CN103107970B

CN103107970B - 一种基于压缩感知的通信系统

Info

Publication number: CN103107970B
Application number: CN201310019464.2A
Authority: CN
Inventors: 刘皓; 李星宇; 闫彬; 孙辰
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: CN103107970A

Abstract

本发明提供一种基于压缩感知的通信系统，发射端包括信号调制模块、压缩感知模块、射频发送模块；射频发送模块包括开关功率放大器、射频发送电路。压缩感知模块将已调信息进行压缩感知与1bit量化得到0-1序列的1bit量化值；开关功率放大器根据控制端接收到的1bit量化值来切换开关功率放大器的开关状态；当接收的1bit量化值为1时，开关功率放大器处于开状态，在当前符号时间间隔内持续向射频发送电路输出发射信号；当接收为0时，开关功率放大器处于关状态。本发明通过压缩感知量化将调制信号压缩并量化为0-1序列，不再对功率放大器有严格的线性度要求，简化了功率放大器电路的设计，提高了功率放大器的工作效率。

Description

一种基于压缩感知的通信系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及通信系统的发射机中高效功率放大技术。

背景技术

压缩感知（compressivesensing）于2006年在美国电子电气工程师协会信息理论会刊上公开的（D.Donoho,“Compressedsensing,”IEEETrans.Inform.Theory，vol.6,no.4,pp.1289–1306,2006.），作为一种全新的信号采样方案。

在压缩感知中，具有稀疏特性的任意原始信号，通过一个满足一定条件的随机测量矩阵的采样，可以获得远少于传统奈奎斯特采样的采样点数。然后再对该采样值进行1比特（bit）量化，就可以把测量转化为一串0-1序列。在接收机中，对该0-1序列采样，并通过压缩感知恢复算法可以将这0-1序列完全地恢复为原始信号。由于它具有低采样率（低于奈奎斯特采样速率）和完全重构信号的特性，已开始应用在数据图像处理、数字传感等领域。

现在，为了满足人们对高速通信的要求和对频谱资源的充分利用，正交频分多址（OFDM）技术和码分多址（CDMA）技术已经成为许多通信系统的传输标准，发射端将经过OFDM或CDMA调制的信号经功率放大器后发射至接收端。然而，传统的OFDM调制和CDMA调制信号具有很高的峰均功率比（PAPR），过高的PAPR会使发送端对功率放大器的线性要求提高，也意味着要提供更多的额外功率，造成了功率放大器的效率降低，同时增加的功率放大器的设计难度和成本。

发明内容

本发明所要解决的问题是，提供一种通信系统，在具有较高PAPR以及信号稀疏性的条件下，降低功率放大器线性度要求。

本发明为解决上述技术问题所采用技术方案是，一种基于压缩感知的通信系统，包括发射端、接收端，发射端包括信号调制模块、压缩感知模块、射频发送模块；射频发送模块包括开关功率放大器、射频发送电路；

所述信号调制模块用于，对基带信息进行调制得到的已调信号，将已调信号输出至压缩感知模块；

所述压缩感知模块用于，将已调信息进行压缩感知，将压缩感知结果进行1bit量化后得到0-1序列的1bit量化值，将1bit量化值输出至功率放大器的控制端；

所述开关功率放大器用于，根据控制端接收到的1bit量化值来切换开关功率放大器的开关状态；当接收的1bit量化值为1时，开关功率放大器处于开状态，在当前符号时间间隔内持续向射频发送电路输出发射信号；当接收的1bit量化值为0时，开关功率放大器处于关状态；

射频发送电路用于，将发射信号转换为射频信号发送至接收端；

在当前符号时间间隔内持续发送；

接收端包括射频接收模块、压缩感知恢复模块、信号解调模块；

所述射频接收模块用于，接收自于发射端的射频信号，将射频信号恢复为0-1序列的接收信号后输出至压缩感知恢复模块；

所述压缩感知恢复模块用于，通过压缩感知恢复从接收信号中得到已调信号，将已调信号输出至信号解调模块；

所述信号解调模块用于，解调已调信号恢复出基带信息。

具体的，所述发射端与接收端传输OFDM信号，所述调制与解调为OFDM调制与解调；或者，所述发射端与接收端传输CDMA信号，所述调制与解调为CDMA调制与解调。

现有的OFDM通信系统，在发射端发射信号时需要对多路载波信号的相位进行叠加，或者现有的CDMA通信系统，在发射端发射信号对多个地址的码片进行叠加，均对功率放大器的线性度要求高。OFDM与CDMA系统等具有有稀疏性的系统为使用压缩感知技术提供了条件，本发明通过压缩感知、1bit量化将调制信号压缩并量化为0-1序列，这样发射数据不再对功率放大器有严格的线性度要求，这样不仅简化了功率放大器电路的设计，而且大大提高了功率放大器的工作效率。

