[发明专利]一种新型的全双工共生通信系统

说明书

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种新型的全双工共生通信系统。本发明提出一种将全双工被动式物联网设备和共生无线通信系统相融合的通信系统架构，通过该架构，物联网反射设备通过全双工技术接收来自主发送机的广播信号，极大地提高了频谱利用效率；主发送机通过波束成形设计，进一步优化该共生通信系统；方案实施简单，且可证明能实现高于为各自系统分配专用通信资源的频谱效率，具有很强的应用价值。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种新型的全双工共生通信系统。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，然而，物联网技术的发展有两大瓶颈：其一是低功耗约束，即物联网设备期望有较长的电池使用寿命，而频繁更换电池将带来巨额的维护开销；其二是频谱约束，即现有的频谱资源远远无法满足海量物联网设备的通信需求。

近年来，被动式无源通信架构正在逐渐兴起，该通信架构由射频源、反射设备(无源发射机)和阅读器(接收机)组成。射频源发送未经调制的载波，支撑一个或多个反射设备与接收机的通信。反射设备不包含有源器件，仅通过调节其天线阻抗来改变反射信号的幅度和相位，实现向阅读器的信息传递。

被动式通信架构由于其反射设备不包含高能耗的有源器件，可以有效地满足物联网设备对低能耗的需求，因此已成为支撑未来物联网通信的核心技术之一。然而，为实现“任何时间，任何地点”的物联网通信需要，需要大范围地部署射频源，因而存在较高的基础建设的投入成本，这严重制约了被动式通信架构走向实用。如何在满足物联网设备能量需求同时，又能实现较高的频谱效率，同时能尽量利用现有的通信网络基础设施来减小额外开销，成为物联网通信需要首要解决的问题。

全双工通信技术指通信系统中设备终端能够在同一频段，同一时隙，同时进行信息的接收与传输。相较于传统的半双工系统，全双工通信技术能够大大提高通信频谱资源的利用效率，进一步改善通信质量。该技术与物联网通信相结合，能大大提高物联网频谱利用效率与设备接入容量。

发明内容

本发明提出一种基于全双工通信技术的被动式物联网与主动通信系统(以下简称主系统)相融合的共生通信系统架构，并提供发送机波束成形设计解决方案。

本发明采用的技术方案为：

本发明将利用反向散射与自干扰消除技术实现低功耗的全双工通信。物联网反射设备能够通过天线端的阻抗部分匹配实现对一部分入射信号进行反射调制发送，同时，对另一部分入射信号的信息进行接收解调。具体而言，反射设备中微处理器控制阻抗选择来改变反射系数，实现反射调制；另一方面，部分入射信号通过天线进入电路内部，可用于信息接收与解调。在微处理器提供自干扰信号信息后，自干扰消除模块能够消除接收信号中的自干扰成分，最终通过解调模块实现信息解调。其具体实现框图如图1所示。

本发明将全双工被动式物联网通信技术与共生无线通信系统相结合。一多天线主发送机利用波束成形技术，将同一信息广播给主接收机与物联网反射设备。同时，物联网反射设备利用反射调制与全双工技术实现对广播信号的接收与自身信号的发送，即一方面，反射设备利用天线部分匹配，将一部分广播信号进行接收，通过信号解调模块对广播信号进行解调；另一方面，将自身信息通过反射主系统广播信号，实现物联网设备到主接收机的信息传输。主系统接收机则需要接收解调来自于主系统发送机以及物联网设备的信号。因此，该系统能够在主发送机发送广播信息的同时，实现物联网设备到主接收机的信息传输。所述系统包括，主发送机、具有全双工技术的物联网反射设备、以及接收所述广播信号和反射信号的主接收机。其具体系统模型如图2所示。