一種雙向中繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的時(shí)鐘估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種中繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的時(shí)鐘估計(jì)方法，所述方法包括：通過(guò)各自的通信信道發(fā)送包含訓(xùn)練序列的通信信號(hào)到中繼節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)各終端通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送的多路疊加信號(hào)進(jìn)行采樣得到采樣信號(hào)，采樣信號(hào)經(jīng)匹配濾波器濾波后輸出接收向量；采用訓(xùn)練序列和接收向量計(jì)算出不同通信信號(hào)的定時(shí)函數(shù)估計(jì)值，利用定時(shí)函數(shù)值與時(shí)間偏移值的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定出各個(gè)終端通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送的通信信號(hào)的時(shí)間偏移估計(jì)值，實(shí)現(xiàn)時(shí)間偏移的低復(fù)雜度、低波特率采樣估計(jì)。本發(fā)明方法的時(shí)鐘估計(jì)性能良好，在信噪比為20dB時(shí)，本發(fā)明的估計(jì)算法的均方誤差性能可達(dá)到10?4。
【專利說(shuō)明】
-種雙向中繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的時(shí)鐘估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種雙向中繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的時(shí) 鐘估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域，Shengli Zhang等人于2006年首次提出了物理層網(wǎng)絡(luò)編碼 (Physical-Layer化twork Coding,PNC)的概念。該概念一提出，迅速引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè) 界的廣泛關(guān)注和重視。PNC采用的主要思想是：在中繼節(jié)點(diǎn)采用恰當(dāng)?shù)挠成錂C(jī)制，將相互疊 加的電磁信號(hào)映射為相應(yīng)數(shù)字比特流的異或，使得干擾變成網(wǎng)絡(luò)編碼算法操作的一部分。 它能極大地提高系統(tǒng)的吞吐量，例如，在雙向中繼信道中，相比傳統(tǒng)路由方案，PNC的系統(tǒng)吞 吐量可W提升100%，運(yùn)一優(yōu)點(diǎn)也讓它越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在蜂窩網(wǎng)絡(luò)和軍事通信中。
[0003] 目前關(guān)于PNC的研究結(jié)果，例如多輸入多輸出PNC(Multiple Input Multiple Output PNC,MIMO PNC)、多路PNC(Multi-Way PNC),-般都假定端節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)能夠同 時(shí)到達(dá)中繼節(jié)點(diǎn)。然而在實(shí)際情況中，端節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)在經(jīng)歷不同的信道抵達(dá)中繼節(jié)點(diǎn) 后，到達(dá)的時(shí)間難免存在相對(duì)時(shí)間偏移。因此，PNC系統(tǒng)中的時(shí)鐘估計(jì)是必不可少的。
[0004] 目前，有資料公開(kāi)了針對(duì)異步時(shí)鐘問(wèn)題，利用置信傳播(Belief Propagation，BP) 算法，使得誤比特率降低，但該算法直接導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度大幅度提高W及信息傳播速率大 幅度下降，使得PNC的優(yōu)勢(shì)不再明顯。
[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，對(duì)于雙向中繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)，在兩端節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)到達(dá)中繼節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻未知且不同的情況下，亟需開(kāi)發(fā)一種用 于雙向中繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的復(fù)雜度低、采樣率要求低的時(shí)鐘估計(jì)方法，且所述時(shí)鐘 估計(jì)方法在工程實(shí)現(xiàn)時(shí)可W較少地受到實(shí)際情況的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明實(shí)施方式的目的在于提供一種用于雙向中繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的復(fù)雜 度低、采樣率要求低的時(shí)鐘估計(jì)方法，并且可W在工程實(shí)現(xiàn)時(shí)較少地受到實(shí)際情況的限制。