一種多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法及裝置與流程
2023-08-02 10:06:51
本發明涉及通信
技術領域：
，特別是涉及一種多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法及裝置。
背景技術：
：隨著科學技術的進步，無線通信技術得到了迅速的發展，並且在實際應用中也取得了巨大的進步。在每一次的技術革命中，通信技術都會得到飛速地發展，通信設備在尺寸、造價和傳輸可靠性方面都有了很大的提升。在目前的無線通信技術中，無線中繼技術和多載波技術的優勢是顯而易見的。相對於傳統的MIMO技術，無線中繼技術可以利用信號的廣播特性，有效地利用每一個空閒的通信節點來增強信號的可靠性，並且極大的節約了通信設備的造價和對天線的硬性要求，可以說無線中繼技術是未來通信技術發展的主要方向。而多載波技術相比於其他同類型的技術優勢更加明顯，其具有很好的抗多徑幹擾能力，並且極大的節省了頻譜資源。但是其有一個極大的不足之處，就是多載波系統會產生很大的信號峰均比，從而引起非線性失真。目前研究的系統都是線性系統，因為一般研究主要考慮的是理想化線性放大器，但是實際中的系統都是一個非線性系統。所以如何對多載波單中繼系統中的非線性失真進行研究是本領域亟待解決的技術問題。技術實現要素：本發明的目的是提供一種多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法及裝置，目的在於解決對現有多載波單中繼系統中非線性失真進行分析的問題。為解決上述技術問題，本發明提供一種多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法，包括：利用Bussgang理論，確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數fr(ysr)；式中，ysr為所述中繼節點的接收信號，Ps為所述發射節點的功率，x為發射源信號，hsr為所述發射節點到所述中繼節點的信道參數，nsr為所述發射節點到所述中繼節點的噪聲；利用獲取接收節點接收到的由所述發射節點傳輸的第一信號ysd；式中，hsd為所述發射節點到所述接收節點的信道參數，nsd為所述發射結點到所述接收節點的噪聲；利用獲取所述接收節點接收到的由所述中繼節點傳輸的第二信號yrd；式中，Pr為所述中繼節點的發射功率，hrd為所述中繼節點到所述接收節點的信道係數，nrd為所述中繼節點到所述接收節點的噪聲；通過預設的解碼準則，對接收到的所述第一信號以及第二信號進行解調。可選地，所述利用Bussgang理論，確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數fr(ysr)包括：在放大轉發模式下，通過fr(ysr)＝βysr＝αβysr+βd確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數；式中，為功率歸一化因子，α為功率因子，d為畸變噪聲,N0為所述中繼節點的接收端的白噪聲功率。可選地，所述獲取所述接收節點接收到的由所述中繼節點傳輸的第二信號yrd包括：利用獲取所述接收節點接收到的由所述中繼節點傳輸的第二信號yrd；式中，為均值為零的高斯噪聲。可選地，還包括：對所述單中繼系統中的已產生非線性失真的信號進行等效線性化分析，非線性系統的表達式為y(t)＝H(x(t))+n(t)＝αx(t)+d(t)+n(t)，其中，x(t)為發射信號，y(t)為接收到的信號，H(x(t))為轉移特性參數，n(t)為噪聲參數。本發明還提供了一種多載波單中繼系統的信號傳輸處理裝置，包括：確定模塊，用於利用Bussgang理論，確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數fr(ysr)；式中，ysr為所述中繼節點的接收信號，Ps為所述發射節點的功率，x為發射源信號，hsr為所述發射節點到所述中繼節點的信道參數，nsr為所述發射節點到所述中繼節點的噪聲；第一獲取模塊，用於利用獲取接收節點接收到的由所述發射節點傳輸的第一信號ysd；式中，hsd為所述發射節點到所述接收節點的信道參數，nsd為所述發射結點到所述接收節點的噪聲；第二獲取模塊，用於利用獲取所述接收節點接收到的由所述中繼節點傳輸的第二信號yrd；式中，Pr為所述中繼節點的發射功率，hrd為所述中繼節點到所述接收節點的信道係數，nrd為所述中繼節點到所述接收節點的噪聲；解調模塊，用於通過預設的解碼準則，對接收到的所述第一信號以及第二信號進行解調。