Resource Allocation and Relay Selection In Full-Duplex Cooperative Orthogonal Frequency Division Multiple Access Networks
研究了带内全双工协作蜂窝网络上行链路中继选择问题。假设一个正交频分多址（OFDMA）蜂窝网络，我们开发了一个中继选择和资源分配算法，该网络。中继选择算法基于用户之间的距离和工作在放大转发（AF）模式下的信号与干扰加噪声比（SINR）来选择最佳中继。该优化问题为所有用户分配最优的子载波和功率，以最大化网络的平均和速率。此外，优化问题的约束条件是每个用户的服务质量（QoS）和发射功率。仿真结果表明了该方法的良好性能。
2017-02-07 cs.IT math.IT
Self-Interference Suppression for the Full-Duplex Wireless Communication with Large-Scale Antenna
在这封信中，我们提出了一种用于多用户MIMO系统的共享天线全双工大规模MIMO模型。该模型利用基站（BS）处的单个天线阵列来同时发送和接收信号。它同时具有全双工系统和时分双工（TDD）大规模MIMO系统的优点，即，高频谱效率和信道互易性。重点研究了大规模MIMO系统中常用的迫零（ZF）和最大比传输/最大比合并（MRT/MRC）线性处理方法。作为主要的发现，我们证明了自干扰（SI）在共享天线全双工大规模MU-MIMO系统可以抑制在完全依赖的上行链路和下行链路信道的天线数量变得足够大。
2015-10-01 cs.IT cs.NI math.IT
Semantics-Division Duplexing: A Novel Full-Duplex Paradigm
本文提出语义分割双工（SDD）这一新型带内全双工范式，利用语义域处理抑制自干扰、区分期望语义并恢复信源，结合数字与语义域处理实现智能简洁通信，并通过理论与可视化结果验证其有效性。
2024-08-01 cs.IT eess.SP math.IT
RCFD: A Frequency Based Channel Access Scheme for Full Duplex Wireless Networks
最近，已经提出了带内全双工无线系统的几种工作实现，其中相同的节点可以在相同的频带中同时发送和接收。在物理层引入这种可能性可以提高性能，但也会在MAC层带来一些挑战。提出了一种新颖的全双工OFDM无线网络信道竞争机制。这种策略能够确保有效的传输调度，避免冲突的结果，并有效地利用全双工的机会。其结果是，相当大的性能改善，观察相对于标准和国家--
2016-05-31 cs.IT math.IT
Multicarrier-Division Duplex for Solving the Channel Aging Problem in Massive MIMO Systems
训练和数据传输的分离以及频繁的上行链路/下行链路（UL/DL）切换使得基于时分双工（TDD）的大规模多输入多输出（mMIMO）系统由于导致严重的信道老化而在快速时变场景中不太胜任。为此，引入了与两种类型的精心设计的帧结构相关联的多载波分双工（MDD）mMIMO方案，用于在快速时变信道上通信时对抗信道老化。为了与TDD进行比较，给出了与3GPP标准相关的相应帧结构及其变体形式。引入MDD特定的通用维纳预测器和决策指导维纳预测器来分别在时域中基于UL导频和在频域中基于检测到的UL数据预测信道状态信息，考虑残余自干扰（SI）的影响。此外，通过应用迫零预编码和最大比合并，推导出了时变信道下TDD和MDD系统所能达到的速率下界的闭式近似。我们从这项研究的主要结论是，MDD，赋予全双工的能力，但比带内全双工（IBFD）的SI消除的需求较少，优于传统的TDD和IBFD在对抗信道老化。
2022-05-05 cs.IT eess.SP math.IT
DSIC: Deep Learning based Self-Interference Cancellation for In-Band Full Duplex Wireless
带内全双工无线通信由于其频谱利用率的巨大潜力，在未来的无线通信和网络中受到极大的关注。然而，IBFD无线受到其关键挑战的限制，即自干扰。因此，有效的自干扰消除是实现IBFD无线的关键。本文提出了一种基于深度学习的实时非线性自干扰抵消解决方案。在该解决方案中，自干扰信道由深度神经网络（DNN）建模。首先收集同步的自干扰信道数据以训练自干扰信道的DNN。之后，训练的DNN用于消除无线节点处的自干扰。该解决方案已在USRP SDR测试平台上实现，并在现实世界中的多个场景中进行了评估，在传输信息（包括数字，文本以及图像）时具有各种调制。它导致在数字消除中的17dB的性能，这非常接近于自干扰功率，并且几乎消除了测试床中SDR节点处的自干扰。该解决方案在许多情况下和不同的调制方案下产生平均8.5%的比特出错率（BER）。
2018-11-05 cs.IT cs.NI math.IT
Random Linear Network Coding For Time Division Duplexing: Energy Analysis
研究了随机线性网络编码在时分复用信道中的能量性能。我们假设一个包擦除信道的节点不能同时发送和接收信息。发送器在停止等待接收器确认正确解码信息所需的自由度的数量（如果有的话）之前，连续地发送编码数据分组。我们的分析表明，在平均能量消耗方面，有一个最佳数量的编码数据包发送之前停止收听。该数目取决于发送每个编码分组和确认（ACK）所需的能量、分组和ACK擦除的概率以及接收器解码数据所需的自由度的数目。我们表明，它的能量性能优于全双工系统。我们还研究了我们的方案的性能时，编码数据包的数量被选择，以最小化的平均时间完成传输[1]。在此优化标准下的能量性能被发现是接近最佳的，从而提供了一个很好的能量和完成传输所需的时间之间的权衡。
2009-01-02 cs.IT math.IT
Channel Covariance Estimation in Massive MIMO Frequency Division Duplex Systems
