CN106357572A - 一种基于干扰对齐技术的无线通信***及方法 - Google Patents

一种基于干扰对齐技术的无线通信***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于干扰对齐技术的无线通信***，包括主接收端，所述主接收端的输入端与主站控制中心相连接，所述主接收端还通过并行串口模块与数据采集***相连接，所述数据采集***的输出端与微控制器相连接，在数据采集***的数据端还连接有模拟信号检测设备，所述数据采集***包括分站微处理器、无线通信模块、数据存储器、A/D转换模块，将模拟信号幅度调整到合适的范围，使得输出信号适用于不同信号幅度范围的模拟观测设备，对多用户无线通信***，频谱资源并不是有限的，总信道容量并不受用户数量的限制，提高了无线通信的使用效率，且整个装置结构设计简单，实用性强。

Description

一种基于干扰对齐技术的无线通信***及方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于干扰对齐技术的无线通信***及方法。
背景技术
在单用户无线通信***中，信道容量受制于信道带宽和信噪比，其数值由香农定理可以得出，多输入多输出技术在发送端/接收端配备多根天线，可以使信道容量得到线性提升，而在多用户无线通信***中，由于用户间干扰的存在，单用户信息论不再适用
当多个无线用户在某个区域共存时，其相互之间的干扰会严重降低用户的信干噪比进而影响整个***的通信性能，目前最主要的解决方法是正交复用，包括时分复用、频分复用和码分复用等，但是正交复用无法解决可用频谱资源受限的问题，随着用户数量的增加，每个用户所能分到的资源非常有限，难以满足高速数据传输的需要。上述问题亟需解决。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种基于干扰对齐技术的无线通信***及方法，采用一种被称为干扰对齐的方法可以获得比其他任何方式更好的性能，通过一种渐进干扰对齐技术，每个用户都能使其自由度达到无干扰情况下的1/2倍，整个***总的自由度能够达到单个用户无干扰条件下的K/2倍，对多用户无线通信***，频谱资源并不是有限的，总信道容量并不受用户数量的限制，可以有效解决背景技术中的问题。
为此，本发明提供了一种基于干扰对齐技术的无线通信***，包括主接收端，所述主接收端的输入端与主站控制中心相连接，所述主接收端还通过并行串口模块与数据采集***相连接，所述数据采集***的输出端与微控制器相连接，在数据采集***的数据端还连接有模拟信号检测设备，所述数据采集***包括分站微处理器、无线通信模块、数据存储器、A/D转换模块；
分站微处理器，作为分站的控制中心还连接有接口和逻辑控制模块以及高速数据接口模块，所述接口和逻辑控制模块作为各类数据接口，读取数据，所述高速数据接口模块用于和计算机通信，读取存储器中的数据；
无线通信模块，用于和基站进行通信，通过无线通信模块控制分站的数据采集，并可以通过数据接口提取出采集到的数据；
数据存储器，负责控制数据采集及存储的过程，实现与基站的通信；
A/D转换模块，在采样前端加上调理电路，将模拟信号幅度调整到合适的范围，使得输出信号适用于不同信号幅度范围的模拟观测设备。
所述主接收端在对信道进行评估后，需要将CSI反馈给发射端，且在接收端的输入端连接有预编码矩阵反馈模块；所述分站微处理器在干扰对齐的实现过程中，误差来源主要包括信道的估计误差、量化误差以及过时误差，对信道干扰的估计误差以及量化误差，都可以控制在不影响自由度的范围内；所述微控制器内部的预编码矩阵采用经典干扰对齐算法，使得在***容量方面具有显著优势；所述无线通信模块利用多进制GMSK进行调制来获取误码率和频谱效率的折中效益，提高了无线通信***的传输容量。
所述无线通信模块的输入端还连接有计算机控制***，在计算机控制***的数据端还连接有界面显示及操作软件模块，在无线通信模块的输出端还设置有具有射频转换器的全方位天线；所述微处理器还包括数据协议控制器，在数据协议控制器的数据端还连接有用于加密以及监测的数据编码器模块；所述A/D转换模块的数据端还连接有电源模块，所述电源模块的输出端通过放大滤波器与信号调理电路相连接。
