CN108494708A - 提高无线通信系统数据传输速率的新方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高无线通信系统数据传输速率的新方法，即在发送端将同频、同幅，相偏不同并且有一定时延差的两路数字调制信号混合，无需中继转发直接发送到接收端。接收端接收到混合信号后，利用逐幸存路径处理（PSP）算法或者粒子滤波（PF）算法恢复出两路原始信号的信息，通过这种处理将通信系统的数据传输速率提高近一倍，达到提升信息传输速率的目的，给出了针对高速无线通信领域中提高信息传输速率的一种可能的解决方案。

Description

提高无线通信系统数据传输速率的新方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种结合了混合信号的盲分离技术来提升无线通信系统数据传输速率的方法。
背景技术
成对载波多址接入(PCMA)是美国ViaSat公司的Mark Dankberg在1998年提出的一种新型的卫星多址技术，PCMA技术使得通信双方可以在相同的频率、相同的时间进行通信数据传输，使无线通信系统的传输速率提高一倍，节约了频谱资源。而且，作为由于双方信号在时域、频域完全混合，能有效的防止第三方截获，使得无线通信系统的具有极佳的安全性。
PCMA的原理图如图1所示，在PCMA通信系统中，卫星是一个透明转发器，两个卫星通信站接收到同一个下行信号，下行信号是由地面站A的上行信号S1和地面站B的上行信号S2叠加而成。上行信号S1和上行信号S2有相同的频率、时隙，两信号在频域、时域完全重叠，叠加得到下行混合信号S1+S2。在合作通信中，通信站A和通信站B都存有自身上行信号的样本，只要知道信道参数后，就可以从下行信号中除去自身信号的干扰，留下有用信号。PCMA信号混合模型图如图2所示，信号源1和信号源2分别经过编码、MPSK调制、载波调制和等效信道滤波器后叠加得到PCMA信号。
然而，卫星无线通信系统也面临着独特的技术难点。首先，由于卫星距地球站的距离几千上万公里，考虑到大气层及自由空间独特的信道特性，卫星无线通信系统对空间电子技术有很高的要求，需要采用高增益的天线，大功率发射机等。其次，几千上万公里的传输距离使得传输时延较为明显，对于静止地球轨道卫星而言，从地球站到卫星再到地球站的传播时间约为250ms，这在语音通信中会产生明显的延迟感。再次，卫星在自由空间运转，需保证其能够高可靠地工作，在系统设计以及元件选取上必须做充分的考虑。最后，地面站体积庞大难以移动，多为固定站点。由于系统数据传输速率是制约业务量的关键因素，如何尽可能地提升系统数据传输速率，是一个重要的研究课题。
但是，这种提升系统数据传输速率相关技术中都采用中继传输的方式，无法实现地面站之间的点到点的通信，使得无线通信系统对通信设备的要求较高。
发明内容
为了解决现有地面无线通信系统中无中继传输中性能不足的问题，本发明在现有地面点到点无中继无线传输的研究基础上，根据现有地面无线通信台站可以做的体积小、功耗小，便于移动的优点，提出一种地面台站A(接收端或发送端)和地面台站B(发送端或接收端)而无需中继站直接进行通信的技术如图3所示，并结合混合信号的分离技术来提高无线通信系统的传输速率，值得注意的是，图3中的地面台站A、B既可以是可移动的无线通信终端，也可以是固定台站。
本发明的实施例采用如下技术方案：在通信的发射机端将两段不同比特流、相同码速率、相同调制(或异类调制)的基带信号混合在一起，构成新的无线通信的发送信号。如果到了通信的接收端能够将这两种不同比特流、相同码速率、相同调制或不同调制的基带信号分开，则就能达到提高无线通信数据传输速率2倍的目的。然后，本发明选取最优参数(包括频偏、相偏、时延)用逐幸存路径(PSP)算法或粒子滤波(PF)算法实现数字调制(BPSK、QPSK)混合信号的分离。
具体实现方案如图4所示，在发送端将两路待发送信号进行叠加混合，然后将该混合信号送入发射装置，通过天线发射出去在接收端接收机接收到混合信号后，利用PSP算法或PF算法恢复出两路原始信号的信息。
上述方案相当于利用一个通道的代价发送了两路信号的信息，从另一个角度提升了无线通信系统的数据传输速率，最大使得其数据传输速率提升近一倍，避开了使用更高阶的调制在高速情况下调制解调实现困难的问题，为无线通信领域中提高信息传输速率提供了一种可能的解决方案。
目前，我们对BPSK、QPSK、UQPSK、OQPSK以及8PSK信号都做了仿真，并对BPSK、QPSK实测信号进行了测试，均验证了该方案的有效性。
附图说明
图1为PCMA工作原理；
图2为PCMA信号模型；
图3为无中继无线通信模型；
图4为无中继传输提高无线通信系统数据传输速率的发送装置和接收装置；