在频分双工（FDD）模式下的多用户Massive MIMO系统中，信道协方差是获取瞬时信道状态信息（CSI）的关键因素。在此上下文中，信道互易性不成立，并且通常预期关于下行链路信道的协方差信息必须由用户设备（UE）估计并反馈。作为另一种CSI获取技术，我们建议根据观测到的上行链路协方差来推断下行链路协方差。该推断过程依赖于上行链路/下行链路协方差矩阵的字典，以及对应的黎曼空间中的插值;一旦字典已知，估计就不依赖于来自UE的任何形式的反馈。在这篇文章中，我们提出了几种不同的插值方法，并通过模拟对它们进行基准测试。
2016-02-18 cs.IT math.IT stat.AP
In-Band Full-Duplex Wireless: Challenges and Opportunities
带内全双工（IBFD）操作已经成为用于增加无线通信系统和网络的吞吐量的有吸引力的解决方案。利用IBFD，允许无线终端在相同频带中同时发送和接收。本教程回顾了IBFD无线的主要概念。因为IBFD操作的最大实际障碍之一是自干扰的存在，即，由于IBFD节点自身的传输对其所需接收造成的干扰，本教程调查了广泛的IBFD自干扰缓解技术。还讨论了许多其他研究的挑战和机会，在设计和分析的IBFD无线系统。
2014-05-20 cs.IT math.IT
Broadcasting in Time-Division Duplexing: A Random Linear Network Coding Approach
本文研究了时分复用信道中的随机线性网络广播编码。我们假设一个包擦除信道的节点不能同时发送和接收信息。发送器在停止以等待接收器确认正确解码信息所需的自由度的数量（如果有的话）之前连续地发送编码数据分组。我们研究的平均时间完成传输的数据包块的所有接收器。我们还提出了一个边界上的停止等待确认，以完成传输的概率至少为$1-ε$，任何$ε>0$的数量。我们目前的分析和数值结果表明，我们的计划优于最优调度策略的广播，在平均完成时间。我们提供了一个简单的启发式计算的编码数据包的数量停止之前发送，达到接近最佳性能的搜索时间大大减少的优势。
2009-03-25 cs.IT math.IT
Spatial Self-Interference Isolation for In-Band Full-Duplex Wireless: A Degrees-of-Freedom Analysis
带内全双工无线通信的挑战是管理自干扰。许多设计已经采用了空间隔离机制，例如屏蔽或多天线波束成形，以将自干扰波与接收器隔离。这样的空间隔离方法是有效的，但是通过将发送和接收信号限制到可用空间的子集，信道的全部空间资源未被充分利用，花费了可能使以全双工模式操作的净益处无效的成本。在本文中，我们利用基于天线理论的信道模型来分析空间自由度可用于全双工功能的基站，并观察到，空间隔离是否优于时分（即半双工）在很大程度上取决于散射体的几何分布。除非散射到预期用户的对象的角展度与反向散射到基站的对象的展度重叠，否则空间隔离优于时分，否则时分可能是最佳的。
2015-06-10 cs.IT math.IT
A Signal-Space Analysis of Spatial Self-Interference Isolation for Full-Duplex Wireless
带内全双工无线通信的挑战是管理自干扰。许多设计已经采用了空间隔离机制，例如屏蔽或多天线波束成形，以将自干扰波与接收器隔离。这样的空间隔离方法是有效的，但是通过将发送和接收信号限制到可用空间的子集，信道的全部空间资源未被充分利用，花费了可能使以全双工模式操作的净益处无效的成本。在本文中，我们利用基于天线理论的信道模型来分析空间自由度可用于全双工功能的基站，并观察到，空间隔离是否优于时分（即半双工）在很大程度上取决于散射体的几何分布。除非散射到预期用户的对象的角展度与反向散射到基站的对象的展度重叠，否则空间隔离优于时分，否则时分可能是最佳的。
2014-04-09 cs.IT math.IT
Virtual Full Duplex Wireless Broadcasting via Compressed Sensing
提出了一种新的解决方案，以承担在无线网络中的一个频繁的任务，这是让所有的节点广播信息，并从各自的一跳邻居节点接收信息。贡献是双重的。首先，由于每个邻居选择一个消息承载码字从其独特的码本传输，它示出，解码他们的消息的基础上叠加的那些码字通过多址信道从根本上是一个问题的压缩感知。在每个消息由少量比特组成的情况下，开发了一种基于置信传播的迭代算法以实现有效的解码。第二，为了满足半双工约束，每个码字由随机分布的时隙和非时隙组成。节点在其开启时隙期间发送，并且仅通过其自己的关闭时隙来监听其邻居。在一个帧间隔上，每个节点向邻居广播消息，并且基于通过其自己的非时隙接收的叠加信号同时解码邻居的消息。因此，该解决方案充分利用了无线介质的多址接入特性，并在基本级别上解决了半双工约束。在泊松分布节点组成的网络中，数值结果表明，所提出的方案往往达到几倍的速率时隙ALOHA和CSMA相同的分组出错率。
2013-08-11 cs.IT cs.NI math.IT
Random Linear Network Coding For Time Division Duplexing: When To Stop Talking And Start Listening
提出了一种新的用于时分双工信道可靠通信的随机线性网络编码方案。该设置假设分组擦除信道，并且节点不能同时发送和接收信息。发送器在停止等待接收器确认（ACK）正确解码信息所需的自由度的数量（如果有的话）之前，连续地发送编码数据分组。我们提供了这个问题的分析表明，有一个最佳数量的编码数据包，在平均完成时间方面，要发送之前停止听。该数目取决于延迟、数据包擦除和ACK擦除的概率以及接收器解码数据所需的自由度的数目。该方案在完成固定数量的数据分组的传输的平均时间方面是最优的。我们表明，它的性能是非常接近的全双工系统，而传输不同数量的编码数据包可能会导致大的性能下降，特别是如果延迟很高。此外，我们研究了我们的方案的吞吐量性能，并将其与现有的半双工Go-back-N和选择性重传ARQ方案进行比较。数值结果表明，在大多数情况下，我们的方案具有相似的性能选择性重复和相当的性能增益时，延迟和分组错误概率高。
