5G时代中没有分工(No Division Duplex,NDD)的意义所在

发布于 2016-08-05  831 次阅读


2G、3G、4G通信技术中双工的实现皆使用TDD或是FDD,作者本来认为5G的双工实现也将会使用TDD或是FDD,不过近来相关论文及发展走向表示5G将使用NDD来实现真正的全双工,那么为什么到了5G才要使用NDD?

NDD这概念由来以久,NDD最核心的技术就是消除了这100dB的自干扰,来自斯坦福大学的Sachin Katti和他的团队突破了以上难题,并在2012 年成立了 Kumu Networks初创公司。因而,近年来NDD的进展使得在5G中应用NDD成为可能。而NDD的使用与FDD相比可以使频谱效率提升一倍,与TDD相比,可以缩短时延。如今频谱资源紧缺,而5G对于时延又有较高要求,NDD的优势可见一斑。

什么是NDD?

以下为转载内容:

FDD(频分双工):采用两个对称的频率信道来分别发射和接收信号.

TDD(时分双工):发射和接收信号是在同一频率信道的不同时隙中进行的.


有人说,FDD是全双工,TDD是半双工。从一定意义上,这两个都不是全双工,因为都不能实现在同一频率信道下同时进行发射和接收信号。

今天我们介绍的NDD,可以实现发射和接收信号在同一频率同一时间进行传输,就是一个真正的全双工。不过,我更喜欢叫它“没有分工(No Division Duplex,NDD )”。

难 道以前我们就没有想到过这么牛的全双工方式?当然不是。由于无线系统中发射信号会对接收信号产生强大的自干扰,如果按NDD那样的玩法,系统根本无法工 作。在NDD那样的全双工模式下,如果发射信号和接收信号不正交,发射端产生的干扰信号比接收到的有用信号要强数十亿倍(大于100dB)。

那么,NDD是怎么做到的?NDD最核心的技术就是消除了这100dB的自干扰。

先来看一看发射信号是怎样对接收信号产生强大的自干扰的。

由上图可知,由于双工器泄露、天线反射、多径反射等因素,发射信号掺杂进接收信号,产生了强大的自干扰。

怎样消除这些干扰呢?幸运的是,由于发射信号是已知的,那么就可以用发射信号作为参考来消除自干扰。但是,这个参考信号只能从数字基带域获得。当数字信号转换为模拟信号后,由于线性失真和非线性失真的影响,很难从中获得参考。因此,任何自干扰消除技术如果要想成功,必须要考虑发射信号的非线性失真。

另外,为了避免接收饱和,必须要考虑接收端模/数转换器的分辨率限制,因此,输入模/数转换器的自干扰信号强度必须确保小于一个确定值。

解决了这些问题,就能有效的分解出干扰信号,将它消除。

这个问题,据说NDD的主人已经解决了。

来自斯坦福大学的Sachin Katti和他的团队突破了以上难题,并在2012 年成立了 Kumu Networks初创公司,目前正在部署将这一技术应用于small cell。

他们是怎样突破的?Kumu给出了一些简单的原理介绍。

其实Kumu的自干扰消除技术并非首创,但Kumu的电路算法是目前性能最强的,能够消除110dB的干扰信号。

得益于强大的自干扰消除技术,使得真正的全双工通信成为可能,无线频谱效率和时延将会得到大大提升,如果能够完美应用,这无疑是一次颠覆性的创新。

1)比较FDD/TDD,频谱效率将提升一倍。

2)比较TDD,大幅度缩短时延。

因为TDD是时分双工,不能在同一时间收发数据,NDD则有效解决了这个问题,发送完数据,即刻接收反馈信息,减少时延。

另外,在传送数据包的时候,无需等待数据包完全到达才发送下一个数据包,特别是在重传的时候,大大减小时延。

这一技术可以广泛应用于微波回程、WIFI接入、移动设备和LTE接入等,目前最快捷的应用是作为“Self-Backhaul Small cell”部署于现网。

Self-Backhaul Small cell部署只需要在基站侧加装板件,而现网其它硬件部分无需改动。

目前,Kumu Networks已经获得了大量融资,但要真正实现落地,还面临着一些挑战。

1)电路板件设计。

自干扰消除电路设计需要支持宽频(>100MHZ),多MIMO(>32天线),且要求尺寸小,功耗低,成本不能太高。

2)物理层、MAC层的优化设计。比如编码、调制、同步、检测、侦听、冲突避免、ACK等,尤其是针对MIMO的物理层优化。

3)对全双工和半双工之间动态切换的控制面优化,以及对现有帧结构和控制信令的优化。


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