一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法及系统，所述方法用于实现四个源节点和1个目的节点的数据传输，四个所述源节点均为具备自干扰消除能力的同时同频全双工通信节点，所述方法包括如下步骤：S1，对四个全双工通信节点进行配对；S2，估计四个全双工通信节点之间的信道参数；S3，对四个全双工通信节点的码字结构进行时隙规划；S4，四个全双工通信节点根据时隙规划进行数据传输。本发明能够解决传统协作通信系统中出现的无线资源浪费、节点能耗过高、信道容量过低等问题。

权利要求

1.一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，其特征在于，所述方法用于实现四个源节点和1个目的节点的数据传输，四个所述源节点均为具备自干扰消除能力的同时同频全双工通信节点，所述方法包括如下步骤：S1，对四个全双工通信节点进行配对；

S2，估计四个全双工通信节点之间的信道参数；

S3，对四个全双工通信节点发射数据的帧结构进行时隙规划；

S4，四个全双工通信节点根据时隙规划进行数据传输；

设四个全双工通信节点分别为S1、S2、S3和S4，步骤S3中所述时隙规划包括：在第一个时隙，S1的发射机发送信号A，其接收机会在同频率上接收来自S2的同时同频信号B；S2的发射机发送信号B，其接收机会在同频率上接收来自S1的同时同频信号A；同时，S3、S4的接收机会接收来自S1的同时同频信号A和来自S2的同时同频信号B；目的节点D也会收到分别来自S1与S2的信号；

*

在第二个时隙，S1的发射机会对在第一个时隙接收到的B进行码字处理，发射信号B ，其接收机会在同频率上接收来自S3的同时同频信号C；S2的发射机会对在第一个时隙接收到的*

信号A进行码字处理，发射信号‑A ，其接收机会在同频率上接收来自S3的同时同频信号C；同*

时，S3的发射机会发送信号C，其接收机会在同频率上接收来自S1的同时同频信号B和来自* *

S2的同时同频信号‑A ；同时，S4的接收机会接收来自S1的同时同频信号B、来自S2的同时同*

频信号‑A和来自S3的同时同频信号C；目的节点D也会收到分别来自S1、S2和S3的信号；

在第三个时隙，S1的发射机不发送信号，接收机会接收来自S4的同时同频信号D；S2的发*

射机会对在第二个时隙接收到的信号C进行码字处理，发射信号C ，其接收机会在同频率上接收来自S4的同时同频信号D；S3的发射机会发送信号A，其接收机会在同频率上接收来自S4的同时同频信号D；S4的发射机会发送信号D，其接收机会在同频率上接收来自S2的同时同频*

信号C和来自S3的同时同频信号A；目的节点D也会收到分别来自通信节点S2、S3和S4的信号；

*

在第四个时隙，S1的发射机会发送信号C；S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号‑B；通信节点S4的发射机不发送信号；S1、S2、S3和S4均保持空闲状态，不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节点S1和S3的信号；

*

在第五个时隙，S1和S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号D；S4的发射机会发*

送信号‑A；通信节点S1、S2、S3和S4均保持空闲状态，不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节点S3和S4的信号；

在第六个时隙，S1、S2、S3的发射机不发送信号；S4的发射机会发送信号B；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到来自S4的信号；

*

在第七个时隙，11的发射机不发送信号；S2的发射机会发送信号D ；S3的发射机不发送信号；S4的发射机会发送信号‑C；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节点S2和S4的信号；

在第八个时隙，S1的发射机会发送信号D；S2、S3、S4的发射机不发送信号；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到来自S1的信号。

2.根据权利要求1所述的基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，步骤S1中采用以下两种配对原则对四个全双工通信节点进行配对：(1)集中式配对原则：由目的节点指定与自己距离较为接近的四个全双工通信节点进行配对；

(2)分布式配对原则：由全双工通信节点选择与其距离较为接近的其他三个全双工通信节点进行配对。

3.根据权利要求1所述的基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，步骤S2中估计四个全双工通信节点之间的信道参数的方法为：定义从全双工通信节点Si到全双工通信节点Sj的信道参数为hij；

全双工通信节点Si(i＝1,2,3,4)向全双工通信节点Sj(j＝1,2,3,4.j≠i)发送导频信号Pij，全双工通信节点Sj根据导频信号Pij估计信道参数hij。

4.根据权利要求1所述的基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，步骤S3中四个全双工通信节点进行时隙规划后的发射数据的帧结构以矩阵形式表示为：其中，矩阵的行向量表示某一全双工通信节点分别在八个时隙内发射的码字；矩阵的列向量表示在某一时隙四个全双工通信节点分别发射的码字。

5.根据权利要求1所述的基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，在第四个时隙至第八个时隙的协作传输阶段，时隙发送顺序不是固定的，可以任意安排时隙的先后顺序。

6.一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传系统，其特征在于，包括四个源节点和1个目的节点，四个所述源节点均为具备自干扰消除能力的同时同频全双工通信节点；所述多点协作回传系统按照权利要求1至5任一项所述的基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法进行数据传输。

