專(zhuān)利名稱(chēng)：一種60GHz毫米波通信系統(tǒng)下的信號(hào)檢測(cè)方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對(duì)60GHz毫米波非線性通信系統(tǒng)下信號(hào)檢測(cè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)提出一種新的信道增益和信源信號(hào)聯(lián)合估計(jì)算法。該算法基于蒙特卡洛序貫重要性采樣思想(Monte-CarloSequentialImportance Sampling, MC-SIS),通過(guò)一系列具有權(quán)重的離散粒子對(duì)后驗(yàn)概率進(jìn)行序貫估計(jì)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)最優(yōu)檢測(cè)；同時(shí)根據(jù)60GHz通信系統(tǒng)中非線性均衡形式，利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)思想，將線性化模型引入到粒子濾波設(shè)計(jì)中，有效解決了非線性問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信源信號(hào)以及信道增益的聯(lián)合估計(jì)。屬于通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)短距離高速無(wú)線通信要求的日益增長(zhǎng)，60GHz毫米波通信受到廣泛關(guān)注。由于60GHz毫米波通信需要在常規(guī)傳輸帶寬中獲得超高數(shù)據(jù)傳輸速率，為了提高頻譜利用率，通常采用高維碼元調(diào)制方式例如MPSK或M-QAM。氧氣對(duì)于信號(hào)的吸收在60GHz頻段達(dá)到最大，因此路徑損耗將嚴(yán)重通信系統(tǒng)信號(hào)傳輸質(zhì)量。為了克服這一缺陷，在60GHz毫米波通信中通常采用功率放大器(Power Amplifier, PA)增大發(fā)射信號(hào)功率。然而PA的非線性特性使信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，這種現(xiàn)象對(duì)接收端信號(hào)檢測(cè)性能產(chǎn)生極大挑戰(zhàn)。現(xiàn)有兩種較為常用的解決這一問(wèn)題的方案。一種是通過(guò)直接降低發(fā)射功率從而減小信號(hào)的畸變，這種方法簡(jiǎn)單易行，但是這種功率回退方法(output power back-off, 0B0)會(huì)導(dǎo)致信噪比(signal to noise, SNR)下降,從而降低系統(tǒng)的抗干擾性能，因此0B0方法僅能在一定程度上緩解信號(hào)畸變問(wèn)題，卻并不能在根本上提高具有非線性裝置系統(tǒng)的信號(hào)傳輸性能；另一種方案可概括為線性化技術(shù)，這種方法復(fù)雜性較高且在實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明針對(duì)60GHz毫米波非線性通信系統(tǒng)提出一種新的信號(hào)檢測(cè)方案，該方案基于貝葉斯統(tǒng)計(jì)推理，能有效解決系統(tǒng)非線性畸變以及頻率選擇性多徑衰落問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)信道增益以及信源信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)。具體的講，本發(fā)明設(shè)計(jì)提出了一種應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的重要性函數(shù)，從而克服了非線性特性對(duì)于傳統(tǒng)貝葉斯方法的限制；進(jìn)一步地基于MC-SIS思想，通過(guò)一系列具有權(quán)重的離散粒子逼近實(shí)際概率密度分布函數(shù)(ProbabilityDistribution Function, PDF);最后利用粒子濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)碼元信號(hào)的實(shí)時(shí)估計(jì)與多徑信道迭代更新。本發(fā)明可應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)，極大提高了系統(tǒng)傳輸性能。且該發(fā)明無(wú)需訓(xùn)練序列，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于一階泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)得到非線性觀測(cè)函數(shù)的線性逼近形式，在此基礎(chǔ)上，得到最優(yōu)重要性函數(shù)以及相應(yīng)的似然函數(shù)；利用PF技術(shù)對(duì)信道增益以及信源信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合迭代估計(jì)。具體地說(shuō)，利用前一時(shí)刻信道估計(jì)值作為已知參量結(jié)合該時(shí)刻觀測(cè)信號(hào)對(duì)信源信號(hào)進(jìn)行估計(jì)，進(jìn)一步的，利用信號(hào)估計(jì)值和觀測(cè)信號(hào)對(duì)信道增益估計(jì)值進(jìn)行迭代更新，從而實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合盲檢測(cè)。新方案在保證信號(hào)檢測(cè)低復(fù)雜度與實(shí)時(shí)性要求的前提下，極大提高了信多徑信道非線性系統(tǒng)通信性能，從而為其他應(yīng)用中非線性均衡問(wèn)題的解決提供一種極具應(yīng)用潛力的方案。