Project

Bei der Entwicklung neuer Uebertragungstechniken blieb soweit eine wesentliche Einschraenkung bestehender Systeme unangetastet: Auf physikalischer Ebene findet Kommunikation ausschliesslich in einer Richtung statt, da heutige  Transceiver nicht in der Lage sind gleichzeitig im selben Frequenzband zu senden und zu empfangen. Eine bi-direktionale Verbindung belegt daher entweder zwei Frequenzbaender oder Up- und Downlink nutzen den Kanal abwechselnd. Dies fuehrt zu einer Halbierung der spektralen Effizienz im Vergleich zu einer echten full-duplex Verbindung und bringt auch weitere Verluste mit sich, z.B. durch Totzeiten beim Wechsel der Verbindungsrichtung.

In diesem Projekt erarbeiten wir Moeglichkeiten, diese Einschraenkung zu durchbrechen. Mit der Entwicklung sogenannter Full-Duplex Transceiver und entsprechder Systeme ergeben sich voellig neue Moeglichkeiten in der Telekommunikation. Im einfachsten Fall einer Punkt-zu-Punkt Verbindung kann der Durchsatz zum Beispiel verdoppelt werden indem sowohl Up- als auch Downlink das gleiche Frequenzband gleichzeitig verwenden. In komplexeren Systemen koennen Full-Duplex Relays Signale ohne Effizienzverlust auffangen und direkt verstaerkt oder bereinigt abgeben und so die Reichweite von Funksystemen erhoehen.

Das Problem bei der Entwicklung solcher Systeme liegt in der Notwendigkeit das eigene Signal zu unterdruecken um das millionenfach schwaechere Signal der Gegenseite nicht zu ueberhoeren. Unsere Forschung beschaeftigt sich mit Methoden um eine ausreichend gute Signalunterdrueckung zu erreichen. Hierzu werden Prototypen entwickelt die als Basis fuer Messungen und Modelle dienen aus denen bessere Methoden zur Interferenzunterdrueckung erarbeitet werden. Parallel dazu beschaeftigen wir uns mit Algorithmen und Uebertragungstechniken die die neu gewonnene Faehigkeit zur Full-Duplex Uebertragung optimal nutzen um Datenrate, Reichweite, und Kapazitaet zu erhoehen. Mit Hilfe der entwickelten Prototypen muessen sich diese Techniken dann in der Praxis beweisen.

Nevertheless, toward that objective, one basic assumption has remained unchallenged over the years: a transceiver can only transmit or receive on the same frequency
band, but not both at the same time. Consequently, two communicating transceivers must share the spectrum, either in time (taking turns using
the whole spectrum) or in frequency (dividing the spectrum into two smaller sub-channels). This so-called half-duplex mode is used in the radio interface of
all wireless communication systems today.

In this project, we challenge that fundamental assumption and create full duplex transceivers, capable of simultaneously
transmitting and receiving on the same frequency band. The first obvious advantage is that the efficiency with which we use the spectrum is doubled.
Furthermore, even more significant improvements are possible, when considering a whole network of such full duplex transceivers. The famous hidden
terminal problem can be alleviated and the various techniques for relaying information become much simpler and much more efficient.

The principal difficulty that has made full duplex mode impractical so far is the strong self-interference. In this project we study, perfect, combine, and
finally implement various methods of self-interference suppression. We treat the entire problem from the ground up, first constructing theoretical models,
then adapting the suppression techniques to maximize their effectiveness, and finally building a comprehensive testbed. This will allow us to give the first
demonstration of full duplex operation in both narrow- and wideband channels, with single or multiple-antenna (MIMO) terminals, and in single link as well
as relaying scenarios.