7.一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，其特征在于，所述方法用于实现四个源节点和1个目的节点的数据传输，四个所述源节点均为具备自干扰消除能力的同时同频全双工通信节点，所述方法包括如下步骤：S1，对四个全双工通信节点进行配对；

S2，估计四个全双工通信节点之间的信道参数；

S3，对四个全双工通信节点发射数据的帧结构进行时隙规划；

S4，四个全双工通信节点根据时隙规划进行数据传输；

设四个全双工通信节点分别为S1、S2、S3和S4，步骤S3中所述时隙规划包括：在第一个时隙，S1的发射机发送信号A，其接收机会在同频率上接收来自S2的同时同频信号B；S2的发射机会发送信号B，其接收机会在同频率上接收来自S1的同时同频信号A；同时，S3、S4的接收机会接收来自S1的同时同频信号A和来自S2的同时同频信号B；目的节点D也会收到分别来自S1与S2的信号；

*

在第二个时隙，S1的发射机会对在第一个时隙接收到的B进行码字处理，发射信号B ，其接收机会在同频率上接收来自S3的同时同频信号C；S2的发射机会对在第一个时隙接收到的*

信号A进行码字处理，发射信号‑A ，其接收机会在同频率上接收来自S3的同时同频信号C；同*

时，S3的发射机会发送信号C，其接收机会在同频率上接收来自S1的同时同频信号B和来自* *

S2的同时同频信号‑A ；同时，S4的接收机会接收来自S1的同时同频信号B和来自S2的同时同*

频信号‑A；目的节点D也会收到分别来自通信节点S1、S2和S3的信号；

在第三个时隙，S1的发射机不发送信号，接收机会接收来自S4的同时同频信号D；S2的发*

射机会对在第二个时隙接收到的信号C进行码字处理，发射信号C ，其接收机会在同频率上接收来自S4的同时同频信号D；S3的发射机会发送信号A，其接收机会在同频率上接收来自S4的同时同频信号D；S4的发射机会发送信号D，其接收机会在同频率上接收来自S2的同时同频*

信号C和来自S3的同时同频信号A；目的节点D也会收到分别来自S2、S3和S4的信号；

*

在第四个时隙，S1的发射机会发送信号C；S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号‑B；S4的发射机会发送信号D；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节点S1、S3和S4的信号；

*

在第五个时隙，S1和S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号D；S4的发射机会发*

送信号‑A ；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节点S3和S4的信号；

*

在第六个时隙，S1、S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号D ；S4的发射机会发*

送信号B；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节点S3、S4的信号；

*

在第七个时隙，S1的发射机不发送信号；S2的发射机会发送信号D ；S3的发射机不发送信号；S4的发射机会发送信号‑C；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节点S2和S4的信号；

*

在第八个时隙，S1的发射机会发送信号D ；通信节点S2、S3的发射机不发送信号；S4的发射机会发送信号‑C；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节点S1和S4的信号。

8.根据权利要求7所述的基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，步骤S1中采用以下两种配对原则对四个全双工通信节点进行配对：(1)集中式配对原则：由目的节点指定与自己距离较为接近的四个全双工通信节点进行配对；

(2)分布式配对原则：由全双工通信节点选择与其距离较为接近的其他三个全双工通信节点进行配对。

9.根据权利要求7所述的基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，步骤S2中估计四个全双工通信节点之间的信道参数的方法为：定义从全双工通信节点Si到全双工通信节点Sj的信道参数为hij；

全双工通信节点Si(i＝1,2,3,4)向全双工通信节点Sj(j＝1,2,3,4.j≠i)发送导频信号Pij，全双工通信节点Sj根据导频信号Pij估计信道参数hij。

10.根据权利要求7所述的基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，步骤S3中四个全双工通信节点进行时隙规划后的发射数据的帧结构以矩阵形式表示为：其中，矩阵的行向量表示某一全双工通信节点分别在八个时隙内发射的码字；矩阵的列向量表示在某一时隙四个全双工通信节点分别发射的码字。

11.根据权利要求7所述的基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，在第四个时隙至第八个时隙的协作传输阶段，时隙发送顺序不是固定的，可以任意安排时隙的先后顺序。

12.一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传系统，其特征在于，包括四个源节点和1个目的节点，四个所述源节点均为具备自干扰消除能力的同时同频全双工通信节点；所述多点协作回传系统按照权利要求7至11任一项所述的基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法进行数据传输。

说明书

一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法及系统

技术领域

[0001] 本发明属于信息技术领域，具体涉及一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法及系统。

背景技术

[0002] 军事物联网是以现有军用网络为基础，将其末端延伸到具体武器装备，以现实战场环境及实时后勤保障，从而实现物物相连的智能化网络。其核心就是围绕战场态势感知、
智能分析判断和行动过程控制等因素，破除“战争迷雾”，提高战场对己方的透明度，全面提
升基于信息系统的体系作战能力。

