[发明专利]一种多载波超奈奎斯特系统接收机的构建方法

说明书

本发明提出了一种多载波超奈奎斯特系统接收机的构建方法，能够有效改善MFTN系统的病态问题，同时处理了MFTN系统的色噪声问题，实现未知信道下MFTN系统的时、频域联合信道估计与均衡问题和已知信道下MFTN系统的时、频域信号均衡，计算复杂度低。本发明根据MFTN系统中二维耦合干扰特性，通过插入适量的二维循环后缀，构建具有循环等效信道矩阵的接收信号模型，有效改善MFTN系统的病态问题；在时、频域接收机中，分别采用基于加权单位阵和二维FFT的色噪声处理方法，有效解决未知信道下MFTN系统的时、频域联合信道估计与均衡问题和已知信道下MFTN系统的时、频域信号均衡问题。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种多载波超奈奎斯特系统接收机的构建方法。

背景技术

近年来，在有限频谱资源的应用场景中，具有高信道容量的超奈奎斯特信号(Faster－Than－Nyquist，FTN)引起了无线通信领域的广泛关注。FTN信号是非正交波形的一种有效实现方式，易于多输入多输出(Multiple－Input Multiple－Output，MIMO)相融合，通过缩小时域成形脉冲的奈奎斯特间隔，在给定带宽下显著提高通信系统的频带效率。在单载波FTN信号的研究基础上，FTN的概念被扩展到多载波系统，包括一维频域压缩的高谱效频分复用(Spectrally Efficient Frequency Division Multiplexing，SEFDM)信号和二维时频域压缩的多载波超奈奎斯特(Multicarrier Faster－Than－Nyquist，MFTN)信号。SEFDM信号可以作为MFTN信号的一个特例，仅压缩频域最小正交子载波间隔，能够在相同带宽下传输更多的子载波，其代价是引入载波间干扰(Inter－Carrier Interferences，ICIs)。MFTN信号通过同时压缩时域成形脉冲的奈奎斯特间隔和频域最小正交子载波间隔，能够在相同的时频资源下显著提高传输速率，其代价是引入了符号间干扰(Inter－SymbolInterferences，ISIs)和ICIs。在频率选择性衰落信道下，多径效应引入的信道干扰和MFTN系统中固有的强自干扰相互耦合，对接收机设计提出了新的挑战。

已有大量研究成果讨论了单载波FTN信号和一维频域压缩的SEFDM信号的接收机设计问题。在接收机设计中，主要考虑单载波FTN信号的均衡问题，均衡技术包括基于BCJR(Bahl－Cocke－Jelinek－Raviv)或Viterbi算法的格形搜索、频域均衡、基于Tomlinson－Harashima预编码的均衡技术以及在已知时频双选信道下基于因子图的迭代接收机等。此外，在频选衰落信道下，有一种基于置信传播－期望传播－变分消息传递的FTN系统的联合信道估计与均衡方法。针对更加复杂的时变频选衰落信道，还有一种变分贝叶斯框架下的频域联合信道估计与均衡方法。在现有研究成果中，适用于一维频域压缩的SEFDM信号的均衡技术主要包括在加性高斯白噪声信道下基于固定球面译码的信号检测技术、基于傅里叶变换的连续干扰消除技术以及基于概率图模型的均衡技术等。在未知信道下，分别有研究人员提出了采用全导频和部分导频的基于迫零准则的时域信道估计方法，后者仅将少量导频数据放置在SEFDM信号的正交子载波上，从而有效避免SEFDM信号病态问题恶化信道估计的性能。最近，已有学者在频选衰落信道下提出了一种适用于SEFDM系统基于高斯消息传递－期望传播－变分消息传递的联合信道估计与均衡方法，在相同条件下SEFDM系统采用该方法能够将频带效率提升25％，并逼近奈奎斯特系统的误码率(BitError Rate，BER)性能。