一种分离检测联合判决的通信接收机架构和通信接收方法与流程

[0001]
本发明涉及信号检测和无线通信等领域，具体涉及一种分离检测联合判决的通信接收机架构和通信接收方法。


背景技术：

[0002]
无线通信技术近年来在各个领域取得显著发展，第五代及未来移动通信对通信技术提出了更高要求，可用来实现大规模物联网。医疗物联网是未来物联网重要的研究方向，在人体无线通信方面，符合医疗安全功率的超声波不会对人体产生副作用，因此可作为未来医疗物联网的可靠媒介。
[0003]
通信技术在各领域的研究中，发送端方案得到广泛关注，例如，对于射频波无线通信，已提出众多经典发送方案提高通信系统性能，如扩频调制、超宽带技术、多输入多输出(mimo)技术等。对于人体无线通信，超声波宽带、高阶调制等技术可应用在发送端提高通信速率，抵抗通信干扰。而接收端方案研究较少，普遍采用传统的两类接收机即相干接收机和非相干接收机。传统的相干接收机利用信道的部分自由度，也称为接收信号的信号空间的维度，如利用接收信号的幅度、相位、频率、位置等进行信号接收；传统的非相干接收机利用了信道另外部分的自由度，即利用信号的功率和能量进行信号接收。由于传统的两种接收机都只利用了信道部分自由度，未利用到全部的信道自由度，使得通信误码率较高。
[0004]
近年来，已有接收机同时采用信号相干接收机和能量接收机分别进行无线通信和无线输能，因此同时利用相干接收机和非相干接收机进行信号接收具有一定的硬件基础。然而无线输能和无线通信需要两个独立的电路分别用于能量存储和通信，这无疑增加了通信接收机的硬件复杂度。


