CN106161327B - 一种多载波单中继系统的信号传输处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多载波单中继系统的信号传输处理方法及装置，该方法包括利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数；并获取接收节点接收到的由发射节点传输的第一信号以及接收节点接收到的由中继节点传输的第二信号；通过预设的解码准则，对接收到的第一信号以及信号进行解调。本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理方法及装置，能够将Bussgang理论与单中继系统相融合，对非线性多载波无线中继系统进行建模，从而得到了新的信号传输处理方法，同时本申请还能够增大信号传输的可靠性，减小计算的复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种多载波单中继系统的信号传输处理方法及装置。
背景技术
随着科学技术的进步，无线通信技术得到了迅速的发展，并且在实际应用中也取得了巨大的进步。在每一次的技术革命中，通信技术都会得到飞速地发展，通信设备在尺寸、造价和传输可靠性方面都有了很大的提升。
在目前的无线通信技术中，无线中继技术和多载波技术的优势是显而易见的。相对于传统的MIMO技术，无线中继技术可以利用信号的广播特性，有效地利用每一个空闲的通信节点来增强信号的可靠性，并且极大的节约了通信设备的造价和对天线的硬性要求，可以说无线中继技术是未来通信技术发展的主要方向。而多载波技术相比于其他同类型的技术优势更加明显，其具有很好的抗多径干扰能力，并且极大的节省了频谱资源。但是其有一个极大的不足之处，就是多载波系统会产生很大的信号峰均比，从而引起非线性失真。
目前研究的系统都是线性系统，因为一般研究主要考虑的是理想化线性放大器，但是实际中的系统都是一个非线性系统。所以如何对多载波单中继系统中的非线性失真进行研究是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多载波单中继系统的信号传输处理方法及装置，目的在于解决对现有多载波单中继系统中非线性失真进行分析的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种多载波单中继系统的信号传输处理方法，包括：
利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数fr(ysr)；式中，ysr为所述中继节点的接收信号，Ps为所述发射节点的功率，x为发射源信号，hsr为所述发射节点到所述中继节点的信道参数，nsr为所述发射节点到所述中继节点的噪声；
利用获取接收节点接收到的由所述发射节点传输的第一信号ysd；式中，hsd为所述发射节点到所述接收节点的信道参数，nsd为所述发射结点到所述接收节点的噪声；
利用获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd；式中，Pr为所述中继节点的发射功率，hrd为所述中继节点到所述接收节点的信道系数，nrd为所述中继节点到所述接收节点的噪声；
通过预设的解码准则，对接收到的所述第一信号以及第二信号进行解调。
可选地，所述利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数fr(ysr)包括：
在放大转发模式下，通过fr(ysr)＝βysr＝αβysr+βd确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数；
式中，为功率归一化因子，α为功率因子，d为畸变噪声,N0为所述中继节点的接收端的白噪声功率。
可选地，所述获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd包括：
利用获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd；式中，为均值为零的高斯噪声。
可选地，还包括：
对所述单中继系统中的已产生非线性失真的信号进行等效线性化分析，非线性系统的表达式为y(t)＝H(x(t))+n(t)＝αx(t)+d(t)+n(t)，其中，x(t)为发射信号，y(t)为接收到的信号，H(x(t))为转移特性参数，n(t)为噪声参数。
本发明还提供了一种多载波单中继系统的信号传输处理装置，包括：
确定模块，用于利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数fr(ysr)；式中，ysr为所述中继节点的接收信号，Ps为所述发射节点的功率，x为发射源信号，hsr为所述发射节点到所述中继节点的信道参数，nsr为所述发射节点到所述中继节点的噪声；
第一获取模块，用于利用获取接收节点接收到的由所述发射节点传输的第一信号ysd；式中，hsd为所述发射节点到所述接收节点的信道参数，nsd为所述发射结点到所述接收节点的噪声；
第二获取模块，用于利用获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd；式中，Pr为所述中继节点的发射功率，hrd为所述中继节点到所述接收节点的信道系数，nrd为所述中继节点到所述接收节点的噪声；
解调模块，用于通过预设的解码准则，对接收到的所述第一信号以及第二信号进行解调。
可选地，所述确定模块具体用于：