2008-09-13 cs.IT math.IT
Generalized Cross-Layer Designs for Generic Half-Duplex Multicarrier Wireless Networks with Frequency-Reuse
在本文中，联合设计的数据路由和资源分配开发的通用半双工多载波无线网络中，每个子载波可以重用的多个链路。考虑两种情况。第一种情况属于一般情况，其中每个子载波可以由多个链路分时共享，而第二种情况属于特殊情况，其中不允许分时，并且子载波一旦被分配给一组链路，则在整个信令间隔中由那些链路使用。新的框架开发，以优化数据路由，子载波调度和功率分配的联合设计。这些设计问题是非凸的，因此难以解决。为了规避这个困难，有效的技术的基础上几何规划的发展，以获得局部最优解。数值结果表明，在这两种情况下开发的设计产生的性能优于他们的同行，其中频率复用是不允许的。
2015-08-24 cs.IT cs.NI math.IT
Full-Duplex MIMO Relaying Powered by Wireless Energy Transfer
我们考虑一个全双工解码和转发系统，其中无线供电中继采用时间交换协议从源接收功率，然后将信息传输到目的地。假设中继节点配备有两组天线以实现全双工通信。研究了三种不同的干扰抑制方案，即1）最佳2）迫零和3）最大比合并/最大比传输。我们开发了新的中断概率表达式来研究这些方案的延迟约束传输吞吐量。我们的分析表明，有趣的性能比较所考虑的预编码方案不同的系统和链路参数。
2015-05-01 cs.IT math.IT
Degrees of Freedom of Spatial Self-Interference Suppression for In-Band Full-Duplex with Inter-node Interference
我们研究了一个三节点网络，其中一个全双工基站与一个上行链路和一个下行链路半双工节点通信。在该网络中，存在自干扰和节点间干扰。我们使用基于天线理论的信道模型来研究这种网络的空间自由度，并研究空间隔离是否以及在多大程度上优于时分（即半双工）对应。使用自由度分析，我们表明，空间隔离优于时间分割，除非散射到预期用户的对象的角展重叠的对象，背散射到接收器的传播。
2016-06-18 cs.IT math.IT
Adaptive Self-Interference Cancellation for Full-Duplex Wireless Communication Systems
在这封信中，我们考虑单小区、单用户系统，其中上行链路和下行链路用户设备与全双工中继通信。由于远近问题，自干扰（SI）可以是接收信号功率的100- 1000倍。在这种情况下，我们认为自适应最小均方（LMS）算法估计SI信道，然后减去SI从所需的接收信号之前的模数转换器（ADC）。我们衡量的比特出错率（BER）和频谱效率方面的这种技术的鲁棒性。
2021-06-02 cs.IT math.IT
Wireless Information and Power Transfer in Full-Duplex Communication Systems
本文考虑了在全双工双向通信系统中，在两个节点的能量收集和发射功率约束下，最大化同时无线信息和功率传输（SWIPT）的总速率的问题。我们研究了全双工模式下SWIPT的接收功率分配器和发射功率的优化设计。利用速率分裂方法，给出了求解非凸问题的迭代算法。通过数值仿真验证了该算法的有效性。
2016-03-07 cs.ET cs.IT math.IT
Effects of Relay Selection Strategies on the Spectral Efficiency of Wireless Systems with Half- and Full-duplex Nodes
这项工作提出了一个分析框架，研究如何中继选择策略执行在半双工和全双工部署相结合的更新理论和随机几何。具体而言，我们假设网络节点-在半或全双工模式下工作-根据二维齐次泊松点过程分散，通过使用半马尔可夫过程来计算中继选择成本。我们的结果显示：（$i$）固定继电器在任何一种情况下都优于无功选择，（$ii$）反应性中继策略和固定中继策略两者的性能取决于全双工场景中的自干扰衰减，表明它们何时优于半双工选项，以及（$iii$）反应式中继选择受到以跳为基础选择中继的影响，而固定中继选择最受益于全双工通信。
2017-01-29 cs.IT math.IT
Spectral-Efficiency of Cell-Free Massive MIMO with Multicarrier-Division Duplex
提出了一种基于多载波分双工（MDD）的无小区（CF）方案，即MDD-CF，其使得下行链路（DL）数据和上行链路（UL）数据或导频能够在分布式CF大规模MIMO（mMIMO）系统中在相互正交的子载波上并发地传输。为了证明MDD-CF的优势，我们首先研究了一个相干间隔（CT）与接入点（AP）的选择，功率和子载波分配的频谱效率（SE）的性能。由于制定的SE优化是一个混合整数非凸问题，是NP-难解决的，我们利用所涉及的变量之间的固有关联，将其转化为一个连续整数凹凸问题。然后，提出了一种二次变换（QT）辅助的迭代算法，以实现SE最大化。接下来，我们扩展我们的研究的情况下，一个无线电帧由几个CT间隔。在这方面，一种新的两相CT间隔（TPCT）的计划被设计为不仅提高SE在无线电帧，但也提供一致的数据传输在快速时变信道。相应地，为了便于优化，我们提出了一个两步迭代算法，通过建立TPCT中的两个阶段之间的连接，通过迭代因子。仿真结果表明，MDD-CF可以显着优于带内全双工（IBFD）-CF由于有效的干扰管理。此外，与时分双工（TDD）-CF相比，MDD-CF对高移动性场景更鲁棒，并且实现更好的SE性能。
2022-08-14 cs.IT eess.SP math.IT
Full Duplex Networking: Mission Impossible?
