[发明专利]低复杂度超奈奎斯特传输方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术，具体是一种针对超奈奎斯特传输系统的低复杂度信号检测条件下的波形设计问题。

背景技术

超奈奎斯特(faster-than-Nyquist,FTN)传输是一种高效利用频谱资源的无线通信技术。在同样的带宽条件下，它可以获得突破传统奈奎斯特传输极限的高传输速率而不引起系统误码性能的损失，正是由于这一特点，超奈奎斯特传输技术受到了当前无线通信领域广泛的研究与关注。Banelli和Buzzi等于2014年7月在IEEE Signal Processing Magazine第36卷第6期80-93页的“Modulation Formats and Waveforms for 5G Networks:Who Will Be the Heir of OFDM？”中提到，FTN传输技术已被作为5G的候选核心技术之一纳入考虑。但是由于超奈奎斯特传输系统中码元间隔小于传统奈奎斯特码元传输间隔，就不可避免的引入了码间串扰(intersymbol interference,ISI)，因而如何设计系统以便于信号的有效检测是超奈奎斯特传输技术当前面临的主要挑战之一。

超奈奎斯特传输技术最早在1975年10月由Mazo在Bell System Technical Journal第54卷第1451-1462页的“Faster-Than-Nyquist Signaling”一文中提出。他指出，当使用sinc函数作为成形脉冲时，在未编码条件下可以使二进制通信系统以超过奈奎斯特码元速率25％的传输速率进行信号传输而不引起系统误码性能损失。而Liveris和Georghiades于2003年9月在IEEE Transactions on Communications第51卷第9期1502-1511页“Exploiting Faster-Than-Nyqusit Signaling”一文中指出同样条件下当超奈奎斯特传输系统使用根升余弦(root raised cosine,root RC)脉冲作为成形脉冲时，相应的传输速率还能得到进一步的提升。由于sinc脉冲旁瓣衰减太慢，因而并不适于实际通信系统，因而目前关于超奈奎斯特传输系统的研究主要是基于根升余弦脉冲，而McGuire和Sima于2010年12月在IEEE Global Telecommunications Conference会议上第1-5页“Discrete Time Faster-Than-Nyquist Signaling”一文中指出当前阻碍FTN技术走向商业化应用的一个主要问题便是其信号检测复杂度过高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高斯成形脉冲的低复杂度超奈奎斯特传输方法。该方法具有计算复杂度低和检测误码率低的优点，可作为超奈奎斯特传输技术迈向商业化应用的重要参考资料。

实现本发明目的的技术方案为：

一种低复杂度超奈奎斯特传输方法，步骤如下：

第一步，将二进制信源经信道编码(LDPC或Turbo码)、比特伪随机交织，星座映射后经高斯脉冲h(t)＝(2α)^1/4exp(-παt²),α＞0进行脉冲整形，得到发送信号s(t)。其中，码元传输间隔T_F设置为小于奈奎斯特传输间隔T，即T_F＝τT,τ∈(0,1)。

第二步，对接收信号r(t)使用和发射端对应的高斯脉冲进行匹配滤波，并对匹配滤波器输出信号以τT为时间间隔进行采样，得到离散接收信号样值y_k。

第三步，对接收信号样值y_k使用最大似然序列估计算法进行均衡，并通过低复杂度的截断改进维特比(TMVA)算法实现，其中TMVA均衡算法ISI的搜索长度设置为L_I＝2～3。

第四步，对TMVA均衡器软输出信息进行软星座逆映射，得到比特似然比，解交织后交由信道译码器进行译码，得到发端二进制信号的软信息，伪随机交织和软星座映射后反馈到FTN均衡器。该过程迭代多次，然后对信道译码器输出软信息进行符号判决，得到发送信源信息。