本发明的有益效果是，降低了系统中功率放大器的线性度要求，提高了功率放大器的工作效率。

附图说明

图1为实施例基于压缩感知技术的高效功放的OFDM系统的发射机框图。

图2为实施例基于压缩感知技术的高效功放的OFDM系统的接收机框图。

具体实施方式

本实施例基于现有的OFDM通信系统。如图1所示，发射端包括OFDM信号调制模块、压缩感知模块、射频发送模块；

OFDM信号调制模块将基带数字信号进行串并转换，每路为6bit数据。通过OFDM信道估计，选取可用的K个子信道(1≤K≤N)，N为总的子信道的个数。将每路的6bit数据按64QAM调制映射到64QAM的星座图上，提出它的幅度值X(k),(1≤k≤K)。在将映射序列X(k)进行共轭扩展，得到新的共轭序列X(k'),2≤k'≤2K，其中，X(k)=X^*(k+K)在根据信道估计选择的K个子信道的载波频率作为调制信号，进行离散傅里叶反变换（IDFT），调制出OFDM符号x(n)。

压缩感知模块包括压缩感知采样单元、符号比较器，压缩感知采样单元将已调OFDM符号x(n)乘以一个随机的测量矩阵Φ得测量值y(k)，Φ∈R^M*N，其中R表示实数，M为压缩后的数据维数，N为子信道个数，即y(k)=Φ*x(n)，压缩感知采样单元将测量值y(k)输出至比较器，符号比较器将测量值进行1bit量化，若y(k)>0,1≤k≤M,则输出1；反之y(k)<0,1≤k≤M，则输出为0。因此得到1bit量化值y'(k),1≤k≤M。

射频发送模块包括开关功率放大器、射频发送电路；开关功率放大器根据控制端接收到的1bit量化值y'(k)来切换其开关状态，若y'(k)=1，则开关功率放大器处于开状态，在一个符号时间间隔内，通过射频发送电路发送一个方波，若y'(k)=0，则开关功率放大器处于闭合状态，在一个符号时间间隔内，不发送数据。

如图2所示，接收端包括射频接收模块、压缩感知恢复模块、OFDM信号解调模块；

射频接收模块包括射频接收电路、ADC（模数转换器），射频接收电路接收来自于发射端的信号，通过ADC恢复出0-1序列的接收信号，ADC将接收信号输出至压缩感知恢复模块；

压缩感知恢复模块通过压缩感知1bit恢复算法从接收信号中得到OFDM已调信号，将OFDM已调信号输出至信号解调模块；

OFDM信号解调模块解调OFDM已调信号恢复出基带信息。

同样的，本发明还可以应用于CDMA通信系统。OFDM系统中将信息按OFDM调制方式调制到OFDM载频，而CDMA系统中将信息按CDMA方式扩展到码片。本领域技术人员还可以根据本发明的信号处理方式，将本发明应用于其它通信信号具有稀疏性且有较高的峰均功率的通信系统中。

在实现时，可以采用FPGA（现场可编程门阵列）和DSP（数字信号处理）协同完成OFDM信号调制、解调；由FPGA完成压缩感知1bit量化与恢复。

OFDM信号与CDMA信号的调制与解调、压缩感知采样与恢复均为现有技术，本领域技术人员可视具体的通信环境来选择最优的调制、解调、压缩感知采样以及恢复方法。

本领域的技术人员应该明白，本发明的各模块可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。特别是在压缩感知1bit量化和恢复算法中有很多种选择，并且原始信号的调制方式也有多种选择。因此凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于压缩感知的通信系统，包括发射端、接收端，其特征在于，发射端包括信号调制模块、压缩感知模块、射频发送模块；射频发送模块包括开关功率放大器、射频发送电路；

在当前符号时间间隔内持续发送；

所述信号解调模块用于，解调已调信号恢复出基带信息。

2.如权利要求1所述一种基于压缩感知的通信系统，其特征在于，所述发射端与接收端传输OFDM信号，所述调制与解调为OFDM调制与解调。

3.如权利要求1所述一种基于压缩感知的通信系统，其特征在于，所述发射端与接收端传输CDMA信号，所述调制与解调为CDMA调制与解调。