从2010年到2020年，移动通信量预计将增长1000倍。这对第五代（5G）无线通信系统的设计提出了重大挑战，包括网络结构、空中接口、密钥传输方案、多址接入和加密方案。本文讨论了全双工网络问题，旨在为5G的设计和未来可能的部署提供一些见解。特别是，在全双工的干扰情况进行了分析，然后讨论了几个候选的干扰缓解方法，抗干扰帧结构，收发器结构的信道互易性恢复，和超全双工基站，其中每个扇区在时分双工（TDD）模式下工作。TDD和频分双工（FDD）到全双工的扩展也进行了研究。预计随着未来全双工系统的标准化和部署，TDD和FDD将和谐地集成，有效地支持所有现有的半双工移动电话，并导致大幅增强的5G系统性能。
2015-07-15 cs.IT math.IT
Full-Duplex and Dynamic-TDD: Pushing the Limits of Spectrum Reuse in Multi-Cell Communications
虽然在蜂窝网络中全双工和动态时分双工有望提高频谱效率，但到目前为止，它们的潜力受到干扰增加的挑战。虽然以前的研究已经表明，自干扰可以被抑制到足够的水平，我们表明，交叉链路干扰的两种传输模式，特别是从基站到基站，是在多小区网络的剩余的挑战，限制了上行链路的性能。使用低复杂度的波束成形技术，我们表明，这种干扰可以减轻，全双工和动态时分双工可以大大增加多小区网络的容量。我们的研究结果表明，如果我们可以控制全双工的交叉链路干扰，那么我们可以几乎增加一倍的多小区网络容量以及用户吞吐量。因此，本文中的技术有潜力，使一个顺利的全双工引入蜂窝系统。
2020-10-21 cs.IT cs.NI eess.SP
On Dynamic Time Division Duplex Transmissions for Small Cell Networks
出于动态时分双工（TDD）的好处，在本文中，我们使用一个统一的框架来研究在同构小小区网络（HomSCN）中应用动态TDD的技术问题，以及将动态TDD引入异构网络（HetNets）的可行性。首先，分析了HomSCN，并且提出了动态地并且独立地调度DL和UL子帧的小小区BS调度器，使得可以实现DL和UL业务之间的负载均衡。此外，各种链路间干扰抑制（ILIM）计划，以及它们的组合，的有效性进行了系统的研究和比较。此外，部分干扰消除（IC）的有趣的可能性也进行了探讨。其次，基于所提出的方案，研究了动态TDD与小区范围扩展（CRE）和几乎空白子帧（ABS）在HetNet中的联合操作。在这方面，提出了小小区中的调度策略和用于在动态TDD操作下导出适当的宏小区业务卸载和ABS占空比的算法。此外，全IC和部分IC计划的动态TDD在HetNet的调查。用户设备（UE）的数据包吞吐量性能的建议/讨论的计划基准使用系统级仿真。
2020-06-26 cs.IT math.IT
Joint AP Association and PCS Threshold Selection in Dense Full-duplex Wireless Networks
联合接入点（AP）关联和物理载波侦听（PCS）阈值选择具有在高竞争、干扰和自干扰（SI）受限的传输下改善高密度无线LAN（WLAN）中的性能的潜力。使用随机几何工具，用户和AP位置是空间点过程的独立实现。考虑到信道接入协议的固有影响，吞吐量的空间密度（SDT），这取决于信道接入概率和覆盖率，推导出的性能目标。利用网络的空间统计，吞吐量效用最大化问题，制定寻求AP关联和PCS阈值选择策略，共同最大化SDT。分析推导了AP关联和PCS门限选择策略，并给出了数值求解算法。在涉及全双工（FD）节点的模拟场景下，优化AP关联可以在大规模无线网络中从低到高的节点密度下获得性能增益。考虑PCS阈值选择优化联合AP关联，以提高性能，有效地分离并发传输的空间。结果表明，AP关联在FD无线局域网组用户到最小的竞争域和PCS阈值优化降低了干扰域的用户组的额外的性能增益。
2021-04-28 cs.IT cs.NI math.IT
On the Impact of Phase Noise on Active Cancellation in Wireless Full-Duplex
最近的实验结果表明，全双工通信对于短距离通信是可能的。然而，将全双工扩展到远程通信仍然是一个挑战，这主要是由于即使使用无源抑制和有源消除方法的组合也会产生残余自干扰。在本文中，我们调查的根本原因，目前的全双工系统的性能瓶颈。我们首先基于它们如何计算其消除信号以及在何处注入消除信号以消除自干扰来对所有已知的全双工架构进行分类。基于分类，我们分析解释了几个已发表的实验结果。当前系统中的关键瓶颈原来是全双工节点的发送和接收链中的本地振荡器中的相位噪声。作为我们的分析的一个关键副产品，我们提出了宽带和MIMO全双工系统的信号模型，捕获所有突出的设计参数，从而使未来的分析开发先进的编码和信号设计全双工系统。
2012-12-21 cs.IT math.IT
Wireless Information and Power Transfer in Full-Duplex Systems with Massive Antenna Arrays
我们考虑一个多用户无线系统与全双工混合接入点（HAP），发送到一组用户在下行链路信道，而接收数据从一组能量受限的传感器在上行链路信道。我们假设HAP配备了一个庞大的天线阵列，而所有的用户和传感器节点有一个单一的天线。我们采用了一种时间切换协议，在第一阶段，传感器通过无线能量传输从HAP和HAP估计用户的下行链路信道。在第二阶段，传感器使用收集的能量传输到HAP。通过在上行链路和速率约束下求解下行链路和速率最大化问题来获得下行链路-上行链路和速率区域。此外，假设完美和不完美的信道状态信息，我们推导出表达式的可实现的上行链路和下行链路速率在大天线的限制和近似的结果，适用于任何有限数量的天线。基于这些分析结果，我们得到了功率-缩放定律，并分析了天线数目对消除用户内干扰和自干扰的影响。
2017-04-08 cs.IT cs.NI math.IT
Waveform Design Using Half-duplex Devices for 6G Joint Communications and Sensing
联合通信和感知是一种很有前途的6 G技术，挑战在于如何有效地将它们集成。现有的频分和时分共存的方法很难带来积分增益。直接使用正交频分复用（OFDM）进行感测需要复杂的带内全双工来消除自干扰（SI）。为了解决这些问题，本文提出了新的共存方案，以获得超感测范围（SSR）和简单的SI消除。SSR使JCS能够获得仅感知方案的感知范围，并与通信共享资源。提出了一种随机时分的超多普勒测距方法。还提出了柔性感测植入OFDM（FSIOFDM）。FSI-OFDM利用随机的检测时机获得超多普勒范围，利用固定的拖尾检测时机获得超距离范围。仿真结果表明，所提出的方案可以在有限资源的情况下获得SSR。