图5为实际数据采集实验框图；
图6为提高无线通信系统数据传输速率流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
图4给出了本发明中的无中继传输提高无线通信系统数据传输速率的发送装置和接收装置，利用该装置在接收端接收到混合信号后，使用PSP算法或PF算法恢复出两路原始信号的信息。
由于混合信号的参数设置会影响接收端分离性能，本发明选取最优参数进行信号混合，具体参数选取方案如下：
频率偏移建议值：BPSK两路信号频率偏移均小于100kHz；
QPSK两路信号频率偏移均小于100kHz；
8PSK两路信号频率偏移均小于100kHz。
相位偏移建议值：BPSK两路信号相位偏移差为
QPSK两路信号相位偏移差为
8PSK两路信号相位偏移差为
时间延迟建议值：BPSK两路信号时间延迟差为(其中T是符号周期)；
QPSK两路信号时间延迟差为
8PSK两路信号时间延迟差为
此处的参数只是针对我们实测数据实验得到的最佳两路信号的参数，在不同信道情况下下，各个参数需要进行微小修正，以适应所有实施例。在这里我们只是对两路信号参数选择上给予建议值，具体不同信道下参数的选择还是要经过大量实验来确定，但修正后的参数只会在本发明选取的最优参数左右进行波动。
设置好参数后进行验证，实际数据采集实验如图5所示。首先，在任意波发生器AWG中生成载波频率1.25GHz，符号率1.25Gbps，采样率6.25GHz的两路同频、同幅，相偏不同且时延偏差为5T/8的BPSK信号。然后，生成的信号经上变频为60GHz信号后通过50dBi天线发射出去。收发相距小于500m，接收端将信号接收后再经下变频，得到1.25GHz载频的混合信号，在DSP或高速数字处理平台上用PSP算法或PF算法恢复出两路原始信号的信息，最终达到了提高无线通信数据传输速率2倍的目的。
至此本发明描述了在无中继转发的情况下，利用单通道的代价发送了两路信号的信息，从另一个角度提升了无线通信系统的数据传输速率，最大可使得无线通信数据传输速率提升近一倍，避开了使用更高阶的调制在高速情况下调制解调实现困难的问题，为无线通信领域中提高数据传输速率提供了一种可能的解决方案。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种提高无线通信系统数据传输速率的新方法，其特征在于，包括:
在发送端将两路调制类型相同(或者不同)数字调制信号进行混合，所述两路数字调制信号是码速率相同、比特流不同的基带数字信号，然后由发送端直接发送到接收端，接收端收到两路混合数字调制信号后，对接收的两路相同(或不同)调制类型、相同码速率、不同比特流的混合信号进行分离并解调，实现所述两路混合数字调制信号的盲分离。
2.根据权利要求1所述的提高无线通信系统数据传输速率的新方法，其特征在于，还包括：
在发送端与接收端之间是点对点的信息传输，传输过程中无需任何中继器。
3.根据权利要求1所述的提高无线通信系统数据传输速率的新方法，其特征在于，还包括：
在两路数字调制信号的混合中，其参数的选取对分离性能有一定的影响，影响性能的主要参数分别是频率偏移、相位偏移、时间延迟。
4.根据权利要求1所述的提高无线通信系统数据传输速率的新方法，其特征在于，还包括：
通过我们对实测信号反复实验，得到最优分离性能的具体参数选择如下，
频率偏移值：BPSK两路信号频率偏移均为100kHz；
QPSK两路信号频率偏移均为100kHz；
8PSK两路信号频率偏移均为100kHz；
相位偏移值：BPSK两路信号相位偏移差为
QPSK两路信号相位偏移差为
8PSK两路信号相位偏移差为
时间延迟值：BPSK两路信号时间延迟差为其中T是符号周期；
QPSK两路信号时间延迟差为
8PSK两路信号时间延迟差为
5.根据权利要求1所述的提高无线通信系统数据传输速率的新方法，其特征在于，还包括：
接收端接收到所述混合信号后，利用逐幸存路径处理算法或粒子滤波算法对两路数字调制混合信号分离解调，逐幸存路径处理算法的具体分离步骤如下：
步骤①初始化部分：在k＝0时刻，进行参数初始设定，设定初始状态s0,累计路径度量Γ(s0)设为0，初始等效信道响应为g1,0和g2,0；
步骤②判决输出部分：根据最优留存路径输出(k-δ)时刻的符号对(a1,k-δ,a2,k-δ),δ是判决延迟；
步骤③分支路径扩展部分：在k＝k+1时，会从前一时刻每个留存路径中扩展出M2条分支，计算分支路径度量λ；
步骤④路径保留部分：对汇集到每个状态的M2条分支路径，计算累计路径度量，保留最好的一条路径；
步骤⑤信道更新部分：对信道的参数进行更新，然后转到步骤②。
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