WiFi是如何實現全雙工通信的?

WiFi不是只有一根天線么,理論上一根線只能收或者發,這樣也只是半雙工的通信方式,為什麼很多資料上都描述wifi支持全雙工的通信方式


首先這裡雙工定義的可能比較廣義一些,即是一個即可以發又可以收的終端,一般說wifi雙工的(在SDR設備裡面見過這樣的說法,即實際上再說支持時分雙工或者頻分雙工)。

其次是關注真正的全雙工,即同一根天線在同一個頻率(信道)同一個時間進行雙工通信。首先全雙工是可以支持單根天線的,一般而言有兩種形式(PS:以下所述都是基於學術論文的角度,現實的demo是有,也有晶元級別的產物,但是有沒有實用價值就不清楚)

如上圖(圖來源為《Resource Allocation and Rate Gains in Practical Full-Duplex Systems》這篇文章)。其中b圖實現全雙工是基於兩根天線的,c圖是一根天線的。b圖比較好理解,一根發,一根收,解釋下c圖,c圖這裡術語是用的circulator,其中天線接在最下面的一個口,然後接受迴路和發送迴路分別接上面的兩個口。

然後需要解釋下一根天線為什麼可以完成全雙工的,這個一般看到比較早的是基於斯坦福的《Achieving single channel, full duplex wireless communication》這篇文章。由於天線是接收電磁波的,電磁波就可以疊加的。在本地發送信號的時候,實際上對方發送過來的信號在電磁波上是疊加的,但是由於本地發送信號的幅度很高,所以對方發送過來的信號就淹沒在本地的發送信號中了,所以就沒有辦法接收。而解決這個問題的思路簡單而言(裡面有一些細緻的步驟不展開,基本思路而已),就是由於本地發送的信號本地是已知的,所以在試圖接收對方的信號的時候,把本地的發送信號給減去,那麼就可以獲得對方的發送信號了(比較微弱),從而即可達到全雙工的需求。

而在具體實施的過程中,可能不僅僅做一次相減即可,而需要做多次,如下面的框架圖(還是摘自《Resource Allocation and Rate Gains in Practical Full-Duplex Systems》)

其中Hc,r(s)那裡是第一次相減,即模擬相減,原因是在於,如果不減的話,那麼由於本地的發送信號到接收信號沒有距離上的衰減,所以很強,如果該信號再次經過LNA(低雜訊放大器),那麼信號是滿格,或者破壞LNA,所以需要第一次抵消自己的發送信號,相當於一次粗過濾。然後在數字解調部分,即Hc,d(s)那裡做第二次相減,即數字相減,做一次細的過濾,從而解出對方的信號。(當然還有一些細緻的步驟,這裡暫不深入,僅僅是粗談下,謝謝)


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