[0003] 如图1所示，在军事物联网应用中，经常需要多个源节点向位于网络边缘目的节点发送数据。典型的场景包括：野外信息采集回传、战场态势感知回传、战争系统互联等。由于
军事的通信环境相对繁琐、恶劣，无线信道广泛存在多径衰落、路径损耗和阴影衰落等多种
不利因素，这些因素导致信道的特性在时间、频率和空间等范围内随机变化，使得利用无线
信道进行高速并且可靠的通信成为非常棘手的问题。同时战场上多变的环境，有时并不能
保证通信设备能源的及时补给，这对通信节点的能耗提出了要求。

[0004] 为了解决上述问题，在军事通信系统中，多个距离相近的通信节点之间会按照某种协议构成一个协作簇，处于协作簇内的通信节点之间信息共享相互协作，构成虚拟MIMO
系统，共同完成信息的传输，如图2所示。处于协作簇内的通信节点采用协作分集技术进行
数据传输，可以使得配备单天线的通信源节点之间获得空间分集增益，使得接收端能够收
到多个携带相同信息并且在时间、频率或者空间范围内独立统计的衰落信号，将这些信号
进行适当的合并，可以降低衰落的影响，从而改善无线通信系统的性能，大大提高数据传输
的可靠性，提高数据的传输速率。

[0005] 协作通信技术的基本思想是无线网络中的各个终端通过互相转发彼此的数据来共享彼此的天线，以组成一种虚拟的MIMO系统，从而每个终端均可以获得空间分集增益。三
种典型场景有：接收协作，协作多点传输(CoMP)，中继协作。

[0006] 接收协作模型如图3所示。在接收协作通信系统中，地理位置相近的各个通信节点按照某种准则建立一个协作簇，簇内的通信节点彼此之间可以进行直接通信。基站通过下
行链路将相同的数据包一次性发送到簇内通信节点，簇内通信节点进行数据共享完成对数
据包的接收。典型的应用场景如：当簇内存在接受失败的通信节点时，簇内成功接收到的通
信节点会对接收失败的通信节点重传该数据包，使得数据从基站到协作簇内的所有通信节
点都能可靠传输，从而提升了传输的频谱效率。

[0007] 协作多点传输(CoMP)模型如图4所示。地理位置接近的基站之间按照某种准则建立了一个协作簇，基站之间通过X2接口来交互控制信息或用户数据，所要传输的数据在协
作簇中的各个基站之间进行共享。该模型可以看作是一个地理位置离散、虚拟的MIMO系统，
它是利用多个基站进行协作传输，向用户发送数据，通过空间分集增益提升了系统的频谱
利用率。

[0008] 中继协作模型如图5所示。中继节点Rk(k＝1,2,3,…)根据一定的机理有效的协作起来，组成一个虚拟MIMO系统，来帮助源通信节点S将数据发送到目的节点D。该方法通过将
距离较近的节点有效协作起来，形成虚拟MIMO，获得空间分集增益，改善了信道质量，提高
了信道容量，降低了网络系统的能耗。

[0009] 协作通信传输过程一般分为会两个阶段：共享阶段和传输阶段。在共享阶段，协作簇内各个通信节点会向其他节点发送数据，实现簇内节点间的数据全共享，在传输阶段，协
作簇内的通信节点与目的节点进行通信，完成数据的传输。

[0010] 通过三个典型场景可以发现在协作传输过程中，在协议簇内必须要进行通信节点之间的数据传输，实现节点之间数据共享。该共享阶段的通信传输过程会占据一定时隙，且
没有实现源通信节点到目的节点之间的数据传输，并不是有效的协作通信过程，这样会造
成频谱资源的浪费，同时会提高通信节点能耗。

[0011] 在协作通信中，通信节点主要有两种工作模式：半双工模式和全双工模式。半双工模式是指通信节点可以进行接收或者收发的双向传输，但是在某个时刻或某个频段只能进
行接收或者发射。全双工模式是指通信节点能够同时进行接收和发射。

[0012] 半双工模式下，根据收发信道的不同配置方法，无线通信网络可相应地分为时分双工(TDD)和频分双工(FDD)两类。TDD的关键词是“共同的频率、不同的时间”。TDD的接收和
发送是使用同一频率的不同时隙来区分上、下行信道，在时间上是不连续的。FDD的关键词
是“共同的时间、不同的频率”。FDD在两个分离的、对称的频率信道上分别进行接收和发送。
FDD必须采用成对的频率区分上行、下行链路，上、下行频率间须有保护频段。传统的半双工
双向通信，在上行链路和下行链路采用了正交的资源来进行传输，使得上下行链路不会相
互干扰，但是从信息论的角度考虑，半双工双向通信没有充分逼近双向信道的理论容量上
限。此外，由于受到半双工的限制，当前移动通信网络中始终存在着一些难以克服的缺陷。
例如：在TDD系统中，上行定时提前与收发状态转换降低了资源利用率，固定的上下行时隙
配置必然引入较长的传输时延；对于FDD系统，隔离上下行传输的对称频段需求，随着频谱
资源的日益稀缺与宽带无线应用的发展，将愈发难易满足。

