一种非线性放大三维信号调制解调方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非线性放大三维信号调制解调方法及装置。该方法利用无线传输系统实现具有斯托克斯约束的三维调制，发射端由三维调制产生的两路信号分别独立正交通过工作在非线性放大的功率放大器和天线进行信号发射。接收端通过极化正交的天线或单天线获取存在非线性畸变的接收信号。利用两路调制符号的斯托克斯约束关系，对接收信号幅度和相位的非线性畸变进行估计和补偿。本发明专利技术可应用于单载波频域均衡无线传输系统，利用具有斯托克斯约束的三维调制进行信息传输。即使功率放大器工作在非线性区甚至于饱和放大区，所提方法使得无线接收机仍然实现高性能接收，从而显著提升无线通信系统的功率效率。线通信系统的功率效率。线通信系统的功率效率。

【技术实现步骤摘要】
一种非线性放大三维信号调制解调方法及装置


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种非线性放大三维信号调制解调方法及装置。

技术介绍

[0002]追求频谱效率和功率效率的提升是未来无线网络应对超大容量和超大规模连接应用的关键。功率放大器效率是影响无线系统功率效率的主要因素，功放功率效率与功放工作区域有关，非线性工作的功放具有较高的功率效率，但同时会使信号产生畸变，从而影响接收端的信息恢复。现有功率放大器提升方法或畸变信号恢复方法如数字预失真技术、接收端功放非线性抵消技术等都基于功率放大器的非线性模型。这类基于功放非线性模型的方法在毫米波频段实现难度较大，难以有效提升毫米波频段功率放大器效率，严重制约了未来基于毫米波的无线系统的功率效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供一种非线性放大三维信号调制解调方法及装置,以解决能够在较高的功率效率下保持较低的误差向量幅度(ErrorVectorMagnitude,EVM)，从而提升无线传输系统的功率效率的技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0005]一种非线性放大三维信号调制解调方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：三维调制信号空间的选择；三维调制方法，是指在正交传输的x路和y路符号之间引入斯托克斯约束关系，然后将x路和y路符号张成的非独立四维信号空间转化为独立的三维斯托克斯状态空间，选择L个三维调制状态点，并使其最小距离最大化，以此承载log2L比特信息的调制方式；
[0007]正交传输的x路和y路符号之间存在斯托克斯约束关系，利用斯托克斯矢量与琼斯矢量的转化关系，将非独立的四维调制信号空间的选择问题转化为独立的三维斯托克斯球面点的选择问题；由于这种斯托克斯球面的调制信号空间选择方法表达在x路和y路信号的星座图中都只占据了星座图的第一、四象限，信号空间利用率不足且存在直流分量；为此，在x路和y路符号上还同时进行了相位调制，得到三维调制的四维信号状态空间；
[0008]步骤2：三维调制的实现；将输入到三维调制器的二进制比特流进行分组，以log2(L
×
M)比特作为一个符号，其中M为附加的相位调制阶数，利用步骤1产生的四维信号状态空间将调制符号映射为两路正交承载的I和Q信号；
[0009]步骤3：三维调制信号的发射装置；三维调制方式用于单载波频域均衡SC
‑
FDE传输系统；传输比特流通过信道编码后，根据步骤1的三维调制方法和步骤2的三维调制实现得到x路和y路两路正交传输但信息之间存在斯托克斯约束的传输符号，x路和y路传输符号分别通过基带调制后得到x路和y路两路正交信号，分别通过包含非线性功放的射频链路和发射天线进行信号发射；
[0010]步骤4：三维调制信号的接收装置；利用接收天线、射频链路独立接收x路和y路射频信号，并独立进行载波解调和模数转换得到相应基带信号后进行频域均衡，然后进行基带信号的幅度失真的估计与补偿，基带解调后进行星座图相位失真的估计与补偿；再根据步骤1的三维调制信号空间的四维信号表达进行最大似然解映射和信道解码得到接收比特流；