2022-01-04 cs.IT eess.SP math.IT
Full Duplex Wireless Communications for Cognitive Radio Networks
动态频谱接入作为认知无线电网络（CRN）中的一个关键技术，需要对动态频谱接入进行精心设计，以最小化对\emph{primary}（licensed）用户的干扰和时延。动态频谱接入中的主要挑战之一是确定\emph{secondary}（未许可）用户何时可以使用频谱。特别地，当次用户正在使用频谱时，如果主用户变得活跃以使用频谱，则次用户通常难以即时检测到主用户，从而对主用户造成意外的干扰和延迟。次用户不能立即检测到主用户的存在，因为次用户不能在其传输的同时检测到频谱。为了解决这个问题，我们提出了全双工无线通信方案的CRN。特别是，我们采用的干扰消除（AC），射频干扰消除（RIC），和数字干扰消除（DIC）技术的次要用户，使次要用户可以扫描活动的主要用户，而它正在发送。一旦检测到主用户的存在，次用户将立即释放频谱，以避免对主用户的干扰和延迟。分析了全双工无线CRN中主用户的丢包率，并与半双工无线CRN中主用户的丢包率进行了比较。我们的分析和模拟表明，使用我们开发的无线全双工CRN，与使用半双工CRN的主用户相比，主用户的分组丢失率可以显着降低。
2011-04-30 cs.IT math.IT
Prototyping Real-Time Full Duplex Radios
在本文中，我们提出了一种用于5G无线网络的实时的【形】全双工无线电系统。全双工无线电能够在无线电资源有限的高业务需求的情况下开辟新的可能性。然而，在实际无线环境中实现全双工无线电的一个关键问题是能够消除自干扰。为了克服自干扰的挑战，我们在软件定义无线电（SDR）平台上对我们的设计进行了原型设计。该设计结合了基于双极化天线的模拟部分和实时的【形】数字自干扰消除器。原型测试结果证实，所提出的全双工系统实现约1.9倍的吞吐量比半双工系统。本文最后讨论了研究人员寻求全双工通信最可行解决方案的实施挑战。
2016-12-19 cs.IT cs.NI math.IT
Performance of Network-Assisted Full-Duplex for Cell-Free Massive MIMO
网络辅助全双工（NAFD）是一种适用于未来无线网络的空分双工技术，具有无小区的大规模多输入多输出在CF大规模MIMO（CF massive MIMO）网络中，使用半双工或全双工的大量远程天线单元（RAU）共同支持真正灵活的双工，包括时分双工，通过使用网络MIMO方法，根据上行链路和下行链路业务的需求，实现频分双工和全双工。利用NAFD，可以增加无线网络的双向数据率并且可以减少端到端延迟。该文研究了空间相关信道下，非理想信道状态信息（CSI）条件下CF大规模MIMO网络中NAFD通信的频谱效率。基于高维随机矩阵理论，推导了上行和速率最小均方误差（MMSE）接收机以及下行和速率迫零（ZF）和正则迫零（RZF）波束形成的确定性等价公式。数值结果表明，在不同的环境设置下，确定性的等效是准确的，在一个大规模的系统和系统与有限数量的天线。研究还表明，通过下行到上行干扰消除，可以提高具有NAFD的CF大规模MIMO的上行频谱效率。比较了带内全双工、半双工等不同双工配置下NAFD的频谱效率。在发射天线和接收天线总数相同的情况下，具有半双工RAU的NAFD提供了更高的频谱效率。为了减轻上下行干扰，提出了一种基于遗传算法的用户调度策略。仿真结果表明，与随机用户调度相比，采用GAS的下行链路可达和速率有了很大的提高。
2019-05-27 cs.IT math.IT
Resource Allocation in Full-Duplex Communications for Future Wireless Networks
最近在实现全双工~（FD）系统方面取得的重大进展为在未来无线网络中提高服务质量（QoS）和体验质量（QoE）开辟了一条有希望的途径。目前迫切需要解决FD网络设计、理论和开发的不同方面的各种挑战。除了自干扰消除信号处理算法之外，诸如资源管理之类的网络协议在FD无线网络的实际设计和实现中也是必不可少的。本文从功率、空间、频率、设备等方面对全双工系统中的网络资源进行了分析，并提出了不同全双工系统中资源分配的最新进展和未来发展方向。四个代表性的应用场景被认为是：FD MIMO网络，FD合作网络，FD OFDMA蜂窝网络，和FD异构网络。提出了这些系统中的资源管理问题和新算法，并讨论了关键的开放研究方向。
2015-05-12 cs.IT math.IT
Analysis of Key Generation Rate from Wireless Channel in In-Band Full-Duplex Communications
研究了带内全双工无线通信对物理层信道状态信息生成秘密密钥的影响。提出了一种IBFD无线设备在多径衰落信道下提高密钥生成速率的密钥生成策略。传统上，由于对无线传输的半双工（HD）约束，感测同时互易信道测量是不可能的，这导致降级的密钥生成速率。然而，随着IBFD无线设备的出现，合法节点可以以自干扰（SI）信道估计和一些残余自干扰（RSI）的可能代价同时感测共享无线链路。正如我们所证明的，与HD相关的观察的关键速率是上限由一个常数，而与IBFD的关键速率仅限于SI消除性能，一般大于其HD对应。我们的分析表明，与合理的水平的SI消除，在高SNR制度的关键率IBFD是高得多，而在低SNR，HD系统的性能更好。最后，讨论了由于SI信道估计阶段所施加的开销而导致的关键速率损失。
2016-05-31 cs.IT math.IT
Rate Gain Region and Design Tradeoffs for Full-Duplex Wireless Communications
在本文中，我们分析研究的制度，实际全双工系统可以实现更大的速率比一个等效的半双工系统。实际全双工系统中的关键挑战是未消除的自干扰信号，这是由硬件和实现不完善的组合引起的。因此，我们首先提出了一个信号模型，它捕获的影响，如振荡器相位噪声，低噪声放大器噪声系数，混频器噪声，模数转换器量化噪声的显着损害。使用详细的信号模型，我们研究的速率增益区域，这是定义为接收信号的兴趣强度，全双工系统优于半双工系统的可实现的速率方面的区域。速率增益区域是作为一个分段线性近似在对数域推导出来的，数值结果表明，近似密切匹配的确切区域。我们的分析表明，当相位噪声占主导地位的混频器和量化噪声，全双工系统可以使用有源模拟消除或基带数字消除，以实现几乎相同的速率增益区。最后，作为一个设计实例，我们数值研究全双工系统的性能和速率增益区域在典型的室内环境中的实际无线应用。