[0013] 全双工模式全称为同时同频全双工(CCFD)，是一种能在相同的频率资源、相同的时刻，同时发射和接收无线信号的技术。该技术能将现有的频谱效率提高一倍，具有广泛的
应用价值和研究意义。点对点全双工无线通信原理示意图如图6所示。为实现同频同时信号
收发操作，通信节点一般会配备有两根天线，分别用于信号的发射和信号的接收。相对于传
统的TDD或者FDD，CCFD具有的优势有如下几个方面，可以使频谱效率提高一倍，能减少中继
系统的端到端的延迟，同时能够使频率的利用模式更加灵活。

[0014] 传统协作分集技术是将能耗过高的单天线通信节点以一定的机理有效地协作起来形成虚拟的MIMO系统，以此来提高网络系统的频谱效率，降低网络节点能耗。一般分为两
个阶段，第一个阶段为共享阶段，在该阶段各个通信节点之间实现了信息全共享，可以模拟
一个虚拟的MIMO系统。第二个阶段为协作传输阶段，各个通信节点之间相互协作，形成一个
虚拟MIMO系统进行传输。

[0015] 现有的协作分集系统的源节点普遍采用半双工节点，不能进行同时同频传输。在信息共享阶段，簇内的某一通信节点向其他通信节点发送数据时，为了避免干扰，其他节点
必须保持静默。也就是说，在一个时隙内，系统中只能有一个通信节点发送码字，其他节点
都处于接收状态，且在该阶段只完成了簇内各个节点之间的信息共享，并没有形成有效的
协作通信，这是对频谱资源的浪费。

[0016] 以一个四源节点的协作通信系统为例，每个节点Si(i＝1,2,3,4)都需要发送数据给目的节点D。如图7所示，其中虚线表示半双工通信，即同一时间只可以有一方接收或发送
信息。

[0017] Si的帧结构如图8所示，其中每一个方格表示一个时隙。第一阶段为共享阶段，占据四个时隙，在该阶段所有源节点发送自己的数据，进行簇内信息全共享。在第一个时隙，
节点S1发送数据x1，节点S2、S3、S4处于接收阶段，接收x1，在第二个时隙，节点S2发送数据x2，
节点S1、S3、S4处于接收阶段，接收x2，在第三个时隙，节点S3发送数据x3，节点S1、S2、S4处于接
收阶段，接收x3，在第四个时隙，节点S4发送数据x4，节点S1、S2、S3处于接收阶段，接收x4。此
时完成了源节点间的信息全共享。

[0018] 在协作传输阶段，需要将4个节点的信息x1、x2、x3、x4全部发送给目的节点D，且编码矩阵满足全正交码，四天线发送四个符号情况下，复正交空时分组码需要8个时隙。即在
第5到第12个时隙，节点S1、S2、S3和S4形成虚拟MIMO系统，进行正交空时编码并向目的节点D
发射数据x1、x2、x3、x4。

[0019] 从上面分析可以发现，在共享阶段，当某一节点在发送数据的时候，另一节点只能处于接收状态，且该阶段没有向目的节点D发送信号，并没有形成有效的协作通信，这实际
上占用了频谱资源，造成了无线资源的浪费。

发明内容

[0020] 本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法及系统。

[0021] 本发明提供一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，所述方法用于实现四个源节点和1个目的节点的数据传输，四个所述源节点均为具备自干扰消除能力的同
时同频全双工通信节点，所述方法包括如下步骤：

[0022] S1，对四个全双工通信节点进行配对；

[0023] S2，估计四个全双工通信节点之间的信道参数；

[0024] S3，对四个全双工通信节点发射数据的帧结构进行时隙规划；

[0025] S4，四个全双工通信节点根据时隙规划进行数据传输。

[0026] 进一步，步骤S1中采用以下两种配对原则对四个全双工通信节点进行配对：

[0027] (1)集中式配对原则：由目的节点指定与自己距离较为接近的四个全双工通信节点进行配对；

[0028] (2)分布式配对原则：由全双工通信节点选择与其距离较为接近的其他三个全双工通信节点进行配对。

[0029] 进一步，步骤S2中估计四个全双工通信节点之间的信道参数的方法为：

[0030] 定义从全双工通信节点Si到全双工通信节点Sj的信道参数为hij；

[0031] 全双工通信节点Si(i＝1,2,3,4)向全双工通信节点Sj(j＝1,2,3,4.j≠i)发送导频信号Pij，全双工通信节点Sj根据导频信号Pij估计信道参数hij。

[0032] 进一步，设四个全双工通信节点分别为S1、S2、S3和S4，步骤S3中所述时隙规划包括：

[0033] 在第一个时隙，S1的发射机发送信号A，其接收机会在同频率上接收来自S2的同时同频信号B；S2的发射机发送信号B，其接收机会在同频率上接收来自S1的同时同频信号A；同
时，S3、S4的接收机会接收来自S1的同时同频信号A和来自S2的同时同频信号B；目的节点D也
会收到分别来自S1与S2的信号；

