[发明专利]一种时频二维压缩的高谱效单载波通信方法

说明书

本发明公开了一种时频二维压缩的高谱效单载波通信方法，属于单载波通信技术领域。本发明在FTN调制之前，对发送符号序列进行预编码处理，从而达到改变并控制发射信号的频谱。通过选取合适的预编码系数，可以实现压缩发射信号的占用带宽，使得小于可用信道带宽，实现在频域角度提升频谱效率。相较于传统的持续减小符号间隔已到达目标谱效增益，本发明中目标谱效分解到两个维度，一部分谱效提升来自于时域压缩符号间隔，其他的来自预编码压缩频谱。本发明与现有方法相比，能够实现更低的压缩因子，实现更大的谱效提升。取得同传统奈奎斯特高阶调制信号相同容量及相同解调性能时，极大降低了解调信噪比门限，实现功率效率提升。

技术领域

本发明属于通信领域中的单载波通信技术，具体涉及到一种在时频两个维度同时压缩发射信号的调制方法。

背景技术

相较于4G(第四代移动通信技术)，5G的服务对象从过去的人与人通信，增加了人与物、物与物的通信。据预测，随着用户需求的持续增长，未来10年移动通信网络将会面对：1000 倍的数据容量增长，10到100倍的用户速率需求等。为了实现更高传输速率，大体上有两种方法，其一是增加频谱带宽。目前4G主要集中在2GHz以下的频谱，业务频带非常拥挤。6～100GHz高频段具有更加丰富的空闲频谱资源，可作为5G的辅助频段。然而，30GHz以上频段属于毫米波的范畴，其最大特性是在空气中衰减较大，且绕射能力较弱，传播特性差。其二是增加频谱利用率，使得系统在相同带宽的频带内可以传输更多的数据，实现在有限的频谱资源的前提下极大地提升系统的容量。围绕着这一目标，如何在频谱资源日渐匮乏的情况下，将频谱效率进一步提升数倍，是未来通信技术研究的关键问题之一。

现有大多数通信系统设计是基于奈奎斯特第一准则，即通过正交调制以避免符号间干扰 (ISI)，接收机实现低复杂度逐符号解调。在这一系统架构下，提升谱效的一种直接方式是采用高阶调制(比如256-QAM)，即每个发射符号携带更多的信息比特。但是，高阶调制对信道特征(多径衰落)及非线性因素(相位噪声)等非常敏感。同时，要达到与低阶调制相同的解调性能，需要更高的解调信噪比(SNR)，降低了系统功率效率。

超奈奎斯特调制(FTNs)最先由Mazo提出，通过放弃正交性，即在时间方向上进一步减小(或压缩)符号间隔(也即两个连续成型脉冲间隔)以实现在相同的时间内传送更多符号。虽然引入了符号间干扰(ISI)，但是只要压缩因子(τ)大于Mazo限时，最大似然检测(MLSE)或最大后验检测(MAP)的性能损失不会受到恶化。类似地，对于多载波传输系统，通过减小子载波间隔实现给定频带上放置更多的子载波。进一步地，也可在时频二维资源栅格上同时压缩符号间以及子载波间隔。仿真结果显示，时频二维同时压缩相较于单一域(时域或者频域)的压缩能够得到更高谱效增益。对于单载波FTN(Fedex Trade Networks)系统，目前仅有通过压缩符号间隔实现谱效提升。因而，除时域维度之外，若能找到其他维度并进行压缩以实现二维同时压缩将有效提高单载波FTN系统的谱效增益。

对于引入的ISI，MLSE及MAP虽然能够得到最佳的解调性能，但是其复杂度关于ISI长度呈指数增长。且引入的串扰扩散长度随着压缩因子的减小逐渐增大。线性均衡器，如基于迫零、最小均衡误差准则，均衡复杂度虽然与串扰长度呈线性相关，但是均衡器输出端的噪声严重放大恶化了均衡性能。因而，目前FTN系统中大都采用低阶调制(如QPSK)以及相对较大的压缩因子(如τ＝0.8)，同时这也限制了可达频谱效率提升。结合前向纠错码，同时接收机采用Turbo均衡，通过引入编码冗余，可以进一步降低压缩因子。对于16-QAM调制FTN信号，采用(7,5)卷积码，当压缩因子为2/3时，解调性能在BER＝10^-4时不存在解调损失。但是，当压缩因子进一步减小时，将会存在严重的性能损失。