可選地，所述確定模塊具體用於：在放大轉發模式下，通過fr(ysr)＝βysr＝αβysr+βd確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數；式中，為功率歸一化因子，α為功率因子，d為畸變噪聲,N0為所述中繼節點的接收端的白噪聲功率。可選地，所述第二獲取模塊具體用於：利用獲取所述接收節點接收到的由所述中繼節點傳輸的第二信號yrd；式中，為均值為零的高斯噪聲。可選地，還包括：分析模塊，用於對所述單中繼系統中的已產生非線性失真的信號進行等效線性化分析，非線性系統的表達式為y(t)＝H(x(t))+n(t)＝αx(t)+d(t)+n(t)，其中，x(t)為發射信號，y(t)為接收到的信號，H(x(t))為轉移特性參數，n(t)為噪聲參數。本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法及裝置，利用Bussgang理論，確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數；並獲取接收節點接收到的由發射節點傳輸的第一信號以及接收節點接收到的由中繼節點傳輸的第二信號；通過預設的解碼準則，對接收到的第一信號以及信號進行解調。本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法及裝置，能夠將Bussgang理論與單中繼系統相融合，對非線性多載波無線中繼系統進行建模，從而得到了新的信號傳輸處理方法，同時本申請還能夠增大信號傳輸的可靠性，減小計算的複雜度。附圖說明為了更清楚的說明本發明實施例或現有技術的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法的一種具體實施方式的流程圖；圖2為本發明所提供的單中繼模型示意圖；圖3為本發明實施例提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理裝置的結構框圖。具體實施方式為了使本
技術領域：
的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法的一種具體實施方式的流程圖如圖1所示，該方法包括：步驟S101：利用Bussgang理論，確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數fr(ysr)；式中，ysr為所述中繼節點的接收信號，Ps為所述發射節點的功率，x為發射源信號，hsr為所述發射節點到所述中繼節點的信道參數，nsr為所述發射節點到所述中繼節點的噪聲；如圖2本發明所提供的單中繼模型示意圖所示，圖中，實線表示的是第一階段，也就是廣播階段，由發射結點同時向接收節點和中繼節點發射信號。而虛線是中繼階段，當中繼節點接收到發射結點發射的信號後，再將經過處理後的信號轉發給接收節點。接收節點同時收到來自發射節點直接傳輸的信號和經過中繼節點轉發過來的信號。在這個模型中，假設每一次信號傳輸時，信道保持不變，並且信道都經歷了瑞利衰落，而所有節點間不會產生相互的影響。步驟S102：利用獲取接收節點接收到的由所述發射節點傳輸的第一信號ysd；式中，hsd為所述發射節點到所述接收節點的信道參數，nsd為所述發射結點到所述接收節點的噪聲；步驟S103：利用獲取所述接收節點接收到的由所述中繼節點傳輸的第二信號yrd；式中，Pr為所述中繼節點的發射功率，hrd為所述中繼節點到所述接收節點的信道係數，nrd為所述中繼節點到所述接收節點的噪聲；步驟S104：通過預設的解碼準則，對接收到的所述第一信號以及第二信號進行解調。本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法，利用Bussgang理論，確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數；並獲取接收節點接收到的由發射節點傳輸的第一信號以及接收節點接收到的由中繼節點傳輸的第二信號；通過預設的解碼準則，對接收到的第一信號以及信號進行解調。本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法，能夠將Bussgang理論與單中繼系統相融合，對非線性多載波無線中繼系統進行建模，從而得到了新的信號傳輸處理方法，同時本申請還能夠增大信號傳輸的可靠性，減小計算的複雜度。