[0034] 在第二个时隙，S1的发射机会对在第一个时隙接收到的B进行码字处理，发射信号*
B ，其接收机会在同频率上接收来自S3的同时同频信号C；S2的发射机会对在第一个时隙接
*
收到的信号A进行码字处理，发射信号‑A ，其接收机会在同频率上接收来自S3的同时同频信
*
号C；同时，S3的发射机会发送信号C，其接收机会在同频率上接收来自S1的同时同频信号B
* *
和来自S2的同时同频信号‑A ；同时，S4的接收机会接收来自S1的同时同频信号B 、来自S2的
*
同时同频信号‑A 和来自S3的同时同频信号C；目的节点D也会收到分别来自S1、S2和S3的信
号；

[0035] 在第三个时隙，S1的发射机不发送信号，接收机会接收来自S4的同时同频信号D；S2*
的发射机会对在第二个时隙接收到的信号C进行码字处理，发射信号C ，其接收机会在同频
率上接收来自S4的同时同频信号D；S3的发射机会发送信号A，其接收机会在同频率上接收来
自S4的同时同频信号D；S4的发射机会发送信号D，其接收机会在同频率上接收来自S2的同时
*
同频信号C 和来自S3的同时同频信号A；目的节点D也会收到分别来自通信节点S2、S3和S4的
信号；

[0036] 在第四个时隙，S1的发射机会发送信号C*；S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号‑B；通信节点S4的发射机不发送信号；S1、S2、S3和S4均保持空闲状态，不接收信号；
目的节点D也会收到分别来自通信节点S1和S3的信号；

[0037] 在第五个时隙，S1和S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号D*；S4的发射机*
会发送信号‑A；通信节点S1、S2、S3和S4均保持空闲状态，不接收信号；目的节点D也会收到分
别来自通信节点S3和S4的信号；

[0038] 在第六个时隙，S1、S2、S3的发射机不发送信号；S4的发射机会发送信号B；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到来自S4的信号；

[0039] 在第七个时隙，S1的发射机不发送信号；S2的发射机会发送信号D*；S3的发射机不发送信号；S4的发射机会发送信号‑C；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别
来自通信节点S2和S4的信号；

[0040] 在第八个时隙，S1的发射机会发送信号D；S2、S3、S4的发射机不发送信号；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到来自S1的信号。

[0041] 进一步，步骤S3中四个全双工通信节点进行时隙规划后的发射数据的帧结构以矩阵形式表示为：

[0042]

[0043] 其中，矩阵的行向量表示某一全双工通信节点分别在八个时隙内发射的码字；矩阵的列向量表示在某一时隙四个全双工通信节点分别发射的码字。

[0044] 进一步，在第四个时隙至第八个时隙的协作传输阶段，时隙发送顺序不是固定的，可以任意安排时隙的先后顺序。

[0045] 进一步，设四个全双工通信节点分别为S1、S2、S3和S4，步骤S3中所述时隙规划包括：

[0046] 在第一个时隙，S1的发射机发送信号A，其接收机会在同频率上接收来自S2的同时同频信号B；S2的发射机会发送信号B，其接收机会在同频率上接收来自S1的同时同频信号A；
同时，S3、S4的接收机会接收来自S1的同时同频信号A和来自S2的同时同频信号B；目的节点D
也会收到分别来自S1与S2的信号；

[0047] 在第二个时隙，S1的发射机会对在第一个时隙接收到的B进行码字处理，发射信号*
B ，其接收机会在同频率上接收来自S3的同时同频信号C；S2的发射机会对在第一个时隙接
*
收到的信号A进行码字处理，发射信号‑A ，其接收机会在同频率上接收来自S3的同时同频信
*
号C；同时，S3的发射机会发送信号C，其接收机会在同频率上接收来自S1的同时同频信号B
* *
和来自S2的同时同频信号‑A；同时，S4的接收机会接收来自S1的同时同频信号B 和来自S2的
*
同时同频信号‑A；目的节点D也会收到分别来自通信节点S1、S2和S3的信号；

[0048] 在第三个时隙，S1的发射机不发送信号，接收机会接收来自S4的同时同频信号D；S2*
的发射机会对在第二个时隙接收到的信号C进行码字处理，发射信号C ，其接收机会在同频
率上接收来自S4的同时同频信号D；S3的发射机会发送信号A，其接收机会在同频率上接收来
自S4的同时同频信号D；S4的发射机会发送信号D，其接收机会在同频率上接收来自S2的同时
*
同频信号C和来自S3的同时同频信号A；目的节点D也会收到分别来自S2、S3和S4的信号；

[0049] 在第四个时隙，S1的发射机会发送信号C*；S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号‑B；S4的发射机会发送信号D；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别
来自通信节点S1、S3和S4的信号；

[0050] 在第五个时隙，S1和S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号D*；S4的发射机*
会发送信号‑A ；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节点S3和S4
的信号；

[0051] 在第六个时隙，S1、S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号D*；S4的发射机*
会发送信号B ；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节点S3、S4的
信号；

[0052] 在第七个时隙，S1的发射机不发送信号；S2的发射机会发送信号D*；S3的发射机不发送信号；S4的发射机会发送信号‑C；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别
来自通信节点S2和S4的信号；

[0053] 在第八个时隙，S1的发射机会发送信号D*；通信节点S2、S3的发射机不发送信号；S4的发射机会发送信号‑C；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节
点S1和S4的信号。