技术实现要素：

[0005]
本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种分离检测联合判决的通信接收机架构，该通信接收机架构简单，可用于可靠地接收信号。
[0006]
本发明的第二目的在于提供一种分离检测联合判决的通信接收方法，该方法可实现准确高效地接收信号。
[0007]
本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种分离检测联合判决的通信接收机架构，包括依次连接的功率分配器、检测模块和判决模块，其中，检测模块由相干检测模块和非相干检测模块组成，相干检测模块的输入端和非相干检测模块的输入端分别连接功率分配器，功率分配器用于将接收信号分配给相干检测模块和非相干检测模块；
[0008]
相干检测模块用于对分配到的信号进行相干检测并产生相干检测量；非相干检测模块用于对分配到的信号进行非相干检测并产生非相干检测量；
[0009]
判决模块由联合器和判决器组成，联合器连接相干检测模块的输出端和非相干检测模块的输出端，用于利用相干检测量与非相干检测量产生联合量，对联合量进行运算并产生判决变量；判决器连接联合器，用于对判决变量进行判决和解调恢复出发送信号。
[0010]
本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种分离检测联合判决的通信接收方法，所述方法应用于通信接收机，包括如下步骤：
[0011]
(1)功率分配器将接收信号分配给相干检测模块和非相干检测模块；
[0012]
(2)相干检测模块对信号进行相干检测并产生相干检测量；
[0013]
非相干检测模块对信号进行非相干检测并产生非相干检测量；
[0014]
(3)联合器利用相干检测量与非相干检测量产生联合量，然后对联合量进行运算并产生判决变量；
[0015]
(4)判决器对判决变量进行判决和解调恢复出发送信号。
[0016]
优选的，在步骤(1)中，功率分配器按照功率分配比例ρ和1-ρ将接收信号r(t)分别分配给相干检测模块和非相干检测模块，其中0≤ρ≤1。
[0017]
优选的，在步骤(2)中，相干检测模块采用相关运算，产生相干检测量y(t)，t表示时间。
[0018]
优选的，在步骤(2)中，非相干检测模块采用功率检测或者能量检测，从而产生非相干检测量z(t)，t表示时间。
[0019]
优选的，在步骤(3)中，联合器产生联合量有以下两种方法：
[0020]
方法一：将相干检测量y(t)和非相干检测量z(t)进行求和运算产生一维联合量：i'(t)＝y(t)+z(t)，t表示时间；
[0021]
联合器对联合量i'(t)进行运算，产生判决变量i'；
[0022]
方法二：将相干检测量y(t)和非相干检测量z(t)组成2维联合量：i”(t)＝[y(t)z(t)]，t表示时间；
[0023]
联合器对联合量i”(t)进行运算，产生判决变量i”。
[0024]
更进一步的，步骤(4)中判决器对判决变量进行判决的算法如下：
[0025]
判决准则一：当判决变量由联合器产生联合量的方法一产生，此时判决准则为：
[0026][0027]
其中，i
i
',0≤i≤m-1表示方法一产生的与m个可能的发送信号相对应的一维联合量，m为接收信号数字调制的阶数，m为2
x
，x为正整数；
[0028]
基于判决准则一，根据最大值对应的判决变量解调得到发送比特。
[0029]
判决准则二：当判决变量由联合器产生联合量的方法二产生，此时判决准则为：
[0030][0031]
其中，t
i
,0≤i≤m-1表示与m个可能的发送信号相对应的预估的二维联合量，m为接收信号数字调制的阶数，m为2
x
，x为正整数；
[0032]
基于判决准则二，根据最小值对应的判决变量解调得到发送比特。
[0033]
优选的，发送信号的类型包括射频信号、超声波信号。
[0034]
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0035]
本发明首先对接收信号进行功率分配，对分配的信号采用相干检测和非相干检测，从而同时利用了传统相干接收机和非相干接收机的信道自由度，实现信号空间接收分集，可降低通信误码率，同时提高通信速率；然后接收机对两种检测的检测量进行联合判
决，之后即可解调恢复出发送信号。本发明接收机在检测阶段利用两个检测模块，而不需要利用无线输能和无线通信两个独立的接收电路分别储存能量和接收信号，因此大大降低了接收机的复杂度，故本发明可以保证接收机结构简单的同时，实现准确高效地接收信号。
附图说明
[0036]
图1为本发明方法的流程图。
[0037]
图2为本发明方法对四进制脉冲位置调制进行接收的过程示意图。
[0038]
图3为四进制脉冲调制的发送信号示意图。
具体实施方式
[0039]
为了清楚地说明本发明的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方案仅仅用以解释本发明，不应视为本发明专利的保护范围，本发明以所附权利要求为专利保护范围。此外，下面所描述的本发明各个实施方案中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0040]
