一种提升极化调制误码率性能的XPD补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种提升极化调制误码率性能的XPD补偿方法。首先，建立极化调制下对抗XPD效应的系统模型，分析XPD效应对极化调制的影响；其次，提出了在接收端对信号进行补偿来对抗XPD效应的方法。在该方法中，需要已知信道状态信息，因此对信道状态信息进行估计，利用估计得到的信道状态信息计算得到补偿因子，并在接收端对信号进行补偿。最后，理论和仿真分析得到，该方法能够有效提升受XPD效应影响的极化调制的误码率性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，是一种在接收端进行补偿的对抗XPD效应的方法，尤其涉及一种提升极化调制误码率性能的XPD补偿方法。
技术介绍
极化调制作为一种新型的调制技术，即利用信号的极化状态承载信息,在无线通信中已得到深入的研究。然而复杂的无线信道特性将产生复杂多变的去极化效应，如交叉极化鉴别度(CrossPolarizationDiscrimination:XPD)，将严重影响发射信号的极化状态。去极化效应XPD描述的是双极化信道下共极化信道和交叉极化信道之间的功率泄漏，由此造成的交叉极化干扰将严重改变接收信号的极化状态分量的幅度比和相位差，使得接收端无法正确解调，影响极化调制性能。目前针对去极化效应XPD的研究主要关注XPD在极化分集和极分多址技术方面的影响。在极化MIMO-OFDM系统下，研究者通过引入MIMO信道的迫零算法(MIMO-ZF)和迫零串行干扰消除算法(ZF-SIC)来对抗XPD带来的两路信号之间的交叉极化干扰，从而提高极化分集增益。此外，研究者提出一种在无线极化衰落信道下的极分多址接入(PolarizationDivisionMultipleAccess:PDMA)技术，该技术通过调整发射极化信号可以在接收端获取每个子载波上的XPD，并利用XPD实现极化滤波检测得到期望的发射信号。然而，XPD对以信号的极化状态承载信息的极化调制的影响需要进一步的研究。
技术实现思路
本专利技术提出了一种极化调制中对抗XPD效应的补偿方法，目的是提升XPD效应影响下的极化调制误码率性能。XPD会使得某一极化信号两路分量的极化状态之间发生交叉功率泄漏造成干扰，严重改变接收信号的极化状态分量的幅度比和相位差，使得接收端无法正确解调，影响极化调制性能。从降低XPD效应对极化调制性能的影响出发，本专利技术提出了一种提升极化调制误码率性能的XPD补偿方法，即通过分析XPD对极化调制信号极化状态的影响，利用信道状态信息计算得到补偿因子，并在接收端对接收信号极化状态进行补偿，来减小由XPD带来的交叉功率泄漏，进而降低极化调制的星座失真，提升极化调制的误码率性能。一种提升极化调制误码率性能的XPD补偿方法，具体步骤如下：步骤一：建立极化调制中对抗XPD效应的系统模型，分析XPD效应对极化调制的影响；由于极化调制是利用信号的极化状态属性承载信息，而无线信道中的去极化效应XPD带来的交叉功率泄漏会改变信号的极化状态。因此本专利技术中首先建立了极化调制中对抗XPD的系统模型。经过双极化传输信道后，极化信号会受到噪声和去极化效应XPD的影响。接收端信号的极化状态的幅度比和相位差发生改变，表现在庞加莱(Poincare)球上每个接收极化状态的分布是一个不确定的圆环，即极化状态发生扩散，从而影响极化调制的性能。步骤二：对信道状态信息进行估计，利用估计得到的信道状态信息计算得到补偿因子，并在接收端对信号进行补偿；为了简化分析，本专利技术采用最常用的信道估计方法，即基于导频的信道估计算法来对信道状态信息进行估计。在信道估计理想情况下，假设在每一个发送符号间隔内信道信息保持不变，计算得到补偿因子。然后在接收端对信号进行处理，即对每一时刻接收信号的极化状态乘以补偿因子，从而对抗去极化效应XPD带来的两路信号分量之间的交叉功率衰减，提升极化调制的误码率性能。本专利技术的优点：1、本专利技术采取了新型的极化调制技术，即利用信号的极化状态承载信息；2、本专利技术通过信道估计算法对信道状态信息进行估计，利用信道状态信息得到补偿因子；3、本专利技术在接收端对受XPD效应影响的信号极化状态进行补偿，减小星座失真；4、本专利技术相比补偿之前，极化调制的误码率性能有很大提升。附图说明图1是本专利技术中极化调制中XPD补偿算法的实现框图；图2是本专利技术中极化状态受XPD影响前后的轨迹对比曲线；图3是本专利技术中二阶极化调制(2PM)中补偿前后极化状态在Poincare球上的分布图；图4是本专利技术中补偿前后2PM的误码率对比曲线；图5是本专利技术的方法流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提出了一种提升极化调制误码率性能的XPD补偿方法。在无线通信系统中，无线信号传播环境本身的复杂性，导致了无线信道特性十分复杂。然而，复杂的无线信道特性随之而来将产生复杂多变的去极化效应，如交叉极化鉴别度XPD，将严重影响发射信号的极化状态。去极化效应XPD描述的是双极化信道下共极化信道和交叉极化信道之间的功率泄漏，由此造成的交叉极化干扰将严重改变接收信号的极化状态分量的幅度比和相位差，使得接收端无法正确解调，影响极化调制性能。