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。首先，對(duì)發(fā)射端信源隨機(jī)產(chǎn)生幅值為“O”或“ I ”的二進(jìn)制序列進(jìn)行16QAM調(diào)制，將調(diào)制信號(hào)狀態(tài)序列抽象為隱馬爾科夫過(guò)程；根據(jù)IEEE 802.1ladT作組給出的適用于60GHz系統(tǒng)功率放大器失真模型對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行非線性失真處理。其次,建立一個(gè)動(dòng)態(tài)狀態(tài)空間系統(tǒng)模型(Dynamic State-space Model, DSM)。對(duì)于接收端，將多徑信道與調(diào)制信號(hào)向量的卷積作為觀測(cè)值，多徑信道與碼元序列都作為隱藏狀態(tài)。最后，本方法裝置基于觀測(cè)值實(shí)現(xiàn)了針對(duì)信源碼元和多徑信道的聯(lián)合估計(jì)。利用前一時(shí)刻信道估計(jì)值作為已知參量，分別通過(guò)最優(yōu)重要性采樣函數(shù)與似然函數(shù)計(jì)算離散粒子及其相應(yīng)權(quán)重，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該時(shí)刻碼元信號(hào)進(jìn)行估計(jì)；進(jìn)一步的，利用該時(shí)刻信號(hào)估計(jì)值和觀測(cè)信號(hào)對(duì)信道增益估計(jì)值進(jìn)行迭代更新。從而實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合盲檢測(cè)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:I)本發(fā)明技術(shù)方案適用于60GHz毫米波傳輸系統(tǒng)中信號(hào)檢測(cè)，為非線性系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè)提供一種全新理論，并為其實(shí)際應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；2)本發(fā)明提出一種針對(duì)具有頻率選擇性多徑衰落信道和非線性裝置通信系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)空間模型，可更為有效地反映盲檢測(cè)內(nèi)在機(jī)理；3)區(qū)別于現(xiàn)有應(yīng)用于線性均衡的貝葉斯方法，新方案利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)思想，將線性化模型引入到貝葉斯方法，從而克服了非線性對(duì)貝葉斯方法的限制；4)該發(fā)明 利用粒子濾波技術(shù)，對(duì)信道增益與發(fā)射碼元進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)，保證了信號(hào)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，極大提高了在非線性系統(tǒng)中信號(hào)檢測(cè)的性能。


圖1為非線性通信系統(tǒng)發(fā)射端模型。圖2為功率放大器非線性特征示意圖。圖3為接收端聯(lián)合盲估計(jì)流程4為系統(tǒng)誤碼率性能仿真對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明建立起頻率選擇性多徑衰落信道和非線性功放裝置下的頻譜感知?jiǎng)討B(tài)狀態(tài)空間模型，采用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)方法將非線性模型線性化，得到重要性采樣函數(shù)，并采用粒子濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)信道增益和信源信號(hào)的聯(lián)合估計(jì)。下面對(duì)接收信號(hào)生成及接收機(jī)接受判決過(guò)程分別闡述。1.發(fā)射端框圖如圖1所示。首先隨機(jī)產(chǎn)生幅值為“O”或“I”的二進(jìn)制碼元序列{bj (i = 0,l,2,...)o 對(duì){bj 序列進(jìn)行 16QAM 調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào){xj (k = O, I, 2,...)。將該調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)非線性功放處理，功放的非線性影響包括幅度失真(AM-AM)和相位失真(AM-PM)。IEEE 802.11.ad工作組給出的AM-AM及AM-PM模型如式(I)和式⑵所示。
權(quán)利要求
1.一種信號(hào)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)方法裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)多徑信道非線性系統(tǒng)下的高性能信號(hào)檢測(cè)，其特征在于:充分考慮60GHz毫米波通信系統(tǒng)的非線性特性，利用新提出的動(dòng)態(tài)狀態(tài)空間模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于信源信號(hào)和多徑信道增益的聯(lián)合估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性系統(tǒng)下信號(hào)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:一種深入反映非線性系統(tǒng)下信號(hào)檢測(cè)機(jī)制的系統(tǒng)模型，將發(fā)射端調(diào)制信號(hào)作為系統(tǒng)隱藏狀態(tài)，并借助于一個(gè)馬爾科夫鏈加以描述，將多徑信道與調(diào)制信號(hào)向量的卷積作為系統(tǒng)觀測(cè)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性系統(tǒng)下信號(hào)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:利用觀測(cè)信號(hào)對(duì)信源信號(hào)和多徑信道增益進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)，首先基于當(dāng)前時(shí)刻接收端觀測(cè)信號(hào)以及前一時(shí)刻更新的信道統(tǒng)計(jì)值對(duì)當(dāng)前時(shí)刻信源調(diào)制信號(hào)進(jìn)行估計(jì)，在此基礎(chǔ)上對(duì)信道統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行更新。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性系統(tǒng)下信號(hào)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:該方法將信號(hào)檢測(cè)與信道估計(jì)問(wèn)題抽象為貝葉斯統(tǒng)計(jì)推理問(wèn)題，基于蒙特卡洛序貫重要性采樣和最大后驗(yàn)概率思想，利用不受非高斯非線性限制的粒子濾波技術(shù)，利用一組序貫更新的粒子及其重要性權(quán)重來(lái)逼近后驗(yàn)概率，并依賴(lài)于最大后驗(yàn)概率準(zhǔn)則獲得信源信號(hào)的實(shí)時(shí)序貫估計(jì)，提升了頻譜檢測(cè)正確率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對(duì)當(dāng)前時(shí)刻信源調(diào)制信號(hào)進(jìn)行估計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:利用泰勒級(jí)數(shù)一階展開(kāi)將非線性模型線性化，由此得到用于粒子采樣的重要性函數(shù)，克服了傳統(tǒng)貝葉斯推理只能應(yīng)用于線性系統(tǒng)的限制；同時(shí)得到最優(yōu)似然函數(shù)用于權(quán)重更新。
本發(fā)明公開(kāi)了一種60GHz毫米波通信系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)方法裝置，基于一種新提出的信號(hào)接收端的動(dòng)態(tài)狀態(tài)空間系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)一種針對(duì)多徑信道增益和信源碼元進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)信號(hào)檢測(cè)方法裝置。該系統(tǒng)中包括重要性采樣、相關(guān)權(quán)重計(jì)算、重采樣、根據(jù)MAP準(zhǔn)則判決發(fā)射端調(diào)制信號(hào)和信道統(tǒng)計(jì)量估計(jì)更新五個(gè)模塊。通過(guò)本發(fā)明所設(shè)計(jì)提出的信號(hào)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多徑信道的迭代估計(jì)，極大地提高了非線性系統(tǒng)下的實(shí)際信號(hào)檢測(cè)性能，在60GHz毫米波無(wú)線通信領(lǐng)域中具有極其廣泛的應(yīng)用；同時(shí)，該發(fā)明不限于60GHz毫米波無(wú)線通信領(lǐng)域信號(hào)檢測(cè)，對(duì)于其他具有非線性特性裝置的通信系統(tǒng)，該方法同樣適用，因而在其他無(wú)線通信領(lǐng)域也具有極其重要的理論研究與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)60GHz毫米波非線性通信系統(tǒng)提出一種新信號(hào)檢測(cè)方案，該方案基于貝葉斯統(tǒng)計(jì)推理機(jī)制，可同時(shí)有效解決系統(tǒng)非線性畸變及頻率選擇性多徑衰落問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)信道增益以及信源信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合盲估計(jì)。本發(fā)明設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的重要性函數(shù)，從而克服了非線性特性對(duì)于傳統(tǒng)貝葉斯方法的限制；進(jìn)一步基于蒙特卡洛序貫重要性采樣MC-SIS思想，通過(guò)一系列具有權(quán)重的離散粒子逼近實(shí)際概率密度分布函數(shù)(PDF)；最后利用粒子濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)碼元信號(hào)的實(shí)時(shí)估計(jì)與多徑信道迭代更新(見(jiàn)附圖)。本發(fā)明可應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)，極大提高了系統(tǒng)傳輸性能。該方法無(wú)需訓(xùn)練序列，同時(shí)亦可實(shí)現(xiàn)信號(hào)實(shí)時(shí)估計(jì)與檢測(cè)。
文檔編號(hào)H04L1/00GK103117964SQ201310007708
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者李斌, 孫夢(mèng)巍, 趙成林 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)