[0011]步骤5：获取步骤4中接收天线和接收射频链路处理得到的x路和y路两路正交基带信号，由于功率放大器的非线性作用，步骤4中均衡后得到的x路和y路基带信号及基带解调得到的调制符号存在幅度和相位的失真；需要进行基带信号的失真幅度估计与补偿及接收调制符号的失真相位估计与补偿，具体步骤方法如下；初始化调制符号功率估计值P
s(0)
＝0，作为步骤7中第一次迭代的判决标准；
[0012]步骤6：将步骤5接收的x路和y路两路正交基带信号或步骤10得到的基带估计信号进行基带解调，得到x路和y路三维调制接收符号；
[0013]步骤7：根据步骤6获得的三维调制接收符号计算调制符号的平均功率，并以调制符号功率的收敛性作为幅度补偿迭代的判决条件。判决方法如下：判断本次迭代得到的调制符号平均功率与上次迭代的调制符号平均功率差值小于阈值，若小于则调制符号的平均功率收敛，若大于或等于则不收敛；若收敛，输出x路和y路调制符号，并直接转至步骤11进行失真相位的估计与补偿；若不收敛，则进行步骤8；
[0014]步骤8：利用x路调制符号得到y路调制符号的估计值，利用y路调制符号得到x路调制符号的估计值；
[0015]步骤9：利用步骤8得到的x路和y路调制符号的估计值，分别进行基带成形得到两路基带信号的估计值；
[0016]步骤10：对步骤5中接收的原始x路和y路基带信号进行分析，判断每个点的幅度值是否大于指定阈值；若大于，则使用步骤9得到的对应的基带信号估计值的幅度进行替换接收信号幅度，但保留原始接收信号的相位；若不大于，则保留原始接收信号幅度和相位；每次迭代的幅度补偿完成后得到x路和y路基带估计信号后转至步骤6；
[0017]步骤11：接收基带信号在经过步骤5至步骤10的基带信号幅度估计与补偿后，根据x路和y路调制符号相位之间的相关性进行两路符号相位估计与补偿。
[0018]进一步的，步骤1中，正交传输的x路和y路符号之间引入斯托克斯约束关系如下：
[0019][0020]其中E
x
为x路调制符号的幅度，E
y
为y路调制符号的幅度，为x路调制符号的相位，为y路调制符号的相位，S0为施加的约束，表示为三维调制符号功率；
[0021]利用斐波那契网络在斯托克斯球面上进行调制状态空间的选择，第l个三维调制符号的斯托克斯球面坐标具体获取方法如下：
[0022][0023]其中，S0、S1、S2和S3为stokes参数，S0代表x路调制符号和y路调制符号功率之和，即传输一个调制符号所需的功率，在两路正交信号上还同时进行了M阶相位调制，得到三维调制的四维信号状态空间。
[0024]进一步的，步骤6中，将步骤5中接收的存在幅度和相位的失真的x路和y路基带信号和步骤10得到的基带估计信号进行基带解调，利用三维调制x路和y路调制符号之间的相关性估计与补偿基带信号的幅度。
[0025]进一步的，步骤7中，采用调制符号功率的收敛性作为幅度补偿迭代的判决条件：具体方法如下：
[0026][0027]其中P
s(i)
为第i次迭代得到的调制符号平均功率，ε为判决阈值，上式为真则判决为收敛，反之则不收敛。
[0028]进一步的，步骤8中，利用畸变的调制符号进行x路和y路调制符号幅度的交叉估计，其具体方法如下：
[0029][0030]其中，为步骤7得到的符号功率估计值，为第n个x路调制符号的估计值，为第n个y路调制符号的估计值，E
x,n
为第n个x路调制符号的原始值，E
y,n
为第n个y路调制符号的原始值。
[0031]进一步的，步骤9中，采用脉冲成形由调制符号估计值得到x路和y路基带信号估计值。