2014-01-24 cs.IT math.IT
Optimal Signaling of MISO Full-Duplex Two-Way Wireless Channel
我们在一个多输入单输出（MISO）全双工双向信道的自干扰模型，并评估可实现的速率区域。我们制定的边界的可实现率区域称为帕累托边界的一个家庭的耦合，非凸优化问题。我们的主要贡献是解耦和重新制定原来的非凸优化问题的一个家庭的凸半定规划问题。对于MISO全双工双向信道，我们证明了波束成形是一种最优的传输策略，可以达到帕累托边界上的任何点。此外，我们提出了一个封闭形式的表达的最佳波束成形的权重。在我们的数值例子中，我们量化的增益在所提出的波束成形的可实现的速率在迫零波束成形。
2015-01-17 cs.IT math.IT
Multi-Objective Optimization for Power Efficient Full-Duplex Wireless Communication Systems
在本文中，我们研究功率有效的资源分配算法设计多用户无线通信系统采用全双工（FD）无线电基站服务多个半双工（HD）的下行链路和上行链路用户同时。我们提出了一个多目标优化框架，以实现两个相互冲突但理想的系统设计目标，即，总下行链路发射功率最小化和总上行链路发射功率最小化，同时保证所有用户的服务质量。为此，采用加权切比雪夫方法来制定一个多目标优化问题（MOOP）。虽然所考虑的MOOP是非凸的，我们解决它的最佳半定规划松弛。仿真结果不仅揭示了总的下行链路和总的上行链路发射功率之间的权衡，但也证实，所提出的FD系统提供了大量的功率节省传统的HD系统。
2015-08-15 cs.IT math.IT
Throughput Analysis for Full-Duplex Wireless Networks with Imperfect Self-interference Cancellation
利用随机几何方法研究了全双工无线网络的吞吐量。全双工（FD）无线电可以彼此同时交换数据。另一方面，FD传输的缺点是与半双工（HD）传输相比，它将不可避免地对网络造成额外的干扰。此外，残余自干扰对网络吞吐量有负面影响。在本文中，我们专注于一个无线网络的节点与HD和FD的能力，并推导和优化在这样的网络的吞吐量。我们的分析结果表明，如果网络是适应ALOHA协议，最大的吞吐量是通过调度所有并发发送节点工作在FD模式或HD模式取决于一个简单的条件。此外，我们的数学模型的基础上，不完美的自干扰消除的信号干扰比（SIR）损失和吞吐量的影响进行了分析。我们严格量化不完美的自干扰消除对吞吐量增益，传输范围和其他指标的影响，我们建立的最小量的自干扰抑制需要FD是有益的。
2015-02-25 cs.IT math.IT
Covert Communications with A Full-Duplex Receiver over Wireless Fading Channels
在这项工作中，我们提出了一个隐蔽的通信方案，发射机试图隐藏其传输到一个全双工接收器，从一个看守，这是使用辐射计检测这种隐蔽的传输。具体地说，我们首先推导出在监狱长的检测出错率，在此基础上，其辐射计的最佳检测阈值的解析确定和其预期的检测出错率在无线衰落信道中实现的封闭形式的表达式。我们的分析表明，故意产生的接收机与随机发射功率的人工噪声，虽然会导致自干扰，提供了实现一个积极的有效的隐蔽率的能力，为任何发射功率（可以是无穷大）受到任何给定的隐蔽性要求的预期检测出错率。这项工作是第一次研究使用全双工接收机与控制人工噪声实现隐蔽通信，并在这方面邀请进一步调查。
2017-11-10 cs.IT math.IT
Full-Duplex Cloud Radio Access Networks: An Information-Theoretic Viewpoint
蜂窝系统的传统设计规定了经由时分或频分双工的上行链路和下行链路传输的分离。模拟和数字域自干扰干扰消除的最新进展挑战了这种安排的需求，并开辟了以全双工模式操作基站（尤其是低功率基站）的可能性。作为应对基站间下行到上行干扰的一种手段，这封信调查了云无线接入网络（C-RAN）架构的影响。分析遵循基于经典Wyner模型的信息论方法。这里的分析结果证实了C-RAN架构在全双工基站存在的情况下的显著潜在优点，只要足够的前传容量可用并且实现了适当的移动站调度或在移动站处的连续干扰消除。
2014-05-08 cs.IT math.IT
Fundamental Properties of Full-Duplex Radio for Secure Wireless Communications
本文在简单实用的条件下，给出了全双工无线保密通信的一些基本特性。特别是，我们考虑两个单天线无线电（Alice和Bob）之间的无线信道对来自未知位置的未知数量的单天线窃听者（Eves）的保密容量领域，其中Alice和Bob对Eves的大规模衰落信道状态信息的知识为零（除了模型）。这些属性显示了保密容量如何根据任何Eve的位置分布，全双工无线电应用的最佳干扰功率如何随各种参数而变化，以及最坏的情况有多坏或多好。特别是，这些属性示出了自干扰消除/抑制的质量如何影响保密能力领域的各个方面。串通的夏娃和非串通的夏娃的情况下，分别处理，但连贯。对于非合谋的Eves，渐近恒定领域的保密能力。对于这两种情况下，我们也处理子情况或没有小规模衰落。
2017-11-27 cs.IT math.IT
Optimal Resource Allocation in Full-Duplex Wireless-Powered Communication Network
研究了无线供电通信网络（WPCN）中的最优资源分配问题，其中一个混合接入点（H-AP）在下行链路（DL）向一组分布式用户广播无线能量，同时在上行链路（UL）通过时分多址（TDMA）接收来自用户的独立信息。我们设计了一个有效的协议，以支持同时无线能量传输（WET）在DL和无线信息传输（WIT）在UL的建议FD-WPCN。我们联合优化针对DL WET的H-AP和针对UL WIT的不同用户的时间分配以及在H-AP处随时间的发射功率分配，以最大化具有所收获能量的UL信息传输的用户的加权和速率。我们认为这两种情况下，完美和不完美的自干扰消除（SIC）在H-AP，我们获得最佳和次优的时间和功率分配的解决方案，分别。此外，我们认为半双工（HD）WPCN作为一个基线计划，并得出其最佳的资源分配解决方案。仿真结果表明，FD-WPCN优于HD-WPCN时，有效的SIC可以实现和更严格的峰值功率约束应用在H-AP。
2014-09-15 cs.IT math.IT