在放大转发模式下，通过fr(ysr)＝βysr＝αβysr+βd确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数；
式中，为功率归一化因子，α为功率因子，d为畸变噪声,N0为所述中继节点的接收端的白噪声功率。
可选地，所述第二获取模块具体用于：
利用获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd；式中，为均值为零的高斯噪声。
可选地，还包括：
分析模块，用于对所述单中继系统中的已产生非线性失真的信号进行等效线性化分析，非线性系统的表达式为y(t)＝H(x(t))+n(t)＝αx(t)+d(t)+n(t)，其中，x(t)为发射信号，y(t)为接收到的信号，H(x(t))为转移特性参数，n(t)为噪声参数。
本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理方法及装置，利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数；并获取接收节点接收到的由发射节点传输的第一信号以及接收节点接收到的由中继节点传输的第二信号；通过预设的解码准则，对接收到的第一信号以及信号进行解调。本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理方法及装置，能够将Bussgang理论与单中继系统相融合，对非线性多载波无线中继系统进行建模，从而得到了新的信号传输处理方法，同时本申请还能够增大信号传输的可靠性，减小计算的复杂度。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理方法的一种具体实施方式的流程图；
图2为本发明所提供的单中继模型示意图；
图3为本发明实施例提供的多载波单中继系统的信号传输处理装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理方法的一种具体实施方式的流程图如图1所示，该方法包括：
步骤S101：利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数fr(ysr)；式中，ysr为所述中继节点的接收信号，Ps为所述发射节点的功率，x为发射源信号，hsr为所述发射节点到所述中继节点的信道参数，nsr为所述发射节点到所述中继节点的噪声；
如图2本发明所提供的单中继模型示意图所示，图中，实线表示的是第一阶段，也就是广播阶段，由发射结点同时向接收节点和中继节点发射信号。而虚线是中继阶段，当中继节点接收到发射结点发射的信号后，再将经过处理后的信号转发给接收节点。接收节点同时收到来自发射节点直接传输的信号和经过中继节点转发过来的信号。
在这个模型中，假设每一次信号传输时，信道保持不变，并且信道都经历了瑞利衰落，而所有节点间不会产生相互的影响。
步骤S102：利用获取接收节点接收到的由所述发射节点传输的第一信号ysd；式中，hsd为所述发射节点到所述接收节点的信道参数，nsd为所述发射结点到所述接收节点的噪声；
步骤S103：利用获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd；式中，Pr为所述中继节点的发射功率，hrd为所述中继节点到所述接收节点的信道系数，nrd为所述中继节点到所述接收节点的噪声；
步骤S104：通过预设的解码准则，对接收到的所述第一信号以及第二信号进行解调。
本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理方法，利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数；并获取接收节点接收到的由发射节点传输的第一信号以及接收节点接收到的由中继节点传输的第二信号；通过预设的解码准则，对接收到的第一信号以及信号进行解调。本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理方法，能够将Bussgang理论与单中继系统相融合，对非线性多载波无线中继系统进行建模，从而得到了新的信号传输处理方法，同时本申请还能够增大信号传输的可靠性，减小计算的复杂度。
在上一实施例的基础上，本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理方法中，步骤S101利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数fr(ysr)可以具体为：
在放大转发模式下，通过fr(ysr)＝βysr＝αβysr+βd确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数；
式中，为功率归一化因子，α为功率因子，d为畸变噪声,N0为所述中继节点的接收端的白噪声功率。
进一步地，上述实施例中步骤S103获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd可以具体为：
利用获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd；式中，为均值为零的高斯噪声。
在上述任一实施例的基础上，本发明所提供的方法还可以进一步包括：
对所述单中继系统中的已产生非线性失真的信号进行等效线性化分析，非线性系统的表达式为y(t)＝H(x(t))+n(t)＝αx(t)+d(t)+n(t)，其中，x(t)为发射信号，y(t)为接收到的信号，H(x(t))为转移特性参数，n(t)为噪声参数。