本专利技术提出了一种提升极化调制误码率性能的XPD补偿方法，即通过分析XPD对极化调制信号极化状态的影响，利用信道状态信息计算得到补偿因子，并在接收端对接收信号极化状态进行补偿，从而提升极化调制的误码率性能。本专利技术提出的提升极化调制误码率性能的XPD补偿方法，包括XPD对极化状态的影响分析、补偿因子的计算和误码率分析等，具体步骤如下：步骤一：建立极化调制中对抗XPD效应的系统模型，分析XPD效应对极化调制的影响；在该系统模型中，首先对发射信息I进行信源编码和信道编码得到二进制数字序列通过极化状态映射成M阶极化状态星座极化状态可以用极化相位描述子(δi,φi)表示，δi∈[0,π/2],φi∈[0,2π]。然后通过极化状态控制单元得到极化信号，并通过一对正交双极化天线将极化信号发射出去完成极化状态调制。(1)接收极化信号可以表示为：R＝H(t)·E+w(t)(1)其中，E和w(t)分别代表2×1的发送极化信号和信道中的高斯白噪声。H(t)表示2×2的双极化信道矩阵。发送极化信号可以分解为任意正交的两个极化分量，这里将其分解为水平和垂直的正交极化分量，可以表示为：E=EiHEiV=cosδisinδi·ejφi---(2)]]>其中，δi和φi分别表示极化信号两分量之间的幅度比和相位差。以二阶极化调制为例，假设经二阶极化调制后发送信号对应的两种极化状态分别为水平极化状态和垂直极化状态，即令公式(2)中：δi=0,i=1π/2,i=2---(3)]]>经过双极化传输信道后，极化信号会受到噪声和去极化效应XPD的影响。双极化信道矩阵可以表示为：H(t)=HHH(t)HHV(t)HVH(t)HVV(t)---(4)]]>其中，HXY(t)表示接收端极化分量X和发送端极化分量Y之间的信道增益。考虑到信道的去极化效应XPD，其信道条件满足：E[|HHH|2]=E[|HVV|2]=1E[|HHV|2]=E[|HVH|2]=χ,0≤χ1---(5)]]>其中χ是XPD的倒数，通常XPD定义为：XPD=1χ=E[HHH·HHH*]E[HVH·HVH*]=E[HVV·HVV*]E[HHV·HHV*]---(6)]]>经过无线信道后，接收极化信号表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提升极化调制误码率性能的XPD补偿方法，其特征在于，针对信道中去极化效应XPD对信号极化状态的影响，分析在极化调制中XPD效应对系统性能造成的影响；经过极化调制后，接收信号可以表示为：R＝H(t)·E+w(t)  (1)其中，E和w(t)分别代表2×1的发送已调极化信号和高斯白噪声矢量。H(t)表示2×2的双极化信道矩阵。发送极化信号可以分解为任意正交的两个极化分量，这里将其分解为水平和垂直的正交极化分量，可以表示为：E=EiHEiV=cosδisinδi·ejφi---(2)]]>其中，δi和φi分别表示极化信号两分量之间的幅度比和相位差。经过双极化信道传输后，极化信号会受到噪声和去极化效应XPD的影响。接收极化信号表示为：RiHRiV=H(t)EiHEiV+w(t)=EiHHHH(t)+EiVHHV(t)EiHHVH(t)+EiVHVV(t)+w(t)---(3)]]>其中，HXY(t)表示接收端极化分量X和发送端极化分量Y之间的信道增益；

【技术特征摘要】
1.一种提升极化调制误码率性能的XPD补偿方法，其特征在于，针对信道中去极化效应XPD对信号极化状态的影响，分析在极化调制中XPD效应对系统性能造成的影响；经过极化调制后，接收信号可以表示为：R＝H(t)·E+w(t)(1)其中，E和w(t)分别代表2×1的发送已调极化信号和高斯白噪声矢量。H(t)表示2×2的双极化信道矩阵。发送极化信号可以分解为任意正交的两个极化分量，这里将其分解为水平和垂直的正交极化分量，可以表示为：E=EiHEiV=cosδisinδi·ejφi---(2)]]>其中，δi和φi分别表示极化信号两分量之间的幅度比和相位差。经过双极化信道传输后，极化信号会受到噪声和去极化效应XPD的影响。接收极化信号表示为：RiHRiV=H(t)EiHEiV+w(t)=EiHHHH(t)+EiVHHV(t)EiHHVH(t)+EiVHVV(t)+w(t)---(3)]]>其中，HXY(t)表示接收端极化分量X和发送端极化分量Y之间的信道增益；2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一种在接收端的XPD补偿方法；该方法利用信道估计获得信道状态信息。为简化分析，假设信道估计理想，获得完全信道状态信息。在此基础上，假设在每一个发送符号间隔内信道信息保持不变，计算得到补偿因子W：W=11-χ1-χ-χ1---(4)]]>其中χ是XPD的倒数，通常XPD定义为：XPD=1χ=E[HHH·HHH*]E[HVH·HVH*]=E[HVV·HVV*]E[HHV·HHV*]---(5)]]>在接收端对信号进行处理，即对每一时刻接收信号的极化状态乘以补偿因子W,得到补偿后接收极化信号(忽略噪声的影响)，可以表示为：RiH′RiV′=W·(H(t)&CenterDo...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳芳，苑津津，郭彩丽，冯春燕，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11