在上一實施例的基礎上，本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法中，步驟S101利用Bussgang理論，確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數fr(ysr)可以具體為：在放大轉發模式下，通過fr(ysr)＝βysr＝αβysr+βd確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數；式中，為功率歸一化因子，α為功率因子，d為畸變噪聲,N0為所述中繼節點的接收端的白噪聲功率。進一步地，上述實施例中步驟S103獲取所述接收節點接收到的由所述中繼節點傳輸的第二信號yrd可以具體為：利用獲取所述接收節點接收到的由所述中繼節點傳輸的第二信號yrd；式中，為均值為零的高斯噪聲。在上述任一實施例的基礎上，本發明所提供的方法還可以進一步包括：對所述單中繼系統中的已產生非線性失真的信號進行等效線性化分析，非線性系統的表達式為y(t)＝H(x(t))+n(t)＝αx(t)+d(t)+n(t)，其中，x(t)為發射信號，y(t)為接收到的信號，H(x(t))為轉移特性參數，n(t)為噪聲參數。下面對本發明基於Bussgang理論，將已經產生非線性失真的系統進行線性化等效建模，得到新的信號處理公式的過程進行進一步詳細闡述。功率放大器放大信號產生非線性失真，可將其作用函數用公式表示為：hρ(xρ)=xρ,xρ≤AsatA,xρ>Asat]]>其中，A為理想軟限幅功放模型的飽和輸出幅度，Asat為功放的飽和輸入幅度，在非線性失真情況下，其關係可以表示為：A＝Asat。將非線性系統進行簡化，接收到的信號可以表示為：y(t)＝h(x(t))+n(t)。而根據Bussgang的理論，如果一個輸入信號是高斯信號，則經過非線性系統作用後，功放的轉移特性函數可以分解為：h(x(t))＝αx(t)+d(t)其中，α是功率因子，為一個常數，d(t)是由於系統的非線性失真引起的畸變噪聲。經過Bussgang理論來分析上述信號，則新的非線性系統表達式為：y(t)＝h(x(t))+n(t)＝αx(t)+d(t)+n(t)根據推導，可以得到功率因子和畸變噪聲方差的表達式，結合理想軟限幅功放的轉移特性函數的表達式，可以得到具體的表達式為：α=δx2(1-e-A2δx2)+π2AδxErfc(Aδx)δx2]]>δd2=δx2(1-e-A2δx2)-αδx2(1-e-A2δx2)+π2AδxErfc(Aδx)]]>其中，A為理想軟限幅功放的飽和輸出幅度，為互補誤差函數。在放大轉發方式下，中繼節點對接收到的信號不進行解碼，而是簡單的將其信號放大然後轉發給接收節點，是一種最簡單的中繼方式。它的中繼處理函數可以表示為：fr(ysr)＝βysr其中，是功率歸一化因子。由於在中繼節點中有理想軟限幅功放進行信號放大而引起非線性失真，所以進行放大轉發的信號不再是單純的ysr，而是經過功放的轉移特性函數處理過的信號h(ysr)。功放在接收到信號後，對信號進行線性化的處理後才進行放大轉發。此時，中繼處理函數可以表示為：fr(ysr)＝βh(ysr)＝αβysr+βd其中，α是1中得到的功率因子，d是畸變噪聲。在這裡我們需要注意的是兩個數據中的信號方差變為得到非線性失真環境下的接收信號，為：yrd=αPsPrPshsr2+N0hsrhrdx+n~rd]]>其中，是均值為零的高斯噪聲，表示為：n~rd=αPrPshsr2+N0hrdnsr+nn+PrPshsr2+N0dhrd]]>經過一系列計算，我們得到了放大轉發方式下單中繼系統的兩路信號。即ysd=Pshsdx+nsd]]>yrd=αPsPrPshsr2+N0hsrhrdx+n~rd]]>因此，設發射節點的發射功率為Ps，中繼節點的發射功率為Pr，中繼節點的接收信號為ysr，接收節點的接收到發射節點的信號為ysd，接收到中繼節點的信號為yrd，而發射節點發射的信號為x，則上述中繼模型可以表示為：ysd=Pshsdx+nsd]]>ysr=Pshsrx+nsr]]>yrd=Prhrdfr(ysr)+nrd]]>其中，nsr，nsd和nrd分別為發射節點到中繼節點，發射結點到接收節點和中繼節點到接收節點的接收噪聲。而式中的hsr，hsd和hrd分別為發射節點到中繼節點，發射結點到接收節點和中繼節點到接收節點相應的信道係數，在瑞利衰落信道中，如果信道係數已知，則信道係數服從均值為零的復高斯隨機分布。式中的fr(ysr)為中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數。下面對本發明實施例提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理裝置進行介紹，下文描述的多載波單中繼系統的信號傳輸處理裝置與上文描述的多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法可相互對應參照。