基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法技术

本发明专利技术属于无线电传输技术领域，公开了一种基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法包括：信道参数预估计方法；利用估计得到的信道系数计算中继节点的最优放大因子；构造双向全双工中继节点等效多径信道；两个源节点调制信号并同时同频发送；中继节点接收并同时同频转发源节点发射信号；源节点利用中继节点的等效多径信道对接收信号进行频域均衡；源节点解调均衡后的接收信号，恢复得到信源信号；信道监听与修正。本发明专利技术构建了信道参数实时估计、监听、修正的双向同时同频全双工中继传输系统，简化了中继节点处理过程，最大可能地提高了系统信干噪比，在无线传输领域具有实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法
本专利技术属于无线电传输
，尤其涉及一种基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：随着无线通信中信号带宽越来越宽，对应的频谱资源却越来越少，人们逐渐开始研究能最大化利用频谱资源的算法和技术。全双工技术在同一时间和同一频段上进行信号的发射和接收，因此它能最大可能地提高未来无线通信网络的频谱资源利用率，但其存在严重的自干扰问题，这限制了全双工系统性能地提升。协作通信技术利用通信网络中空闲节点作为中继，实现虚拟的空间分集以对抗无线信道的多径衰落，协作中继通信因中继布局灵活、成本低等优点已经成为当前和未来无线通信发展的关键技术之一。现有技术一对基于正交频分复用技术的全双工单向传输系统模型进行了分析，对正交频分复用的循环前缀长度、系统功率分配因子等对于系统误码率的影响进行了仿真。但文章存在的不足之处是计算功率分配因子时忽略了中继剩余自干扰信号的拖尾符号，仅仅考虑了中继主径信号，最终得到的中继最佳放大因子也并非是最优解，不能完全客观的反应全双工中继剩余自干扰对其性能的影响。现有技术二针对多中继场景提出了一种中继选择策略，并对全双工中继系统误码率、中断概率等性能进行了分析。但该方法存在的不足之处是忽略了中继剩余自干扰信号在中继收发天线之间无限循环迭代的事实，将中继剩余自干扰信道建模为单径瑞利平坦衰落信道，不能完全客观的反应全双工中继剩余自干扰对其性能的影响。现有技术三一种基于异步空时码的全双工中继传输方法，该方法利用异步空时码编解码技术对中继节点剩余自干扰信号进行抑制和消除，这种全双工中继传输方法的不足之处在于：全双工协作通信系统中采用异步空时码编解码方法增大了中继节点对剩余自干扰信号处理过程的复杂度。现有技术一、技术二和技术三中所用的全双工模型均为单向传输模型，单向传输通信系统的信息吞吐量有限，理论上只能达到双向传输频谱效率的一半。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)基于正交频分复用技术的全双工单向传输系统模型在计算功率分配因子时忽略了中继剩余自干扰信号的拖尾符号，仅仅考虑了中继主径信号，最终得到的中继最佳放大因子也并非是最优解，因此在此功率分配因子下实现的全双工中继传输系统的误码率性能不是最优的，系统误码率性能仍有提升空间。(2)对多中继场景的中继选择策略忽略了中继剩余自干扰信号在中继收发天线之间无限循环迭代的事实，将中继剩余自干扰信道建模为单径瑞利平坦衰落信道，该信道建模方式与实际中继信道不符合，忽略了中继循环迭代产生的拖尾符号的干扰，在单径瑞利平坦衰落信道模型下得到的系统性能是过于理想化的系统性能，与实际情况不符。(3)基于异步空时码的全双工中继传输方法的全双工协作通信系统中采用异步空时码编解码方法增大了中继节点对剩余自干扰信号处理过程的复杂度，增大该方法在实际应用中的实现难度，且需要消耗更多的计算时间与资源。(4)上述三种技术采用的系统模型为单向全双工中继模型，理想情况下，单向传输模型的频谱效率只能达到双向传输模型的一半，且其现实应用价值远低于双向传输模型。