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施方式提供了一種雙向中繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的時(shí) 鐘估計(jì)方法，所述雙向中繼信道物理層包括第一通信節(jié)點(diǎn)、第二通信節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)、連接 所述第一通信節(jié)點(diǎn)和所述中繼節(jié)點(diǎn)的第一通信信號(hào)W及連接所述第二通信節(jié)點(diǎn)和所述中 繼節(jié)點(diǎn)的第二通信信道，所述方法包括:響應(yīng)于通信開(kāi)啟的指令，所述第一通信節(jié)點(diǎn)生成包 含有第一訓(xùn)練序列的第一通信信號(hào)并將所述第一通信信號(hào)通過(guò)所述第一通信信道發(fā)送至 所述中繼節(jié)點(diǎn)，所述第二通信節(jié)點(diǎn)生成包含有第二訓(xùn)練序列的第二通信信號(hào)并將所述第二 通信信號(hào)通過(guò)所述第二通信信道發(fā)送至所述中繼節(jié)點(diǎn)，所述第一訓(xùn)練序列和所述第二訓(xùn)練 序列的碼元長(zhǎng)度均為レ所述中繼節(jié)點(diǎn)在接收到所述第一通信信號(hào)和所述第二通信信號(hào)的 疊加混合信號(hào)后，對(duì)所述疊加混合信號(hào)按照預(yù)設(shè)采樣規(guī)則進(jìn)行采樣，得到采樣信號(hào);對(duì)所述 采樣信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，生成碼元長(zhǎng)度為L(zhǎng)的接收向量;基于所述第一訓(xùn)練序列和所述接收 向量，確定與所述第一通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)數(shù)量的第一特征估計(jì)值并且基于所述第二訓(xùn) 練序列和所述接收向量，確定與所述第二通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)數(shù)量的第二特征估計(jì)值； 利用所述預(yù)設(shè)數(shù)量的第一特征估計(jì)值，確定與所述第一通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的第一定時(shí)函數(shù)估 計(jì)值并且利用所述預(yù)設(shè)數(shù)量的第二特征估計(jì)值，確定與所述第二通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的第二定 時(shí)函數(shù)估計(jì)值;根據(jù)預(yù)先建立的時(shí)間偏移值與定時(shí)函數(shù)值之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定與所述第 一定時(shí)函數(shù)估計(jì)值相關(guān)聯(lián)的第一時(shí)間偏移估計(jì)值并且確定與所述第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值相 關(guān)聯(lián)的第二時(shí)間偏移估計(jì)值。
[0008] 進(jìn)一步地，所述第一通信信道和所述第二通信信道均為高斯白噪聲通信信道。
[0009] 進(jìn)一步地，所述第一訓(xùn)練序列和所述第二訓(xùn)練序列均為恒包絡(luò)零自相關(guān)CAZAC序 列并且按照W下公式確定所述第一訓(xùn)練序列和所述第二訓(xùn)練序列：
[0010]
[0011] 其中，V( i) =e邱（jJiiVL)，i =0，1，…心！，^為所述第一訓(xùn)練序列，為所述第二 訓(xùn)練序列，N為預(yù)設(shè)常量。
[0012] 進(jìn)一步地，在所述第一通信信號(hào)中還包括位于所述第一訓(xùn)練序列之前的第一循環(huán) 前綴W及位于所述第一訓(xùn)練序列之后的第一循環(huán)后綴，所述第一循環(huán)前綴中的碼元為所述 第一訓(xùn)練序列中最后的N位碼元，所述第一循環(huán)后綴中的碼元為所述第一訓(xùn)練序列中最前 的N位碼元;在所述第二通信信號(hào)中還包括位于所述第二訓(xùn)練序列之前的第二循環(huán)前綴W 及位于所述第二訓(xùn)練序列之后的第二循環(huán)后綴，所述第二循環(huán)前綴中的碼元為所述第二訓(xùn) 練序列中最后的N位碼元，所述第二循環(huán)后綴中的碼元為所述第二訓(xùn)練序列中最前的N位碼 J L O
[0013] 進(jìn)一步地，所述按照預(yù)設(shè)采樣規(guī)則對(duì)所述疊加混合信號(hào)進(jìn)行采樣具體包括:將所 述第一訓(xùn)練序列或者所述第二訓(xùn)練序列的碼元周期確定為采樣時(shí)間間隔，并W所述采樣時(shí) 間間隔對(duì)所述疊加混合信號(hào)進(jìn)行采樣。
[0014] 進(jìn)一步地，對(duì)所述采樣信號(hào)進(jìn)行匹配濾波具體包括:將所述采樣信號(hào)輸入根升余 弦匹配濾波器，并由所述根升余弦匹配濾波器輸出碼元長(zhǎng)度為L(zhǎng)的接收向量;相應(yīng)地，所述 接收向量？按照下述公式確定：
[0015]
[OOW 其中，：^0'=0，1^'1-1)按照下述公式確定：
[0017]
[0018] 其中，Uri,1表示所述第一訓(xùn)練序列中的第j-i個(gè)碼元，Uri,2表示所述第二訓(xùn)練序 列中的第j-i個(gè)碼元，Tl表示第一時(shí)間偏移值，T2表示第二時(shí)間偏移值，T表示所述采樣時(shí)間 間隔，hi(Ti)表示所述根升余弦匹配濾波器對(duì)應(yīng)的升余弦函數(shù)在iTWl處的函數(shù)值，hi(T2)表 示所述升余弦函數(shù)在iTW2處的函數(shù)值，nj表示噪聲信號(hào)，M為預(yù)設(shè)常量。
[0019] 進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)數(shù)量的第一特征估計(jì)值和所述預(yù)設(shè)數(shù)量的第二特征估計(jì)值由 下述公式確定：
[0020]
[0021]
[0022] 其中，心1(11)山0(11)山1(11)為立個(gè)所述第一特征估計(jì)值，11-1(12)、110(12)、111(12)為 ^個(gè)所述第二特征估計(jì)值，^^為所述第一訓(xùn)練序列，;;1^1為所述第一訓(xùn)練序列循環(huán)右移一位 得到的序列，；;為所述第一訓(xùn)練序列循環(huán)左移一位得到的序列，;:為所述接收向量，S為所 述第二訓(xùn)練序列，;;/為所述第二訓(xùn)練序列右移一位得到的序列，^為所述第二訓(xùn)練序列左 移一位得到的序列，Tl表不第一時(shí)間偏移值，T2表不第二時(shí)間偏移值。
[0023] 進(jìn)一步地，按照下述公式確定與所述第一通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的第一定時(shí)函數(shù)估計(jì)值 W及與所述第二通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值：
[0024]
[0025]
[0026] 其中，f(Tl)為所述第一定時(shí)函數(shù)估計(jì)值，f(T2)為所述第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值。
[0027] 由上述本申請(qǐng)實(shí)施方式可見(jiàn)，本發(fā)明的終端通信節(jié)點(diǎn)通過(guò)不同通信信道發(fā)送包含 有各自訓(xùn)練序列的通信信號(hào)到中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收的多路疊加混合信號(hào)進(jìn)行波特率 采樣得到采樣信號(hào)，經(jīng)匹配濾波器濾波后可W得到碼元長(zhǎng)度為L(zhǎng)的由采樣點(diǎn)構(gòu)成的接收向 量。接著，采用訓(xùn)練序列和接收向量可W分離出含有不同時(shí)間偏移值的特征估計(jì)值，并由所 述特征估計(jì)值得到與通信信號(hào)對(duì)應(yīng)的定時(shí)函數(shù)估計(jì)值。最后，根據(jù)定時(shí)函數(shù)值與時(shí)間偏移 值之間預(yù)見(jiàn)建立的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而可W有效地實(shí)現(xiàn)時(shí)間偏移值的低復(fù)雜度估計(jì)。在實(shí)際應(yīng) 用中，本發(fā)明方法的采樣率要求僅要求最低的波特率采樣，在信噪比為20地時(shí)，本發(fā)明的估 計(jì)算法的均方誤差(Mean Square化ror,簡(jiǎn)稱MSE)性能可W達(dá)到1〇-4左右，受實(shí)際情況的限 制較少。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1為本發(fā)明方法的總體邏輯框圖示意圖；
[0029] 圖2為本申請(qǐng)實(shí)施方式提供的一種雙向中繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的時(shí)鐘估計(jì)方法 流程圖；
[0030] 圖3本發(fā)明中終端通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息格式構(gòu)成示意圖；
[0031] 圖4本發(fā)明中不同滾降系數(shù)下定時(shí)函數(shù)的特性曲線示意圖；
[0032] 圖5本發(fā)明方法在不同訓(xùn)練序列長(zhǎng)度下的時(shí)鐘估計(jì)均方誤差MSE性能示意圖；
[0033] 圖6本發(fā)明方法在不同滾降系數(shù)下的時(shí)鐘估計(jì)均方誤差MSE性能示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí) 施方式中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的 實(shí)施方式僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施方式，而不是全部的實(shí)施方式?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施方 式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施方式，都應(yīng) 當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
[0035] 本申請(qǐng)實(shí)施方式提供一種雙向中繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的時(shí)鐘估計(jì)方法，請(qǐng)參閱 圖1，在本實(shí)施方式中，所述雙向中繼信道物理層包括第一通信節(jié)點(diǎn)化、第二通信節(jié)點(diǎn)化、中 繼節(jié)點(diǎn)R、連接所述第一通信節(jié)點(diǎn)化和所述中繼節(jié)點(diǎn)R的第一通信信道CiW及連接所述第二 通信節(jié)點(diǎn)化和所述中繼節(jié)點(diǎn)R的第二通信信道C2。圖2為本申請(qǐng)實(shí)施方式提供的一種雙向中 繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的時(shí)鐘估計(jì)方法流程圖。如圖2所示，所述方法可W包括W下步驟。