下面对本发明基于Bussgang理论，将已经产生非线性失真的系统进行线性化等效建模，得到新的信号处理公式的过程进行进一步详细阐述。
功率放大器放大信号产生非线性失真，可将其作用函数用公式表示为：
其中，A为理想软限幅功放模型的饱和输出幅度，Asat为功放的饱和输入幅度，在非线性失真情况下，其关系可以表示为：A＝Asat。
将非线性系统进行简化，接收到的信号可以表示为：y(t)＝h(x(t))+n(t)。
而根据Bussgang的理论，如果一个输入信号是高斯信号，则经过非线性系统作用后，功放的转移特性函数可以分解为：
h(x(t))＝αx(t)+d(t)
其中，α是功率因子，为一个常数，d(t)是由于系统的非线性失真引起的畸变噪声。
经过Bussgang理论来分析上述信号，则新的非线性系统表达式为：
y(t)＝h(x(t))+n(t)＝αx(t)+d(t)+n(t)
根据推导，可以得到功率因子和畸变噪声方差的表达式，结合理想软限幅功放的转移特性函数的表达式，可以得到具体的表达式为：
其中，A为理想软限幅功放的饱和输出幅度，为互补误差函数。
在放大转发方式下，中继节点对接收到的信号不进行解码，而是简单的将其信号放大然后转发给接收节点，是一种最简单的中继方式。它的中继处理函数可以表示为：
fr(ysr)＝βysr
其中，是功率归一化因子。
由于在中继节点中有理想软限幅功放进行信号放大而引起非线性失真，所以进行放大转发的信号不再是单纯的ysr，而是经过功放的转移特性函数处理过的信号h(ysr)。功放在接收到信号后，对信号进行线性化的处理后才进行放大转发。此时，中继处理函数可以表示为：
fr(ysr)＝βh(ysr)＝αβysr+βd
其中，α是1中得到的功率因子，d是畸变噪声。在这里我们需要注意的是两个数据中的信号方差变为
得到非线性失真环境下的接收信号，为：
其中，是均值为零的高斯噪声，表示为：
经过一系列计算，我们得到了放大转发方式下单中继系统的两路信号。即
因此，设发射节点的发射功率为Ps，中继节点的发射功率为Pr，中继节点的接收信号为ysr，接收节点的接收到发射节点的信号为ysd，接收到中继节点的信号为yrd，而发射节点发射的信号为x，则上述中继模型可以表示为：
其中，nsr，nsd和nrd分别为发射节点到中继节点，发射结点到接收节点和中继节点到接收节点的接收噪声。而式中的hsr，hsd和hrd分别为发射节点到中继节点，发射结点到接收节点和中继节点到接收节点相应的信道系数，在瑞利衰落信道中，如果信道系数已知，则信道系数服从均值为零的复高斯随机分布。式中的fr(ysr)为中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数。
下面对本发明实施例提供的多载波单中继系统的信号传输处理装置进行介绍，下文描述的多载波单中继系统的信号传输处理装置与上文描述的多载波单中继系统的信号传输处理方法可相互对应参照。
图3为本发明实施例提供的多载波单中继系统的信号传输处理装置的结构框图，参照图3多载波单中继系统的信号传输处理装置可以包括：
确定模块100，用于利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数fr(ysr)；式中，ysr为所述中继节点的接收信号，Ps为所述发射节点的功率，x为发射源信号，hsr为所述发射节点到所述中继节点的信道参数，nsr为所述发射节点到所述中继节点的噪声；
第一获取模块200，用于利用获取接收节点接收到的由所述发射节点传输的第一信号ysd；式中，hsd为所述发射节点到所述接收节点的信道参数，nsd为所述发射结点到所述接收节点的噪声；
第二获取模块300，用于利用获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd；式中，Pr为所述中继节点的发射功率，hrd为所述中继节点到所述接收节点的信道系数，nrd为所述中继节点到所述接收节点的噪声；
解调模块400，用于通过预设的解码准则，对接收到的所述第一信号以及第二信号进行解调。
作为一种具体实施方式，本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理装置中，上述确定模块100可以具体用于：
在放大转发模式下，通过fr(ysr)＝βysr＝αβysr+βd确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数；
式中，为功率归一化因子，α为功率因子，d为畸变噪声,N0为所述中继节点的接收端的白噪声功率。
作为一种具体实施方式，本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理装置中，上述第二获取模块300可以具体用于：
利用获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd；式中，为均值为零的高斯噪声。
在上述任一实施例的基础上，本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理装置还可以进一步包括：
分析模块，用于对所述单中继系统中的已产生非线性失真的信号进行等效线性化分析，非线性系统的表达式为y(t)＝H(x(t))+n(t)＝αx(t)+d(t)+n(t)，其中，x(t)为发射信号，y(t)为接收到的信号，H(x(t))为转移特性参数，n(t)为噪声参数。
本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理装置，利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数；并获取接收节点接收到的由发射节点传输的第一信号以及接收节点接收到的由中继节点传输的第二信号；通过预设的解码准则，对接收到的第一信号以及信号进行解调。本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理装置，能够将Bussgang理论与单中继系统相融合，对非线性多载波无线中继系统进行建模，从而得到了新的信号传输处理方法，同时本申请还能够增大信号传输的可靠性，减小计算的复杂度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的多载波单中继系统的信号传输处理方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种多载波单中继系统的信号传输处理方法，其特征在于，包括：
利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数fr(ysr)；式中，ysr为所述中继节点的接收信号，Ps为所述发射节点的功率，x为发射源信号，hsr为所述发射节点到所述中继节点的信道参数，nsr为所述发射节点到所述中继节点的噪声；
利用获取接收节点接收到的由所述发射节点传输的第一信号ysd；式中，hsd为所述发射节点到所述接收节点的信道参数，nsd为所述发射节点到所述接收节点的噪声；
利用获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd；式中，Pr为所述中继节点的发射功率，hrd为所述中继节点到所述接收节点的信道系数，nrd为所述中继节点到所述接收节点的噪声；
通过预设的解码准则，对接收到的所述第一信号以及第二信号进行解调。
2.如权利要求1所述的多载波单中继系统的信号传输处理方法，其特征在于，所述利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数fr(ysr)包括：
在放大转发模式下，通过fr(ysr)＝βysr＝αβysr+βd确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数；
式中，为功率归一化因子，α为功率因子，d为畸变噪声,N0为所述中继节点的接收端的白噪声功率；
所述获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd包括：
利用获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd；式中，为均值为零的高斯噪声。
3.如权利要求1或2所述的多载波单中继系统的信号传输处理方法，其特征在于，还包括：
对所述单中继系统中的已产生非线性失真的信号进行等效线性化分析，非线性系统的表达式为y(t)＝H(x(t))+n(t)＝αx(t)+d(t)+n(t)，其中，x(t)为发射信号，y(t)为接收到的信号，H(x(t))为转移特性参数，n(t)为噪声参数，d(t)是由于系统的非线性失真引起的畸变噪声。
4.一种多载波单中继系统的信号传输处理装置，其特征在于，包括：
确定模块，用于利用Bussgang理论，确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数fr(ysr)；式中，ysr为所述中继节点的接收信号，Ps为所述发射节点的功率，x为发射源信号，hsr为所述发射节点到所述中继节点的信道参数，nsr为所述发射节点到所述中继节点的噪声；
第一获取模块，用于利用获取接收节点接收到的由所述发射节点传输的第一信号ysd；式中，hsd为所述发射节点到所述接收节点的信道参数，nsd为所述发射节点到所述接收节点的噪声；
第二获取模块，用于利用获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd；式中，Pr为所述中继节点的发射功率，hrd为所述中继节点到所述接收节点的信道系数，nrd为所述中继节点到所述接收节点的噪声；
解调模块，用于通过预设的解码准则，对接收到的所述第一信号以及第二信号进行解调。
5.如权利要求4所述的多载波单中继系统的信号传输处理装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：
在放大转发模式下，通过fr(ysr)＝βysr＝αβysr+βd确定单中继系统中的中继节点对接收到的发射节点传输的信号进行处理的中继函数；
式中，为功率归一化因子，α为功率因子，d为畸变噪声,N0为所述中继节点的接收端的白噪声功率；
其特征在于，所述第二获取模块具体用于：
利用获取所述接收节点接收到的由所述中继节点传输的第二信号yrd；式中，为均值为零的高斯噪声。
6.如权利要求4或5所述的多载波单中继系统的信号传输处理装置，其特征在于，还包括：
分析模块，用于对所述单中继系统中的已产生非线性失真的信号进行等效线性化分析，非线性系统的表达式为y(t)＝H(x(t))+n(t)＝αx(t)+d(t)+n(t)，其中，x(t)为发射信号，y(t)为接收到的信号，H(x(t))为转移特性参数，n(t)为噪声参数，d(t)是由于系统的非线性失真引起的畸变噪声。
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