[0054] 进一步，步骤S3中四个全双工通信节点进行时隙规划后的发射数据的帧结构以矩阵形式表示为：

[0055]

[0056] 其中，矩阵的行向量表示某一全双工通信节点分别在八个时隙内发射的码字；矩阵的列向量表示在某一时隙四个全双工通信节点分别发射的码字。

[0057] 进一步，在第四个时隙至第八个时隙的协作传输阶段，时隙发送顺序不是固定的，可以任意安排时隙的先后顺序。

[0058] 本发明还提供一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传系统，包括四个源节点和1个目的节点的数据传输，四个所述源节点均为具备自干扰消除能力的同时同频全双
工通信节点；所述多点协作回传系统按照上述的基于同时同频全双工通信的多点协作回传
方法进行数据传输。

[0059] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

[0060] 本发明基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，能够解决传统协作通信系统中出现的无线资源浪费、节点能耗过高、信道容量过低等问题。

附图说明

[0061] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对
范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。

[0062] 图1为传统的军事物联网数据回传模型示意图。

[0063] 图2为传统的军事物联网数据协作传输模型示意图。

[0064] 图3为传统的接收协作模型示意图。

[0065] 图4为传统的协作多点传输模型示意图。

[0066] 图5为传统的中继协作模型示意图。

[0067] 图6为点对点全双工无线通信原理示意图。

[0068] 图7为传统的四个半双工源通信节点协作传输模型示意图。

[0069] 图8为四源半双工通信节点帧结构示意图。

[0070] 图9为本发明实施例的分布式配对协作无线传输模型示意图。

[0071] 图10为本发明实施例的基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法的流程框图。

[0072] 图11为本发明实施例的协作无线传输模型示意图。

[0073] 图12为本发明实施例的方案一中四个全双工通信节点进行时隙规划后的发射数据的帧结构示意图。

[0074] 图13、14、15、16分别为本发明实施例的方案一中全双工通信节点S1、S2、S3和S4发射的码字结构示意图。

[0075] 图17为本发明实施例的方案二中四个全双工通信节点进行时隙规划后的发射数据的帧结构示意图。

[0076] 图18、19、20、21分别为本发明实施例的方案二中全双工通信节点S1、S2、S3和S4发射的码字结构示意图。

具体实施方式

[0077] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不
用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通
常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明
的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有
做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0078] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

[0079] 如图9所示，本实施例的一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传方法，所述方法用于实现四个源节点Si(i＝1,2,3,4)和1个目的节点D的数据传输，四个所述源节点均
为具备自干扰消除能力的同时同频全双工通信节点。另外，由于是面向物联网与传感网的
应用场景，节点之间通常是静止的，无线信道变化很慢，假设是准静态信道。

[0080] 如图10所示，所述方法包括如下步骤：

[0081] S1，对四个全双工通信节点进行配对；

[0082] 该步骤S1是将四个全双工通信节点按照某种配对原则建立一个协作簇，彼此之间可以进行点到点的直接通信，进行协作传输。

[0083] 该步骤S1中采用以下两种配对原则对四个全双工通信节点进行配对：

[0084] (1)集中式配对原则：由目的节点指定与自己距离较为接近的四个全双工通信节点进行配对；该集中式配对原则主要是针对有中心的无线网络，如蜂窝网络，目的节点通常
为基站，可以由基站通过下行指令指定配对。基站对源节点的距离估算方法，属于行业内公
知，不作赘述。

[0085] (2)分布式配对原则：由全双工通信节点选择与其距离较为接近的其他三个全双工通信节点进行配对。该分布式配对原则是针对没有中心的无线网络，如无线自组网络、无
线传感器网络等，各源节点可以独立决定在任意给定时刻与哪个节点合作。自组网中邻居
节点的发现，属于行业内公知，不作赘述。

[0086] S2，估计四个全双工通信节点之间的信道参数；

[0087] 该步骤S2中估计四个全双工通信节点之间的信道参数的方法为：

[0088] 定义从全双工通信节点Si到全双工通信节点Sj的信道参数为hij；

[0089] 全双工通信节点Si(i＝1,2,3,4)向全双工通信节点Sj(j＝1,2,3,4.j≠i)发送导频信号Pij，全双工通信节点Sj根据导频信号Pij估计信道参数hij。

[0090] 通过步骤S1和S2，完成本实施例无线传输模型的初始化，如图11所示，其中四个全双工通信节点的实线表示全双工通信，即允许同时接收与发送信息。

[0091] S3，对四个全双工通信节点的码字结构进行时隙规划；

[0092] 对于四个全双工通信节点的协作传输过程，一共分为2个阶段：

[0093] 第一阶段为共享兼传输阶段，该阶段先完成无线传输模型的初始化，即步骤S1和S2，然后根据时隙规划进行信息共享传输。在该共享兼传输阶段，各个全双工通信节点会向
其他全双工通信节点进行数据传输，不仅完成了全双工通信节点之间的信息共享，同时也
会向目的节点D发送数据，参与数据的传输，是整个全发射分集过程的一部分。