[0036] 步驟SI:響應(yīng)于通信開(kāi)啟的指令，所述第一通信節(jié)點(diǎn)生成包含有第一訓(xùn)練序列的 第一通信信號(hào)并將所述第一通信信號(hào)通過(guò)所述第一通信信道發(fā)送至所述中繼節(jié)點(diǎn)，所述第 二通信節(jié)點(diǎn)生成包含有第二訓(xùn)練序列的第二通信信號(hào)并將所述第二通信信號(hào)通過(guò)所述第 二通信信道發(fā)送至所述中繼節(jié)點(diǎn)，所述第一訓(xùn)練序列和所述第二訓(xùn)練序列的碼元長(zhǎng)度均為 L。
[0037] 在本實(shí)施方式中，在收到通信請(qǐng)求后，中繼節(jié)點(diǎn)可W廣播一條已知的廣播消息給 第一通信節(jié)點(diǎn)和第二通信節(jié)點(diǎn)W開(kāi)始通信，所述廣播消息可W作為通信開(kāi)啟的指令。在收 到所述中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)出的通信開(kāi)啟的指令后，響應(yīng)于該指令，第一通信節(jié)點(diǎn)可W利用根升余 弦脈沖成形濾波器產(chǎn)生并輸出第一通信信號(hào)Si(t)，第一通信信號(hào)Si(t)的波形已知;第二通 信節(jié)點(diǎn)同樣可W利用根升余弦脈沖成形濾波器產(chǎn)生并輸出第二通信信號(hào)S2(t)，第二通信 信號(hào)S2(t)的波形同樣已知。
[0038] 在本實(shí)施方式中，所述第一通信信號(hào)中可W包含Zadoff-化U第一訓(xùn)練序列，同樣 地，在所述第二通信信號(hào)中可W包含Zadoff-化U第二訓(xùn)練序列。所述第一訓(xùn)練序列和所述 第二訓(xùn)練序列的碼元長(zhǎng)度均可W為L(zhǎng)。在生成第一通信信號(hào)和第二通信信號(hào)后，所述第一通 信節(jié)點(diǎn)可W將所述第一通信信號(hào)通過(guò)所述第一通信信道發(fā)送至所述中繼節(jié)點(diǎn)，同樣地，所 述第二通信節(jié)點(diǎn)可W將所述第二通信信號(hào)通過(guò)所述第二通信信道發(fā)送至所述中繼節(jié)點(diǎn)。
[0039] 在本實(shí)施方式中，所述第一通信信號(hào)或所述第二通信信號(hào)的格式可W如圖3所示。 從圖3中可W看出，所述第一通信信號(hào)或所述第二通信信號(hào)中，可W包括信息序列和訓(xùn)練序 列。在本實(shí)施方式中，所述訓(xùn)練序列可W用向量tt來(lái)表示，具體地，所述第一訓(xùn)練序列可W用 苗表示，所述第二訓(xùn)練序列可W用苗表示。在本實(shí)施方式中，所述第一訓(xùn)練序列和所述第二 訓(xùn)練序列均可W為恒包絡(luò)零自相關(guān)（Constant Amplitude Zero Auto Correlation, CAZAC)序列并且按照W下公式確定所述第一訓(xùn)練序列和所述第二訓(xùn)練序列：
[0040]
[0041 ] 其中，v( i) =e邱(jJiiVL)，i =0，I，…心！，《；為所述第一訓(xùn)練序列，運(yùn)為所述第二 訓(xùn)練序列，N為預(yù)設(shè)常量。
[0042] 由上式可見(jiàn)，所述第一訓(xùn)練序列和第二訓(xùn)練序列中的碼元均可W相同，只是碼元 的排列順序不同。在所述第一訓(xùn)練序列中，碼元是按照編號(hào)從〇至心1依次排列的，而在所述 第二訓(xùn)練序列中，是將編號(hào)為2N的碼元作為第一個(gè)碼元，然后從編號(hào)為2N的碼元依次排列 到編號(hào)為心1的碼元，然后又從編號(hào)為0的碼元依次排列至編號(hào)為2N-1的碼元。也就是說(shuō)，所 述第二訓(xùn)練序列中的碼元其實(shí)是由第一訓(xùn)練序列中的碼元循環(huán)左移2N位得到的。
[0043] 在本實(shí)施方式中，所述CAZAC序列可W具有如下特性:對(duì)其進(jìn)行循環(huán)移位后的訓(xùn)練 序列與原訓(xùn)練序列是不相關(guān)的（也就是正交的）。運(yùn)樣，根據(jù)上式進(jìn)行表示的第一訓(xùn)練序列 和第二訓(xùn)練序列便可W保證正交性，并且在對(duì)上述的第一訓(xùn)練序列和第二訓(xùn)練序列進(jìn)行循 環(huán)移位之后，還能保證移位之后的兩個(gè)訓(xùn)練序列具備正交性。
[0044] 在本申請(qǐng)一實(shí)施方式中，在所述第一通信信號(hào)中還可W包括位于所述第一訓(xùn)練序 列之前的第一循環(huán)前綴W及位于所述第一訓(xùn)練序列之后的第一循環(huán)后綴，所述第一循環(huán)前 綴中的碼元為所述第一訓(xùn)練序列中最后的N位碼元，所述第一循環(huán)后綴中的碼元為所述第 一訓(xùn)練序列中最前的N位碼元;在所述第二通信信號(hào)中還包括位于所述第二訓(xùn)練序列之前 的第二循環(huán)前綴W及位于所述第二訓(xùn)練序列之后的第二循環(huán)后綴，所述第二循環(huán)前綴中的 碼元為所述第二訓(xùn)練序列中最后的N位碼元，所述第二循環(huán)后綴中的碼元為所述第二訓(xùn)練 序列中最前的N位碼元。如圖3所示，訓(xùn)練序列的循環(huán)前綴取自所述訓(xùn)練序列最后的N位碼 元，所述訓(xùn)練序列的循環(huán)后綴取自所述訓(xùn)練序列最前的N位碼元。運(yùn)樣，添加了循環(huán)前綴和 循環(huán)后綴的訓(xùn)練序列，可W消除信息序列和訓(xùn)練序列之間的碼間串?dāng)_。另外，根據(jù)上述分析 可見(jiàn)，添加了循環(huán)前綴和循環(huán)后綴的兩個(gè)訓(xùn)練序列之間還能具備正交性。