圖3為本發明實施例提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理裝置的結構框圖，參照圖3多載波單中繼系統的信號傳輸處理裝置可以包括：確定模塊100，用於利用Bussgang理論，確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數fr(ysr)；式中，ysr為所述中繼節點的接收信號，Ps為所述發射節點的功率，x為發射源信號，hsr為所述發射節點到所述中繼節點的信道參數，nsr為所述發射節點到所述中繼節點的噪聲；第一獲取模塊200，用於利用獲取接收節點接收到的由所述發射節點傳輸的第一信號ysd；式中，hsd為所述發射節點到所述接收節點的信道參數，nsd為所述發射結點到所述接收節點的噪聲；第二獲取模塊300，用於利用獲取所述接收節點接收到的由所述中繼節點傳輸的第二信號yrd；式中，Pr為所述中繼節點的發射功率，hrd為所述中繼節點到所述接收節點的信道係數，nrd為所述中繼節點到所述接收節點的噪聲；解調模塊400，用於通過預設的解碼準則，對接收到的所述第一信號以及第二信號進行解調。作為一種具體實施方式，本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理裝置中，上述確定模塊100可以具體用於：在放大轉發模式下，通過fr(ysr)＝βysr＝αβysr+βd確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數；式中，為功率歸一化因子，α為功率因子，d為畸變噪聲,N0為所述中繼節點的接收端的白噪聲功率。作為一種具體實施方式，本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理裝置中，上述第二獲取模塊300可以具體用於：利用獲取所述接收節點接收到的由所述中繼節點傳輸的第二信號yrd；式中，為均值為零的高斯噪聲。在上述任一實施例的基礎上，本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理裝置還可以進一步包括：分析模塊，用於對所述單中繼系統中的已產生非線性失真的信號進行等效線性化分析，非線性系統的表達式為y(t)＝H(x(t))+n(t)＝αx(t)+d(t)+n(t)，其中，x(t)為發射信號，y(t)為接收到的信號，H(x(t))為轉移特性參數，n(t)為噪聲參數。本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理裝置，利用Bussgang理論，確定單中繼系統中的中繼節點對接收到的發射節點傳輸的信號進行處理的中繼函數；並獲取接收節點接收到的由發射節點傳輸的第一信號以及接收節點接收到的由中繼節點傳輸的第二信號；通過預設的解碼準則，對接收到的第一信號以及信號進行解調。本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理裝置，能夠將Bussgang理論與單中繼系統相融合，對非線性多載波無線中繼系統進行建模，從而得到了新的信號傳輸處理方法，同時本申請還能夠增大信號傳輸的可靠性，減小計算的複雜度。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似部分互相參見即可。對於實施例公開的裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。專業人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、計算機軟體或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬體和軟體的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬體、處理器執行的軟體模塊，或者二者的結合來實施。軟體模塊可以置於隨機存儲器(RAM)、內存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬碟、可移動磁碟、CD-ROM、或
技術領域：
內所公知的任意其它形式的存儲介質中。以上對本發明所提供的多載波單中繼系統的信號傳輸處理方法及裝置進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。當前第1頁1 2 3