[0032]进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性放大三维信号调制解调方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：三维调制信号空间的选择；三维调制方法，是指在正交传输的x路和y路符号之间引入斯托克斯约束关系，然后将x路和y路符号张成的非独立四维信号空间转化为独立的三维斯托克斯状态空间，选择L个三维调制状态点，并使其最小距离最大化，以此承载log2L比特信息的调制方式；正交传输的x路和y路符号之间存在斯托克斯约束关系，利用斯托克斯矢量与琼斯矢量的转化关系，将非独立的四维调制信号空间的选择问题转化为独立的三维斯托克斯球面点的选择问题；由于这种斯托克斯球面的调制信号空间选择方法表达在x路和y路信号的星座图中都只占据了星座图的第一、四象限，信号空间利用率不足且存在直流分量；为此，在x路和y路符号上还同时进行了相位调制，得到三维调制的四维信号状态空间；步骤2：三维调制的实现；将输入到三维调制器的二进制比特流进行分组，以log2(L
×
M)比特作为一个符号，其中M为附加的相位调制阶数，利用步骤1产生的四维信号状态空间将调制符号映射为两路正交承载的I和Q信号；步骤3：三维调制信号的发射装置；三维调制方式用于单载波频域均衡SC
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FDE传输系统；传输比特流通过信道编码后，根据步骤1的三维调制方法和步骤2的三维调制实现得到x路和y路两路正交传输但信息之间存在斯托克斯约束的传输符号，x路和y路传输符号分别通过基带调制后得到x路和y路两路正交信号，分别通过包含非线性功放的射频链路和发射天线进行信号发射；步骤4：三维调制信号的接收装置；利用接收天线、射频链路独立接收x路和y路射频信号，并独立进行载波解调和模数转换得到相应基带信号后进行频域均衡，然后进行基带信号的幅度失真的估计与补偿，基带解调后进行星座图相位失真的估计与补偿；再根据步骤1的三维调制信号空间的四维信号表达进行最大似然解映射和信道解码得到接收比特流；步骤5：获取步骤4中接收天线和接收射频链路处理得到的x路和y路两路正交基带信号，由于功率放大器的非线性作用，步骤4中均衡后得到的x路和y路基带信号及基带解调得到的调制符号存在幅度和相位的失真；需要进行基带信号的失真幅度估计与补偿及接收调制符号的失真相位估计与补偿，具体步骤方法如下；初始化调制符号功率估计值P
s(0)
＝0，作为步骤7中第一次迭代的判决标准；步骤6：将步骤5接收的x路和y路两路正交基带信号或步骤10得到的基带估计信号进行基带解调，得到x路和y路三维调制接收符号；步骤7：根据步骤6获得的三维调制接收符号计算调制符号的平均功率，并以调制符号功率的收敛性作为幅度补偿迭代的判决条件。判决方法如下：判断本次迭代得到的调制符号平均功率与上次迭代的调制符号平均功率差值小于阈值，若小于则调制符号的平均功率收敛，若大于或等于则不收敛；若收敛，输出x路和y路调制符号，并直接转至步骤11进行失真相位的估计与补偿；若不收敛，则进行步骤8；步骤8：利用x路调制符号得到y路调制符号的估计值，利用y路调制符号得到x路调制符号的估计值；步骤9：利用步骤8得到的x路和y路调制符号的估计值，分别进行基带成形得到两路基带信号的估计值；步骤10：对步骤5中接收的原始x路和y路基带信号进行分析，判断每个点的幅度值是否
大于指定阈值；若大于，则使用步骤9得到的对应的基带信号估计值的幅度进行替换接收信号幅度，但保留原始接收信号的相位；若不大于，则保留原始接收信号幅度和相位；每次迭代的幅度补偿完成后得到x路和y路基带估计信号后转至步骤6；步骤11：接收基带信号在经过步骤5至步骤10的基带信号幅度估计与补偿后，根据x路和y路调制符号相位之间的相关性进行两路符号相位估计与补偿。2.根据权利要求1所述的非线性放大三维信号调制解调方法，其特征在于，所述步骤1中，正交传输的x路和y路符号之间引入斯托克斯约束关系如下：其中E
x
为x路调制符号的幅度，E
y
为y路调制符号的幅度，为x路调制符号的相位，为y路调制符号的相位，S0为施加的约束，表示为三维调制符号功率；利用斐波那契网络在斯托克斯球面上进行调制状态空间的选择，第l个三维调制符号的斯托克斯球面坐标具体获取方法如下：其中，S0、S1、S2和S3为stok...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海明，范敏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：