[0045] 步驟S2:所述中繼節(jié)點(diǎn)將接收到的所述第一通信信號(hào)和所述第二通信信號(hào)的疊加 混合信號(hào)按照預(yù)設(shè)采樣規(guī)則對(duì)所述疊加混合信號(hào)進(jìn)行采樣，得到采樣信號(hào)；
[0046] 步驟S3:對(duì)所述采樣信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，生成碼元長(zhǎng)度為L(zhǎng)的接收向量。
[0047] 在本實(shí)施方式中，中繼節(jié)點(diǎn)可W接收到所述第一通信信號(hào)和所述第二通信信號(hào)的 疊加混合信號(hào)r(t)，接著，可W按照預(yù)設(shè)采樣規(guī)則對(duì)所述疊加混合信號(hào)r(t)進(jìn)行采樣，從而 可W得到采樣信號(hào)。具體地，在本申請(qǐng)一實(shí)施方式中，可W將所述第一訓(xùn)練序列或者所述第 二訓(xùn)練序列的碼元周期T確定為采樣時(shí)間間隔，并W所述采樣時(shí)間間隔對(duì)所述疊加混合接 收信號(hào)r(t)進(jìn)行采樣。
[0048] 在本實(shí)施方式中，采樣后的信號(hào)可W輸入升余弦匹配濾波器，并由所述根升余弦 匹配濾波器輸出碼元長(zhǎng)度為1的接收向量^。具體地，所述接收向量；：可^按照下述公式確 定：
[0049]
[(K)加]其中，。〇 = 0，1^.七-1)可^按照下述公式確定：
[0化1 ]
[0052] 其中，Uj-i，I表示所述第一訓(xùn)練序列中的第j-i個(gè)碼元，Uj-i，2表示所述第二訓(xùn)練 序列中的第j-i個(gè)碼元，Tl表示第一時(shí)間偏移值，T2表示第二時(shí)間偏移值，T表示所述采樣時(shí) 間間隔，hi(Tl)表示所述根升余弦匹配濾波器對(duì)應(yīng)的升余弦函數(shù)在iTWl處的函數(shù)值，hi(T2) 表示所述升余弦函數(shù)在iTW2處的函數(shù)值，nj表示噪聲信號(hào)，M為預(yù)設(shè)常量。
[0053] 步驟S4:基于所述第一訓(xùn)練序列和所述接收向量，確定與所述第一通信信號(hào)相對(duì) 應(yīng)的預(yù)設(shè)數(shù)量的第一特征估計(jì)值并且基于所述第二訓(xùn)練序列和所述接收向量，確定與所述 第二通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)數(shù)量的第二特征估計(jì)值。
[0054] 在本實(shí)施方式中，可W基于所述第一訓(xùn)練序列和所述接收向量，確定與所述第一 通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)數(shù)量的第一特征估計(jì)值。同樣的，可W基于所述第二訓(xùn)練序列和所 述接收向量，確定與所述第二通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)數(shù)量的第二特征估計(jì)值。在本實(shí)施方 式中，所述第一特征估計(jì)值和第二特征估計(jì)值的數(shù)量均可W為=個(gè)。具體地，=個(gè)第一特征 估計(jì)值和=個(gè)第二特征估計(jì)值可W由下述公式確定：
[0化5]
[0化6]
[0057] 其中，心1(11)山0(11)山1(11)為立個(gè)所述第一特征估計(jì)值，11-1(12)、110(12)、111(12)為 =個(gè)所述第二特征估計(jì)值，^為所述第一訓(xùn)練序列，;為所述第一訓(xùn)練序列循環(huán)右移一位 得到的序列，;;;為所述第一訓(xùn)練序列循環(huán)左移一位得到的序列，;:為所述接收向量，^為所 述第二訓(xùn)練序列，;為所述第二訓(xùn)練序列右移一位得到的序列，為所述第二訓(xùn)練序列左 移一位得到的序列，Tl表不第一時(shí)間偏移值，T2表不第二時(shí)間偏移值。
[005引由于第一訓(xùn)練序列和第二訓(xùn)練序列之間具備正交性，從而使得包含有第一時(shí)間偏 移值的=個(gè)第一特征估計(jì)值和包含有第二時(shí)間偏移值的=個(gè)第二特征估計(jì)值能夠從接收 向量;中分離出來(lái)。
[0059] 步驟S5 :利用所述預(yù)設(shè)數(shù)量的第一特征估計(jì)值，確定與所述第一通信信號(hào)相對(duì)應(yīng) 的第一定時(shí)函數(shù)估計(jì)值并且利用所述預(yù)設(shè)數(shù)量的第二特征估計(jì)值，確定與所述第二通信信 號(hào)相對(duì)應(yīng)的第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值。
[0060] 在本實(shí)施方式中，可W將步驟S4中得到的第一特征估計(jì)值和第二特征估計(jì)值代入 到定時(shí)函數(shù)中，從而得到與所述第一通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的第一定時(shí)函數(shù)估計(jì)值W及與所述第 二通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值。具體地，所述定時(shí)函數(shù)與=個(gè)特征估計(jì)值的函 數(shù)關(guān)系可W如下所示：
[0061]
[0062] 其中，f (T)為所述定時(shí)函數(shù)，T可W為Tl或者T2。圖4為本實(shí)施方式中所述定時(shí)函數(shù) 的特性曲線。如圖3所示，圖中=根特性曲線分別表示滾降系數(shù)為0.3,0.5?及0.8的根升余 弦成形函數(shù)對(duì)應(yīng)的定時(shí)函數(shù)特性曲線。