解决上述技术问题的难度和意义：本专利技术的研究模型为双向全双工中继传输模型，相比单向全双工模型，理想情况下能达到2倍的频谱传输效率，且更符合现今无线通信应用场景；本专利技术针对双向全双工中继收发天线之间中继剩余环路自干扰无限迭代的事实，通过控制中继放大因子，将中继环路剩余自干扰信道建模成多径信道，利用正交频分复用技术的循环前缀抗多径原理，消除中继剩余环路自干扰的拖尾符号造成的影响；并利用信道预估计与监听修正方法，使中继与接收节点时时获得节点间信道参数和环路自干扰信道参数，使得中继等效多径模型能应用于实际双向全双工中继传输通信场景中。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法。本专利技术是这样实现的，一种基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法，所述基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法包括：信道参数预估计方法；利用估计得到的信道系数计算中继节点的最优放大因子；构造双向全双工中继节点等效多径信道；两个源节点调制信号并同时同频发送；中继节点接收并同时同频转发源节点发射信号；源节点利用中继节点的等效多径信道对接收信号进行频域均衡；源节点解调均衡后的接收信号，恢复得到信源信号；信道监听与修正。进一步，所述基于正交频分复用的双向同时同频全双工中继传输方法包括以下步骤：步骤一，两个源节点分别为S1、S2，中继节点为R，传输方式为双向同时同频全双工中继传输。第一源节点S1与中继节点之间的信道系数为h1r，第二源节点S2与中继节点的信道系数为h2r，两个源节点之间的信道系数为h12，第一源节点S1的剩余自干扰信道系数为h11，第二源节点S2的剩余自干扰信道系数为h22，中继节点剩余自干扰信道系数为hli；步骤二，信道估计得到节点间信道参数h1r、h2r、h12和剩余环路自干扰信道参数h11、h22、hli；步骤三，计算双向全双工中继节点处的系统最佳放大因子β，当|h2r|2≤|h1r|2时，用牛顿法求解等式：求得α1后代入公式得到最佳方法因子；当|h2r|2≥|h1r|2时，用牛顿法求解等式：求得α2后代入公式得到最佳方法因子；其中，h1r表示源节点S1与中继节点R之间的信道系数，h2r表示源节点S2与中继节点R之间的信道系数，h12表示源节点S1与S2之间的信道系数，h11、h22、hli分别为源节点S1、源节点S2、中继节点R的剩余环路自干扰信道参数；分别表示源节点S1、源节点S2、中继节点R的噪声方差；L表示源节点发送信号中的循环前缀长度；步骤四，利用最佳中继节点的最佳放大因子β，将中继剩余环路自干扰信号等效成多径信号，并构造等效多径信道的信道系数矩阵h；h＝[h12,h(1),...,h(l),…,h(L-1)]；其中，h12表示直达链路的信道系数，h(l)＝β(hliβ)l表示第l径等效信道的信道系数，1≤l≤L-1；步骤五，在源节点S1和S2处分别对各自的发送数据进行OFDM调制，添加长度为L的循环前缀，得到发送信号x1和x2并同时同频进行发送；步骤六，中继接收到来自源节点S1和S2的信号，将收到的信号根据放大因子进行放大转发，得到中继节点处第i时隙的发送信号t(i)：其中，x1(i-j)表示源节点S1第i-j时隙的发射信号，x2(i-j)表示源节点S2第i-j时隙的发射信号，nr(i-j)表示中继节点第i-j时隙的噪声信号，j＝1,2,…∞，等式右边第一项当作有用信号处理，右边第二项当作噪声信号处理；步骤七，源节点S1和源节点S2同时同频接收中继节点发射的信号t(i)，得到各自的接收信号y1和y2，再分别去除接收信号y1和y2的循环前缀并对信号进行FFT，得到源节点S1的待均衡信号Y1'和源节点S2的待均衡信号Y2'；步骤八，源节点S1和源节点S2分别对各自的待均衡信号Y1'和Y2'进行频域均衡，得到源节点S1的待解调信号和源节点S2的待解调信号步骤九，源节点S1对其待解调信号进行解调，作为源节点S2的信源信号a2，源节点S2对其待解调信号进行解调，作为源节点S1的信源信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法，其特征在于，所述基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法包括：信道参数预估计方法；利用估计得到的信道系数计算双向全双工中继节点的最优放大因子；构造双向全双工中继节点等效多径信道；两个源节点调制信号并同时同频发送；中继节点接收并同时同频转发源节点发射信号；源节点利用中继节点的等效多径信道对接收信号进行频域均衡；源节点解调均衡后的接收信号，恢复得到信源信号；信道监听与修正。

