[发明专利]一种全双工滤波转发中继结构及其离散频域响应设计方法

权利要求书

1.一种数字式全双工滤波转发中继的离散频域响应的优化设计方法，基于全双工滤波转发系统，构建数字基带下的中继离散频域响应优化模型，获得满足发送功率限制下的最优的中继离散频域响应；所述数字式全双工滤波转发中继是由下变频器、前端级联的电压可变衰减器、基带数字滤波器、后端级联的电压可变放大器、上变频器和放大模块顺序级联而成的中继，用于全双工滤波转发系统；所述前端级联的电压可变衰减器用于对含有强自干扰的接收信号进行衰减，使得采样信号能够落入模拟数字转换器的采样动态门限内；后端级联的电压可变放大器用于根据电压可变衰减器的衰减倍数对信号进行同倍数放大；

当信道为频率非选择性信道时，直接获得最优中继离散频域响应系数；当信道为频率选择性信道时，根据源端S有无信道状态信息，通过建立功率分配的凸优化模型，有效求解出最优离散频域响应的系数；进一步得到次优的中继离散频域响应设计方法；

基于全双工滤波转发系统，构建数字基带下的中继离散频域响应的优化模型，具体根据系统传输链路的关系，基于最大化系统可达速率准则，首先根据系统的参数计算采样的线性量化噪声；再计算中继R处各个采样点的发送功率谱密度；计算目的端D处有效信号和噪声信号的功率谱密度，获得各个采样点的可达速率；根据源端S和中继R处的最大发送功率P_S和P_R的限制条件，建立优化模型P.1；包括如下步骤：

1)通过式1计算得到线性量化噪声n_q的功率谱密度：

n_q(dB/Hz)＝10log₁₀P_R-10log₁₀W-(6.02N+1.76+10log₁₀M) 式1

其中，M为上采样倍数，W是通信频带带宽，P_S和P_R分别是源端S和中继R处的最大发送功率，N为模数转换器的比特数；

2)针对采样点i，令S到R接收端、R发送端到R接收端以及R发送端到D信道频域响应分别为H_SR[i]、H_RR[i]和H_RD[i]，S处的发送功率谱密度为S[i]，高斯热噪声的功率谱密度为n₀，中继处的处理延迟时间为一个符号周期；在数字基带下，分别通过式2、式3求得D处的有用信号的功率谱密度P_FF,S[i]和噪声信号的功率谱密度P_FF,N[i]：

其中，β_E[i]为中继在采样点i的频域响应，K为系统子载波数目；

3)当信道无频率选择性时，中继离散频域响应的优化设计为：

其中，为源端S在采样点i发送功率谱密度不超过P_S[i]时，经优化得到的发送功率谱密度；

4)在信道有频率选择性时，令基于最大化系统可达速率的准则，建立如下的优化模型P.1，其中P.1的目标函数及限制条件分别表示为式4-1及式4-2：

其中，S[i]为S处采样点i的功率谱密度；s.t.表示“服从于”；Ψ[i]是与中继R在采样点i处频域响应相关联的临时变量。