[0094] 在第二阶段为协作传输阶段，此时的源节点之间已经完成了信息共享，会根据时隙规划，向目的节点D发送其他通信节点的数据，进行协作传输。在协作传输阶段，时隙发送
顺序不是固定的，可以任意安排时隙的先后顺序。

[0095] 设经过星座映射后的发射符号为x1、x2和x3；其中， 表
示xn的共轭，‑xn表示xn取反，如当xn＝a+bi，则 ‑xn＝‑a‑bi；四个全双工通信
节点分别为S1、S2、S3和S4。本实施例对四个全双工通信节点发射数据的帧结构提供了以下
两种时隙规划方式：

[0096] 方案一：

[0097] 如图12所示为本方案一中四个全双工通信节点进行时隙规划后的发射数据的帧结构示意图。该步骤S3中所述时隙规划包括：

[0098] 在第一个时隙，S1的发射机发送信号A，其接收机会在同频率上接收来自S2的同时同频信号B(通过自干扰消除技术，获得S2发送的信号B)；S2的发射机发送信号B，其接收机会
在同频率上接收来自S1的同时同频信号A(通过自干扰消除技术，获得S1发送的信号A)；同
时，S3、S4的接收机会接收来自S1的同时同频信号A和来自S2的同时同频信号B；目的节点D也
会收到分别来自S1与S2的信号；

[0099] 在第二个时隙，S1的发射机会对在第一个时隙接收到的B进行码字处理，发射信号*
B，其接收机会在同频率上接收来自S3的同时同频信号C(通过自干扰消除技术，获得S3发送
*
的信号C)；S2的发射机会对在第一个时隙接收到的信号A进行码字处理，发射信号‑A ，其接
收机会在同频率上接收来自S3的同时同频信号C(通过自干扰消除技术，获得S3发送的信号
*
C)；同时，S3的发射机会发送信号C，其接收机会在同频率上接收来自S1的同时同频信号B和
* *
来自S2的同时同频信号‑A ；同时，S4的接收机会接收来自S1的同时同频信号B 、来自S2的同
*
时同频信号‑A和来自S3的同时同频信号C；目的节点D也会收到分别来自S1、S2和S3的信号；

[0100] 在第三个时隙，S1的发射机不发送信号，接收机会接收来自S4的同时同频信号D；S2*
的发射机会对在第二个时隙接收到的信号C进行码字处理，发射信号C ，其接收机会在同频
率上接收来自S4的同时同频信号D(通过自干扰消除技术，获得S4发送的信号D)；S3的发射机
会发送信号A，其接收机会在同频率上接收来自S4的同时同频信号D(通过自干扰消除技术，
获得S4发送的信号D)；S4的发射机会发送信号D，其接收机会在同频率上接收来自S2的同时
*
同频信号C 和来自S3的同时同频信号A；目的节点D也会收到分别来自通信节点S2、S3和S4的
信号；

[0101] 此时，全双工通信节点S1、S2、S3和S4成信号共享；下面进行在第四个时隙至第八个时隙的协作传输阶段，时隙发送顺序不是固定的，可以任意安排时隙的先后顺序。

[0102] 在第四个时隙，S1的发射机会发送信号C*；S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号‑B；通信节点S4的发射机不发送信号；S1、S2、S3和S4均保持空闲状态，不接收信号；
目的节点D也会收到分别来自通信节点S1和S3的信号；

[0103] 在第五个时隙，S1和S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号D*；S4的发射机*
会发送信号‑A；通信节点S1、S2、S3和S4均保持空闲状态，不接收信号；目的节点D也会收到分
别来自通信节点S3和S4的信号；

[0104] 在第六个时隙，S1、S2、S3的发射机不发送信号；S4的发射机会发送信号B；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到来自S4的信号；

[0105] 在第七个时隙，S1的发射机不发送信号；S2的发射机会发送信号D*；S3的发射机不发送信号；S4的发射机会发送信号‑C；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别
来自通信节点S2和S4的信号；

[0106] 在第八个时隙，S1的发射机会发送信号D；S2、S3、S4的发射机不发送信号；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到来自S1的信号。

[0107] 综上所述，本方案中全双工通信节点S1、S2、S3和S4发射数据的码字分别如图13、14、15、16所示。四个全双工通信节点进行时隙规划后的发射数据的帧结构以矩阵形式表示
为：

[0108]

[0109] 其中，矩阵的行向量表示某一全双工通信节点分别在八个时隙内发射的码字；矩阵的列向量表示在某一时隙四个全双工通信节点分别发射的码字。由于全双工通信节点之
间距离较近，通信链路状态较好，可以确保互相间接收的信息足够好，且由上式可以很容易
证明 即码字矩阵的行量是相互正交的，本领域
公知，天线发射码字间互相正交，则该码字可以实现满分集增益，且该码字满足正交空时码
特性，译码简单。