【技术特征摘要】
1.一种基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法，其特征在于，所述基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法包括：信道参数预估计方法；利用估计得到的信道系数计算双向全双工中继节点的最优放大因子；构造双向全双工中继节点等效多径信道；两个源节点调制信号并同时同频发送；中继节点接收并同时同频转发源节点发射信号；源节点利用中继节点的等效多径信道对接收信号进行频域均衡；源节点解调均衡后的接收信号，恢复得到信源信号；信道监听与修正。2.如权利要求1所述的基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法，其特征在于，所述基于正交频分复用的同时同频全双工双向中继传输方法包括以下步骤：步骤一，两个源节点分别为S1、S2，中继节点为R，传输方式为双向同时同频全双工中继传输；第一源节点S1与中继节点之间的信道系数为h1r，第二源节点S2与中继节点的信道系数为h2r，两个源节点之间的信道系数为h12，第一源节点S1的剩余自干扰信道系数为h11，第二源节点S2的剩余自干扰信道系数为h22，中继节点剩余自干扰信道系数为hli；步骤二，信道估计得到节点间信道参数h1r、h2r、h12和剩余环路自干扰信道参数h11、h22、hli；步骤三，计算双向全双工中继节点处的系统最佳放大因子β，当|h2r|2≤|h1r|2时，用牛顿法求解等式：求得α1后代入公式得到最佳方法因子；当|h2r|2≥|h1r|2时，用牛顿法求解等式：求得α2后代入公式得到最佳方法因子；其中，h1r表示源节点S1与中继节点R之间的信道系数，h2r表示源节点S2与中继节点R之间的信道系数，h12表示源节点S1与S2之间的信道系数，h11、h22、hli分别为源节点S1、源节点S2、中继节点R的剩余环路自干扰信道参数；分别表示源节点S1、源节点S2、中继节点R的噪声方差；L表示源节点发送信号中的循环前缀长度；步骤四，利用最佳中继节点的最佳放大因子β，将中继剩余环路自干扰信号等效成多径信号，并构造等效多径信道的信道系数矩阵h；h＝[h12,h(1),...,h(l),...,h(L-1)]；其中，h12表示直达链路的信道系数，h(l)＝β(hliβ)l表示第l径等效信道的信道系数，1≤l≤L-1；步骤五，在源节点S1和S2处分别对各自的发送数据进行OFDM调制，添加长度为L的循环前缀，得到发送信号x1和x2并同时同频进行发送；步骤六，中继同时接收到来自源节点S1和S2的信号，将收到的信号根据放大因子进行放大转发，得到中继节点处第i时隙的发送信号t(i)：其中，x1(i-j)表示源节点S1第i-j时隙的发射信号，x2(i-j)表示源节点S2第i-j时隙的发射信号，nr(i-j)表示中继节点第i-j时隙的噪声信号，j＝1,2,...∞，等式右边第一项当作有用信号处理，右边第二项当作噪声信号处理；步骤七，源节点S1和源节点S2同时同频接收中继节点发射的信号t(i)，得到各自的接收信号y1和y2，再分别去除接收信号y1和y2的循环前缀并对信号进行FFT，得到源节点S1的待均...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，吴炯，程文驰，秦凡，喻丹阳，张海林，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61