本实施例中，发送信号的类型包括射频信号和超声波信号。这里发送信号是采用脉冲信号，一个脉冲在一个时片内进行发送，调制方式为四进制脉冲位置调制。当脉冲信号采用射频信号时，本实施例通信接收机和通信接收方法可应用于超宽带无线通信场景；当脉冲信号采用超声波脉冲信号时，设置工作频率在医疗频率范围内，则本实施例通信接收机和通信接收方法可用于超声波人体通信场景。
[0041]
本实施例公开了一种分离检测联合判决的通信接收机架构，如图1所示，包括依次连接的功率分配器、检测模块和判决模块。
[0042]
其中，检测模块由相干检测模块和非相干检测模块组成，相干检测模块的输入端和非相干检测模块的输入端分别连接功率分配器，功率分配器用于将接收信号分配给相干检测模块和非相干检测模块；
[0043]
相干检测模块用于对分配到的信号进行相干检测并产生相干检测量；非相干检测模块用于对分配到的信号进行非相干检测并产生非相干检测量；
[0044]
判决模块由联合器和判决器组成，联合器连接相干检测模块的输出端和非相干检测模块的输出端，用于利用相干检测量与非相干检测量产生联合量，对联合量进行运算并产生判决变量；判决器连接联合器，用于对判决变量进行判决和解调恢复出发送信号。
[0045]
本实施例还公开了一种分离检测联合判决的通信接收方法，该方法可应用在具有上述架构的通信接收机中，如图1和图2所示，包括如下步骤：
[0046]
(1)功率分配器按照功率分配比例ρ和1-ρ将接收信号r(t)分别分配给相干检测模块和非相干检测模块，其中0≤ρ≤1。
[0047]
(2)相干检测模块对信号进行相干检测并产生m个相干检测量y(t)，t表示时间，m为发送机进行数字调制的进制数，m为2
x
，x为正整数，第i个相干检测量为y
i
(t),i＝0,...,m-1。这里相干检测模块是采用相关运算。
[0048]
非相干检测模块对信号进行非相干检测并产生非相干检测量z(t)，t表示时间，这里非相干检测模块是采用功率检测或者能量检测。
[0049]
(3)联合器利用相干检测量与非相干检测量产生联合量，这里，联合器产生联合量有以下两种方法：
[0050]
方法一：将相干检测量y(t)和非相干检测量z(t)进行求和运算产生一维联合量：i'(t)＝y(t)+z(t)，t表示时间；
[0051]
联合器对联合量i'(t)进行运算，产生判决变量i'；
[0052]
方法二：将相干检测量y(t)和非相干检测量z(t)组成2维联合量：i”(t)＝[y(t)z(t)]，t表示时间；
[0053]
联合器对联合量i”(t)进行运算，产生判决变量i”。
[0054]
(4)判决器对判决变量进行判决和解调恢复出发送信号。
[0055]
其中，判决器对判决变量进行判决的算法如下：
[0056]
判决准则一：当判决变量由步骤(3)中方法一产生，此时判决准则为：
[0057][0058]
其中，i
i
',0≤i≤m-1表示方法一产生的与m个可能的发送信号相对应的一维联合量，m为接收信号数字调制的阶数，m为2
x
，x为正整数。
[0059]
基于判决准则一，根据最大值对应的判决变量解调得到发送比特。
[0060]
判决准则二：当判决变量由步骤(3)中方法二产生，此时判决准则为：
[0061][0062]
其中，t
i
,0≤i≤m-1表示与m个可能的发送信号相对应的预估的二维联合量，m为接收信号数字调制的阶数，m为2
x
，x为正整数；
[0063]
基于判决准则二，根据最小值对应的判决变量解调得到发送比特。
[0064]
假设发送端有4种发送信号“00”、“01”、“10”、“11”，调制方式为四进制脉冲位置调制。“00”、“01”、“10”、“11”分别对应脉冲时移为“0”、“δ”、“2δ”、“3δ”，如图3所示。图3中，t
p
表示脉冲持续时间，δ表示脉冲位置调制的脉冲时移，t
c
表示发送一个脉冲所需要的一个时片的持续时间。以这4种发送信号为例，进一步说明本实施例通信接收方法：
[0065]
首先，相干检测模块和非相干检测模块从功率分配器接收到按功率分配比例分配的接收信号r(t)。
[0066]
然后，相干检测模块根据实际发送信号产生4种模板信号m
i
(t),i＝0,...,3，这4种模板信号分别对应发送端4种发送信号，即m0(t)对应“00”，m1(t)对应“01”，m2(t)对应“10”，m3(t)对应“11”，如图2和3所示。模板信号再分别与接收信号进行互相关运算产生4个相干检测量，第i个相干检测量为：
[0067][0068]
非相干检测模块采用平方率运算进行能量检测产生非相干检测量，产生的非相干检测量为：
[0069][0070]
接着，联合器将相干检测量和非相干检测量进行求和运算产生联合量i'(t)，对联
合量进行积分运算，产生判决变量i'，第i个判决变量为：
[0071][0072]
其中，δ为脉冲位置调制脉冲的时移，τ
i
为一个时片内第i个时移δ的开始时间。
[0073]
判决器对判决变量进行判决，判决准则采用判决准则一：
[0074][0075]
根据最大值对应的判决变量解调得到发送比特。
[0076]
具体来说，当判决变量对应为i'0，则发送信号与模板信号m0(t)表示信息相同，解调为“00”；
[0077]
当判决变量对应为i'1，则发送信号与模板信号m1(t)表示信息相同，解调为“01”；
[0078]
当判决变量对应为i'2，则发送信号与模板信号m2(t)表示信息相同，解调为“10”；
[0079]
当判决变量对应为i'3，则发送信号与模板信号m3(t)表示信息相同，解调为“11”。
[0080]
由此可见，利用本实施例方法可实现对接收信号每个时片的解调，从而恢复出发送信号。