Analysis of Multi-Hop Outdoor 60 GHz Wireless Networks with Full-Duplex Buffered Relays
60 GHz频带中丰富的未授权频谱使其成为未来无线通信系统的有吸引力的替代方案。期望这种系统提供每秒数吉比特数量级的数据传输速率，以便满足对高速率数据通信的不断增长的需求。不幸的是，60 GHz无线电受到严重的路径损耗，这限制了其用于长距离户外通信的可用性。在这项工作中，我们提出了一个多跳60 GHz的无线网络，用于室外通信，多个全双工缓冲继电器用于扩展通信范围，同时提供端到端的性能保证，以穿越网络的流量。我们提供了一个累积的服务过程表征的60 GHz的室外传播信道的自干扰的矩生成函数（MGF）的信道容量。然后，我们使用此特征来计算整体网络性能的概率上限，即，总积压和端到端延迟。此外，我们研究了自干扰对网络性能的影响，并提出了一种最优的功率分配方案，以减轻其影响，以提高网络性能。最后，我们研究了中继密度和网络性能之间的关系下的总功率预算约束。我们发现，增加中继密度可能会对网络性能产生不利影响，除非自干扰可以保持足够小。
2016-08-02 cs.IT cs.NI math.IT
Distributed Full-duplex via Wireless Side Channels: Bounds and Protocols
在本文中，我们研究了一个三节点全双工网络，其中一个基站是从事在同一频带的两个半双工移动节点的同时上行和下行通信。为了减少两个移动节点之间的节点间干扰对系统容量的影响，我们研究了如何利用两个移动节点之间的正交边信道来实现类似全双工的复用增益。我们提出并表征了四种分布式全双工方案的可实现速率，标记为二进制和取消，压缩和取消，估计和取消和解码和取消。在这四个中，对于信道参数的所有值，示出了在容量区域的1比特/秒/Hz内实现的分箱和消除。相比之下，其他三种方案仅在特定的信道值范围内才能达到接近最优的性能。渐近复用增益的所有建议的计划推导出的侧信道是非常有效的制度，其中节点间的干扰具有最高的影响。
2014-05-14 cs.IT math.IT
Full-Duplex Wireless-Powered Communication Network with Energy Causality
在本文中，我们考虑一个无线通信网络与全双工混合接入点（HAP）和一组无线用户的能量收集能力。HAP通过两个天线实现全双工：一个用于在下行链路中向用户广播无线能量，另一个用于同时在上行链路中通过时分多址（TDMA）接收来自用户的独立信息。所有用户可以从HAP连续地获取无线功率，直到其传输时隙，即，通过假设将来收集的能量不能用于传输来对能量因果关系约束进行建模。因此，后面的用户的能量收集时间与前面的用户的传输时间耦合。在这种设置下，我们调查的总和吞吐量最大化（STM）的问题和总时间最小化（TTM）的建议多用户全双工无线供电网络的问题。STM问题被证明是一个凸优化问题。最优解的策略，然后获得封闭形式的表达式，可以计算与线性复杂度。它还表明，总吞吐量是不随用户数的增加而减少。对于TTM问题，通过利用耦合约束的性质，我们提出了一个两步算法来获得最优解。然后，对于每个问题，两个次优的解决方案，提出和调查。最后，通过仿真研究了用户调度对STM和TTM的影响。它还表明，不同的用户调度策略，应使用STM和TTM。
2014-04-02 cs.IT math.IT
SoftNull: Many-Antenna Full-Duplex Wireless via Digital Beamforming
在本文中，我们提出并研究了一种数字控制的方法，称为软同步，使全双工多天线系统。与大多数依靠模拟消除器来抑制自干扰的设计不同，SoftwareTM依靠数字发射波束成形来减少自干扰。软干扰并不试图完美地消除自干扰，而是试图充分减少自干扰，以防止淹没接收机的动态范围。剩余的自干扰然后由接收器数字地消除。我们评估的性能，Softcraft使用测量从72元天线阵列在室内和室外环境。我们发现，Softcycle可以显着优于半双工的小小区在多天线制度，其中天线的数量是远远超过同时服务的用户数量。
2017-03-26 cs.IT math.IT
Baseband and RF Hardware Impairments in Full-Duplex Wireless Systems: Experimental Characterisation and Suppression
硬件缺陷会引入非理想性和随机效应，使完全抑制自干扰变得困难，从而显著降低全双工无线系统的性能。以前的研究主要集中在分析硬件缺陷对全双工系统的影响，基于仿真和理论模型。在本文中，我们遵循一个基于测量的方法来实验识别和隔离这些硬件缺陷，导致残留的自干扰全双工节点。我们的测量结果表明，在混频器的同相和正交（IQ）的不平衡所产生的图像的重要作用。我们还观察到基带非线性的数模转换器（DAC），这可能会引入强谐波成分，以前没有考虑。根据观测和测量结果，建立了一个相应的通用数学模型，用于抑制由硬件非理想性引起的自干扰信号的这些分量。工作频率为2.48 GHz的10 MHz带宽全双工OFDM系统的结果显示，相对于最先进的实现方式，通过联合补偿IQ不平衡和DAC非线性，可以实现高达13 dB的额外抑制。
2014-12-15 cs.IT math.IT
On Optimal Policies in Full-Duplex Wireless Powered Communication Networks
分析并推导了由一个接入点和两个无线设备组成的全双工无线供电通信网络（WPCN）中的最优资源分配方案。AP工作在全双工模式下，能够在下行链路广播无线能量信号，同时在上行链路接收信息数据。另一方面，假设每个无线设备配备有射频（RF）能量收集电路，其收集由AP发送的能量并将其存储在有限容量电池中。然后，所收集的能量用于执行上行链路数据传输任务。在文献中，到目前为止，主要的重点是面向槽的优化。在这种情况下，在给定时隙中收集的所有RF能量也在同一时隙中消耗。然而，这种方法导致次优解决方案，因为它没有考虑未来时隙上的信道状态信息（CSI）变化。与大多数已有的工作不同，本文主要研究长期加权吞吐量最大化问题。这种方法显著地增加了优化问题的复杂性，因为当决定最优资源分配时，它需要考虑未来时隙上的CSI变化和电池的演进。我们制定的问题，使用马尔可夫决策过程（MDP）理论，并显示如何解决it.Our数值结果强调我们提出的全双工WPCN相比，半双工WPCN的优越性，并揭示了有趣的见解完美的影响，以及不完美的自干扰消除技术的网络性能。
2019-02-16 cs.IT math.IT