[0063] 在本實(shí)施方式中，通過(guò)將第一特征估計(jì)值和第二特征估計(jì)值代入到上述的定時(shí)函 數(shù)中，便可W得到與所述第一定時(shí)函數(shù)估計(jì)值W及第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值。具體地，所述第一 定時(shí)函數(shù)估計(jì)值和所述第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值可W如下所示：
[0064]
[00 化]
[0066] 其中，f(Ti)為所述第一定時(shí)函數(shù)估計(jì)值，f(T2)為所述第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值。
[0067] 步驟S6:根據(jù)預(yù)先建立的時(shí)間偏移值與定時(shí)函數(shù)值之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定與所述 第一定時(shí)函數(shù)估計(jì)值相關(guān)聯(lián)的第一時(shí)間偏移估計(jì)值并且確定與所述第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值 相關(guān)聯(lián)的第二時(shí)間偏移估計(jì)值。
[0068] 在本實(shí)施方式中，由圖4可W看出，定時(shí)函數(shù)為嚴(yán)格單調(diào)遞增的函數(shù)，那么定時(shí)函 數(shù)的值與時(shí)間偏移值之間便可W形成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。也就是說(shuō)，根據(jù)所述定時(shí)函數(shù)，可W 預(yù)先建立時(shí)間偏移值與定時(shí)函數(shù)值之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。所述關(guān)聯(lián)關(guān)系可W表現(xiàn)為時(shí)間偏移值 與定時(shí)函數(shù)值之間的關(guān)系表，在所述關(guān)系表中，相關(guān)聯(lián)的時(shí)間偏移值和定時(shí)函數(shù)值可W位 于同一行。運(yùn)樣，根據(jù)步驟S5中確定的第一定時(shí)函數(shù)估計(jì)值和第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值，便可W 從上述的關(guān)系表中查詢得出與所述第一定時(shí)函數(shù)估計(jì)值相關(guān)聯(lián)的第一時(shí)間偏移估計(jì)值W 及與所述第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值相關(guān)聯(lián)的第二時(shí)間偏移估計(jì)值。運(yùn)樣，便可W實(shí)現(xiàn)對(duì)雙向中 繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的時(shí)鐘估計(jì)過(guò)程。
[0069] 在本申請(qǐng)一具體應(yīng)用場(chǎng)景中，可W通過(guò)Matlab平臺(tái)模擬仿真，來(lái)表明本發(fā)明算法 對(duì)時(shí)間偏移估計(jì)的估計(jì)值的均方誤差MSE性能。請(qǐng)參閱圖5和圖6,本發(fā)明提出的雙向中繼物 理層網(wǎng)絡(luò)編碼的時(shí)鐘估計(jì)方法，在Matlab平臺(tái)上進(jìn)行模擬仿真，仿真結(jié)果表明，在信噪比為 20地時(shí)，本發(fā)明的均方誤差M沈估計(jì)性能可達(dá)到1〇-4左右。圖5為滾降系數(shù)為0.3,不同訓(xùn)練序 列長(zhǎng)度下，本發(fā)明方法的MSE性能。從圖5可W看出，訓(xùn)練序列長(zhǎng)度越大，本發(fā)明方法的均方 誤差MSE性能越好。圖6為1 = 30,不同滾降系數(shù)下，本發(fā)明方法的MSE性能。從圖6可W看出， 對(duì)比不同的滾降系數(shù)，本發(fā)明方法的均方誤差MSE性能隨著滾降系數(shù)的變小而變好。
[0070] 由上可見(jiàn)，本發(fā)明的終端通信節(jié)點(diǎn)通過(guò)不同通信信道發(fā)送包含有各自訓(xùn)練序列的 通信信號(hào)到中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收的多路疊加信號(hào)進(jìn)行波特率采樣得到采樣信號(hào)，經(jīng) 匹配濾波器濾波后可W得到碼元長(zhǎng)度為L(zhǎng)的由采樣點(diǎn)構(gòu)成的接收向量。接著，采用訓(xùn)練序列 和接收向量可W分離出含有不同時(shí)間偏移值的特征估計(jì)值，并由所述特征估計(jì)值得到與通 信信號(hào)對(duì)應(yīng)的定時(shí)函數(shù)估計(jì)值。最后，根據(jù)定時(shí)函數(shù)值與時(shí)間偏移值之間預(yù)見(jiàn)建立的關(guān)聯(lián) 關(guān)系，從而可W有效地實(shí)現(xiàn)時(shí)間偏移值的低復(fù)雜度估計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明方法的采樣 率要求僅要求最低的波特率采樣，在信噪比為20地時(shí)，本發(fā)明的估計(jì)算法的均方誤差(Mean Square Error,簡(jiǎn)稱MSE)性能可W達(dá)到1(T4左右，受實(shí)際情況的限制較少。和現(xiàn)有技術(shù)相比， 本發(fā)明具有如下技術(shù)進(jìn)步性：
