[发明专利]一种时间分割复用方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字通信领域，尤其涉及一种超高频谱效率、有效的、可靠 的、实用的、全新的复用技术，具体来讲是一种时间分割复用方法和系统。

背景技术

多个国际标准化组织都在积极探讨未来移动通信系统的目标：国际电信 联盟(ITU)设想在2010年左右，在高速移动及恶劣传播环境下应支持高达 100Mbps的峰值速率，而在低速移动及良好传播环境下应支持1Gbps的峰值 速率，以实现全球个人通信的需要。但是可用于移动通信的频率资源却十分 有限，如何在极为有限的频率资源条件下满足通信业务量爆炸式增长的需求， 以目前的技术手段甚至理论概念来看，都有相当难度。这就要求必须从理论 概念与技术上实现新的创新与突破，使无线通信的频谱效率、容量与速率有 十倍乃至百倍的提高，借以解决有限频谱资源与通信业务量爆炸式增长的矛盾。

所谓频谱效率是指在给定系统带宽时，系统中每个空间信道所能支持的 最大(峰值)传信率，其度量单位为比特/秒/赫兹/天线(bps/Hz/Antenna)。

众所周知，一个非扩频通信系统的带宽决定于其所使用传输符号的长度 或符号率。若符号长度为Ts(秒)，则其符号率为(符号/秒)，所占用的 系统带宽为(赫)，其中α为系统滤波器的滚降系数(0＜α≤1)。为了提 高系统的频谱效率，人们普遍采用高维调制方式又称多元(多电平)调制方 式，以使每个符号荷载更多的信息比特。例如在采用二元调制方式的二进制 移相键控(BPSK)或二进制振幅键控(2ASK)等调制信号时，每个符号可以 荷载一个比特，其系统频谱效率为比特/秒/赫/天线，在改用四元调 制方式的四相绝对移相键控(QPSK)、四相相对移相键控(DQPSK)、π/4四相 相移键控(π/4QPSK)或四进制振幅键控(4ASK)等调制信号后，每个符号 可以荷载2比特，其系统频谱效率比二元调制提高了一倍，达到比特/秒/赫/天 线。一般来说，若采用M＝2^Q(M≥2)元调制信号，每个符号可以荷载Q＝log₂M 比特，系统的频谱效率为比特/秒/赫/天线。这个结果被通 信工程界人士普遍一致认为是不可逾越的“工程理论界”，但是这个“界” 距真正的理论界(又称仙农界)log₂(1+SIR)比特/秒/赫/天线还有很远的距 离，其中SIR为系统所需的门限信扰比，频谱效率越高，二者差距越大。

采用高维调制来提高系统的频谱效率的主要缺点是：随着系统频谱效率 即信号电平数的增多，对信道特性、收发信机特性的要求越来越苛刻，例如 对信道的线性度就有很高要求，电平数M越多要求越苛刻。不仅要求有极好 的幅度-幅度(即Am-Am)线性度，而且要求有极好的幅度-相位(即Am-Pm) 线性度；众所周知，放大器的线性度越好，其功率效率就越低。为了保证放 大器良好的线性度，必须采用复杂的自适应线性补偿以及大幅度功率回退等 技术手段；另外，多电平调制技术不仅对系统的非线性失真度有苛刻要求， 对系统的线性失真度也有很严格的要求。工程技术人员们都知道，实际信道 千变万化，其传输函数与多维调制信号所期待的理想特性很难一致，而任何 不理想的系统线性传输函数(幅度频率响应，相位频率响应)都会很容易造 成系统“眼图”合并，在眼图合并后，哪怕系统内毫无干扰，系统的线性度再 好，不同电平的信号也根本无法区分，传信率越高，信号电平数越多，“眼图” 越容易合并。因此在采用高维调制的高速数据通信系统中，无一例外地均采 用复杂的快速自适应信道均衡技术或相应的信号处理与设计等技术来避免 系统眼图合并。上述问题在各种随机时变信道中尤为严重，如各种无线通信、 移动通信、散射通信、超视距通信、水声通信、大气层光通信、红外通信等。 在这些通信信道中，信道的线性传输函数随空间、频率、时间均呈现随机性 的变化，有时其变化速度之快，幅度之大经常令信道均衡或信号处理等技术 无所适从。这就是为什么在各种适用于随机时变的通信系统中极少有人采用 M≥4的高维调制技术的原因。但恰恰对这些信道中的通信，由于可用频谱 资源极为有限，人们对其频谱效率更为重视，有更高的要求。

基础信息论中的信息处理原理告诉我们：任何对信道线性传输函数 的预处理，必然会降低系统的理论即潜在信道容量，应保持其自然。 而均衡等对信道传输函数作预处理的技术手段，必然会大大减小信道的潜在 容量。因此，高维调制等技术绝对不是一种好的高频谱效率的传输技术。