另外本发明还设计了一种基于干扰对齐技术的无线通信方法，包括以下步骤：
S1、各接收机以TDMA方式进行信道训练，接收端采用MMSE估计；
S2、主接收端以TDMA方式发送各项预编码矩阵的量化值；
S3、主接收端收集其他接收端的信道信息，并计算预编码矩阵；
S4、设置3个发射端以干扰对其的方式同时通信，并且信息通知到云存储器上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于干扰对齐技术的无线通信***，采用一种被称为干扰对齐的方法可以获得比其他任何方式更好的性能，通过一种渐进干扰对齐技术，每个用户都能使其自由度达到无干扰情况下的1/2倍，整个***总的自由度能够达到单个用户无干扰条件下的K/2倍，对多用户无线通信***，频谱资源并不是有限的，总信道容量并不受用户数量的限制。
附图说明
图1为本发明整体工作原理结构示意图；
图2为本发明数据采集模块内部结构示意图；
图3为本发明模数转换电路结构示意图。
图中：1-主接收端；2-预编码矩阵反馈模块；3-数据采集***；4-模拟信号检测设备；5-并行串口模块；6-主站控制中心；7-微处理器；8-数据协议控制器；9-数据编码器模块；10-A/D转换模块；11-电源模块；12-放大滤波器；13-信号调理电路；14-全方位天线；15-分站微处理器；16-数据存储器；17-无线通信模块；18-计算机控制***；19-界面显示及操作软件模块；20-接口和逻辑控制模块；21-高速数据接口模块。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1、图2和图3，本发明提供一种技术方案：一种基于干扰对齐技术的无线通信方法，包括以下步骤：
S1、各接收机以TDMA方式进行信道训练，接收端采用MMSE估计；
S2、主接收端以TDMA方式发送各项预编码矩阵的量化值；
S3、主接收端收集其他接收端的信道信息，并计算预编码矩阵；
S4、设置3个发射端以干扰对其的方式同时通信，并且信息通知到云存储器上。
包括主接收端，所述主接收端1在对信道进行评估后，需要将CSI反馈给发射端，且在接收端的输入端连接有预编码矩阵反馈模块2；所述分站微处理器15在干扰对齐的实现过程中，误差来源主要包括信道的估计误差、量化误差以及过时误差，对信道干扰的估计误差以及量化误差，都可以控制在不影响自由度的范围内；所述微控制器7内部的预编码矩阵采用经典干扰对齐算法，使得在***容量方面具有显著优势；所述无线通信模块17利用多进制GMSK进行调制来获取误码率和频谱效率的折中效益，提高了无线通信***的传输容量；所述主接收端1的输入端与主站控制中心6相连接，所述主接收端1还通过并行串口模块5与数据采集***3相连接，所述数据采集***3的输出端与微控制器7相连接，在数据采集***3的数据端还连接有模拟信号检测设备4。
所述数据采集***3包括分站微处理器15、无线通信模块17、数据存储器16、A/D转换模块10；
分站微处理器15，作为分站的控制中心还连接有接口和逻辑控制模块20以及高速数据接口模块21，所述接口和逻辑控制模块20作为各类数据接口，读取数据，所述高速数据接口模块21用于和计算机通信，读取存储器中的数据；
无线通信模块17，用于和基站进行通信，通过无线通信模块控制分站的数据采集，并可以通过数据接口提取出采集到的数据；
数据存储器16，负责控制数据采集及存储的过程，实现与基站的通信；
A/D转换模块10，在采样前端加上调理电路，将模拟信号幅度调整到合适的范围，使得输出信号适用于不同信号幅度范围的模拟观测设备。
所述无线通信模块17的输入端还连接有计算机控制***18，在计算机控制***18的数据端还连接有界面显示及操作软件模块19，在无线通信模块17的输出端还设置有具有射频转换器的全方位天线14；所述微处理器7还包括数据协议控制器8，在数据协议控制器8的数据端还连接有用于加密以及监测的数据编码器模块9；所述A/D转换模块10的数据端还连接有电源模块11，所述电源模块11的输出端通过放大滤波器12与信号调理电路13相连接。