[0071] 1)消除碼間串?dāng)_，在終端通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送包含有循環(huán)前綴和循環(huán)后綴的訓(xùn)練序列， 消除了發(fā)送端信息序列對(duì)正交序列的碼間串?dāng)_;同時(shí)使得任一終端通信節(jié)點(diǎn)的訓(xùn)練序列與 另一終端通信節(jié)點(diǎn)的訓(xùn)練序列相互正交，且其中任一終端通信節(jié)點(diǎn)的訓(xùn)練序列與另一終端 通信節(jié)點(diǎn)移位后的訓(xùn)練序列仍然正交，保證了各終端通信節(jié)點(diǎn)的時(shí)間偏移信息的分離。
[0072] 2)低采樣率要求，相比于傳統(tǒng)的要求最少2倍的過(guò)采樣率，本發(fā)明方法僅要求最低 的波特采樣率即1倍的過(guò)采樣率，減小了對(duì)A/DW及存儲(chǔ)器的要求。因此，本發(fā)明方法非常適 合于高速率通信的PNC系統(tǒng)。
[0073] 3)低復(fù)雜度要求，通過(guò)采用波形已知的通信信號(hào)傳輸信息序列W及相互正交的正 交訓(xùn)練序列，使得可W從接收向量中簡(jiǎn)單的分離出各終端通信節(jié)點(diǎn)各自的定時(shí)函數(shù)，從而 估計(jì)出各終端通信節(jié)點(diǎn)發(fā)出的通信信號(hào)的時(shí)間偏移，計(jì)算復(fù)雜度低。
[0074] 4)均方誤差MSE估計(jì)性能較優(yōu)。在信噪比為20地時(shí)，本發(fā)明的均方誤差MSE估計(jì)性 能可達(dá)到1(T4左右。
[0075] 上面對(duì)本申請(qǐng)的各種實(shí)施方式的描述W描述的目的提供給本領(lǐng)域技術(shù)人員。其不 旨在是窮舉的、或者不旨在將本發(fā)明限制于單個(gè)公開(kāi)的實(shí)施方式。如上所述，本申請(qǐng)的各種 替代和變化對(duì)于上述技術(shù)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。因此，雖然已經(jīng)具體討 論了一些另選的實(shí)施方式，但是其它實(shí)施方式將是顯而易見(jiàn)的，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員相對(duì) 容易得出。本申請(qǐng)旨在包括在此已經(jīng)討論過(guò)的本發(fā)明的所有替代、修改、和變化，W及落在 上述申請(qǐng)的精神和范圍內(nèi)的其它實(shí)施方式。
[0076] 本說(shuō)明書中的各個(gè)實(shí)施方式均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施方式之間相同相似 的部分互相參見(jiàn)即可，每個(gè)實(shí)施方式重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施方式的不同之處。
[0077] 雖然通過(guò)實(shí)施方式描繪了本申請(qǐng)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本申請(qǐng)有許多變形 和變化而不脫離本申請(qǐng)的精神，希望所附的權(quán)利要求包括運(yùn)些變形和變化而不脫離本申請(qǐng) 的精神。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙向中繼信道物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的時(shí)鐘估計(jì)方法，所述雙向中繼信道物理層包括 第一通信節(jié)點(diǎn)、第二通信節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)、連接所述第一通信節(jié)點(diǎn)和所述中繼節(jié)點(diǎn)的第一通 信信道W及連接所述第二通信節(jié)點(diǎn)和所述中繼節(jié)點(diǎn)的第二通信信道，其特征在于，所述方 法包括： 響應(yīng)于通信開(kāi)啟的指令，所述第一通信節(jié)點(diǎn)生成包含有第一訓(xùn)練序列的第一通信信號(hào) 并將所述第一通信信號(hào)通過(guò)所述第一通信信道發(fā)送至所述中繼節(jié)點(diǎn)，所述第二通信節(jié)點(diǎn)生 成包含有第二訓(xùn)練序列的第二通信信號(hào)并將所述第二通信信號(hào)通過(guò)所述第二通信信道發(fā) 送至所述中繼節(jié)點(diǎn)，所述第一訓(xùn)練序列和所述第二訓(xùn)練序列的碼元長(zhǎng)度均為レ 所述中繼節(jié)點(diǎn)在接收到所述第一通信信號(hào)和所述第二通信信號(hào)的疊加混合信號(hào)后，對(duì) 所述疊加混合信號(hào)按照預(yù)設(shè)采樣規(guī)則進(jìn)行采樣，得到采樣信號(hào)； 對(duì)所述采樣信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，生成碼元長(zhǎng)度為L(zhǎng)的接收向量； 基于所述第一訓(xùn)練序列和所述接收向量，確定與所述第一通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)數(shù)量 的第一特征估計(jì)值并且基于所述第二訓(xùn)練序列和所述接收向量，確定與所述第二通信信號(hào) 相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)數(shù)量的第二特征估計(jì)值； 利用所述預(yù)設(shè)數(shù)量的第一特征估計(jì)值，確定與所述第一通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的第一定時(shí)函 