[0110] 方案二：

[0111] 如图17所示为本方案二中四个全双工通信节点进行时隙规划后的发射数据的帧结构示意图。该步骤S3中所述时隙规划包括：

[0112] 在第一个时隙，S1的发射机发送信号A，其接收机会在同频率上接收来自S2的同时同频信号B(通过自干扰消除技术，获得S2发送的信号B)；S2的发射机会发送信号B，其接收机
会在同频率上接收来自S1的同时同频信号A(通过自干扰消除技术，获得s1发送的信号A)；同
时，S3、S4的接收机会接收来自s1的同时同频信号A和来自S2的同时同频信号B；目的节点D也
会收到分别来自S1与S2的信号；

[0113] 在第二个时隙，S1的发射机会对在第一个时隙接收到的B进行码字处理，发射信号*
B，其接收机会在同频率上接收来自S3的同时同频信号C(通过自干扰消除技术，获得S3发送
*
的信号C)；S2的发射机会对在第一个时隙接收到的信号A进行码字处理，发射信号‑A ，其接
收机会在同频率上接收来自S3的同时同频信号C(通过自干扰消除技术，获得S3发送的信号
*
C)；同时，S3的发射机会发送信号C，其接收机会在同频率上接收来自S1的同时同频信号B和
* *
来自S2的同时同频信号‑A；同时，S4的接收机会接收来自S1的同时同频信号B和来自S2的同
*
时同频信号‑A；目的节点D也会收到分别来自通信节点S1、S2和S3的信号；

[0114] 在第三个时隙，S1的发射机不发送信号，接收机会接收来自S4的同时同频信号D；S2*
的发射机会对在第二个时隙接收到的信号C进行码字处理，发射信号C ，其接收机会在同频
率上接收来自S4的同时同频信号D(通过自干扰消除技术，获得S4发送的信号D)；S3的发射机
会发送信号A，其接收机会在同频率上接收来自S4的同时同频信号D(通过自干扰消除技术，
获得S4发送的信号D)；S4的发射机会发送信号D，其接收机会在同频率上接收来自S2的同时
*
同频信号C和来自S3的同时同频信号A；目的节点D也会收到分别来自S2、S3和S4的信号；

[0115] 此时，全双工通信节点S1、S2、S3和S4成信号共享；下面进行在第四个时隙至第八个时隙的协作传输阶段，时隙发送顺序不是固定的，可以任意安排时隙的先后顺序。

[0116] 在第四个时隙，S1的发射机会发送信号C*；S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号‑B；S4的发射机会发送信号D；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别
来自通信节点S1、S3和S4的信号；

[0117] 在第五个时隙，S1和S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号D*；S4的发射机*
会发送信号‑A ；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节点S3和S4
的信号；

[0118] 在第六个时隙，S1、S2的发射机不发送信号；S3的发射机会发送信号D*；S4的发射机*
会发送信号B ；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节点S3、S4的
信号；

[0119] 在第七个时隙，S1的发射机不发送信号；S2的发射机会发送信号D*；S3的发射机不发送信号；S4的发射机会发送信号‑C；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别
来自通信节点S2和S4的信号；

[0120] 在第八个时隙，S1的发射机会发送信号D*；通信节点S2、S3的发射机不发送信号；S4的发射机会发送信号‑C；S1、S2、S3和S4均不接收信号；目的节点D也会收到分别来自通信节
点S1和S4的信号。

[0121] 综上所述，本方案中全双工通信节点S1、S2、S3和S4的码字结构分别如图18、19、20、21所示。四个全双工通信节点进行时隙规划后的发射数据的帧结构以矩阵形式表示为：

[0122]

[0123] 其中，矩阵的行向量表示某一全双工通信节点分别在八个时隙内发射的码字；矩阵的列向量表示在某一时隙四个全双工通信节点分别发射的码字。同理，由于全双工通信
节点之间距离较近，通信链路状态较好，可以确保互相间接收的信息足够好，且由上式可以
很容易证明 即码字矩阵的行量是相互正交的，
本领域公知，天线发射码字间互相正交，则该码字可以实现满分集增益，且该码字满足正交
空时码特性，译码简单。

[0124] S4，四个全双工通信节点根据时隙规划进行数据传输

[0125] 在经过步骤S1对四个全双工通信节点配对成功后，进入步骤S2的信道探测阶段，完成四个全双工通信节点之间的信道参数估计，由此完成无线传输模型的初始化；然后由
步骤S3将四个全双工通信节点直接看成虚拟的MIMO系统，对四个全双工通信节点的码字结
构进行时隙规划；根据时隙规划，四个全双工通信节点完成两个阶段的数据传输：

[0126] 在共享传输阶段，全双工通信节点S1、S2、S3以及S4根据第一个时隙至第三个时隙，互相发送数据，进行信息共享，同时也向目的节点发送数据，进行数据传输；

[0127] 在协作传输阶段，全双工通信节点S1、S2、S3以及S4根据第四个时隙至第八个时隙，向目的节点发送数据，完成协作传输过程。

[0128] 本实施例还提供一种基于同时同频全双工通信的多点协作回传系统，包括四个源节点和1个目的节点的数据传输，四个所述源节点均为具备自干扰消除能力的同时同频全
双工通信节点；所述多点协作回传系统按照上述的基于同时同频全双工通信的多点协作回
传方法进行数据传输。

[0129] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。