于生成帧和子帧，例如如本文所讨论的全双工帧和子帧。帧生成单元1022被配置用于在帧和子帧中放置信号，例如训练信号以及由通信设备1000所发送的信号。测量/估计单元1024被配置用于根据由通信设备1000发送的训练信号来测量自干扰。测量/估计单元1024被配置用于使用对训练信号的测量来估计cir。干扰消除单元1026被配置用于使用所估计的cir来消除来自通信设备1000的传输的接收信号中的自干扰。在由其他通信设备进行的传输中，接收信号中的干扰可以被其他常规单元所消除或抑制，该常规单元例如图10所示的发送器1005以及接收器1010中的调制器、解调器、编码器和解码器(图10中未示出)。存储器1030被配置用于存储分组、训练信号、生成的帧和子帧、测量、估计的cir、接收的信号、自干扰等。

通信设备1000的元件可以被实现为特定的硬件逻辑块。在另选方案中，通信设备1000的元件可以被实现为在处理器、控制器、专用集成电路等中执行的软件。在又一另选方案中，通信设备1000的元件可以实现为软件和/或硬件的组合。

例如，接收器1010和发送器1005可以被实现为特定的硬件块，而训练信号生成单元1015、帧生成单元1022、测量/估计单元1024和干扰消除单元1026可以是在微处理器(例如处理器1015)或定制电路或现场可编程逻辑阵列的定制编译逻辑阵列中执行的软件模块。训练信号生成单元1015、帧生成单元1022、测量/估计单元1024和干扰消除单元1026可以是存储在存储器1030中的模块。

虽然已经详细描述了本公开及其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对此进行各种改变、替换和更改。