Beamforming Optimization for Full-Duplex Wireless-powered MIMO Systems
我们提出了用于优化全双工多输入多输出（MIMO）无线供电通信系统中的发射波束成形的技术，该系统包括两个阶段。在第一阶段中，无线供电的移动站（MS）使用来自基站（BS）的信号来获取能量，而在第二阶段中，MS和BS两者以全双工模式彼此通信。当完整的瞬时信道状态信息（CSI）可用时，BS波束形成器和能量收集的时间分裂（TS）参数被联合优化以获得BS-MS速率区域。联合优化问题是非凸的，然而，计算效率的优化技术，半定松弛和线搜索的基础上，提出了解决问题。提出了一种次优迫零方法，得到了TS参数的封闭解。当只有二阶统计的发送CSI是可用的，我们建议最大限度地遍历信息速率在MS，同时保持在BS的中断概率低于一定的阈值。中断概率的上界也推导出一个近似的凸优化框架，提出了有效地解决潜在的非凸问题。仿真结果表明，所提出的方法优于次优和半双工的。
2017-05-11 cs.IT math.IT
Power Splitting for Full-Duplex Relay with Wireless Information and Power Transfer
研究了具有无线信息和能量传输的全双工中继网络的功率分配问题。通过将功率分配应用为中继收发器架构，全双工信息中继可以由从源发射的射频信号收集的能量供电。为了最小化中断概率，功率分配比分别根据完整信道状态信息（CSI）和部分CSI进行动态优化。在强环路干扰下，基于完全CSI和部分CSI的功率分配方案比固定功率分配方案具有更好的中断性能，而基于部分CSI的功率分配方案在不需要第二跳链路的CSI的情况下能够确保具有竞争力的中断性能。它也被观察到，最坏的中断性能时，实现中继位于中间的源和目的地之间，而中断性能的部分CSI为基础的功率分配方案的方法，完全CSI为基础的方案时，中继被放置在靠近目的地。
2015-04-18 cs.IT math.IT
On the Spectral Efficiency of Full-Duplex Small Cell Wireless Systems
我们研究了全双工小小区无线系统的频谱效率，其中具有全双工能力的基站（BS）被设计为在相同的系统资源上向/从多个半双工用户发送/接收数据。设计这样的系统的主要障碍是由于BS处的自干扰和用户之间的同信道干扰。因此，我们考虑一个联合波束形成器的设计，以最大限度地提高频谱效率受到一定的功率约束。首先将设计问题转化为秩约束优化问题，然后采用秩松弛法求解。然而，放松的问题仍然是非凸的，因此很难找到最优解。在这里，我们提出了两个可证明收敛的算法，以获得次优解。基于凸函数规划差分的概念，在第一种算法的每次迭代中，我们用一个行列式极大化规划来逼近设计问题。第二种方法是建立在序贯参数凸逼近方法，它允许我们将放松的问题转化为一个半定规划在每次迭代。在小小区环境下的大量数值实验表明，采用所提出的算法的全双工系统可以实现比半双工系统更大的增益。
2014-07-09 cs.IT math.IT
Throughput Maximization for Full Duplex Wireless Powered Communication Networks
在本文中，我们考虑了一个全双工无线供电通信网络，多个用户与RF能量收集能力进行通信的混合能源和信息接入点。一个优化框架，提出了一个现实的能量收集模型，将初始电池水平的用户考虑到能源因果关系和最大发射功率约束的用户的总吞吐量最大化的目标。功率控制、时间分配和调度的联合优化问题在数学上被表示为一个混合整数非线性规划问题，很难得到全局最优解。基于对优化变量的最优性分析，分别研究了最优功率和时间分配以及调度决策。对于给定的传输阶数，证明了最优功率和时间分配问题是凸的。基于导出的最优性条件，我们提出了一个快速的多项式时间复杂度的启发式算法。我们说明，该算法执行非常接近最佳的，同时显着优于一个平等的时间分配为基础的调度方案。
2019-10-29 cs.IT cs.NI eess.SP
An Inter-Node Interference Suppression Approach in Full-Duplex Wireless Communications
考虑到全双工网络由全双工（FD）基站（BS）和两个半双工（HD）用户组成，一个用户在上行链路信道上发送，而另一个用户通过下行链路信道在相同频率上接收。上行用户通过干扰信道对下行用户产生用户间干扰（IUI）。在本文中，我们提出了一种新的IUI抑制方法时，BS知道全信道的站点信息。该方法的主要思想是一旦在BS处接收到加权的上行链路信号，就对该加权的上行链路信号进行解调。对于窄带情况下，我们首先推导出封闭形式的最佳加权系数时，SI是完全消除在BS，然后分析所提出的IUI抑制方法在实际考虑的性能。此外，所提出的IUI抑制方法可以扩展到宽带的情况下，使用时域加权滤波器。仿真结果表明，该方法优于现有的IUI抑制方案。
2017-05-23 cs.IT math.IT
Simultaneous Wireless Information and Power Transfer in MISO Full-Duplex Systems
本文研究了一种多用户多输入单输出（MISO）全双工无线信息和功率同步传输（SWIPT）系统。在该系统中，多天线基站（BS）在下行链路中使用功率分配器（PS）同时向一组单天线移动站（MS）发送信息和功率，在上行链路中以全双工方式接收信息。特别是，我们解决的联合设计的接收PS比和发射功率在MS，并在信号干扰噪声比（SINR）和收获的功率约束下的BS的波束成形矩阵。利用半定松弛（SDR）方法，解决了自干扰信道的信道状态信息（CSI）不完整的问题。此外，我们提出了另一个次优迫零（ZF）的解决方案，通过分离的发射波束成形矢量和PS比的优化。仿真结果提供了评估所提出的波束成形设计的性能。
2017-03-16 cs.IT math.IT
Wireless Map-Reduce Distributed Computing with Full-Duplex Radios and Imperfect CSI
考虑一个分布式计算系统，其中工作节点通过共享无线信道连接。节点可以存储需要进行计算的数据集的一部分，并且遵循Map-Shuffle-Reduce协议以实现协作处理。如果在节点处执行的计算之间存在某种程度的冗余，则可以通过使用编码多播或协作传输来减少Shuffle阶段期间的节点间通信负载。先前表明，后一种方法能够在全双工节点和完美的发送侧信道状态信息（CSI）的存在下将高信噪比通信负载减少一半。在本文中，提出了一种新的方案，叠加编码的基础上，被证明优于编码组播和协作传输的假设下，不完美的CSI。
2018-10-26 cs.IT math.IT