數(shù)估計(jì)值并且利用所述預(yù)設(shè)數(shù)量的第二特征估計(jì)值，確定與所述第二通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的第 二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值； 根據(jù)預(yù)先建立的時(shí)間偏移值與定時(shí)函數(shù)值之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定與所述第一定時(shí)函數(shù) 估計(jì)值相關(guān)聯(lián)的第一時(shí)間偏移估計(jì)值并且確定與所述第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值相關(guān)聯(lián)的第二 時(shí)間偏移估計(jì)值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一通信信道和所述第二通信信道均 為高斯白噪聲通信信道。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一訓(xùn)練序列和所述第二訓(xùn)練序列均 為恒包絡(luò)零自相關(guān)CAZAC序列并且按照W下公式確定所述第一訓(xùn)練序列和所述第二訓(xùn)練序 列：其中，v(i) = e邱(扣12/1)4=〇，1^.七-1，:苗為所述第一訓(xùn)練序列，芯為所述第二訓(xùn)練 序列，N為預(yù)設(shè)常量。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述第一通信信號(hào)中還包括位于所述第 一訓(xùn)練序列之前的第一循環(huán)前綴W及位于所述第一訓(xùn)練序列之后的第一循環(huán)后綴，所述第 一循環(huán)前綴中的碼元為所述第一訓(xùn)練序列中最后的N位碼元，所述第一循環(huán)后綴中的碼元 為所述第一訓(xùn)練序列中最前的N位碼元;在所述第二通信信號(hào)中還包括位于所述第二訓(xùn)練 序列之前的第二循環(huán)前綴W及位于所述第二訓(xùn)練序列之后的第二循環(huán)后綴，所述第二循環(huán) 前綴中的碼元為所述第二訓(xùn)練序列中最后的N位碼元，所述第二循環(huán)后綴中的碼元為所述 第二訓(xùn)練序列中最前的N位碼元。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照預(yù)設(shè)采樣規(guī)則對(duì)所述疊加混合信 號(hào)進(jìn)行采樣具體包括： 將所述第一訓(xùn)練序列或者所述第二訓(xùn)練序列的碼元周期確定為采樣時(shí)間間隔，并w所 述采樣時(shí)間間隔對(duì)所述疊加混合信號(hào)進(jìn)行采樣。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對(duì)所述采樣信號(hào)進(jìn)行匹配濾波具體包括： 將所述采樣信號(hào)輸入根升余弦匹配濾波器，并由所述根升余弦匹配濾波器輸出碼元長(zhǎng) 度為L(zhǎng)的接收向量； 相應(yīng)地，所述接收向量六安照下述公式確定：其中，rJ (j = 0，1，…)按照下述公式確定：其中，表示所述第一訓(xùn)練序列中的第j-i個(gè)碼元，Uri,2表示所述第二訓(xùn)練序列中的 第j-i個(gè)碼元，τι表示第一時(shí)間偏移值，T2表示第二時(shí)間偏移值，T表示所述采樣時(shí)間間隔，hi (τι)表示所述根升余弦匹配濾波器對(duì)應(yīng)的升余弦函數(shù)在iTWi處的函數(shù)值，hi(T2)表示所述 升余弦函數(shù)在iTW2處的函數(shù)值，nj表示噪聲信號(hào)，Μ為預(yù)設(shè)常量。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)數(shù)量的第一特征估計(jì)值和所述預(yù) 設(shè)數(shù)量的第二特征估計(jì)值由下述公式確定：其中，h-l(Ti)、h〇(Ti)、hl(Ti)為 Ξ 個(gè)所述第一特征估計(jì)值，h-l(T2)、h〇(T2)、hl(T2)為Ξ個(gè) 所述第二特征估計(jì)值，為所述第一訓(xùn)練序列，l為所述第一訓(xùn)練序列循環(huán)右移一位得到 的序列，;為所述第一訓(xùn)練序列循環(huán)左移一位得到的序列，P為所述接收向量，?為所述第 二訓(xùn)練序列，^1為所述第二訓(xùn)練序列右移一位得到的序列，為所述第二訓(xùn)練序列左移一 位得到的序列，τι表示第一時(shí)間偏移值，Τ2表示第二時(shí)間偏移值。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，按照下述公式確定與所述第一通信信號(hào)相 對(duì)應(yīng)的第一定時(shí)函數(shù)估計(jì)值W及與所述第二通信信號(hào)相對(duì)應(yīng)的第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值：其中，f (τι)為所述第一定時(shí)函數(shù)估計(jì)值，f(T2)為所述第二定時(shí)函數(shù)估計(jì)值。
【文檔編號(hào)】H04B7/08GK105978831SQ201610238222
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月11日
【發(fā)明人】黨小宇, 黃準(zhǔn), 李強(qiáng), 朱魯軍
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)