所述模拟信号检测设备4可以提取被观测对象的一些特征信号，这些信号都是模拟量，有多个模拟信号检测设备，且它们是同步工作的无线通信模块17用于和基站进行通信高速的数据接口用于和计算机通信，读取存储器中的数据。在测试过程中可以不连接，而在测试完成之后用笔记本电脑与之连接，读取数据微控制器7是分站的控制核心，负责控制数据采集及存储的过程，实现与基站的通信。其中，分站微控制器及其***的数模信号转换电路、存储电路，构成了数据采集及存储模块。
本发明的工作原理：该基于干扰对齐技术的无线通信***，采用一种被称为干扰对齐的方法可以获得比其他任何方式更好的性能，通过一种渐进干扰对齐技术，每个用户都能使其自由度达到无干扰情况下的1/2倍，整个***总的自由度能够达到单个用户无干扰条件下的K/2倍，对多用户无线通信***，频谱资源并不是有限的，总信道容量并不受用户数量的限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于干扰对齐技术的无线通信***，其特征在于，包括主接收端(1)，所述主接收端(1)的输入端与主站控制中心(6)相连接，所述主接收端(1)还通过并行串口模块(5)与数据采集***(3)相连接，所述数据采集***(3)的输出端与微控制器(7)相连接，在数据采集***(3)的数据端还连接有模拟信号检测设备(4)，所述数据采集***(3)包括分站微处理器(15)、无线通信模块(17)、数据存储器(16)、A/D转换模块(10)；
分站微处理器(15)，作为分站的控制中心还连接有接口和逻辑控制模块(20)以及高速数据接口模块(21)，所述接口和逻辑控制模块(20)作为各类数据接口，读取数据，所述高速数据接口模块(21)用于和计算机通信，读取存储器中的数据；
无线通信模块(17)，用于和基站进行通信，通过无线通信模块控制分站的数据采集，并可以通过数据接口提取出采集到的数据；
数据存储器(16)，负责控制数据采集及存储的过程，实现与基站的通信；
A/D转换模块(10)，在采样前端加上调理电路，将模拟信号幅度调整到合适的范围，使得输出信号适用于不同信号幅度范围的模拟观测设备。
2.如权利要求1所述的基于干扰对齐技术的无线通信***，其特征在于，所述主接收端(1)在对信道进行评估后，需要将CSI反馈给发射端，且在接收端的输入端连接有预编码矩阵反馈模块(2)。
3.如权利要求1所述的基于干扰对齐技术的无线通信***，其特征在于，所述分站微处理器(15)在干扰对齐的实现过程中，误差来源主要包括信道的估计误差、量化误差以及过时误差，对信道干扰的估计误差以及量化误差，都可以控制在不影响自由度的范围内。
4.如权利要求1所述的基于干扰对齐技术的无线通信***，其特征在于，所述微控制器(7)内部的预编码矩阵采用经典干扰对齐算法，使得在***容量方面具有显著优势。
5.如权利要求1所述的基于干扰对齐技术的无线通信***，其特征在于，所述无线通信模块(17)利用多进制GMSK进行调制来获取误码率和频谱效率的折中效益，提高了无线通信***的传输容量。
6.根据权利要求1所述的基于干扰对齐技术的无线通信***，其特征在于，所述无线通信模块(17)的输入端还连接有计算机控制***(18)，在计算机控制***(18)的数据端还连接有界面显示及操作软件模块(19)，在无线通信模块(17)的输出端还设置有具有射频转换器的全方位天线(14)。
7.根据权利要求6所述的基于干扰对齐技术的无线通信***，其特征在于，所述微控制器(7)还包括数据协议控制器(8)，在数据协议控制器(8)的数据端还连接有用于加密以及监测的数据编码器模块(9)。
8.根据权利要求6所述的基于干扰对齐技术的无线通信***，其特征在于，所述A/D转换模块(10)的数据端还连接有电源模块(11)，所述电源模块(11)的输出端通过放大滤波器(12)与信号调理电路(13)相连接。
9.一种基于干扰对齐技术的无线通信方法，包括以下步骤：
S1、各接收机以TDMA方式进行信道训练，接收端采用MMSE估计；
S2、主接收端以TDMA方式发送各项预编码矩阵的量化值；
S3、主接收端收集其他接收端的信道信息，并计算预编码矩阵；
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